L’irradiamento solare

1.1. L’energia solare

Il sole è una stella ed è sede di reazioni termonucleari a catena. Nella reazione di fusione, durante la quale l’idrogeno si combina per formare elio, avviene nel nucleo una conversione di massa in energia.

Nel nucleo incandescente si produce così una temperatura stimata tra 16 e 40 milioni di gradi; attraverso una serie di processi radiativi e convettivi avviene il trasferimento del calore alla superficie dove avviene l’irraggiamento verso lo spazio. La temperatura della superficie si porta allora ad un valore di circa 5780 K, tale da fare insorgere un equilibrio tra l’energia che la superficie stessa riceve dal nucleo e quella che emette verso gli spazi siderali.

Il sole si comporta allora come una superficie che, alla temperatura di 5780 K, irradia energia nello spazio. Quasi il 99% della radiazione solare ha lunghezza d’onda compresa tra 0.15 e 4 µm e il massimo di intensità si ha a circa 0.5 µm; la parte compresa tra 0.4 e 0.74 µm occupa la zona visibile dello spettro mentre a sinistra ed a destra di tale fascia si trovano rispettivamente le zone dell’ultravioletto e dell’infrarosso.

1.2. Intensità di radiazione solare (Irradiamento)

Una grandezza molto importante per quanto riguarda l’energetica delle onde elettromagnetiche è l’Irradiamento (I), che rappresenta la quantità media di energia elettromagnetica che incide ortogonalmente, nell’unità di tempo, su una superficie unitaria. In pratica: l’Irradiamento è l’energia elettromagnetica che attraversa in 1 secondo una superficie di 1m2. In formule:

I = (Potenza trasmessa)/(Superficie attraversata) (1)

Se ricordate gli appunti presi in classe, gli appunti “ENERGIA DI UN’ONDA ELETTROMAGNETICA – semplice analisi” e quelli del vostro libro (paragrafo “Energia trasportata da un’onda elettromagnetica”), l’Irradiamento è legato alla densità di energia per unità di volume (u) e alla velocità della luce (c) dall’equazione:

I=uc (2)

L’Irradiamento del Sole sulla Terra nello spazio sopra la coltre atmosferica prende il nome di costante solare ed assume il valore medio di 1353 W/m2; ciò

significa che ogni m2 di atmosfera terrestre rivolto verso il Sole è attraversato da 1353 Joule di energia elettromagnetica ogni secondo.

L’intensità dell’irradiamento solare si attenua nel passaggio attraverso l’atmosfera: una parte di radiazione viene riflessa verso lo spazio, una parte è diffusa in tutte le direzioni dalle molecole dei gas atmosferici e dal vapore acqueo, una parte viene assorbita dalle molecole dell’atmosfera e da queste riemessa come radiazione infrarossa (figura 1).

L’assorbimento e la diffusione atmosferica hanno l’effetto di ridurre l’intensità della radiazione su tutte le lunghezze d’onda; un’ulteriore riduzione si ha poi in corrispondenza alle lunghezze d’onda caratteristiche dei diversi gas e vapori presenti

nell’atmosfera. La parte di irraggiamento che raggiunge direttamente il suolo costituisce la

radiazione diretta mentre la parte rimanente costituisce la radiazione diffusa. A queste va infine aggiunta la radiazione riflessa o albedo, che rappresenta la percentuale di radiazione diretta e diffusa che viene riflessa dal suolo o dalle superfici circostanti sulla superficie considerata.

Figura 1.

Distribuzione della radiazione solare nel passaggio attraverso l’atmosfera.

La radiazione diretta, preponderante rispetto alla diffusa in condizioni di cielo sereno, tende a ridursi all’aumentare dell’umidità e della nuvolosità presente nell’aria, fino ad annullarsi in condizioni di cielo completamente coperto.

Tabella 1.

Intensità approssimata della radiazione solare.

Condizioni atmosferiche

Radiazioneassorbita

Radiazione

Radiazione

Radiazione

Radiazione

reirraggiata

riflessa

diretta

diffusa

extratmosferica

Radiazione

Radiazione solare

Cielo sereno

Nebbia Nuvoloso Disco solare

giallo Disco solare bianco

Sole appena percettibile

Nebbia fitta

Cielo coperto

globale 1000 W/m2 600 W/m2 500 W/m2 400 W/m2 300 W/m2 200 W/m2 100 W/m2 50 W/m2

diretta 90% 50% 70% 50% 40% 0% 0% 0%

diffusa 10% 50% 30% 50% 60% 100% 100% 100%

Il testo è un adattamento dal documento del sito: http://www.acca.it/Portals/1/AllegatiBiblus/Approfondimenti_Tecnici/Impianti_Solari_Teoria_73.pdf