Energía solar
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Energía Solar: Es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.
Módulos solares fotovoltaicos: Es el conjunto de celdas o células solares conectadas eléctricamente.
Un secador solar: Es un equipo o instalación que utiliza la radiación solar como fuente de energía para disminuir la humedad del producto o material a secar.
Sumario
Introducción
Desde sus orígenes, el hombre ha extraído y transmitido la energía de unos cuerpos y fluidos a otros para lograr satisfacer sus necesidades básicas. En aquella remota época, hace ya varios cientos de miles de años, los hombres contaban con dos fuentes principales de energía: el Sol y los alimentos.
El astro Rey les proveía de luz y calor y además les permitía orientarse en el mundo circundante. Los alimentos, que eran tomados directamente del medio, les proporcionaban la energía corporal necesaria para realizar sus tareas cotidianas.
El Sol es la estrella más cercana a la Tierra, es el centro de nuestro sistema planetario e irradia grandes cantidades de energía al espacio, de la que una pequeña fracción llega hasta nosotros, sin embargo, es mayor que toda la energía generada en la Tierra.
El movimiento de la Tierra alrededor del Sol, según una órbita elíptica, la distancia a este último varía ligeramente, lo cual influye en las características de la radiación recibida. Por tal razón, los datos de referencia de la radiación solar, que son la constante solar y la distribución espectral, se establecen para las condiciones de distancia media Sol -Tierra.
En la superficie de la Tierra en un día claro, sin nubes a la hora del mediodía y con el Sol en el cenit se reciben 1 000 W/m2 con un error estimado de ± 1,5 %.
Reseña Histórica:
En el año 1887Heinrich 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:
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
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 y en el Programa Nacional de Ciencia y Técnica: “Desarrollo Energético Sostenible” del Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA).
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 enGuisa, 11 en Río Cauto, 7 en Cauto Cristo, 4 Jiguaní y 43 en Bartolomé Masó.
LosConsultorios 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.
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.
También tiene 483 paneles solares en varias escuelas de la provincia.
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.
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.
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.
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
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.
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).
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).
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).
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.
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).
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.
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.
En los días fríos y principalmente a la hora del baño, nos acordamos de la importancia que tiene disponer de agua caliente.
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.
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¿Podemos utilizar la energía solar para calentar agua? Y si es así: ¿Cómo?
Tradicionalmente se han utilizado calentadores solares para calentar agua.
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.
Quizás sólo sea necesario tener, además, algunos conocimientos de cómo hacerlo.
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.
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).
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.
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.
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.
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).
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.
Con estos conocimientos básicos, podemos diseñar un calentador solar con mayor o menor eficiencia, en dependencia de los materiales de que podamos disponer.
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.
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.
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.
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.
Sin embargo, 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.
'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.
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.
Fuentes:
