¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de...

20
INTRODUCCION El año 2005 los físicos de todo el mundo estuvimos de fiesta: celebramos el centenario de la Teoría de la Relatividad. Hace 100 años, el joven Albert Einstein publicó trabajos científicos que revolucionaron nuestros conceptos de espacio, tiempo, luz, materia y energía. Su famosa fórmula E = mc 2 es uno de los hallazgos más notables de la historia de la Física, al vincular, en una simple relación, conceptos tan disímiles como masa, energía y velocidad de la luz. Esta relación nos ha permitido entender por qué el Sol y las estrellas son fuentes casi inagotables de energía. Para celebrar esta fecha, el año 2005 fue definido por la Naciones Unidas como el Año Internacional de la Física y el mundo entero se pobló de experimentos y teorías desarrolladas por los físicos. En Chile no fuimos menos, y se realizaron muchísimas actividades, la mayoría de ellas con la coordinación y gestión del programa EXPLORA de CONICYT. En una de las primeras reuniones en que EXPLORA y algunos físicos chilenos definíamos las actividades a realizar, Eric Goles, presidente de CONICYT propuso realizar un experimento a lo largo de Chile. Pero ¿qué podíamos medir? En una reunión en que definíamos las actividades de PROFISICA, una iniciativa que apoya el trabajo de profesores y alumnos de física en el país, Juan Carlos Retamal, físico de la Universidad de Santiago de Chile, propuso medir, con la participación de 100 colegios de enseñanza básica y media, la radiación solar a lo largo y ancho de nuestro país, Es decir, responder para Chile la siguiente pregunta: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? Era el mes de enero de 2005, y había entonces mucho trabajo que realizar. Francisco Claro, coordinador de la Iniciativa PROFISICA contactó a EXPLORA y a ESO (European South Observatories) para obtener apoyo en la gestión del proyecto y financiero, y contactamos al Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile en busca de apoyo técnico. A principios de marzo el equipo estaba formado, el proyecto 100 años 100 colegios estaba en marcha. En el Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile el profesor Ernesto Gramsch se hizo cargo de la dirección técnica del proyecto. Junto con 12 alumnos de la carrera de Ingeniería Física de dicha Universidad construyeron y calibraron 100 sensores de radiación solar. Mientras esto sensores se contruían, el profesor Juan Carlos Retamal diseñaba una página web la cual serviría de contacto con los colegios que medirían la radiación solar y en la cual también se irían reflejando los resultados de las medidas que haríamos a lo largo de Chile. Simultáneamente el equipo EXPLORA, con Haydé Domic a la cabeza, trabajaba intensamente difundiendo un nuevo concurso entre profesores de enseñanza básica y media en todo el país. ¿Quiénes serían los colegios que medirían? ¿Tendríamos 100 colegios interesados en realizar esta actividad? A finales de agosto habían llegado

Transcript of ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de...

Page 1: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

INTRODUCCION

El año 2005 los físicos de todo el mundo estuvimos de fiesta: celebramos el centenario de la Teoría de la Relatividad. Hace 100 años, el joven Albert Einstein publicó trabajos científicos que revolucionaron nuestros conceptos de espacio, tiempo, luz, materia y energía. Su famosa fórmula E = mc2 es uno de los hallazgos más notables de la historia de la Física, al vincular, en una simple relación, conceptos tan disímiles como masa, energía y velocidad de la luz. Esta relación nos ha permitido entender por qué el Sol y las estrellas son fuentes casi inagotables de energía. Para celebrar esta fecha, el año 2005 fue definido por la Naciones Unidas como el Año Internacional de la Física y el mundo entero se pobló de experimentos y teorías desarrolladas por los físicos. En Chile no fuimos menos, y se realizaron muchísimas actividades, la mayoría de ellas con la coordinación y gestión del programa EXPLORA de CONICYT. En una de las primeras reuniones en que EXPLORA y algunos físicos chilenos definíamos las actividades a realizar, Eric Goles, presidente de CONICYT propuso realizar un experimento a lo largo de Chile. Pero ¿qué podíamos medir? En una reunión en que definíamos las actividades de PROFISICA, una iniciativa que apoya el trabajo de profesores y alumnos de física en el país, Juan Carlos Retamal, físico de la Universidad de Santiago de Chile, propuso medir, con la participación de 100 colegios de enseñanza básica y media, la radiación solar a lo largo y ancho de nuestro país, Es decir, responder para Chile la siguiente pregunta:

¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? Era el mes de enero de 2005, y había entonces mucho trabajo que realizar. Francisco Claro, coordinador de la Iniciativa PROFISICA contactó a EXPLORA y a ESO (European South Observatories) para obtener apoyo en la gestión del proyecto y financiero, y contactamos al Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile en busca de apoyo técnico. A principios de marzo el equipo estaba formado, el proyecto 100 años 100 colegios estaba en marcha. En el Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile el profesor Ernesto Gramsch se hizo cargo de la dirección técnica del proyecto. Junto con 12 alumnos de la carrera de Ingeniería Física de dicha Universidad construyeron y calibraron 100 sensores de radiación solar. Mientras esto sensores se contruían, el profesor Juan Carlos Retamal diseñaba una página web la cual serviría de contacto con los colegios que medirían la radiación solar y en la cual también se irían reflejando los resultados de las medidas que haríamos a lo largo de Chile. Simultáneamente el equipo EXPLORA, con Haydé Domic a la cabeza, trabajaba intensamente difundiendo un nuevo concurso entre profesores de enseñanza básica y media en todo el país. ¿Quiénes serían los colegios que medirían? ¿Tendríamos 100 colegios interesados en realizar esta actividad? A finales de agosto habían llegado

