Masa de aire (astronomía)
Cuando alcanza la superficie de la Tierra, el espectro solar ha sido fuertemente confinado entre el infrarrojo lejano y el ultravioleta cercano.
La dispersión atmosférica juega un rol eliminando altas frecuencias de la luz solar directa y esparciéndolas por el cielo.
[2] Esta es la razón por la cual el cielo se ve azul y el sol amarillo- la mayor parte de la frecuencia más alta de luz azul llega al observador a través de trayectorias dispersas indirectas; quedando solo un menor fracción de luz azul la cual sigue una trayectoria directa, es por esto que el sol se observa con un matiz amarillo.
[3] Cuanto mayor sea la distancia en la atmósfera a través de la cual viaja la luz del sol, mayor es el efecto, es por esto que el sol parece naranja o rojo en la madrugada y al atardecer cuando la luz del sol está viajando muy oblicuamente a través de la atmósfera- progresivamente la mayor parte de los azules y verdes son removidos de los rayos directos, dando una apariencia naranja o roja al sol; y el cielo se torna de un color rosado- ya que los azules y verdes están esparcidos por caminos tan largos que estos son altamente atenuados antes de llegar al observador, resultando en característicos cielos rosas al amanecer y al atardecer.
Al nivel del mar, la masa de aire hacia el horizonte (𝓩=90°) es aproximadamente 38.
Estos modelos se comparan en la siguiente tabla: Esto implica que, para estos fines, se puede considerar que la atmósfera está efectivamente concentrada en alrededor de los 9 km[8] inferiores, es decir, esencialmente todos los efectos atmosféricos se deben a la masa atmosférica en la mitad inferior de la troposfera.
Este es un modelo útil y simple cuando se consideran los efectos atmosféricos sobre la intensidad solar.
Es el espectro que se encuentra por fuera de la atmósfera, aproximado por el cuerpo negro de 5,800 K, se le refiere como "AM0", que significa "cero atmosferas".
Se denomina por definición, como "AM1" al espectro encontrado después de viajar a través de la atmósfera hasta el nivel del mar con el sol exactamente en su punto más alto.
AM1 (z=0°) a AM1.1 (z=25°) es un rango muy útil para estimar el rendimiento de las celdas solares en las regiones ecuatoriales y tropicales.
Los paneles solares generalmente no operan exactamente bajo una atmósfera de espesor: si el sol forma un ángulo con la superficie de la Tierra, el espesor efectivo será mayor.
Por lo tanto, un número AM que representa el espectro en latitudes medias es mucho más común.
Mientras el número AM de verano para latitudes medias durante las horas pico del día es menor a 1.5, cifras más altas se aplican en la mañana, en la noche y en otras épocas del año.
[9] Desde entonces, la industria solar ha utilizado AM1.5 para todas las pruebas estandarizadas o clasificación de celdas solares o módulos terrestres, incluyendo los utilizados en sistemas de concentración.
Las últimas normas AM1.5 relacionadas con aplicaciones fotovoltaicas son las ASTM G-173 e IEC 60904,[10][11] todas derivan de simulaciones obtenidas con el código SMARTS.
La iluminancia de luz diurna bajo AM1.5 es dada como 109,870 lux (correspondiente con el espectro AM 1.5 como 1000.4 W/m²).
El espectro AM38 es generalmente considerado como la masa aire en la dirección horizontal (z=90°) al nivel del mar.
Sin embargo, en la práctica hay un alto grado de variabilidad en la intensidad solar recibida en ángulos cercanos al horizonte como se describe en la siguiente sección intensidad solar.
Por el contrario, la masa de aire absoluta, es igual a la masa de aire relativa multiplicada por la presión atmosférica local y divida por la presión estándar (a nivel del mar), disminuye con la elevación sobre el nivel del mar.
Para paneles solares instalados en altitudes elevadas, por ejemplo, en la región Altiplano, es posible usar números AM absolutos menores para la latitud correspondiente al nivel del mar: números AM menores a 1 hacia el ecuador, y números correspondientemente menores que los que los enlistados anteriormente para otras latitudes.
Un modelo aproximado para la intensidad solar frente a la masa de aire está dado por:[13][14]
Esta fórmula encaja adecuadamente dentro del rango medio de la variabilidad esperada basada en la contaminación:
Intensidad solar contra el ángulo cenital z y coeficiente de masa de aire AM Esto ilustra que hay una potencia significativa disponible a solo unos pocos grados sobre el horizonte.
Alternativamente, dadas las variabilidades prácticas significativas involucradas, el modelo esférico homogéneo podría aplicarse para estimar la AM, utilizando:
donde las alturas normalizadas de la atmósfera y del colector son respectivamente
[19] Por lo tanto, estas aproximaciones son adecuadas sólo para estimar el rendimiento de los colectores terrestres.
Las celdas solares de silicio no son muy sensibles a las porciones del espectro que se pierden en la atmósfera.
El espectro resultante en la superficie de la Tierra se asemeja más a la banda prohibida del silicio, por lo que las celdas solares de silicio son más eficientes en AM1 que en AM0.
Como se ilustra a continuación, aunque la eficiencia es menor en AM0, la potencia de salida total ( P out) para una celda solar típica sigue siendo la más alta en AM0.
Esto ilustra el punto más general, dado que la energía solar es "gratuita", y donde el espacio disponible no es una limitación, otros factores como P out total y P out suelen ser consideraciones más importantes que la eficiencia ( Pout / Pin ).
