Energía Solar

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Energía solar
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Concepto:Energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol.

Energía Solar. Energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad.

Contenido

Reseña histórica

En el año 1887 Heinrich Hertz estudiaba la emisión de ondas electromagnéticas al saltar chispas entre dos electrodos, cuando noto que las cargas saltaban más fácilmente si los electrodos eran iluminados por luz ultravioleta. Luego se comprobó que la luz provocaba la emisión de electrones en los metales. A ese fenómeno se le denomino efecto fotoeléctrico externo.

En los semiconductores se descubrió el foto efecto interno, que provoca la aparición de cargas en el material al ser iluminado, separando estas cargas se genera una diferencia de potencia eléctrico que puede usarse para hacer circular corriente eléctrica por un circuito, iluminando una estancia, o haciendo funcionar un equipo eléctrico, etc y se denomina Efecto Fotovoltaico.

Este fue observado por primera vez en 1896 por Becquerel y en los inicios de la década de los cincuenta los científicos de los Laboratorios de la Bell Telephone de Estados Unidos, los mismos que desarrollaron el primer transistor, construyeron la primera celda solar de silicio con una eficiencia aprovechable (6 %).

Desde 1975 se desarrollaron investigación de la energía solar fotovoltaica, los mismos han estado concentrados en el aumento de la eficiencia de conversión de la radiación solar en eléctrica, el aumento de la estabilidad de las celdas solares para varios tipos de tecnologías y la reducción de sus costos de fabricación y de los módulos solares fotovoltaicos. Prácticamente todas las opciones y tipos de celdas fotovoltaicas han sido investigados.

Principio de funcionamiento

  • Existen dos formas principales de utilizar la energía solar:
  1. . Fuente de calor para sistemas solares térmicos.
  2. . Fuente de electricidad para sistemas solares fotovoltaicos.

Energía solar térmica

Energía termodinámica - Proceso
Energía termodinámica - Proceso

La energía solar térmica, que utiliza el calor generado por la radiación solar para producir electricidad, es un recurso válido tanto en la producción eléctrica a través de grandes centrales, como en diversas aplicaciones de uso doméstico.

-Las centrales de generación eléctrica mediante energía solar térmica utilizan fundamentalmente dos tipos de dispositivos:

Dispositivos de alta concentración

Captan la radiación solar por medio de sistemas como espejos curvos o discos parabólicos, que se orientan hacia el Sol y reflejan su luz concentrándola en un punto. Desde ahí se transfiere el calor a un fluido, que puede ser agua, aceite, aire, etc., por el que se transmite el calor hasta un depósito de agua, que a altas temperaturas se evapora, lo que se aprovecha para mover una turbina y generar así electricidad.

Dispositivos de baja concentración

Reúnen varios cilindros parabólicos que también se mueven con el Sol concentrando la radiación en una tubería que contiene un fluido, el cual es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas por calor. Estos dispositivos de baja concentración son los más tecnológicamente desarrollados y son además centrales que ocupan menos espacio. Uno de los grandes inconvenientes de estos dispositivos es que depende de una fuente irregular como es el Sol, por lo que necesitan que no haya nubes, aunque se dispone de sistemas de almacenamiento térmico.

Energía solar fotovoltaica

La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica (Energía fotoeléctrica). Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo eléctrico constante.

Proceso fotovoltaico
Proceso fotovoltaico

El material más utilizado es el Silicio. Estas células se conectan entre sí como un circuito en serie para así aumentar la tensión de salida de la electricidad, o sea si será de 12 volts o 24. Al mismo tiempo varias redes de circuito paralelo se conectan para aumentar la capacidad de producción eléctrica que podrá proporcionar el panel.

Como el tipo corriente eléctrica que proporcionan los paneles solares es corriente continua, muchas veces se usa un inversor y/o convertidor de potencia para transformar la corriente continua en corriente alterna, que es la que utilizamos habitualmente en nuestras casas, trabajos y comercios.

