Midiendo la Radiacin Solar(Construccin de Pirhelimetro artesanal)

Introduccin: La radiacin solarPodemos definir como constante solar a la energa recibida desde el Sol, por unidad de tiempo y por unidad de rea perpendicularmente a los rayos del sol y en el lmite de la atmsfera, a una distancia del Sol igual al radio medio de la rbita de la Tierra. Este valor cifrado en 1353 W/m2, representa dicho de otro modo, la energa media que llega desde el sol a los lmites de nuestra atmsfera. Pero, cuanto alcanza la superficie terrestre?La verdad es que la radiacin solar al atravesar la atmsfera sufre fuertes variaciones como consecuencia del filtrado que las diferentes capas atmosfricas llevan a cabo debido a tres causas: La reflexin, la absorcin y la difusin de la energa al entrar en contacto con los cuerpos con lo que se topa. Sirva como ejemplo la reflexin que provoca el ozono en la mayor parte de la radiacin de onda corta o la absorcin de energa producida por los gases atmosfricos sobre todo el vapor de agua.Con todo ello, la radiacin solar que llega a la superficie terrestre queda enmarcada en dos enunciados segn haya sido su paso a travs de la atmsfera:Radiacin solar directa:aqulla que alcanza un punto de la superficie terrestre sin haber sido absorbida o reflejadaRadiacin solar difusa:llega al nivel del suelo despus de haber sido reflejada o re-radiadaMedicin de la radiacin solarUna de las herramientas que nos permiten la medicin de la radiacin es el pirhelimetro, un aparato cuya misin es la captacin de la radiacin solar directa y que como consecuencia de la aparicin de nuevas tecnologas ms sofisticadas ha cado en desuso en el mbito profesional.No obstante, la sencillez tanto en su construccin como en el manejo, haca que fuese un instrumento vlido para nuestro cometido.As, la primera etapa pasaba por la construccin del Pirhelimetro consistente en:1. Unsistema colimadorformado por un tubo de color negro en su interior, que limita el ngulo aproximadamente a unos 5 de campo,2. Unmecanismo de guiadoque permita tenerlo apuntando al sol constantemente, que en nuestro caso se realizara manualmente.3. Undetector de radiacin termoelctrico, bimetlico o fotosensible. Para efecto se utilizara una pequea celda fotovoltaica.Construccin del Pirohelimetro:Para ello, nuestro pirohelimetro casero se form a partir de un tubo de PVC de presin (gris oscuro) de 63 mm de abertura por 721 mm de longitud, una placa fotovoltaica como detector fotosensible y que tapaba uno de los extremos del tubo colimador. A todo ello se le suma un polmetro con el que se toman los datos de produccin elctrica de la clula y un termmetro (opcional) ensamblado en el tubo que permite la observacin de la temperatura en el interior del aparato.

Su funcionamientoAlgunos factores que pueden influr en el funcionamiento se deben bsicamente a la sensibilidad de la celda fotovoltaica. Otro factor de preocupacin era el descenso de la productividad de la placa como consecuencia de dos factores La temperatura del tubo La prolongacin del tiempo de produccin elctrica.Condicionantes que se revelarn ms adelante como factores importantes a la hora de evaluar los datos obtenidos.Por lo dems, el funcionamiento terico es sencillo. El tubo colimador se orienta constantemente al sol, la radiacin solar recorre el tubo hasta llegar a la clula fotovoltaica que se estimula generando la corriente elctrica que es registrada por el polmetro y cuyo valor aumenta o disminuye al tiempo que lo hace la radiacin.Calculo de Valores** La clula solar es del tipo fotovoltaico, realizada en silicio monocristalino. Est calibrada a 0,5 Voltios y 300 miliamperios. Se puede conectar a un tster o a un miliampermetro (ste tiene que tener un rango de medida de 0 a 500 miliamperes, para mayor seguridad)

** La tabla de conversin de miliamperes a Watios/metro cuadrado (que es la unidad en que se mide la radiacin solar) es la siguiente:Miliamperes Watios/m239 12577 25092 300123 400154 500185 600231 750246 800277 900293 950308 1000Los valores que no estan reflejados en la tabla se pueden calcular mediante una regla de proporcin.

ANEXO EFECTO FOTOELECTRICOElefecto fotoelctricoconsiste en la emisin de electrones por un material cuando se hace incidir sobre l unaradiacin electromagntica(luz visible o ultravioleta, en general).A veces se incluyen en el trmino otros tipos de interaccin entre la luz y la materia: Fotoconductividad: es el aumento de la conductividad elctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta porWilloughby Smithen elseleniohacia la mitad delsiglo XIX. Efecto fotovoltaico: transformacin parcial de la energa lumnica en energa elctrica. La primera clula solar fue fabricada porCharles Frittsen 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.El efecto fotoelctrico fue descubierto y descrito porHeinrich Hertzen 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensin alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicacin terica fue hecha porAlbert Einstein, quien public en 1905 el revolucionario artculo Heurstica de la generacin y conversin de la luz, basando su formulacin de la fotoelectricidad en una extensin del trabajo sobre loscuantosdeMax Planck. Ms tardeRobert AndrewsMillikanpas diez aos experimentando para demostrar que la teora de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que s lo era. Eso permiti que Einstein y Millikan fueran condecorados conpremios Nobelen 1921 y 1923, respectivamente.Se podra decir que el efecto fotoelctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoelctrico indica que los fotones pueden transferir energa a los electrones. Los rayos X (no se saba la naturaleza de su radiacin, de ah la incgnita "X") son la transformacin en un fotn de toda o parte de la energa cintica de un electrn en movimiento. Esto se descubri casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de Planck y Einstein (aunque no se comprendi entonces).

UN DIAGRAMA ILUSTRANDO LA EMISIN DE LOS ELECTRONES DE UNA PLACA METLICA, REQUIRIENDO DE LA ENERGA QUE ES ABSORBIDA DE UN FOTN.

ANEXO EQUIPOS PROFESIONALESMedidor de radiacin Mac-Solar(SLM018c-2)con sensor integrado, rendimiento energtico de instalaciones solares

El medidor de radiacin solar Mac-Solar es el aparato manual ideal para ingenieros solares, arquitec- tos y para mediciones profesionales. Con este medidor de radiacin se transmite la intensidad de la luz y la temperatura. El medidor de radiacin solar calcula el rendimiento energtico con una precisin elevada, as como otros valores nominales (corriente, tensin, potencia en el lugar de trabajo). As resulta posible la recopilacin y la proyeccin de una instalacin fotovoltaica.La medicin de la intensidad de la luz se realiza con clulas solares de silicio monocristalinas que adems reciben el abastecimiento de energa del aparato. El procesador integrado en el medidor de radiacin solar realiza una correccin automtica que hace que se mantenga la precisin bsica despus de la calibracin de cada aparato en el simulador solar.En todos los modos de medicin se representan en el aparato las magnitudes de medicin a elegir entrePtot(en W/m),Pn,Un,In(en %) oT(en C). Los datos guardados en la memoria interna pueden transmitirse con ayuda del software a la interfaz de serie de un PC.