FÍSICA · RADIACIÓN Y APROVECHAMIENTO SOLAR
El Sol puede calentar agua, secar fruta y producir electricidad mediante un panel. Estos ejemplos muestran qué energía llega, cómo se transforma y qué condiciones cambian el resultado, con cálculos y ejercicios para practicar.
Incluye luz visible, infrarrojo y ultravioleta. Al absorberse puede calentar materiales, producir cambios fotoquímicos o convertirse en electricidad. Solar indica el origen de la energía; térmica y eléctrica describen aspectos de su aprovechamiento.
EJEMPLO 01
Una piscina al aire libre recibe radiación que es absorbida por el agua y sus superficies. Parte de esa energía aumenta la energía interna del agua.
Resultado: La energía absorbida puede elevar su temperatura
Condiciones: La temperatura final depende del balance: también hay pérdidas por evaporación, intercambio con el aire y radiación. Recibir Sol no garantiza que el agua se caliente en cualquier circunstancia.
EJEMPLO 02
Un secador solar calienta el aire que circula alrededor del producto. La energía favorece la evaporación y el aire arrastra el vapor.
Resultado: La energía solar favorece la salida de agua de la fruta
Condiciones: El resultado depende de temperatura, humedad, ventilación y espesor de las piezas. Secar no equivale a esterilizar; la luz por sí sola no demuestra que el alimento esté listo para conservarse.
EJEMPLO 03
Al atravesar la atmósfera, una parte de la radiación solar se absorbe y otra se dispersa. El ozono contribuye especialmente a absorber radiación ultravioleta.
Resultado: El filtro atmosférico no bloquea toda la radiación UV
Condiciones: A la superficie siguen llegando UVA y una fracción de UVB. La energía solar no se convierte por ello en totalmente inocua, ni el ozono absorbe por igual todas las longitudes de onda.
EJEMPLO 04
La radiación ultravioleta puede dañar la piel y causar enrojecimiento o quemadura. La exposición acumulada depende de la intensidad de la radiación y de su duración.
Resultado: El efecto no depende solo del tiempo de exposición
Condiciones: También influyen la sensibilidad de la piel y las condiciones ambientales. La sensación de calor no mide la intensidad UV: no son el mismo fenómeno físico.
EJEMPLO 05
La radiación absorbida en las células semiconductoras genera portadores de carga que la estructura de la célula separa. Si se conecta un circuito adecuado, se obtiene corriente eléctrica.
Resultado: La luz permite transferir energía a un circuito
Condiciones: Es el efecto fotovoltaico: no hace falta expulsar electrones del panel al aire. Un inversor permite convertir la corriente continua en alterna para los usos que la requieren; no todos los equipos necesitan esa conversión.
EJEMPLO 06
Un colector absorbe radiación y transfiere energía al agua, directamente o mediante otro fluido. Para 50 kg de agua que pasan de 20 a 30 °C, usa c = 4 180 J/(kg·°C).
Q = mcΔT = 50 × 4 180 × (30 − 20).
Q = 2 090 000 J = 2,09 MJ.
Resultado: Calentar 50 kg de agua 10 °C requiere unos 2,09 MJ
Condiciones: Este cálculo cuenta solo el calentamiento del agua. El colector debe recibir más energía si hay pérdidas. No es necesario hervirla, y el dispositivo no genera electricidad por el mero hecho de ser solar.
EJEMPLO 07
En una laguna de tratamiento, la luz puede favorecer la fotosíntesis de algas que aportan oxígeno a procesos biológicos. También puede haber evaporación de agua.
Resultado: El tratamiento combina procesos; evaporar no es desinfectar
Condiciones: La presencia de luz solar no permite dar por eliminados todos los patógenos; el tratamiento puede requerir una etapa específica de desinfección. La evaporación no elimina por sí sola los contaminantes del agua restante. La calidad requiere un proceso y controles específicos.
EJEMPLO 08
La energía solar puede aportar parte de la energía necesaria para que el agua de un charco se evapore. También intercambia energía con el aire y el suelo.
Resultado: Agua líquida pasa al aire como vapor
Condiciones: La evaporación no exige alcanzar 100 °C. El viento, la humedad y la temperatura influyen en su ritmo. Añadir vapor al aire no garantiza que aumente su humedad relativa, porque esta también depende de la temperatura.
EJEMPLO 09
Cerca del amanecer, los rayos llegan más oblicuos y recorren más atmósfera que cerca del mediodía solar. La misma radiación directa se distribuye sobre una superficie horizontal mayor.
Resultado: En condiciones comparables llega menos potencia a una superficie horizontal
Condiciones: Se comparan condiciones atmosféricas semejantes. Las nubes y las sombras pueden cambiar el resultado. Este efecto ayuda a entender las pérdidas por evaporación en un jardín, pero no fija por sí solo un horario de riego válido para todo clima y suelo.
EJEMPLO 10
La radiación UVB participa en la transformación de una sustancia de la piel que da lugar a precursores de vitamina D.