Page 2: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

1

400 postulaciones. Ahora debíamos seleccionar a 100 de estos colegios. Reunimos a todos quienes participábamos de la organización, pusimos un mapa de nuestro país, distribuímos los colegios interesados por regiones y les asignamos un número. Luego, con una improvisada tómbola, elegimos a los 100 participantes. Al mismo tiempo. Dora Altbir, también académico del Departamento de Física de la Universidad de Santiago, coordinaba las diferentes acciones y trabajaba junto con el profesor Jorge Ossandón, de PROFISICA, y diversos colaboradores, en la escritura de un manual que explicara a alumnos y profesores cómo realizar las mediciones. Al fin, en septiembre todo estaba en marcha y EXPLORA distribuía entusiastamente los 100 equipos y manuales en todo el país. Sabíamos que no era fácil medir en 100 puntos simultáneamente con un equipo desconocido, por lo que realizamos diversas pruebas entre el 15 y el 23 de septiembre. Fue un período difícil, en el cual el contacto con los colegios, ya sea a través del teléfono, el mail o el fax, fue muy intenso. ¿Qué hacer si llueve? ¿Qué escalas usar en el equipo si hay mucho sol o si está muy nublado? … Preguntas como estás nos llegaban a diario, pero al término de las pruebas todos los colegios participantes realizaban sus mediciones perfectamente. Luego medimos, tres veces al día, a las 9, a las 12 y a las 15 horas, durante 9 días, entre el 26 y el 30 de septiembre y entre el 11 y el 14 de octubre. Entre Visviri y Punta Arenas, incluyendo diversas islas de nuestro país, cientos de niños se unían en torno a una experiencia común. Fue un trabajo colectivo simultáneo, que unió a docentes y estudiantes chilenos por tres semanas, sin salir de su colegio, de una forma que no ha ocurrido antes en el país. Cuando se realizaban medidas en un colegio, otros jóvenes lo hacían en otras 99 grandes y pequeñas ciudades y pueblos, cubriendo todos los sectores geográficos de nuestro territorio. Y mientras algunos medían, otros sacaban fotos, dibujaban o escribían. Estos trabajos, junto con los resultados y el análisis de ellos han dado origen a esta libro.

Page 3: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

2

ENERGÍA

¿Qué es la energía? Llamamos energía a la capacidad de realizar trabajo. Sin energía es imposible realizar actividad alguna; no hay transformación ni procesamiento de materias químicas. Sin energía no hay vida posible: ¡el mundo estaría muerto! Gracias a la energía que proviene del Sol la vida vegetal sobre la Tierra puede desarrollarse y convertirse a su vez en alimento para la vida animal. Asimismo, el ser humano requiere gran cantidad de energía, no sólo para vivir, alimentarse, abrigarse, sino también para todas las actividades de la civilización actual, como la industria, el transporte, la construcción, la educación, el arte, la ciencia, los deportes, las diversiones, etc. El abastecimiento de energía se torna cada día más crítico.

¿De dónde proviene la energía? Casi toda la energía disponible en nuestro planeta proviene, en último término, del Sol, salvo algunas excepciones, como la débil luz de las estrellas, o la energía de las mareas, (que proviene de la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna), y aquella que proporcionan los reactores de fisión nuclear. En efecto, estos reactores utilizan uranio o plutonio como combustible, elementos químicos que provienen de estrellas más antiguas que el Sol, ya desaparecidas. Todos los demás recursos energéticos utilizables en la Tierra, tanto renovables como no renovables, deben su energía a la acción del Sol. Entre los renovables están por ejemplo, los bosques, los recursos hidroeléctricos, los vientos, etc. Entre los no renovables están los llamados “combustibles fósiles” - petróleo, carbón, gas natural, etc. - los cuales acumularon energía solar por medio de transformaciones químicas durante millones de años. Incluso la energía geotérmica, o calor encerrado en la Tierra, tiene su origen en los fenómenos que dieron vida a nuestra estrella. ¿Cómo es la energía solar? El Sol es una gran bola de gases de hidrógeno y helio fuertemente comprimidos por su propia gravedad, lo cual genera en su interior alta densidad y temperaturas de varios millones de grados. En estas condiciones ocurre un proceso continuo de termo-fusión nuclear, por el cual núcleos de hidrógeno se fusionan formando helio. En este proceso hay una pérdida de masa, la cual se transforma en energía según la fórmula de Einstein. Así, en la fusión de cada kilogramo de hidrógeno se pierde aproximadamente un gramo de masa, liberándose una energía de nueve millones de millones de joules. En los 5000 millones de años de vida que lleva el Sol, ya ha quemado aproximadamente la mitad de su combustible nuclear… ¡de modo que aún le quedan otros 5000 millones de años por alumbrar! La energía generada continuamente en el interior del Sol es absorbida por las zonas exteriores que conforman la fotósfera. Esta capa, de la cual proviene la luz solar que observamos nosotros en la Tierra, tiene un espesor inferior a una milésima parte del radio solar y su temperatura media es de unos 5500 grados Celsius. La fotósfera juega un rol similar al de la pantalla incandescente de una estufa. De ella proviene la radiación térmica que nos llega a nosotros.

