La dinaminicidad de la luz natural

Una de las principales diferencias entre la iluminación natural y la eléctrica tradicional es su dinamicidad diaria en intensidad, espectro y direccionalidad. Siendo la naturaleza de la fuente de luz -el Sol- constante parece que todo se debe a la posición relativa entre esta fuente y nosotros…¿es realmente así?

Bueno, dejémoslo claro desde el principio: sí, es así. Es decir, esta dinamicidad en la luz natural se debe a la cambiante posición relativa entre el Sol y nosotros, pero esto es más complejo de lo que parece.

La direccionalidad variable de la luz natural parece evidente que se debe simplemente al fenómeno -nada simple- de rotación de La Tierra. No vamos a entrar en más detalles para no hablar de cómo afecta el movimiento alrededor del Sol, ni del ángulo de este plano con el eje de giro de La Tierra, ni de cómo la latitud puede hacer que en un mismo día y zona tengamos sombras de componente Norte y Sur. De momento esta explicación nos vale.

Pero…y ¿qué ocurre con la intensidad y el espectro?.

Un largo viaje

La intensidad de la radiación que llega a La Tierra desde el Sol disminuye inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que nos separa. Nada nuevo, como la gravedad, el sonido, el campo electrostático o cualquier frente de ondas esférico. Sin embargo, al movernos en una órbita elíptica sin apenas excentricidad esta permanece más o menos constante a lo largo del año

Lo mismo ocurre con la naturaleza espectral de esta radiación, que permanece casi inalterable durante los casi 150 millones de km de vacío que nos separan del Sol.

Sin embargo todo cambia en los últimos 500km de este largo viaje: la gran masa de aire -y otras cosas- que nos rodea cambia sustancialmente la naturaleza de esta radiación, por lo que en función de la cantidad de atmósfera que atraviesa tendremos una radiación y, en concreto, una luz muy diferente.

LuzNaturalSPD

Dispersión Rayleigh

La dispersión Rayleigh explica la diferente refracción que sufre la luz visible en la atmósfera.

En concreto, esta dispersión es proporcional a λ-4, lo  que implica que la luz azul se dispersa unas 5 veces más que la roja, debido a que su longitud de onda es aproximadamente 1,5 veces menor.

Este es el principal fenómeno -pero no el único- que explicaría la dinamicidad del “color” de la luz del Sol a lo largo del día. A primeras y últimas horas esta radiación tiene que atravesar una gran cantidad de atmósfera (debido a la inclinación del Sol) y la luz azul apenas llega a nosotros tras tanta dispersión, por lo que solo lo hacen los tonos rojizos.

Sin embargo a mediodía, con ángulos más elevados y una masa de aire por tanto menor, la componente azul sí consigue llegar hasta nosotros. Eso sí, en el camino se dispersa tanto que parecerá venir desde todas las direcciones de la bóveda celeste en lugar del Sol…lo que explica por qué el cielo parece azul.

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Esta dinamicidad espectral debido a la diferente masa de aire que atraviesa la radiación del Sol es muy conocida en el mundo fotovoltaico, ya que a la hora de caracterizar los módulos se utilizan una serie de condiciones estándar y universales: una Tª de célula de 25C y una radiación incidente con una intensidad de 1.000 W/m2 y espectro AM1.5, es decir, el de la radiación del Sol tras atravesar una atmósfera de 1,5 veces su espesor medio, lo que corresponde a una altura solar de 48,2º. 

¿Nos dejamos algo?

Aparte de ciertas absorciones que existen en la atmósfera, existen otros dos factores adicionales que obviamente también influyen en esta dinamicidad de la luz natural.

El primero son las condiciones meteorólogicas, y es que parece evidente que en un día nublado la luz será diferente a la de un día despejado: a todo lo explicado anteriormente habrá que añadir la refracción de la luz en estas pequeñas partículas de agua o hielo en suspensión que son las nubes.

Otro factor es la propia sensibilidad de nuestros ojos, ya que esta no es idéntica para todas las longitudes de onda, por lo que pequeñas variaciones de la radiación incidente puede parecernos subjetivamente mayor o menor de lo que realmente es.

Todos estos factores ayudarán a enriquecer y dar dinamicidad a una luz natural que influye irremediablemente en nuestro comportamiento psico-fisiológico diario, debido en gran parte a la variable incidencia de la luz de componente 480 nm en las células ipRGC de nuestros ojos.

Autor

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David Rodríguez

Dtor. Operaciones Lledó Energía.

Licenciado en Ciencias Físicas e Ingeniero en Electrónica. WELL AP.

Profesional desde 2003 en soluciones de aprovechamiento de la energía del Sol con sistemas térmicos, fotovoltaicos y de iluminación natural.

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