La irradiación global horizontal, que es la suma de las componentes directa y difusa, es el parámetro más importante para la evaluación del potencial de la energía solar en una región en particular. Esta magnitud de radiación instantánea está expresada en unidades de potencia (unidades de energía por unidad de tiempo, medida en joule por segundo) por unidad de superficie y es medida en vatios por metro cuadrado (W/m²). Las cantidades de radiación expresadas en términos de irradiancia son generalmente integradas en el tiempo como imagen7 y las unidades utilizadas son el kWh/m² (si es integrada en la hora); kWh/m² por día (si es integrada en el día) ó por año (si es integrada en el año.

DISTRIBUCIÓN GLOBAL DE LA RADIACIÓN SOLAR

No todos los puntos de la superficie terrestre reciben la misma cantidad de radiación solar. La posición relativa de la Tierra respecto al Sol y el movimiento de esta alrededor del astro condicionan, por ejemplo, que en el ecuador se reciba más energía que en los polos y que en verano llegue más energía que en invierno.

La Figura 1, muestra la irradiación global horizontal media recibida en superficie, expresada en kWh/m² por año, la cual oscila desde un máximo de entre 2500 y 2600 kWh/m² por año (entre 6,8 y 7,2 kWh/m² por día) en las regiones despejadas de nubosidad del Sahara, Arabia y el desierto de Atacama, hasta un mínimo de 480 kWh/m² por año (1,3 kWh/m² por día) en las islas brumosas del Ártico. La media global está alrededor de los 4,0 kWh/m² por día.

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Figura 1. Irradiación global media incidente sobre una superficie horizontal recibida durante el año (kWh/m² por año). (Fuente: Green Rhino Energy)

Los valores máximos se concentran en las zonas entre los 15º y 30º de latitud, debido a que los rayos solares llegan a la superficie terrestre en forma más perpendicular sobre esas latitudes, principalmente, en las épocas de verano de cada hemisferio. En la noche polar de cada hemisferio, la radiación solar que llega a las zonas polares es cercana a cero. En el día polar, la radiación solar en los polos es equivalente a la radiación solar de latitudes medias del hemisferio opuesto al día polar, pero las temperaturas no son equivalentes, ya que en días polares las temperaturas son siempre cercanas o menores a 0°C.

La Figura 2 registra la irradiación global horizontal media recibida en superficie, expresada en kWh/m² por día para Latinoamérica, oscilando entre los valores más altos de radiación a nivel del suelo de 7,0 a 7,2 kWh/m² por día (entre 2555 y 2600 kWh/m² por año) en el desierto de Atacama, hasta mínimos entre 2,0 y 2,5 kWh/m² por día (entre 730 y 915 kWh/m² por año) al sur del continente.

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Figura 2. Irradiación global media anual incidente sobre una superficie horizontal en Latinoamérica (kWh/m² por día). (Fuente: National Renewable Energy Laboratory) Periodo 1999 ¿ 2011.

De acuerdo con esta figura, en Colombia los valores de irradiación global horizontal media recibida en superficie oscilan, desde un máximo de entre 5,5 y 6,0 kWh/m² por día (entre 2000 y 2200 kWh/m² por año) en el norte de la región Caribe, hasta mínimos de entre 3,5 y 4,0 kWh/m² por día (entre 1280 y 1460 kWh/m² por año), en sectores de la región Pacífica. El mapa de la Figura 2 fue estimado a partir de un modelo que usa como entrada, datos derivados de observaciones satelitales y de superficie relacionadas con cubrimiento de nubes, profundidad óptica de aerosoles, vapor de agua precipitable, albedo, presión atmosférica y la columna de ozono.

A continuación, se presenta el análisis de los mapas de irradiación global horizontal media en Colombia, resultante de observaciones en superficie y de los resultados de la modelación de brillo solar a radiación global. Los mapas se realizaron con base en los promedios mensuales de la irradiación global horizontal de 240 estaciones, complementadas con los resultados de la modelación de cerca de 340 sensores de brillo solar, de los 501 escogidos para aplicarles el modelo que convierte los datos de brillo solar a irradiación global. Los 161 sensores de brillo solar restantes se descartaron debido a que en su municipio o ciudad había alguno de los 240 sensores de radiación global seleccionados.

DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Y TEMPORAL DE LA RADIACIÓN SOLAR EN COLOMBIA

El conocimiento de la distribución espacial y temporal del potencial energético solar, es importante para la identificación de regiones estratégicas, en donde es más adecuada la utilización de la energía solar para la solución de necesidades energéticas y de otras aplicaciones.

a)  Análisis promedio anual:

En la Figura 3 se presenta el promedio anual multianual de la irradiación global recibida en superficie sobre el territorio colombiano, junto con los histogramas para las principales ciudades del país. El valor de la energía corresponde al valor agregado de los kWh que en promedio inciden durante el día sobre un metro cuadrado, expresado en kWh/m² por día. Es una distribución espacial más detallada y real que la mostrada en el comportamiento de la irradiación global horizontal en el mundo y en Latinoamérica. Se destacan los promedios más altos en amplios sectores de la región Caribe, la Orinoquia y los valles interandinos, mientras que los menores se dan en amplios sectores de la región Pacífica, el occidente de la Amazonía y en algunos sectores aislados de las tres cordilleras.