La fotósfera emite ondas electromagnéticas (o sea, luz) en un amplio rango de frecuencias, no sólo en el rango visible (desde el color rojo al violeta), sino también en

Page 4: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

3

los rangos no visibles para el ojo humano, como son el infrarrojo, el ultravioleta, los rayos X y los rayos gama. La mayor intensidad emitida corresponde al rango visible (lo cual no es casualidad!) y disminuye para frecuencias mayores y menores, siguiendo una ley de distribución espectral similar a la que emite un horno a 5500 grados Celsius (Ley de Planck).

¿Cuánta es la energía emitida por el Sol? Un cálculo teórico basado en la Ley de Planck permite afirmar que el flujo total de energía emitido por el Sol en todo el rango de frecuencias equivale a 3,8 x 1023 (3,8 por 10 elevado a 23 kilowatt, o sea, 380 mil millones de millones de millones de kilowatt). Un “kilowatt” equivale a la energía que consumen 25 ampolletas de 40 Watt encendidas durante un segundo. Se denomina “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a través de una sección de un metro cuadrado alejada del Sol una distancia igual al radio promedio de la órbita terrestre. Siguiendo el cálculo anterior, el valor de la Constante Solar alcanza 1,37 kilowatt. Si expresamos la constante solar en calorías, ella equivale a 328 calorías por segundo (ya que un kilowatt equivale a 240 calorías por segundo). En cada día, la energía total que recibe la Tierra del Sol alcanza a 3,7 x 1021 (3,7 por 10 elevado a 21 calorías), cifra que supera en 100 veces el consumo total de la civilización humana en un año. La constante solar incide continuamente sobre cada metro cuadrado de la sección del planeta expuesta directamente al Sol (salvo variaciones estacionales a lo largo del año, debidas a la excentricidad de la órbita, que afectan en más menos 3%). La energía que recibimos en un día soleado a nivel del mar, sin embargo, es algo menor que dicha constante porque una parte de la radiación solar se refleja en la atmósfera de regreso al espacio o es absorbida por ésta y luego irradiada térmicamente.

¿Cómo podemos medir la energía solar? Para medir la energía que recibimos del Sol en la superficie terrestre debemos considerar primero que el resultado dependerá del día, la hora, el lugar y las condiciones atmosféricas. Es muy distinto medir de día o de noche, en invierno o verano, en Arica o Punta Arenas.. Como las condiciones atmosféricas son variables, conviene medir durante varios días, en la misma hora y lugar, para promediar el resultado. Por otra parte, si queremos comparar los valores obtenidos simultáneamente en diversos lugares, debemos utilizar sensores similares e igualmente calibrados. Para ello podemos usar un dispositivo fotoeléctrico consistente en un fotodiodo (o “célula fotoeléctrica”) de amplio espectro, sensible a la radiación solar, unido a un circuito electrónico cuyo voltaje de salida, registrado en un voltímetro estándar, está directamente vinculado a la intensidad de la radiación incidente. Luego, con la ayuda de una tabla de calibración, podemos deducir la cantidad de energía detectada. En cada medición, el fotodiodo debe quedar exactamente orientado hacia el Sol, lo cual se verifica variando levemente la orientación y registrando la máxima señal observada. ¿Cómo usar la energía solar? Hay diversas técnicas para captar la energía que llega del Sol y transformarla en energía mecánica, térmica o eléctrica. Por ejemplo, un horno solar concentra la luz al interior de una cavidad con ayuda de lentes o espejos, logrando temperaturas de cientos y hasta miles de grados en el foco, lo que puede usarse para cocinar alimentos o para fundir metales. Paneles solares ubicados

Page 5: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

4

convenientemente en los techos de las casas pueden calentar agua para calefacción u otros usos. Paneles fotovoltaicos generan electricidad directamente a partir de la luz solar, aprovechando el efecto fotoeléctrico descubierto por Hertz en 1887 y explicado por Einstein en su famosa teoría fotónica de 1905. Así se ha construido automóviles experimentales cubiertos de fotocélulas, las cuales abastecen de electricidad al motor.