Resultado: La luz puede iniciar un proceso fotoquímico en la piel
Condiciones: La síntesis depende de diversos factores y no establece una dosis universal de exposición. La vitamina D también se obtiene de alimentos y otras fuentes; este ejemplo explica un mecanismo, no una recomendación de tomar el Sol.
EJEMPLO 11
Muchos espejos orientables, llamados helióstatos, reflejan la radiación directa hacia un receptor elevado. Allí se calienta un medio que puede suministrar energía a un ciclo de vapor conectado a una turbina y un generador.
Resultado: Los espejos calientan un receptor; un ciclo térmico permite generar electricidad
Condiciones: Los espejos concentran radiación, no la convierten directamente en corriente. Los fluidos, temperaturas y posibilidades de almacenamiento dependen del diseño.
EJEMPLO 12
Un espejo alargado con sección parabólica dirige radiación solar hacia un tubo situado en su línea focal. El fluido circulante recoge energía que puede usarse para producir vapor o calor de proceso.
Resultado: La radiación se concentra a lo largo de un tubo receptor
Condiciones: No hay una temperatura universal de 300 °C: depende del fluido y del equipo. Torre y colectores parabólicos son dos tecnologías de concentración; existen otras, como sistemas Fresnel y de disco.
EJEMPLO 13
La luz entra por ventanas adecuadamente orientadas y es absorbida por superficies interiores. Materiales con masa térmica pueden almacenar energía y cederla después.
Resultado: Muros y suelos pueden almacenar parte de la energía absorbida
Condiciones: El efecto depende de orientación, sombras, aislamiento, clima y ventilación. El diseño busca aprovechar ganancias cuando son útiles y limitar el sobrecalentamiento; no convierte la casa en un generador eléctrico.
EJEMPLO 14
En un horno solar, superficies reflectantes pueden dirigir más luz al recipiente o al recinto. Las superficies absorbentes y el aislamiento favorecen que aumente la temperatura.
Resultado: La radiación absorbida se transforma en energía interna
Condiciones: La temperatura alcanzada depende de la radiación, el diseño y las pérdidas. Es aprovechamiento térmico directo: no necesita una etapa de generación eléctrica.
EJEMPLO 15
Un sistema de almacenamiento recibe 1,0 kWh de electricidad de origen solar. Supón un rendimiento de ida y vuelta del 85 % entre sus terminales.
E recuperada = 1,0 × 0,85 = 0,85 kWh.
Diferencia = 1,0 − 0,85 = 0,15 kWh.
Resultado: De 1,0 kWh recibido se recuperan 0,85 kWh con este rendimiento
Condiciones: Es un dato didáctico, no un rendimiento universal. La batería almacena energía mediante cambios electroquímicos. En termosolar también puede haber almacenamiento térmico: guardar energía no significa que el Sol siga irradiando de noche.
EJEMPLO 16
Un panel de 2 m² recibe una irradiancia uniforme y constante de 800 W/m² sobre su plano. Supón eficiencia de conversión del módulo del 20 % durante 2 h.
Potencia incidente = 800 × 2 = 1 600 W.
Potencia eléctrica = 1 600 × 0,20 = 320 W.
E eléctrica = 0,320 kW × 2 h = 0,64 kWh.
Resultado: En estas condiciones entrega 0,64 kWh en dos horas
Condiciones: Modelo de condiciones constantes: eficiencia, irradiancia y temperatura de operación estables. No incluye pérdidas posteriores de inversor, cableado o batería. La energía incidente es 3,2 kWh; no toda pasa a electricidad.
La irradiancia no es energía acumulada: W/m² y kWh/m² no son intercambiables. Si la potencia cambia durante el día, se suman las energías de los intervalos o se integra; no basta con mantener el valor del mediodía durante todas las horas.
Cuando G ya está medida sobre el plano del panel, no se aplica otra corrección por inclinación a ese mismo dato. Los cálculos de esta página suponen las condiciones indicadas; las nubes, las sombras y la temperatura pueden modificar la producción real.
El almacenamiento permite usar después parte de la energía captada. Puede ser electroquímico, como en baterías, o térmico, como en un depósito caliente. La radiación, el clima y el diseño de la instalación condicionan cuándo y cuánto puede entregarse.
CONTRASTE 01
Dos equipos pueden recibir la misma radiación solar y producir salidas distintas. Un colector calienta un fluido; un módulo fotovoltaico entrega energía eléctrica al circuito.
Resultado: Uno entrega calor útil; el otro, electricidad
Condiciones: Un calentador solar no es necesariamente una central termosolar. Para generar electricidad mediante calor hacen falta etapas adicionales, como un ciclo térmico y un generador.
CONTRASTE 02
La energía solar puede sustituir parte del uso de combustibles. Fabricar, transportar y gestionar paneles, estructuras y baterías requiere materiales y energía.
Resultado: El recurso se renueva, pero los equipos tienen un ciclo de vida
Condiciones: La valoración ambiental considera también ubicación, uso del suelo, vida útil y fin de vida. Renovable describe el recurso; no significa que cualquier instalación carezca de impactos.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Revisión: 7 de octubre de 2026.