Diferencia entre revisiones de «Energía solar»

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|contenido=el '''Dr.C [[Elio Lázaro Amador Lorenzo]]''', perteneciente a la '''[[Universidad Agraria de La Habana]]''' (UNAH).
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'''Energía Solar:''' [[Energía|energía]] obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el [[Sol|sol]].
 
  
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== Reseña Histórica ==
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''' Energía solar '''. Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del [[Sol]].
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La [[radiación solar]] que alcanza la [[Tierra]] ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.
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La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.
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== Reseña histórica ==
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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.
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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.
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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 Bell Telephone de [[Estados Unidos]], los mismos que desarrollaron el primer transistor, construyeron la primera celda solar de silicio con una eficiencia aprovechable (6 %).
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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.
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== Tecnología y usos de la energía solar ==
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Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:
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*''' Energía solar activa '''. Para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.
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*''' Energía solar pasiva. Aprovecha el calor del [[sol]] sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
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*''' Energía solar térmica '''. Es usada para producir [[agua]] caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
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*''' Energía solar fotovoltaica '''. Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la [[radiación solar]].
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*''' Energía termosolar de concentración '''. Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).
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*''' Energía solar híbrida '''. Combina la energía solar con otra [[energía]]. Según la energía con la que se combine es una hibridación:
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**Renovable: biomasa, energía eólica.
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**No renovable: Combustible fósil.
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*''' Energía eólico solar '''. Funciona con el [[aire]] calentado por el [[sol]], que sube por una chimenea donde están los generadores.
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== Energía solar pasiva ==
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La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas dirigidas al aprovechamiento de la energía solar de forma directa, sin transformarla en otro tipo de [[energía]], para su utilización inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía, aunque puede ser complementada por ellos, por ejemplo para su regulación. Incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sistemas de calentamiento de [[agua]] basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra. La arquitectura bioclimática es la aplicación de este principio al diseño de edificaciones. La energía no se aprovecha por medio de captadores industrializados, sino que son los propios elementos constructivos los que absorben la energía de día y la redistribuyen por la noche.
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== Energía solar térmica ==
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[[imagen:EnergíatermodinámicaProceso.jpg|thumb|260px|right|Energía termodinámica - Proceso]]
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La energía solar térmica (o energía termosolar) consiste en el aprovechamiento de la [[energía]] del [[Sol]] para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de [[agua]] doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de [[energía mecánica]] y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el [[aire]] de los locales. Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura:
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*''' Colectores de baja temperatura '''. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de [[agua]] para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor de 60 °C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
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*''' Colectores de temperatura media '''. Son los dispositivos que concentran la [[radiación solar]] para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de alta insolación.
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*''' Colectores de alta temperatura '''. Fueron inventadas por Frank Shuman y hoy día existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas superiores a los 500 °C y se usan para generar electricidad (electricidad termosolar) y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remotas o escasas.
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=== Energía solar térmica de baja temperatura ===
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Una instalación solar térmica de baja temperatura está formada por captadores solares, un circuito primario y secundario, intercambiador de calor, acumulador, vaso de expansión y tuberías. Si el sistema funciona mediante termosifón será la diferencia de densidad por cambio de temperatura la que moverá el fluido. Si el sistema es forzado, entonces será necesario además dotar al sistema de una bomba de circulación y un sistema de control.
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Los captadores solares son los elementos que capturan la [[radiación solar]] y la convierten en energía térmica, en calor. Como captadores solares se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los captadores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planes (o de placa plana) con cubierta de [[vidrio]] son los comunes mayoritariamente en la producción de agua caliente sanitaria ACS. El vidrio deja pasar los rayos del [[Sol]], estos calientan unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido de dentro. Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.
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El vidrio que cubre el captador no sólo protege la instalación sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador. Están formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente a ambientes marinos, un marco de aluminio, una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico (normalmente lana de [[roca]]), cubierta de vidrio solar de alta transparencia, y finalmente por tubos soldados que conducen el fluido portador de calor hacia el interior y el exterior del captador.
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Los colectores solares se componen de los siguientes elementos:
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*''' Cubierta '''. Es transparente, puede estar presente o no. Generalmente es de vidrio aunque también se utilizan de plástico ya que es menos caro y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y por eso debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.
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*''' Canal de aire '''. Es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta para equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
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*''' Placa absorbente '''. La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida. Como los materiales comunes no cumplen con este requisito, se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción/emisión.
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*''' Tubos o conductos '''. Los tubos están tocando (a veces soldadas) la placa absorbente para que el intercambio de [[energía]] sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
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*''' Capa aislante '''. La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea el mejor posible, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica.
  
