L’irraggiamento solare: l’energia sprigionata dal Sole

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Infinity Motion per progettare i propri sistemi Solatube conosce a fondo l’irraggiamento solare, le cui caratteristiche vanno ben oltre ciò che è percepibile visivamente dall’occhio umano, ossia, la luce. La radiazione è caratterizzata da due componenti, l’energia e la posizione del Sole. Approfondiamo qui il comportamento della prima componente, l’energia solare.

 

L’energia solare

Il Sole sprigiona energia, questo perché è una stella al cui interno avvengono reazioni termonucleari a catena, che danno vita non solo alla luce, ma soprattutto a una fortissima energia termica. Nello specifico, la reazione di fusione che trasforma l’idrogeno in elio e che ha sede nel nucleo, attua una conversione della massa in energia. In questo modo, nel nucleo incandescente, la temperatura è stimata tra i 16 e 40 milioni di gradi; grazie a processi convettivi e radiativi, il calore viene trasferito sulla superficie e da qui si forma l’irraggiamento verso lo spazio. Attraverso questo passaggio, la temperatura della superficie arriva a 5780 K, mantenendo un certo equilibrio tra l’energia del nucleo e quella emessa verso gli spazi siderali. Dunque, il Sole si comporta come se fosse un corpo nero che, a una determinata temperatura, irradia energia all’esterno. Tale energia si propaga sotto forma di radiazione; il 99% di questa ha una lunghezza d’onda compresa tra i valori 0.4 e 0.74 µm, ed è la zona visibile dello spettro; ai due lati di questa zona, si trovano le radiazioni ultraviolette, a sinistra, e dell’infrarosso, a destra. Questo è quanto avviene nel Sole o nelle sue immediate vicinanze, ma i suoi effetti arrivano anche sulla Terra e sugli altri pianeti. In questi contesti si parla di “costante solare” ed è la quantità media di energia che colpisce ortogonalmente una superficie unitaria, posta fuori dall’atmosfera solare, in un determinato tempo; questo valore medio è di 1353 W/m2. Poi, l’intensità della radiazione solare si attenua al passaggio nell’atmosfera; nello specifico, una parte dell’irraggiamento viene riflesso verso lo spazio, mentre un’altra porzione viene diffusa in diverse direzioni dalle molecole di vapore acqueo e gas atmosferici; infine, una certa quantità di radiazione viene assorbita dalle molecole atmosferiche che la rimettono in circolo sottoforma di raggi infrarossi. Tutto ciò, ossia la diffusione atmosferica e l’assorbimento, concorre a ridurre l’intensità dell’irraggiamento su tutte le lunghezze d’onda; a ciò si aggiunge un ulteriore calo in corrispondenza delle lunghezze d’onda dei gas e dei vapori atmosferici. Nel progettare i sistemi di illuminazione naturale Solatube, Infinity Motion tiene in considerazione il comportamento della luce anche sotto il punto di vista del grado di energia solare che arriva nell’atmosfera terrestre.

Radiazione diretta, diffusa e riflessa

Una parte dell’irraggiamento arriva al suolo e si tratta della radiazione diretta; la parte rimanente consiste nella radiazione diffusa. In realtà, a queste due occorre aggiungere anche quella riflessa, detta albedo, cioè quella parte di luce diretta e diffusa che viene riflessa dal suolo o da altre superfici presenti. La radiazione diretta prevale in condizioni di cielo sereno, ma cala in caso di maggiore nuvolosità o umidità, fino a sparire in caso di nuvolosità completa. Anche questi fattori sono indispensabili per la progettazione di sistemi Solatube, pensati in modo da sfruttare efficacemente sia la radiazione diretta, quando presente, sia quella diffusa. Riassumendo, dalla radiazione extraatmosferica, arrivano quella diretta che colpisce il suolo, quella diffusa che “fluttua nell’aria, ma anche un irraggiamento assorbito che genera sia radiazione re-irraggiata che raggi riflessi.