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¿Qué es la energía solar?
Es una energía renovable, limpia, con muy bajo impacto y desde la antigüedad el ser humano ha sabido aprovecharla de diversas formas, gracias a la invención de tecnologías que han ido evolucionando y perfeccionándose.
El calor y la luz que emana de la energía solar se pueden captar con apoyo en células fotoeléctricas o colectores solares, que ayudan a transformarla en energía eléctrica o térmica.
Esto quiere decir que se aprovecha a través de dos sistemas: por conversión fotovoltaica o térmica de alta temperatura (o ambas).
¿Qué ventajas tiene la energía solar?
- La primera gran ventaja es que el Sol constituye una fuente primaria inagotable de energía gratuita. Tiene una existencia calculada en más de cinco mil millones de años y se calcula que todavía no ha llegado a la mitad de su vida útil.
- Las instalaciones creadas para su aprovechamiento, no generan contaminación ni impacto negativo en la atmósfera. Pueden adaptarse a los requerimientos, que van desde brindar electricidad a una casa con apoyo en dispositivos pequeños, o cubrir la demanda energética de una fábrica o empresa, brindando soporte a plantas de generación a gran escala.
- Donde no se pueda obtener electricidad por otras fuentes en lugares inaccesibles o remotos, la solución está en generar energía eléctrica a partir de la solar.
- A partir del año 2013, el precio de los módulos solares se redujo significativamente hasta un 80%, en un gran número de países, lo que colocó por vez primera a la llamada energía fotovoltaica en una posición competitiva respecto al precio de la electricidad pagada por los consumidores en hogares, por lo que se reducirá la factura de electricidad con toda certeza si se instala esta tecnología.
- Los costes de mantenimiento también son baratos y muy seguramente una sola limpieza al año bastará para mantener en buen estado los paneles solares que coloque en el techo de su casa. Estos paneles o tubos solares tienen garantías de hasta 25 años, por lo que se trata de una inversión a largo plazo.
- Otra ventaja maravillosa es que la energía sobrante que se produzca, puede venderse en forma particular.
¿Qué desventajas tiene?
- La primera gran desventaja guarda relación con factores astronómicos asociados a variaciones en la radiación solar recibida en el planeta, a lo largo del año, tanto de día como de noche. Esto significa que no tendremos la energía deseada en forma constante, porque en días muy nublados la producción descenderá.
- Factores geográficos igualmente son determinantes en la incidencia de los rayos solares sobre la superficie, que será distinta de acuerdo a la latitud. Igualmente incide el llamado grosor de las capas atmosféricas, distintas en el ecuador y los polos de la Tierra, o en áreas de alto y bajo relieve.
- La inversión inicial resulta cara, aunque hoy en día se ha logrado bajar en forma atractiva, eso sin incluir las subvenciones que pueden obtenerse como incentivos por parte del Estado para fomentar esta energía limpia y duradera.
- Otro aspecto negativo es que hay materiales de desecho tóxicos asociados a la fabricación de los paneles fotovoltaicos y estos, en honor a la verdad, aun no son 100% eficientes.
¿Cómo se produce la energía solar?
Procede de los rayos solares y emite una radiación electromagnética que llega al plantea en forma de luz y calor.
La comunidad científica considera que el astro Sol nos reportará energía alrededor de quinientos mil años más. Debido a su carácter inagotable es el recurso energético renovable más importante del planeta.Y lleva alumbrándonos 4.543.000.000 millones de años.
A nivel natural, la energía solar es la máxima proveedora de oxígeno para el planeta. Las plantas son capaces de producir, con su ayuda, el milagroso proceso de fotosíntesis. También provee de vitamina D a los seres humanos y regula el metabolismo de los seres vivos con el suministro de energía corporal.
¿Cómo funciona la energía solar?
- Los fotones transportan grandes cantidades de energía a pesar de que no tienen una masa física propia.
- Estos son capaces de llevar diferentes longitudes de ondas de luz, dividida en luz visible y no visible. La no visible corresponde a los rayos infrarrojos y los ultravioleta, mientras que hay otros que llevan la luz visible o luz blanca.
- El viaje de los fotones del Sol a la Tierra -cuando logran por fin salir del centro del Sol- puede costarles hasta un millón de años. Pero vez que escapan son tan veloces que desarrollan hasta 1.078 millones de kilómetros por hora, lo que les permite llegar a la Tierra en unos 8 minutos.
- En este increíble viaje, los fotones pueden chocar o ser desviados por otras partículas, generando su destrucción, acción que genera calor.
- La ciencia ha logrado determinar que los seres humanos absorbemos fotones desde el Sol, por lo que sentimos calor en un día soleado, pero en pleno invierno podemos llegar a sentir mucho más calor, porque al estar más lejos Tierra del Sol, los fotones deben atravesar una capa más gruesa.
- Al mediodía, el Sol está más caliente que cuando se pone al final de la tarde. Esto ocurre porque la intensidad de los fotones es mayor en esas horas. Pero cuando se extienden a una mayor distancia por el ángulo de su ubicación en la Tierra con respecto al Sol, se encuentra bajo en el cielo.
¿En qué unidades se mide?
1 minuto de exposición radiante = irradiancia media (W/m2) x 60 seg. Tiene unidades de Joule por m2 (J/m2)
Por su parte, la densidad energética que posee un panel solar, mide la eficiencia energética del mismo. Esta se mide en producción eléctrica y se expresa en la cantidad de watts por metro cuadrado.