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En el año [[1887|1887]][[Heinrich Hertz|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.
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=== Energía solar térmica de media temperatura ===
  
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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.  
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Las instalaciones de temperatura media pueden usar varios diseños, los diseños más comunes son: glicol a presión, drenaje trasero, sistemas de lote y sistemas más nuevos de baja presión tolerantes al congelamiento que usan tuberías de polímero que contienen agua con bombeo fotovoltaico. Los estándares europeos e internacionales están siendo revisados para incluir las innovaciones en diseño y la operación de colectores de temperatura media. Las innovaciones operacionales incluyen la operación de "colectores permanentemente húmedos". Esta técnica reduce o incluso elimina la ocurrencia de tensiones de no flujo de alta temperatura conocidas como estancamiento, las que reducen la vida esperada de estos colectores.
  
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Este fue observado por primera vez en [[1896|1896]] por [[Becquerel|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 %).
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=== Energía solar térmica de alta temperatura ===
  
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Desde [[1975|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.  
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Las temperaturas inferiores a 95 ºC son suficientes para calefacción de espacios, en ese caso generalmente se usan colectores planos del tipo no concentradores. Debido a las relativamente altas pérdidas de calor a través del cristal, los colectores planos no logran alcanzar mucho más de 200 °C incluso cuando el fluido de transferencia está estancado. Tales temperaturas son demasiado bajas para ser usadas en la conversión eficiente en electricidad.
  
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== Principio de funcionamiento ==
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La eficiencia de los motores térmicos se incrementa con la temperatura de la fuente de calor. Para lograr esto en las plantas de energía termal, la [[radiación solar]] es concentrada por medio de espejos o lentes para lograr altas temperaturas mediante una tecnología llamada energía termosolar de concentración (en inglés: Concentrated Solar Power, CSP). El efecto práctico de las mayores eficiencias es la reducción del tamaño de los colectores de la planta y del uso de terreno por unidad de energía generada, reduciendo el impacto ambiental de una central de potencia así como su costo.
  
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<u>'''SISTEMAS FOTOVOLTAICOS'''</u>'''[[Image:Regulador de carga solar.JPG|thumb|right|200x200px|Regulador de carga solar.JPG]]<br>''' En nuestro país, en los últimos años, la electrificación de objetivos sociales y económicos utilizando la energía solar fotovoltaica ha tenido un desarrollo acelerado, en el marco de la directiva de Electrificación Rural, al utilizar este tipo de energía que aparece en el Programa Nacional de Desarrollo de las Fuentes Nacionales de Energía aprobado en junio de [[1993|1993 y]] en el Programa Nacional de Ciencia y Técnica: “Desarrollo Energético Sostenible” del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA).  
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A medida de que la temperatura aumenta, diferentes formas de conversión se vuelven prácticas. Hasta 600 °C, las turbinas de vapor, la tecnología estándar, tienen una eficiencia de hasta 41 %, Por sobre los 600 °C, las turbinas de gas pueden ser más eficientes. Las temperaturas más altas son problemáticas y se necesitan diferentes materiales y técnicas. Uno propuesta para temperaturas muy altas es usar sales de fluoruro líquidas operando a temperaturas de entre 700 °C a 800 °C, que utilizan sistemas de turbinas de etapas múltiples para lograr eficiencias termales de 50 % o más. Las temperaturas más altas de operación le permiten a la planta usar intercambiadores de calor secos de alta temperatura para su escape termal, reduciendo el uso de [[agua]] de la planta, siendo esto crítico para que las centrales ubicadas en desiertos sean prácticas. También las altas temperaturas hacen que el almacenamiento de calor sea más eficiente, ya que se almacenan más watts-horas por unidad de fluido.
  
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Hoy podemos decir que la provincia Granma es una de las que más genera electricidad con los Sistemas Fotovoltaicos, cuenta con 82 paneles solares en viviendas rurales, 14 en '''Bayamo''', 3 en'''Guisa''', 11 en '''Río Cauto''', 7 en '''Cauto Cristo''', 4 '''Jiguaní''' y 43 en '''Bartolomé Masó.'''
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Dado que una planta de energía termosolar de concentración (CSP) primero genera calor, puede almacenar dicho calor antes de convertirlo en electricidad. Con la actual tecnología, el almacenamiento de calor es mucho más barato que el almacenamiento de electricidad. De esta forma, una planta CSP pude producir electricidad durante el día y la noche. Si la ubicación de la planta CSP tiene una radiación solar predecible, entonces la planta se convierte en una central confiable de generación de energía.
  
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Los'''Consultorios Médicos''' se desglosan de la siguiente manera, 4 en Media Luna, 2 en Niquero, 9 Pilón, 4 Bartolomé Masó, 5 en Buey Arriba y 16 en Guisa, para un total de 40 paneles solares.
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=== Acumulación e intercambio de calor ===
  
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Las Salas de Televisión están distribuidas, 69 en Guisa, 20 en Bayamo,38 en Jiguaní, 16 en Cauto Cristo, 14 en Yara, 38 en Río Cauto, 14 en Yara, 49 en Campechuela, 52 en Media Luna, 37 en Pilón, 52 en Niquero, 19 en Manzanillo, 37 en Bartolomé Masó y 23 en Buey Arriba, sumando un total de 664 paneles solares.  
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El almacenamiento de calor permite que las centrales solares termales puedan producir electricidad durante las horas del día sin luz solar o por la noche. Esto permite el uso de la energía solar en la generación de carga base así como para la generación de potencia de punta, con el potencial de reemplazar a las centrales que usan [[combustibles fósiles]]. Adicionalmente, la utilización de los acumuladores reduce el coste de la electricidad generada con este tipo de centrales solares.
  
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También tiene 483 paneles solares en varias escuelas de la provincia.<br><br> '''Regulador o controlador electrónico de carga solar: '''Este es un equipo electrónico que contiene elementos que permiten controlar o regular la carga del banco de baterías por parte del panel solar evitando que el mismo se sobrecargue cuando la generación es muy superior al consumo previsto debido a una alta insolación. Por el contrario cuando la carga del banco de baterías es baja automáticamente desconecta los equipos de consumo protegiendo las baterías contra los estados prolongados de baja carga que pueden dañarla irreversiblemente.<br>
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El calor es transferido a un medio de almacenamiento termal en un depósito aislado durante las horas con luz solar y es recuperado para la generación de electricidad en la noche. Los medios de almacenamiento termal incluyen vapor presurizado, hormigón, una variedad de materiales con cambio de fase, y sales fundidas tales como [[calcio]], [[sodio]] y nitrato de potasio.  
  
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'''Baterías electroquímicas:''' Existen variadas formas de acumulación de la electricidad producida por el panel solar. Entre ellas tenemos la producción de Hidrógeno, acumulación de agua, producción de aire comprimido, etc. La forma más usual de acumulación para sistemas fotovoltaicos son las baterías o acumuladores electroquímicos de diferentes compuestos químicos.
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== Energía solar fotovoltaica ==
  
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La batería más común utilizada es la de Plomo - ácido. La misma consiste en dos tipos de rejillas o placas (una de Plomo, la positiva) y otra de (Dióxido de Plomo, la negativa) sumergidas en una disolución electrolítica de ácido sulfúrico al 33% en agua.  
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[[imagen:Procesofotovoltaico.jpg|thumb|260px|left|Proceso fotovoltaico]]
  
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Cuando la insolación es pobre en horario diurno, debido a malas condiciones climáticas o en el horario nocturno las baterías se encargan de suministrar la corriente eléctrica necesaria, así como estabilizar el voltaje del sistema y asimilar picos de consumo de corriente<br>'''Inversor o convertir de corriente: '''Como las baterías electroquímicas y los paneles solares generan corriente directa y los equipos de consumo de nuestras casas y centros de trabajo o estudio se alimentan con corriente alterna (la misma que proporciona la red pública a partir de las termoeléctricas) se requiere de un equipo que convierta la corriente directa en alterna. De esto se encarga el inversor o convertidor de corriente, el cual realiza esta operación automáticamente a partir de dispositivos electrónicos contenidos en él.<br>Existen otros elementos que pueden o no formar parte de los sistemas solares fotovoltaicos tales como lámparas fluorescentes, motores o bombas de agua, equipos especiales de corriente directa, ventiladores, congeladores, refrigeradores a corriente directa y de muy bajo consumo de energía (un tercio del consumo de los equipos electrodomésticos convencionales de corriente alterna).<br>
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La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad obtenida directamente a partir de la [[radiación solar]] mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.  
  