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Figura 3. Promedio anual multianual de la irradiación global recibida en una superficie horizontal durante el día (KWh/m2 por día), con histogramas para las principales ciudades del país
 (Promedios mensuales en Wh/m2 por día). Fuente (IDEAM).

Colombia, debido a su posición geográfica, es favorecida con una gran disponibilidad del recurso solar. Las zonas que reciben mayor intensidad de radiación solar global, superiores a los 4,5 kWh/m² por día son: las Islas de San Andrés y Providencia, amplios sectores de la región Caribe, Vichada, Arauca, Casanare, Meta, el norte, sur y oriente de Antioquia, el centro y norte de Boyacá, el occidente de Cundinamarca, el oriente y centro del Tolima, el norte del Huila, la zona que se inicia al norte del Cauca, atraviesa el Valle del Cauca de sur a norte y llega hasta el eje cafetero, así como sectores puntuales del norte de Nariño, del norte de Norte de Santander y el suroriente de Santander. Los valores más altos (superiores a los 5,5 kWh/m² por día) se presentan en pequeños sectores del centro y norte de La Guajira.

Las zonas con menor intensidad de radiación solar global en Colombia, con promedios inferiores a los 3,5 kWh/m² por día, se presentan en sectores del occidente del Chocó, occidente de Putumayo, oriente de Cauca, oriente, sur y noroccidente de Nariño y muy pequeños sectores de Caquetá, Huila, Cundinamarca, Quindío, Boyacá y Santander.

b)  Análisis espacio temporal a lo largo del año:

En los mapas de la figura 4 se presenta la distribución de la irradiación global media recibida en superficie, sobre el territorio colombiano a lo largo del año, expresada en kWh/m² por día. Teniendo en cuenta estos mapas y los histogramas de la Figura 3, se destaca lo siguiente:

- Región Caribe: en la mayoría de las estaciones se presenta un comportamiento bimodal, en el cual, los promedios más altos se dan al inicio, en el mes de febrero y a mediados del año, en los meses de julio y agosto. Los promedios más bajos se presentan entre abril y mayo y entre septiembre y noviembre. En San Andrés y Providencia también se muestra un comportamiento bimodal, pero el primer máximo (que es el mayor) se da entre marzo y mayo y el otro entre julio y agosto, mientras que los mínimos se dan en junio y entre octubre y diciembre.

- Región Andina: muestra un comportamiento bimodal, es decir, dos períodos de alta y dos de baja irradiación global durante el año. Los períodos con los valores más altos tienen lugar, el primero entre enero y febrero y el segundo en julio y agosto (en algunas estaciones puede incluir a septiembre). Los meses con los valores más bajos de irradiación ocurren en abril, mayo, octubre y noviembre. En algunas estaciones de Nariño se presenta un comportamiento monomodal, con valores más bajos a principios y finales del año y los más altos entre julio y septiembre, mientras que, en algunas estaciones de Boyacá es opuesto al descrito.

- Región Pacífica: en el centro y sur del Chocó, así como en gran parte de Buenaventura, se presenta un comportamiento monomodal, con los valores más altos a mediados del año y los más bajos a principios y finales del año. En el resto de la región el comportamiento es bimodal, con los promedios más altos entre marzo y mayo y entre agosto y septiembre y los promedios más bajos en junio, julio, noviembre, diciembre y enero.

- Amazonía: en el sur de la región se presenta un comportamiento monomodal, con valores altos a mediados del año y bajos a principios y finales del año. En el resto de la región se presenta un comportamiento contrario al descrito.

- Orinoquía: gran parte de la región muestra un comportamiento monomodal con valores altos a principios y finales del año y bajos a mediados del año.

En la sección de Seguimiento y servicios climáticos de la radiación global, se presenta la tabla con los promedios mensuales de la irradiación global acumulada diaria recibida en superficie en las estaciones automáticas y convencionales del Ideam, expresados en Wh/m² por día. En esta sección también se presentan, las tablas con los promedios horarios mensuales de irradiación global recibida en superficie (expresados en Wh/m²), para las capitales de departamento y el resto de estaciones automáticas del Ideam en el país.

Para mejorar la interpretación de la tabla con los promedios horarios mensuales en las capitales de departamento, se generaron cinco rangos, cada uno de 200 Wh/m², con su respectivo color, en los que el verde son los promedios horarios más bajos de radiación global y el amarillo y anaranjado los más altos.

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Figura 4. Irradiación global recibida en superficie, sobre el territorio colombiano a lo largo del año (kWh/m² por día). (Fuente: IDEAM)