Todos estos métodos son limpios y no contaminantes. A medida que sube el precio del petróleo y disminuyen las reservas mundiales, la energía solar, prácticamente inagotable y sin residuos radioactivos, se hace cada vez más atractiva para el desarrollo de la humanidad. Para responder cuánta energía solar recibe Chile al inicio de la Primavera en todo su territorio mediremos, con ayuda de un solarímetro, la radiación solar simultáneamente en 100 colegios ubicados a lo largo y ancho del país. Con los datos obtenidos confeccionamos mapas de la radiación solar de nuestro país. ¿Cómo funciona el Solarímetro? El equipo que fue utilizado consta básicamente de dos instrumentos: un sensor de radiación y un multímetro. El primero es el equipo que convierte la radiación solar en una señal eléctrica de voltaje que puede ser cuantificada, y que es llamado solarímetro. El segundo es un equipo que sirve para medir varias cantidades: voltaje, corriente, resistencia, conductividad, etc. Nosotros vamos a utilizar el voltímetro para medir la salida del detector. Figura 1. Foto del solarímetro y multímetro usados para la medición de radiación solar

Page 6: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

5

El solarímetro tiene dos componentes principales, un fotodetector de radiación y un amplificador. Pero el componente más importante del solarímetro es el elemento que recibe la radiación solar y la convierte en una señal que pueda ser amplificada y leída. Este elemento se llama fotodetector, y está fabricado de un material semiconductor llamado silicio. Este en un material muy importante, ya que más del 90% de los circuitos integrados (chips) que se usan en los equipos electrónicos están hechos de silicio (radios, equipos de música, televisión, computadores, etc.). Una foto del equipo completo se muestra en la figura 1. El solarímetro nos entrega un valor de voltaje medido, el cual debemos transformar a potencia, multiplicando el voltaje leído por un factor de calibración. Estos factores fueron obtenidos en la Universidad de Santiago para cada equipo. El resultado es entonces la potencia total de la radiación solar (que incluye radiación visible, infrarroja y ultravioleta) medida en Watts por metro cuadrado. ¿Cómo se realizaron las mediciones? Luego de un período de prueba se realizaron tres mediciones diarias, a las 9.00, las 12.00 y las 15.00 hrs., durante 9 días, el 26, 27, 28, 29 y 30 de septiembre, y el 11, 12, 13, 14 de octubre de 2005. En cada medida se midió la radiación cenital (verticalmente hacia arriba). Y la radiación directa (cuando el fotosensor apunta directamente en dirección al Sol).

Entrega de los resultados. Los resultados se entregaron diariamente a través de una página web especialmente habilitada para ello (www.fisica.usach.cl). Allí los profesores responsables en cada colegio y los alumnos participantes ingresaron los resultados de sus mediciones y tuvieron también un punto de encuentro con el equipo científico del proyecto y otros profesores y alumnos.

Page 7: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

6

RESULTADOS Y ANÁLISIS Los objetivos de nuestro experimento eran obtener la cantidad energía que llega a nuestro país diariamente. Esta pregunta la hemos contestado con nuestras mediciones. Sin embargo la respuesta es más compleja de lo que pensamos. Lo primero que observamos es que la energía que llega a nuestro país no se distribuye de manera homogénea. A partir de los gráficos podemos ver que, incluso en el norte de Chile, hay sectores donde llega menos energía a determinadas horas del día. Por otro lado, la radiación varía bastante según la hora del día, la humedad y nubosidad. A continuación se muestran diversos gráficos obtenidos con los comentarios y análisis correspondientes. Potencia versus Energía. Los resultados se muestran como potencia, es decir la energía que llega a la superficie terrestre por cada segundo. Hemos medido la potencia en tres horarios distintos, a las 9 AM, a las 12 AM y las 3 PM porque la potencia cambia mucho durante el día. Si se quiere obtener la energía total que llega a la superficie, hay que multiplicar la potencia por el tiempo. Pero hay que tener cuidado, ya que la potencia cambia durante el día, y durante la noche, la potencia es cero, por ello no se puede multiplicar la potencia medida a las 12 el día por 24 horas para obtener la energía total. Figura 1. Intensidad de radiación solar en todo Chile el 29 de Septiembre de 2005 a las 9 de la mañana., mostrada como gráfico de superficie. Los colores indican la potencia en W/m2.

Page 8: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

7

En la figura 1 se muestra la radiación solar en Watt/m2 a las 9 de la mañana. El gráfico de superficie está superpuesto al mapa de Chile, y muestra con colores la intensidad de la radiación. El color verde indica que la potencia incidente varía entre 0 y 100 W/m2, el naranjo entre 100 y 400 W/m2 y sectores con color azul muestran intensidades mayores de 500 W/m2. Como ejemplo, la flecha indica un sector al interior de Arica, en el norte, donde la intensidad de radiación fue aproximadamente de 500 W/m2. Se puede ver que hacia la costa la intensidad de la radiación baja levemente, y esto es una indicación de que en la costa, generalmente amanece nublado. Se puede ver además que en todo el sur de Chile (desde Valdivia al sur) la radiación es aproximadamente constante y está en verde. La intensidad de la radiación baja a medida que nos movemos hacia el sur porque el ángulo con que llegan los rayos del sol a la superficie es mayor, y parte de la radiación es absorbida por la atmósfera. Se puede observar que la radiación varía bastante según el sector donde se mida. Esto tiene relación con la nubosidad, que también varía mucho a lo largo de Chile. Hacia el lado izquierdo del mapa, se puede ver la radiación proveniente de Isla de Pascua. La intensidad es menor que la que hay en el continente a la misma latitud, y esto indica que a esa hora había nubosidad en la isla. Figura 2. Potencia de radiación solar en Chile a las 12 horas, el 29 de septiembre de 2005.