Célula solar

-Una célula solar funciona básicamente de la siguiente forma:

Célula solar fotovoltaica
Célula solar fotovoltaica

Los fotones, que provienen de la radiación solar, impactan sobre la superficie de la célula y allí son absorbidos por materiales semiconductores, tales como el silicio. Los fotones golpean a los electrones liberándolos de los átomos a los que pertenecían. Así los electrones comienzan a circular por el material, y así producen electricidad.

Este funcionamiento básico se repite cualquier sea el material usado en la células solar, siempre y cuando por supuesto tenga propiedades conductoras y absorban la luz.

Ventajas

  • Al no producirse ningún tipo de combustión, no se generan contaminantes atmosféricos en el punto de utilización, ni se producen efectos como la lluvia ácida, efecto invernadero por CO2, etc.
  • El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.
  • Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido.Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).
  • Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.
  • No precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).

Aplicaciones

  • Potabilizar agua
  • Estufas solares
  • Secado
  • Evaporación
  • Destilación
  • Refrigeración

Características de la radiación solar en Cuba

Uno de los aspectos importantes para determinar la conveniencia del uso de los equipos solares, es el conocimiento de las características de la radiación solar en el lugar, tanto su variación diaria como horaria. La intensidad de la radiación solar en Cuba tiene un valor considerable entre 900 y 1 000 W por metro cuadrado (W/m2) cuando incide perpendicularmente sobre una superficie, lo que significa un promedio aproximado de 400 W/m2 sobre la superficie de la tierra y más de 5 KW/h al día por metro cuadrado, como valor promedio anual.

La variación de un lugar a otro del país no es significativa, debido a su posición geográfica, alargada de este a oeste y entre los 20º y 23º de latitud norte.
Tampoco es tan significativa la variación entre el verano y el invierno como en otros países, por lo que en Cuba se puede utilizar la radiación solar en cualquier lugar y en cualquier época del año.

A diferencia de los países continentales secos, la nubosidad en Cuba es muy alta, debido principalmente a los mares que la rodean. La radiación difusa tiene un valor promedio mayor de 40 %. La cantidad promedio de días nublados por mes es mayor que 10, aunque es difícil encontrar un día que no salga el Sol aunque sea por un momento.

La mayor insolación ocurre desde las 10 a.m. hasta 2 p.m. hora solar, esto es, aproximadamente, de 10:30 a.m. a 2:30 p.m. en La Habana (11:30 a.m. a 3:30 p.m. hora de verano) y de 10 a.m. a 2 p.m. en Santiago de Cuba (11 a.m. a 3 p.m. horario de verano). El clima cubano está acompañado también por una alta humedad y frecuentes lluvias en los meses de mayo a octubre.

Curiosidades

1.- La mayor central de energía solar del mundo se encuentra en Portugal, en la localidad de Amareleja, conocido como el pueblo portugués donde más calienta el sol, la central tiene más de 262 000 paneles fotovoltaicos instalados. La central producirá hasta 93 gigawatt por año, una potencia que permitirá suministrar energía a miles de hogares.

2.- La mayor naviera de Japón, Nippon Yusen, asegura que pronto va a instalar paneles solares en uno de sus barcos más grandes, que a finales de este año ya surcará los mares movidos parcialmente por esta fuente de energía. La capacidad de esos paneles será de 40 KW y permitirá un ahorro de más del 6 por ciento en combustible, así como entre un 1 y un 2 por ciento de emisiones contaminantes a la atmósfera (20 000 toneladas de C02 al año).

3.- Lancha fotovoltaica Halcón Solar.La presentación de la lancha fotovoltaica, construida en Cuba, a directivos del turismo nacional se llevó a cabo en las aguas del embalse Hanabanilla, el 13 de agosto de 2001, y durante seis meses prestó servicio a los turistas de la instalación hotelera del lugar en largos trayectos de contemplación, con resultados técnicos muy favorables y gran aceptación.
En perspectiva, se crean condiciones para enlazar por vía fluvial poblados de difícil acceso por caminos, y se estudian diversas solicitudes para el turismo, ya que por sus características es apropiada para actividades turísticas y recreativas de alta sensibilidad ambiental, en las que no es posible usar la motonáutica tradicional.

