La energía solar incidente es la cantidad de radiación solar directa que llega a la superficie después de tener en cuenta los efectos de la atmósfera. Para calcular esta energía, se utilizan diversas variables y fórmulas que nos permiten estimar de manera precisa el valor de radiación solar incidente.
1 Declinación solar y constante solar
La declinación solar (\(\delta\)) es el ángulo entre los rayos del sol y el plano del ecuador terrestre. Esta declinación varía con los años y las estaciones, pero el cambio durante un año es casi el mismo que el cambio durante el siguiente año. La constante solar (\(I_0\)) es un valor nominal de 361 \(kW \cdot m^{-2}\), pero en realidad también varía a lo largo del año y los años. Ambos valores se pueden calcular a partir del día juliano (\(J\)), que es el número de días desde el 1 de enero de 4713 a.C. al mediodía UTC. A partir del día juliano, podemos calcular la declinación solar y la constante solar utilizando fórmulas específicas.
2 Duración del día
El cálculo del amanecer y el atardecer en una superficie horizontal es bastante sencillo. Los ángulos horarios del amanecer y el atardecer (\(sr\) y \(ss\)) para una superficie horizontal de latitud \(\phi\) en un día con declinación \(\delta\) se calculan utilizando las siguientes fórmulas:
\[sr = T_1 = \cos^{-1}\left(\max(\min(-\tan(\phi) \cdot \tan(\delta),1),-1)\right)\]
\[ss = T_0 = - T_1\]
Conociendo que cada hora corresponde a 15 grados de rotación, los ángulos horarios se pueden transformar en horas solares. Estos valores nos permiten calcular la duración del día, es decir, el tiempo que transcurre desde el amanecer hasta el atardecer.
3 Radiación solar potencial
La radiación solar potencial es la radiación que una superficie en la Tierra recibiría si la atmósfera no estuviera presente. Esta radiación se estima a partir de la declinación solar, la latitud, la orientación y la inclinación de la superficie. La radiación solar potencial diaria (\(R_{pot}\)) se calcula integrando la radiación solar potencial instantánea (\(R_{pot,s}\)) durante el día, desde el amanecer hasta el atardecer. Este cálculo se realiza utilizando intervalos de 10 minutos y fórmulas específicas.
4 Radiación solar incidente
La radiación solar incidente es la cantidad de radiación solar (directa) que llega a la superficie después de tener en cuenta los efectos de la atmósfera. Para calcular esta radiación, se utiliza el método propuesto por Thornton, Running y White (1997) y Thornton y Running (1999). El cálculo de la radiación solar incidente se basa en la radiación solar potencial, la transmitancia total diaria máxima y la corrección por nubes. Estas variables se combinan utilizando fórmulas específicas para obtener el valor de radiación solar incidente diaria (\(R_g\)).
5 Radiación de onda larga saliente y radiación neta
La radiación neta diaria (\(R_n\)) se utiliza en el cálculo de la evapotranspiración potencial y actual. Se calcula utilizando la radiación solar incidente (\(R_s\)), el albedo de la superficie y la radiación de onda larga saliente (\(R_{nl}\)). La radiación de onda larga saliente es la radiación emitida por la Tierra. Para calcularla, se utiliza el método propuesto por McMahon et al. (2013), que combina la radiación solar potencial, la presión de vapor actual, las temperaturas máxima y mínima, y otras variables.
La estimación de la energía solar incidente requiere el cálculo de diversas variables y el uso de fórmulas específicas. Estos cálculos nos permiten obtener valores precisos de la radiación solar incidente, lo cual es fundamental para el diseño y la optimización de sistemas de energía solar.