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'''Calentador solar:''' La radiación solar (llamada también luz solar) está compuesta de rayos electromagnéticos de diferentes longitudes de onda y de diferentes frecuencias (la longitud de onda de un rayo es inversamente proporcional a su frecuencia). <br>Todos estos rayos forman lo que se llama el espectro solar. Parte de este espectro puede ser visto por el ser humano y por eso es llamado región visible del espectro solar cuyas longitudes de onda van aproximadamente desde 400 a 800nm (un nanómetro, es una dimensión muy pequeña, igual a una millonésima de milímetro). <br>Las radiaciones con longitudes de onda superiores a éstas, o lo que es lo mismo, con frecuencias inferiores, forman la región infrarroja del espectro solar y las inferiores en longitud de onda y superiores en frecuencia, la región ultravioleta.<br>La radiación solar tiene un valor energético promedio en Cuba de 4 500 kilocalorías por metro cuadrado al día (una kilocaloría es la cantidad de calor necesaria para subir la temperatura de un litro de agua un grado centígrado o Celsius). <br>Desde el punto de vista de su valor energético, la región ultravioleta del espectro solar puede despreciarse en la superficie terrestre, ya que casi toda es filtrada por la capa de ozono de la atmósfera. Y aproximadamente 50% pertenece a la región visible y otro 50% a la infrarroja. <br>Cuando la radiación solar llega a un cuerpo, una parte es captada o absorbida, otra es reflejada y, en los casos de los cuerpos transparentes o translúcidos, es transferida (o sea, pasa parte de la luz a través del cuerpo). Un cuerpo opaco es aquel que no deja pasar ninguna luz y mientras es más oscuro, absorbe más y refleja menos. Así estos efectos constituyen el principio de funcionamiento de los calentadores solares. <br>En los días fríos y principalmente a la hora del baño, nos acordamos de la importancia que tiene disponer de agua caliente. <br>Sin embargo, a pesar de las características de nuestro clima, muchas familias están acostumbradas a calentar agua durante todo el año, para bañarse, fregar y lavar la ropa.<br>&lt;u&lt;/u&gt;<br>
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=== Paneles solares fotovoltaicos ===
  
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<u>'''¿Podemos utilizar la energía solar para calentar agua? Y si es así: ¿Cómo?'''</u><br>Tradicionalmente se han utilizado calentadores solares para calentar agua.<br>Existe la posibilidad de tener un calentador solar "casero", esto requiere que tengamos en nuestras casas algunos materiales con los que podamos hacer nosotros mismos, un calentador solar. <br>Quizás sólo sea necesario tener, además, algunos conocimientos de cómo hacerlo. <br>Un cuerpo blanco refleja casi toda la radiación solar, mientras un cuerpo negro, la absorbe casi toda. O sea, la absorción y la reflexión de la luz dependen, principalmente, del color de la superficie del cuerpo.<br>Cuando la radiación solar es absorbida por un cuerpo, se transforma en calor, o sea, éste se calienta. Un cuerpo caliente se enfría cuando le pasa calor a otro cuerpo por contacto (por conducción) o a un fluido, aire o agua en movimiento que lo rodea (por convección) y por la emisión al exterior (por irradiación). <br>El calor que irradia un cuerpo caliente (a temperaturas moderadas) lo realiza también en forma de ondas electromagnéticas, pero de longitudes de ondas muy grandes llamadas infrarrojas lejanas. Para que un cuerpo se mantenga caliente, debe aislarse térmicamente, o sea, disminuir con un aislante las pérdidas de calor. <br>Existen muchos materiales aislantes: el concreto (los bloques), la arcilla (los ladrillos), el asbesto, el corcho, la madera, el serrín de madera (llamado popularmente aserrín), la poliespuma (poliestireno), el poliuretano, etc. También hay materiales muy buenos conductores del calor como el cobre, el aluminio, el acero y la mayoría de los metales.<br>El vacío es también muy buen aislante, pero es bueno saber que tanto el aire como el agua pueden ser buenos aislantes si están en reposo, o sea, si no existen corrientes de convección, porque su transferencia de calor por conducción es muy poca.<br>Así, el aislante que se use en la parte superior de un calentador solar debe, además de servir como aislamiento térmico, dejar pasar la radiación solar, es decir, ser transparente (o, mejor dicho, casi transparente, ya que en la práctica un cuerpo totalmente transparente no existe).<br>El vidrio es un material con propiedades especiales. Es casi transparente a la radiación solar, tanto visible como infrarroja y sin embargo es opaco a la radiación infrarroja lejana que emite el cuerpo calentado, o sea, actúa como una trampa de calor.<br>Con estos conocimientos básicos, podemos diseñar un calentador solar con mayor o menor eficiencia, en dependencia de los materiales de que podamos disponer.<br><br>
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Un panel fotovoltaico consiste en una asociación de células, encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lámina frontal de vidrio y una capa posterior de un polímero termoplástico (normalmente tedlar). Este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte. Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:
  
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== '''Características de la radiación solar en Cuba.'''<br>  ==
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*Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
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*Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
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*Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costoso. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.  
  
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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.<br>Como se sabe, 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. <br>Además, 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. <br>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.<br>Sin embargo, a diferencia de los países continentales secos, la nubosidad en Cuba es muy alta, debido principalmente a los mares que la rodean. <br>La radiación difusa tiene un valor promedio mayor de 40&nbsp;%. 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.<br>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.<br><br>
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El parámetro estandarizado para clasificar la potencia de un panel fotovoltaico se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:
  
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== '''Curiosidades:'''<br>  ==
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*Radiación de 1000 W/m²
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*Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).
  
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'''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.  
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Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14 %-20 %. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15 %-21 %. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70 % de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).
  