Page 9: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

8

La radiación solar a las 12 del día se muestra en la figura 2. En este gráfico se puede ver que la intensidad es mucho mayor que en la mañana, llegando hasta los 1500 W/m2 en el norte (marcado en azul). En la zona de la costa hay sectores con alta y baja radiación, esto se debe a la nubosidad que normalmente existe en la costa. La radiación en Isla de Pascua llega hasta los 1000 W/m2 y se observa también la radiación medida en la Isla de Juan Fernández. Se puede observar también que hay una gran variabilidad en la intensidad, o sea hay sectores a los que llega una gran radiación y otros sectores cercanos que reciben baja intensidad de radiación. Esto es normal, ya que la potencia recibida depende mucho de la nubosidad local. Desde Valdivia hacia el sur, la potencia de la radiación se mantiene baja. Esto tiene relación con la nubosidad y con el mayor ángulo que tienen los rayos del sol con la superficie terrestre. El gráfico de la radiación durante la tarde (3 pm) se muestra en la figura 3. Figura 3. Potencia de radiación solar en Chile a las 3 de la tarde del 29 de Septiembre. Durante la tarde (3 pm) se observa que la radiación solar nuevamente baja a niveles similares a los que ocurren en la mañana. Esto es normal, y ocurre porque la posición del sol con respecto a la tierra ha cambiado: el ángulo de incidencia es mayor y la distancia en la atmósfera que tiene que atravesar la radiación solar para llegar a la Tierra en esa región es mayor. Se ve claramente que la máxima cantidad de radiación

Page 10: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

9

llega a la tierra en las horas del mediodía. Si graficamos la intensidad de la radiación solar a lo largo del día obtenemos un gráfico como el de la figura 4, es decir el mínimo ocurre durante las horas de la mañana y de la tarde. El máximo ocurre cerca del mediodía, a la 1 de la tarde. Figura 4. Variación de la intensidad de la radiación solar a lo largo del día. En la figura 4 se puede ver también el efecto de las nubes en la radiación. Dependiendo del tipo de nubes, la intensidad puede bajar hasta un 40%. Potencia total recibida por Regiones. Una manera de obtener la potencia total recibida del sol en cada una de las Regiones de nuestro país es multiplicar el promedio de la radiación recibida en la Región por el área de ella. Por muchas razones, esta cantidad, no va a ser nunca lo que podamos aprovechar, pero nos da una idea de la inmensa cantidad de energía que nos llega del sol. La figura 5 muestra la potencia promedio de todo el período medido (27 de Septiembre al 14 de Octubre 2005) recibida por Región en los tres horarios muestreados. Se puede ver que las mayores potencias son recibidas a las 12 del día. Los promedios de la II Región a las 12 y 15 horas son algo más bajos que la III Región porque muchas mediciones se realizaron en ciudades costeras, que por la nubosidad natural, tienen menor radiación incidente. La potencia recibida a las 3 PM es más alta que la recibida a las 9 AM, porque esta última es medida 4 horas antes que el máximo (1 PM) mientras que la medición de las 3 es 2 horas después que el máximo. Estas diferencias muestran la importancia de la posición del sol en la intensidad de la radiación recibida.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Hora del día

Pote

ncia

(W/m

2 )

Page 11: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

10

Figura 5. Potencia promedio por unidad de área recibida por Región para el período entre el 27 de Septiembre y el 14 de Octubre 2005 Figura 6. Potencia total recibida por Región (expresada en Terawatt) para el período entre el 27 de Septiembre y el 14 de Octubre 2005. La potencia total se puede obtener (a grosso modo) multiplicando el área de cada Región por su potencia promedio. Esto se puede ver en el gráfico de la figura 6. En este caso se puede ver la influencia del tamaño de la Región en la potencia total recibida. La segunda región es la que más contribuye ya que el área es muy grande. La región más extensa es la XII Región, con 132.033 km2, y la potencia aportada es

0

200

400

600

800

1000

1200

I II III IV V RM VI VII VIII IX X XI XIIRegión

Pote

ncia

(W/m

2 ) 9 hrs.15 hrs.12 hrs.

Período

0

20

40

60

80

100

120

I II III IV V RM VI VII VIII IX X XI XIIRegión

Pote

ncia

(TW

)

9 hrs.15 hrs.12 hrs.

Período

Page 12: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

11

casi 80 TW a las 12 del día debido a su gran extensión. La potencia está expresada en Terawatt (1 Terawatt = 1.000.000.000.000 W), a modo de comparación, una estufa eléctrica o una plancha, que son los artefactos que más consumen en una casa, usan aproximadamente 2000 W. Para poder comparar la potencia recibida con la potencia que es capaz de entregar el sistema de generación de electricidad de Chile, se muestra en la tabla 1 las potencias generadas por los sistemas chilenos. Las unidades son GigaWatt (1 Gigawatt = 1.000.000.000 watt)

Total Sic Sing Otros Potencia (GW) 5,58 3,97 1,30 0,31

Sic: sistema interconectado central Sing: sistema interconectado del norte grande Tabla 1. Potencia eléctrica entregada por los sistemas interconectados chilenos el año 2004. Datos de Instituto Nacional de Estadística, INE ( http://www.ine.cl). La potencia solar total recibida en Chile se muestra en la tabla 2.

9 hrs 12 hrs 15 hrs Potencia (GW) 166.800 500.400 410.800

Tabla 2. Potencia total promedio recibida en Chile de acuerdo a las mediciones de los 100 colegios participantes en los tres horarios medidos. De las tablas 1 y 2, se puede ver que la potencia solar total recibida en Chile es muy alta, y si pudiéramos aprovechar una ínfima parte, solucionaría muchos de los problemas energéticos que ahora tenemos. Variación diaria de la potencia recibida La potencia solar recibida durante varios días de las medidas a la 12 horas en cuatro regiones del país se muestra en la figura 7. Se puede observar una gran variación de un día para otro, variaciones que son normales ya que la nubosidad tiene una gran influencia en la potencia. Se observa también que en la zona norte – en promedio – se recibe más radiación que en la zona sur o centro. La potencia recibida a las 9 AM para las mismas Regiones que la figura 7 se muestra en la figura 8. En este gráfico no se observa una gran diferencia entre las Regiones, es decir en las zonas norte y sur se recibe aproximadamente la misma potencia. Esto indica la importancia de la posición del sol en la cantidad de energía que llega a la Tierra. En la mañana el ángulo del sol con la Tierra es grande para todas las Regiones, en cambio a las 12 hrs., el ángulo es grande en la zona sur y pequeño para la zona norte.

Page 13: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

12

Figura 6. Potencia total por día en cuatro Regiones del país en Septiembre y Octubre de 2005. Figura 7. Potencia total por día en cuatro Regiones del país en Septiembre y Octubre de 2005 a las 9 hrs. Promedio del período. Los gráficos de superficie promedio para todo el período de monitoreo, se muestran en las figuras 8, 9 y 10. Los datos indican una gran variación entre las horas de la mañana y la tarde. Durante la tarde y mediodía (figuras 9 y 10) no hay diferencias importantes entre la radiación recibida en el norte y el sur. Además hay menos diferencias entre máximos y mínimos en una misma Región, esto es una indicación de que durante el día hay menos nubosidad que en las mañanas.

Potencia recibida, 12 hrs.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

26 Sep

27 Sep

t

28 Sep

t

29 Sep

t

30 Sep

t

11 O

ct.

12 O

ct

13 O

ct.

14 O

ct.

Día

Pote

ncia

(W/m

2 )IIIIXIIRM

Región

Potencia recibida, 9 hrs.

0

100

200

300

400

500

600

700

26 Sep

27 Sep

t

28 Sep

t

29 Sep

t

30 Sep

t

11 O

ct.

12 O

ct

13 O

ct.

14 O

ct.

Día

Pote

ncia

(W/m

2 )

IIIIXIIRM

Región

Page 14: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

13

La nubosidad es probablemente la causante de que se vean grandes diferencias de radiación en sectores cercanos, tal como se ve en la figura 8. Figura 8. Promedio de la potencia solar medida desde el 27 de Septiembre al 14 de Octubre 2005 a las 9 hrs. Figura 9. Promedio de la potencia solar medida entre el 27 de Septiembre y el 14 de Octubre 2005.

Potencia solar promedio del período (12 hrs)

W/m2 W/m2

0

200

400

600

800

1000

1200

Potencia solar promedio del período (9 hrs)

W/m2 W/m2

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Page 15: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

14

Figura 10. Promedio de la potencia solar medida desde el 27 de Septiembre al 14 de Octubre 2005 a las 15 hrs.

Potencia solar promedio del período (3 PM)

W/m2

W/m2

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Page 16: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

15

A continuación listamos los colegios participantes y profesor coordinador de esta actividad. Establecimientos Participantes Primera Región

COLEGIO COMINA/CIUDAD PROFESOR RESPONSABLE 1 Escuela Internado Visviri Visviri Manuel Ríos Benavente 2 Colegio Integrado Eduardo Frei Montalva Arica Guillermo Manríquez Beyzaga 3 Escuela Básica Fronteriza E 50 Colchane Mauricio González Coronado 4 Liceo Huara Huara Liliana Yáñez Yáñez 5 Liceo Alcalde Sergio González Gutiérrez C-12 Pozo Almonte Roberto Heredia Morales 6 Liceo Sagrado Corazón Alto Hospicio René Delgado Almeida 7 Liceo Elena Duvauchelle Cabezón Iquique Myrna Medel Ayala 8 Liceo Padre Alberto Hurtado Cruchaga Pica Mario Cárdenas Pinto