4.- Energía Solar Fotovoltaica en los coches.Continúan llegando al mercado coches particulares que incorporan energía solar fotovoltaica. En esta ocasión, es la marca estadounidense de coches eléctricos ZAP. Su modelo Xebra Xero, en la imagen, se vende con la opción de un módulo fotovoltaico de 150 Watios de potencia situado en el techo.El uso de energía fotovoltaica para alimentar su motor eléctrico también repercute positivamente en el alargamiento de la vida de las baterías y el cero uso de combustibles.

5.- El avión solar cruza Europa.Los cielos europeos ya han dado la bienvenida al Sunseeker II, el único avión solar tripulado del mundo, que acaba de empezar una travesía por diferentes países de Europa con el objetivo de batir récord. El recorrido comenzó a mediados de abril en Zúrich (Suiza), donde el aeroplano ha permanecido casi un año haciendo vuelos de entrenamiento y perfeccionando los sistemas. Desde allí, Eric Raymond piloto, cruzó Suiza atravesando el Mattehorn o Cervino, la montaña más conocida de los Alpes situada en la frontera con Italia, hasta llegar a Turín, para posteriormente volver a Suiza.
Una segunda etapa llevará al avión a Los Dolomitas la cadena montañosa más conocida de Austria, a Hungría y a Eslovenia. Tras una aparición estelar en la World Air Games en Turín, donde volará con el Icare II, un avión solar de la Universidad de Stuttgart, pondrá rumbo a España.
Alcanza alturas de hasta 4.500 metros y velocidades de 65 kilómetros por hora.

6.- En Cuba se recibe una energía radiante del sol de alrededor de 2000 KW/h en un año, es decir, entre 5 y 6 KW/h cada día.

7.- En cada metro cuadrado del territorio cubano se recibe diariamente una cantidad de energía solar equivalente a 0,5 Kg de petróleo.

8.- En los días muy claros y libres de nubes aproximadamente 30% de la radiación terrestre se pierde por reflexión hacia el espacio y por dispersión y absorción en las capas de la atmósfera. El ozono absorbe el ultravioleta y el CO2 y el vapor de agua.

9.- ¿Cuánta energía se consume en Cuba para el calentamiento del agua?
Si suponemos que solamente 5% de las familias cubanas calienten 2 litros diarios por persona, durante 300 días en el año, con electricidad, petróleo, queroseno o gas, equivaldría a un consumo de 15 000 toneladas de petróleo.

10.- El reloj solar de la Plaza Martiana, de Las Tunas, construido sobre una superficie horizontal, es posiblemente, de los construidos en Cuba, el de mayor originalidad, pues el Sol va indicando, con su cambio de declinación según el día del año, los hechos biográficos más significativos en la vida de José Martí. Pero el elemento más interesante de este reloj es que cada 19 de mayo, a las dos y media de la tarde (hora en que cayó el Apóstol), la luz solar reflejada por un espejo ilumina el semblante del Maestro, recordando su deseo de morir de cara al Sol.
11.- Se reconoce que el primer diseño de una chimenea solar fue el realizado por el español Isidoro Cabanyes en 1903. Posteriormente, en 1931 el alemán Hanns Gunther diseñó una central eléctrica que utilizaba una chimenea solar.

En 1975, Roberto Lucier realiza importantes patentes sobre el tema, y en 1982, en Manzanares, España, se construyó la primera central eléctrica con chimenea solar de potencia social útil, con 50 KW de potencia, altura de 195 m, diámetro de la torre de 10 m y el área colectora de energía solar con un diámetro de 240 m. En la actualidad el proyecto más grande en ejecución se encuentra en Nueva Gales del Sur, Australia, una gigantesca chimenea con 1000 m de altura, 150 m de diámetro y un área colectora de energía solar con 5 Km de diámetro, con capacidad para 200 MW, utilizando 32 turbinas de 6,25 MW.

Véase también

Enlace externo

Fuentes