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<br> '''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).<br>
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Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar [[energía eléctrica]] y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sencillas en azoteas y de autoconsumo fotovoltaico.
  
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<br> '''3.- Lancha fotovoltaica Halcón Solar.'''<br>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.<br>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.<br>
+
=== Desarrollo de la energía solar fotovoltaica en el mundo ===
  
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<br> '''4.- Energía Solar Fotovoltaica en los coches.'''<br>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.<br>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.  
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Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años. La energía solar fotovoltaica se usaba tradicionalmente desde su popularización a finales de los años [[1970]] para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica, pero sobre todo, de forma creciente durante los últimos años, para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, bien mediante inyección a la red o para autoconsumo doméstico.
  
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'''5.- El avión solar cruza Europa.'''<br>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.<br>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.<br>Alcanza alturas de hasta 4.500 metros y velocidades de 65 kilómetros por hora.<br>
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Alemania es, junto a [[Japón]], [[China]] y [[Estados Unidos]], uno de los países donde la fotovoltaica está experimentando un crecimiento más vertiginoso. A finales de [[2015]], se habían instalado en todo el mundo cerca de 230 GW de potencia fotovoltaica, convirtiendo a la fotovoltaica en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y eólica, y supone ya una fracción significativa del mix eléctrico en la [[Unión Europea]], cubriendo de media el 3,5 % de la demanda de electricidad y alcanzando el 7 % en los períodos de mayor producción.  
  
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'''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.  
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La considerable potencia instalada en [[Alemania]] (38 GW en 2014) ha protagonizado varios récords durante los últimos años. En [[junio]] de [[2014]], produjo hasta el 50,6% de toda la demanda eléctrica del país durante un solo día, alcanzando una potencia instantánea por encima de 24 GW, lo que equivale a la potencia de generación de casi 25 centrales nucleares trabajando a plena capacidad.  
  
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'''7.-''' En cada metro cuadrado del territorio cubano se recibe diariamente una cantidad de energía solar equivalente a 0,5 Kg de petróleo.
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=== Autoconsumo fotovoltaico y paridad de red ===
  
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<br> '''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.  
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El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el propio consumo, a través de los paneles solares. Ello se puede complementar con el balance neto. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctrico mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado con éxito en muchos países. Fue propuesto en [[España]] por la asociación fotovoltaica ASIF para promover la electricidad renovable sin necesidad de apoyo económico adicional. El balance neto estuvo en fase de proyecto por el IDAE y ha sido recogido en el Plan de Energías Renovables 2011-2020  y el Real Decreto 1699/2011, del [[18 de noviembre]], por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de [[energía eléctrica]] de pequeña potencia.  
  
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'''9.- ¿Cuánta energía se consume en Cuba para el calentamiento del agua?'''<br>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.  
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Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad de red -igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de [[Alemania]], [[Italia]] o [[España]]. Este esquema de incentivos ya ha dado sus frutos, logrando que los costes de la energía fotovoltaica se sitúen por debajo del precio de venta de la electricidad tradicional en un número creciente de regiones.
  
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'''1''''''0.-''' 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. <br>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.
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=== La energía del futuro ===
  
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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.  
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Según informes de Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030. Y según un estudio publicado en [[2007]] por el Consejo Mundial de Energía, para el año 2100 el 70 % de la energía consumida será de origen solar. Por otro lado, algunos países, como es el caso de Tokelau, un archipiélago ubicado en el [[océano Pacífico]], no cuentan con mix eléctrico, ya que obtienen toda la electricidad que necesitan del [[sol]]. El país lo forman unos 125 islotes que abarcan un área de 10 km² y cuenta con cerca de 1.500 habitantes. La situación geográfica del archipiélago hace que el uso de combustibles fósiles sea comparativamente mucho más caro y difícil de mantener que un sistema fotovoltaico.
  
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== Enlaces externos ==
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== Bibliografías ==
  
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*[http://www.cav.jovenclub.cu/ www.cav.jovenclub.cu]
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*Perpiñán Lamigueiro, O. (2012). Energía solar fotovoltaica. "Diseño de Sistemas Fotovoltaicos". Ed Progensa. 160 págs. (ISBN 978-84-95693-72-3)
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*Stolik, D. (1993): «Estado actual y perspectivas de la energía fotovoltaica», Revista Cubana de Física, vol. 13, n.° 1, pp. 5-70.
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*Stolik, D. (2012a): «Primera parte de 100 preguntas y respuestas sobre la energía FV», Energía y Tú, n.° 58, abril-junio, pp. 8-15
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*Stolik, D. (2012b): «Segunda parte de 100 preguntas y respuestas sobre la energía FV», Energía y Tú, n.° 59, julio-septiembre, pp. 7-11.
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*Bérriz, L. P.: “Las energías renovables en Cuba”. Energía y tú. Energía y tú, (D) RNPS: 2219, (P) RNPS: 0597, No. 22, abril-junio, La Habana, Cuba, 2003.
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*Bérriz, L. P.: “Energía Solar: la energía del pasado, presente y futuro”. Energía y tú, (D) RNPS: 2219, (P) RNPS: 0597, No.51, julio-septiembre, La Habana, Cuba, 2010.
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*Turrini, Enrico: “Combustibles fósiles”. Capítulo II. El camino energético. El camino del Sol. Eco Solar, ISSN: 1028-6004, pp. 53-66, La Habana, Cuba, 1999.
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*Bravo, D. 2015. Energía y desarrollo sostenible en Cuba. Revista Centro Azúcar, 42, pp 14-25.  
  
 
== Fuentes ==
 
== Fuentes ==
  
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*[http://www.cubahora.cu/ www.cubahora.cu]  
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*[https://www.significados.com/energia-solar/ Significados.com]
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*[http://www.juventubrebelde.cu/ www.juventubrebelde.cu]
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*[https://www.fundacionaquae.org/energia-solar-ventajas-desventajas/ Fundación Aquae]
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*[https://www.ejemplos.co/ejemplos-de-energia-solar/ Enciclopedia online de ejemplos]
 +
*[https://www.um.es/web/campussostenible/ambiental/energia/energias-renovables/energia-solar-fotovoltaica/ Universidad de Murcia – España]
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*[http://scielo.sld.cu/pdf/caz/v44n1/caz08117.pdf/ SciELO Cuba]  
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*[https://www.redalyc.org/pdf/4255/425541210004.pdf/ Sistema de Información Científica Redalyc, Red de Revistas Científicas]
 +
*[https://revistas.unah.edu.cu/index.php/IAgric/article/view/706/ Revista de Ingeniería Agrícola de la Universidad Agraria de La Habana]
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*[http://repositorio.geotech.cu/jspui/bitstream/1234/4052/1/Energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica%20independencia%20energ%C3%A9tica%20en%20los%20centros%20educacionales%20del.pdf/ Repositorio de Información de Medio Ambiente de Cuba]
  
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 Este artículo ha sido certificado por el Dr.C Elio Lázaro Amador Lorenzo, perteneciente a la Universidad Agraria de La Habana (UNAH).


Energía solar
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Concepto:Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.

Energía solar . Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.

La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

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 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.

Tecnología y usos de la energía solar

Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:

  • Energía solar activa . Para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.
  • Energía solar pasiva. Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
  • Energía solar térmica . Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
  • Energía solar fotovoltaica . Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
  • Energía termosolar de concentración . Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).
  • Energía solar híbrida . Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:
    • Renovable: biomasa, energía eólica.
    • No renovable: Combustible fósil.
  • Energía eólico solar . Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.

Energía solar pasiva

La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas dirigidas al aprovechamiento de la energía solar de forma directa, sin transformarla en otro tipo de energía, para su utilización inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía, aunque puede ser complementada por ellos, por ejemplo para su regulación. Incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra. La arquitectura bioclimática es la aplicación de este principio al diseño de edificaciones. La energía no se aprovecha por medio de captadores industrializados, sino que son los propios elementos constructivos los que absorben la energía de día y la redistribuyen por la noche.

Energía solar térmica

Energía termodinámica - Proceso

La energía solar térmica (o energía termosolar) consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales. Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura:

  • Colectores de baja temperatura . Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor de 60 °C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
  • Colectores de temperatura media . Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de alta insolación.
  • Colectores de alta temperatura . Fueron inventadas por Frank Shuman y hoy día existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas superiores a los 500 °C y se usan para generar electricidad (electricidad termosolar) y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remotas o escasas.

Energía solar térmica de baja temperatura

Una instalación solar térmica de baja temperatura está formada por captadores solares, un circuito primario y secundario, intercambiador de calor, acumulador, vaso de expansión y tuberías. Si el sistema funciona mediante termosifón será la diferencia de densidad por cambio de temperatura la que moverá el fluido. Si el sistema es forzado, entonces será necesario además dotar al sistema de una bomba de circulación y un sistema de control.

Los captadores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor. Como captadores solares se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los captadores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planes (o de placa plana) con cubierta de vidrio son los comunes mayoritariamente en la producción de agua caliente sanitaria ACS. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, estos calientan unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido de dentro. Los tubos son de color oscuro, ya que las superficies oscuras calientan más.

El vidrio que cubre el captador no sólo protege la instalación sino que también permite conservar el calor produciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador. Están formados de una carcasa de aluminio cerrada y resistente a ambientes marinos, un marco de aluminio, una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico (normalmente lana de roca), cubierta de vidrio solar de alta transparencia, y finalmente por tubos soldados que conducen el fluido portador de calor hacia el interior y el exterior del captador.