Segunda Región

9 Escuela Básica San Antonio de Padua Ollagüe Nidia Carvajal Villalobos 10 Liceo B 2 Domingo Latrille L. Tocopilla Manuel Olmos Rodríguez 11 Fundación Educacional Nuestra Sra. de Ayquina Calama Samuel Varas Cortés 12 Liceo Likan-Antai San Pedro de Atacama María Molina Contreras 13 Liceo Andrés Sabella B 29 Antofagasta María Reyes Cortés 14 Liceo Juan Cortés-Monroy Tal Tal Julio Lizama Lizama

Tercera Región

15 Liceo Diego de Almeida El Salvador María Cecilia Moennel Contreras

16 Liceo Manuel Magalhaes Medling Diego de Almagro Norma Araya Torres 17 Liceo Sagrado Corazón Copiapó Ana García Huina 18 Liceo Jorge Alessandri Rodríguez Tierra Amarilla Adaman Ibacache Collao 19 Liceo Japón Huasco Claudia Ávalos Paredes Cuarta Región

20 Colegio Nuestra Sra. de Andacollo La Serena Mónica Barraza Díaz 21 Liceo Alejandro Álvarez Jofré Ovalle Sonia Layana Castillo 22 Liceo Eduardo Frei Montalva Monte Patria Jaime Rodríguez Cabrera 23 Escuela Bélgica Punitaqui Patricia Oyarce Tapia 24 Liceo Luis Alberto Vera Illapel Daniel Piñones Tapia 25 Colegio San Francisco Javier Los Vilos Francisco Martínez Bastias

Quinta Región

26 Colegio Maesse Da Vinci La Ligua Fresia Cuesta Pantoja 27 Colegio Andrés Bello Cabildo Araceli Urrutia 28 Colegio Parroquial Francisco Didier Zapallar Rolando Briones Plata 29 Liceo República de Estados Unidos Putaendo María Herrera Carvajal 30 Complejo Educacional Sargento Aldea Puchuncaví María Delgado Cartes 31 Colegio Inglés de Quillota Quillota María Figueroa Guerrero 32 Colegio Panal 1 Quilpué Annabella Opazo Gatica 33 Colegio Hebreo Dr. Jaim Weitzman Viña del Mar Gloria Gallardo Binet

Page 17: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

16

34 República de El Salvador Valparaíso Teresa Reyes Espinoza 35 Colegio Insular Robinson Crusoe Juan Fernández Juan Carlos Órdenes Hills 36 Liceo Lorenzo Baeza Vega Isla de Pascua Galvarino Rivero Díaz 37 Colegio El Arrayán Casablanca Fernando López Araya 38 Colegio Carlos Alessandri Algarrobo Marcela Vidal Mouat

Región Metropolitana

39 CEP Rigoberto Fontt Izquierdo Colina Fernando Montoya Cáceres40 Colegio Particular San Esteban de Las Vizcachas Puente Alto Jaime Cortés Ramírez 41 Liceo Gabriela Mistral Melipilla Julio Contreras Flores 42 Escuela Rayen Mapu Buin María Cuevas Rojas 43 San José Obrero de Curacaví Curacaví Ana Arenas González 44 Instituto San Pablo Misionero San Bernardo Patricio Donoso Bórquez 45 Mater Purissima Maipú Beatriz Santis Astorga 46 Complejo Educacional Presidente Arturo Alessandri Recoleta Voltaire García Núñez 47 Escuela San Esteban Diácono Vitacura Patricio Castro Pérez 48 Escuela República de Siria Ñuñoa Alberto Maringer Durán

Sexta Región

49 Liceo Integrado de Codegua Codegua Isabel Céspedes Castillo 50 Colegio Manuel Rodríguez D 20 Rancagua Angélica Ortiz Gómez 51 Colegio Antilén Rengo Antonio Cáceres Pérez 52 Liceo Ignacio Carrera Pinto San Vicente Cecilia Aliaga Miranda 53 Liceo Municipal Luis Gregorio Valenzuela Lavín Coinco Omar Contreras Silva 54 Liceo María Auxiliadora Santa Cruz Pablo Lépez Fuentealba 55 Colegio Arrayaneo San Fernando José Joaquín Pérez 56 Liceo Fermín del Real Castillo Chépica José Zúñiga Martínez

Séptima Región

57 Instituto San Martín de Curicó Curicó Juan Palma Gutiérrez 58 Liceo Agroindustral Río Claro Río Claro Carlos Silva Garrido 59 Colegio Montessori Talca Enrique Zambra Araneda 60 Liceo Sagrados Corazones San Javier Patricio Ortega Abarza 61 Colegio Particular Abate Molina Longaví Juan Fernández Fernández 62 Escuela Curanipe Curanipe Guacolda Durán Sepúlveda 63 Liceo Claudina Urrutia de Lavín Cauquenes Luis Aravena Pereira 64 Colegio San José de Parral Parral José Miguel Echeverría