Los colectores solares se componen de los siguientes elementos:

  • Cubierta . Es transparente, puede estar presente o no. Generalmente es de vidrio aunque también se utilizan de plástico ya que es menos caro y manejable, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y por eso debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.
  • Canal de aire . Es un espacio (vacío o no) que separa la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta para equilibrar las pérdidas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
  • Placa absorbente . La placa absorbente es el elemento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reducida. Como los materiales comunes no cumplen con este requisito, se utilizan materiales combinados para obtener la mejor relación absorción/emisión.
  • Tubos o conductos . Los tubos están tocando (a veces soldadas) la placa absorbente para que el intercambio de energía sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
  • Capa aislante . La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea el mejor posible, el material aislante deberá tener una baja conductividad térmica.

Energía solar térmica de media temperatura

Las instalaciones de temperatura media pueden usar varios diseños, los diseños más comunes son: glicol a presión, drenaje trasero, sistemas de lote y sistemas más nuevos de baja presión tolerantes al congelamiento que usan tuberías de polímero que contienen agua con bombeo fotovoltaico. Los estándares europeos e internacionales están siendo revisados para incluir las innovaciones en diseño y la operación de colectores de temperatura media. Las innovaciones operacionales incluyen la operación de "colectores permanentemente húmedos". Esta técnica reduce o incluso elimina la ocurrencia de tensiones de no flujo de alta temperatura conocidas como estancamiento, las que reducen la vida esperada de estos colectores.

Energía solar térmica de alta temperatura

Las temperaturas inferiores a 95 ºC son suficientes para calefacción de espacios, en ese caso generalmente se usan colectores planos del tipo no concentradores. Debido a las relativamente altas pérdidas de calor a través del cristal, los colectores planos no logran alcanzar mucho más de 200 °C incluso cuando el fluido de transferencia está estancado. Tales temperaturas son demasiado bajas para ser usadas en la conversión eficiente en electricidad.

La eficiencia de los motores térmicos se incrementa con la temperatura de la fuente de calor. Para lograr esto en las plantas de energía termal, la radiación solar es concentrada por medio de espejos o lentes para lograr altas temperaturas mediante una tecnología llamada energía termosolar de concentración (en inglés: Concentrated Solar Power, CSP). El efecto práctico de las mayores eficiencias es la reducción del tamaño de los colectores de la planta y del uso de terreno por unidad de energía generada, reduciendo el impacto ambiental de una central de potencia así como su costo.

A medida de que la temperatura aumenta, diferentes formas de conversión se vuelven prácticas. Hasta 600 °C, las turbinas de vapor, la tecnología estándar, tienen una eficiencia de hasta 41 %, Por sobre los 600 °C, las turbinas de gas pueden ser más eficientes. Las temperaturas más altas son problemáticas y se necesitan diferentes materiales y técnicas. Uno propuesta para temperaturas muy altas es usar sales de fluoruro líquidas operando a temperaturas de entre 700 °C a 800 °C, que utilizan sistemas de turbinas de etapas múltiples para lograr eficiencias termales de 50 % o más. Las temperaturas más altas de operación le permiten a la planta usar intercambiadores de calor secos de alta temperatura para su escape termal, reduciendo el uso de agua de la planta, siendo esto crítico para que las centrales ubicadas en desiertos sean prácticas. También las altas temperaturas hacen que el almacenamiento de calor sea más eficiente, ya que se almacenan más watts-horas por unidad de fluido.

Dado que una planta de energía termosolar de concentración (CSP) primero genera calor, puede almacenar dicho calor antes de convertirlo en electricidad. Con la actual tecnología, el almacenamiento de calor es mucho más barato que el almacenamiento de electricidad. De esta forma, una planta CSP pude producir electricidad durante el día y la noche. Si la ubicación de la planta CSP tiene una radiación solar predecible, entonces la planta se convierte en una central confiable de generación de energía.

Acumulación e intercambio de calor

El almacenamiento de calor permite que las centrales solares termales puedan producir electricidad durante las horas del día sin luz solar o por la noche. Esto permite el uso de la energía solar en la generación de carga base así como para la generación de potencia de punta, con el potencial de reemplazar a las centrales que usan combustibles fósiles. Adicionalmente, la utilización de los acumuladores reduce el coste de la electricidad generada con este tipo de centrales solares.

El calor es transferido a un medio de almacenamiento termal en un depósito aislado durante las horas con luz solar y es recuperado para la generación de electricidad en la noche. Los medios de almacenamiento termal incluyen vapor presurizado, hormigón, una variedad de materiales con cambio de fase, y sales fundidas tales como calcio, sodio y nitrato de potasio.

Energía solar fotovoltaica

Proceso fotovoltaico

La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.

Paneles solares fotovoltaicos

Un panel fotovoltaico consiste en una asociación de células, encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lámina frontal de vidrio y una capa posterior de un polímero termoplástico (normalmente tedlar). Este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte. Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:

  • Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
  • Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
  • Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costoso. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

El parámetro estandarizado para clasificar la potencia de un panel fotovoltaico se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:

  • Radiación de 1000 W/m²
  • Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).

Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14 %-20 %. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15 %-21 %. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70 % de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).

Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sencillas en azoteas y de autoconsumo fotovoltaico.

Desarrollo de la energía solar fotovoltaica en el mundo

Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años. La energía solar fotovoltaica se usaba tradicionalmente desde su popularización a finales de los años 1970 para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica, pero sobre todo, de forma creciente durante los últimos años, para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, bien mediante inyección a la red o para autoconsumo doméstico.

Alemania es, junto a Japón, China y Estados Unidos, uno de los países donde la fotovoltaica está experimentando un crecimiento más vertiginoso. A finales de 2015, se habían instalado en todo el mundo cerca de 230 GW de potencia fotovoltaica, convirtiendo a la fotovoltaica en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y eólica, y supone ya una fracción significativa del mix eléctrico en la Unión Europea, cubriendo de media el 3,5 % de la demanda de electricidad y alcanzando el 7 % en los períodos de mayor producción.

La considerable potencia instalada en Alemania (38 GW en 2014) ha protagonizado varios récords durante los últimos años. En junio de 2014, produjo hasta el 50,6% de toda la demanda eléctrica del país durante un solo día, alcanzando una potencia instantánea por encima de 24 GW, lo que equivale a la potencia de generación de casi 25 centrales nucleares trabajando a plena capacidad.

Autoconsumo fotovoltaico y paridad de red

El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el propio consumo, a través de los paneles solares. Ello se puede complementar con el balance neto. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctrico mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado con éxito en muchos países. Fue propuesto en España por la asociación fotovoltaica ASIF para promover la electricidad renovable sin necesidad de apoyo económico adicional. El balance neto estuvo en fase de proyecto por el IDAE y ha sido recogido en el Plan de Energías Renovables 2011-2020 y el Real Decreto 1699/2011, del 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.

Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad de red -igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de Alemania, Italia o España. Este esquema de incentivos ya ha dado sus frutos, logrando que los costes de la energía fotovoltaica se sitúen por debajo del precio de venta de la electricidad tradicional en un número creciente de regiones.

La energía del futuro

Según informes de Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030. Y según un estudio publicado en 2007 por el Consejo Mundial de Energía, para el año 2100 el 70 % de la energía consumida será de origen solar. Por otro lado, algunos países, como es el caso de Tokelau, un archipiélago ubicado en el océano Pacífico, no cuentan con mix eléctrico, ya que obtienen toda la electricidad que necesitan del sol. El país lo forman unos 125 islotes que abarcan un área de 10 km² y cuenta con cerca de 1.500 habitantes. La situación geográfica del archipiélago hace que el uso de combustibles fósiles sea comparativamente mucho más caro y difícil de mantener que un sistema fotovoltaico.

Bibliografías

  • Perpiñán Lamigueiro, O. (2012). Energía solar fotovoltaica. "Diseño de Sistemas Fotovoltaicos". Ed Progensa. 160 págs. (ISBN 978-84-95693-72-3)
  • Stolik, D. (1993): «Estado actual y perspectivas de la energía fotovoltaica», Revista Cubana de Física, vol. 13, n.° 1, pp. 5-70.
  • Stolik, D. (2012a): «Primera parte de 100 preguntas y respuestas sobre la energía FV», Energía y Tú, n.° 58, abril-junio, pp. 8-15
  • Stolik, D. (2012b): «Segunda parte de 100 preguntas y respuestas sobre la energía FV», Energía y Tú, n.° 59, julio-septiembre, pp. 7-11.
  • Bérriz, L. P.: “Las energías renovables en Cuba”. Energía y tú. Energía y tú, (D) RNPS: 2219, (P) RNPS: 0597, No. 22, abril-junio, La Habana, Cuba, 2003.
  • Bérriz, L. P.: “Energía Solar: la energía del pasado, presente y futuro”. Energía y tú, (D) RNPS: 2219, (P) RNPS: 0597, No.51, julio-septiembre, La Habana, Cuba, 2010.
  • Turrini, Enrico: “Combustibles fósiles”. Capítulo II. El camino energético. El camino del Sol. Eco Solar, ISSN: 1028-6004, pp. 53-66, La Habana, Cuba, 1999.
  • Bravo, D. 2015. Energía y desarrollo sostenible en Cuba. Revista Centro Azúcar, 42, pp 14-25.

Fuentes

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