Octava Región

65 Liceo Politécnico Capitán Ignacio Carrera Pinto San Carlos Patricia Cerda 66 Escuela La Castilla E 211 Chillán Sonia Sanhueza Navarrete 67 Liceo República del Paraguay Trehuaco Josefina Pedreros Urrutia 68 Liceo Vicente Palacios Valdés Tomé Luis Vargas Ortiz 69 Colegio San Patricio Chiguayante María del Carmen Palma 70 Liceo Las Salinas B 26 Talcahuano María Melgarejo Carrasco 71 Scuola Italiana Cristóforo Colombo Coronel Susana Guajardo Calderón 72 Liceo Yungay Yungay Carmen Chávez Godoy

Page 18: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

17

73 Liceo A 61 Los Ángeles David Peña Parra 74 Araucaria School Santa Bárbara Alejandra Saavedra 75 Liceo Gabriela Mistral Cañete Rosa Jara Jiménez

Novena Región

76 Colegio San Francisco de Asís Chol Chol Pedro Navarro Bustos 77 Complejo Educacional Padre Nicolás Vilcún Adriana González Olivero 78 Escuela de Adultos Getsemaní Temuco Juan Huanqui Riquelme 79 Escuela Particular 335 FAIZI Nueva Imperial Gerardo Jara Barrera 80 Instituto de Educación Rural Liceo Politécnico

Profesional Huiscapi Loncoche Bárbara Manqueo Cayuqueo 81 Colegio Santa Cruz Villarrica Marcela Mardones Tiznado

Décima Región

82 Liceo Industrial Valdivia Valdivia Miriam Leal Rojas 83 Liceo Agrícola y Forestal People Help People Panguipulli Norberto León Suazo 84 Saint Thomas College Osorno Marta Mora Ojeda 85 Colegio Arriarán Barros Puerto Montt María Imio Caamaño 86 Colegio San Vicente de Paul Puerto Octay Adelina Vargas Catalán 87 Colegio Purísimo Corazón de María Fresia Roberto Cádiz Martínez 88 Centro Educacional San Andrés Ancud, Chiloé Jorge Azócar Caro 89 Colegio Cahuala Insular Llau Llao Katty Arenas Herrera 90 Escuela Antupirén Hualaihue José Saldivia Antiman 91 Escuela Básica Luz del Corcovado Chaitén Jorge Montiel Pinochet

Décimo Primera Región

N° Establecimiento Comuna / Ciudad Profesor/a 92 Escuela Básica Municipal F 1016 Melinka Jorge Valdebenito Burgos 93 Liceo Josefina Aguirre Montenegro Coyhaique Mónica Vera Vera 94 Liceo Luisa Ravanal Palma Chile Chico Víctor Yaupe Manque 95 Escuela F 6 Almirante Simpson Puerto Chacabuco Alejandro Muñoz Vásquez

Décimo Segunda Región

N° Establecimiento Comuna / Ciudad Profesor/a 96 Escuela Libertador Capitán General Bernardo

O’Higgins Riquelme Punta Arenas Silvia Benavides

97 Escuela Municipal G4 Baudilia Avendaño de Yousuff Puerto Natales Ricardo Ordóñez Manríquez

98 Liceo C 7 Porvenir Alex Vera Briones 99 Liceo Donald Mc Intyre Griffiths Cabo de Hornos Ángel Toledo González 100 Escuela F 50 Villa Las Estrellas Antártica Sergio Baeza Triviños

Page 19: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

18

EQUIPO ORGANIZADOR Profisica Dora Altbir, académico del Departamento de Física, USACH Francisco Claro, académico de la Facultad de Física, P. Universidad Católica de Chile José Luis Giordano, académico de la Facultad de Ingeniería, Universidad de Talca Jorge Ossandón, académico de la Facultad de Ingeniería, Universidad de Talca Juan Carlos Retamal, académico del Departamento de Física, USACH Nelson Mayorga, profesor Santiago Collage y USACH. Universidad de Santiago de Chile Dora Altbir, académico del Departamento de Física Emelina Bronte, secretaria Departamento de Física Ernesto Gramsch, académico del Departamento de Física Raúl Labbe, académico del Departamento de Física Susana López, secretaria Departamento de Física Ignacio Olivares, académico del Departamento de Física Juan Carlos Retamal, académico del Departamento de Física Sara Nuñez, encargada de recursos computacionales Explora Haydée Domic, directora Explora-CONICYT Dezanka Simunovic, subdirectora de programas y proyectos Marianela Velasco, jefa de comunicaciones Manuel Rojas, periodista Fernando Cavallo, asistente gráfico y audiovisual European Sothern Observatories Gonzalo Argandoña, Relacionador Público Observatorio Europeo Austral, oficina Chile Los sensores fueron construidos por un equipo de once alumnos de la carrera de Ingeniería Física de la USACH coordinados por Cecilia Farias, también alumna de la carrera. Álvaro Espejo Carolina Flores Renato Galleguillos Danilo Jara Cristian Jimenez Erika Martínez Betzaida Mezzano Karina Molina Juan Ignacio Morales Nelson Sepúlveda Loreto Troncoso

Page 20: ¿Cuánta energía solar llega a nuestro país diariamente? “Constante Solar” a la cantidad de energía radiante que fluye en cada segundo a ... es algo menor que dicha constante

19