¿Cómo se transforma la energía solar?
Esto quiere decir que se aprovecha a través de dos sistemas: por conversión fotovoltaica o térmica de alta temperatura. La energía solar nos proporciona electricidad, calor y frío, medios de transporte más sostenibles para la humanidad y ecológicos, así como sistemas de riego artificiales, fundamentales para proveer de alimentos a la raza humana y a los animales.
La radiación solar puede aprovecharse muy bien con ayuda de diferentes métodos para transformarla en circuitos eléctricos que son capaces de sustituir los convencionales. Su efectividad estará asociada a las horas en que haya más producción e intensidad de rayos solares. Por eso en países calurosos resulta mucho más aprovechable.
Para comprender cómo se transforma es conveniente primero recordar qué es la energía.
Para que los rayos del Sol se transformen o conviertan en energía solar es indispensable que los electrones se muevan y circulen por un circuito de electricidad natural. Mientras dispongamos de más rayos solares, más electrones en movimiento habrá y en consecuencia, más electricidad produciremos.
La radiación solar debe captarse con ayuda de paneles solares, a fin de transformarla en energía útil.
Hay diversos tipos de paneles solares, que guardan relación con el mecanismo escogido para su el aprovechamiento de la energía solar.
Estos son:
- Captadores solares térmicos, a fin de producir energía solar térmica.
- Módulos fotovoltaicos, para generar energía solar fotovoltaica.
- Energía solar pasiva, que no se sustenta en ningún tipo de apoyo en elementos externos.
Energía solar térmica
De esta forma, es posible transportar esta energía y usarla donde se requiera, principalmente en agua caliente de uso sanitario en sistema de calefacción de las viviendas pata soportar las bajas temperaturas invernales.
Energía solar fotovoltaica
Después debe transformarse en corriente alterna, a fin de proveer electricidad en instalaciones autónomas. Es una fuente de energía renovable que emplea un dispositivo semiconductor llamado célula fotovoltaica o una célula solar de película fina.
Se utiliza para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución capaces de alimentar viviendas aisladas del sistema eléctrico convencional en zonas lejanas o remotas, así como aparatos autónomos y aplicaciones.
Energía solar pasiva
Se deriva del aprovechamiento máximo de la radiación solar. No tiene apoyo en ninguna tecnología o dispositivo.
Busca la ubicación más idónea de la edificación, diseñada especialmente para que de acuerdo a los materiales usados en su construcción, la correcta orientación y elementos provenientes de la arquitectura bioclimática, se pueda reducir sensiblemente la necesidad de climatizar los hogares y de iluminarlos, con lo que se ahorra mucha electricidad.
¿Cómo se almacena la energía solar?
Durante mucho tiempo, la posibilidad de alcanzar un autoabastecimiento idóneo de la energía solar era muy limitada.
Durante el día se podía obtener más energía de la necesaria y de noche el déficit a veces era total con el método de generación privado, a partir de cédulas fotovoltaicas o paneles solares.
La demanda total entonces alcanzaba apenas un 30% del total, pero con el ingenio humano las soluciones de almacenamiento han crecido hasta un 80%, dependiendo de las condiciones meteorológicas. Gracias a estos avances, la energía se almacena y puede usarse cuando lo desee el usuario, no importa si es de día o de noche.
La energía generada durante el día se almacena y puede usarse en cualquier momento del día, incluso por la noche.
Pero… ¿Cómo se logra?
Baterías
En el mercado han irrumpido diferentes tipos de baterías de acuerdo a los componentes que las integran y todas pueden dar la respuesta perfecta al sistema fotovoltaico que hayamos instalado en casa.
Su capacidad indicará en kWh, cuánta energía obtendremos al estar totalmente cargada, pero la que más nos conviene dependerá del tamaño del sistema fotovoltaico instalado, del consumo promedio de electricidad y de la independencia de energía deseada.
En la actualidad, se consiguen estos dos tipos de baterías: de ión-litio y de ácido-plomo. Estas últimas son pesadas y grandes, desventaja total frente a las de ión-litio, que ostentan una capacidad de descarga alta y son ligeras, fáciles de movilizar. Incluso son capaces de cargar coches eléctricos.
Funcionamiento
Durante la noche, el suministro perdura pero si falla o es insuficiente, porque la carga de la batería ha mermado, entonces se toma de la red de electricidad pública lo necesario.
Para el caso del almacenaje de la energía solar térmica, sabemos que su fundamento se sustenta en el aprovechamiento de la radiación solar.
La incidencia de los rayos solares sobre un captador, calienta un fluido que circula en su interior. Este se transmite al agua de consumo gracias a la ayuda de un intercambiador. Por lo general, quedará guardado en un depósito ahora su consumo ulterior.
Estos depósitos acumuladores tienen por misión ayudar a suministrar la energía indispensable cuando no hay suficiente radiación solar o en picos de consumo elevado.
¿Cuánta energía necesitamos producir?
La inversión inicial es alta, porque se necesitarán unos 6.000€ o más para obtener 65 kWh, pero hay una amortización inferior a los 5 años y un beneficio acumulado de unos 500 euros al año.
Una instalación híbrida que esté conectada a la red eléctrica pública, a fin de alternarla cuando se agote nuestra propia generación, porque no se cuenta con una batería de respaldo, requiere de los siguientes elementos que componen el sistema fotovoltaico: panel solar, inversor, contador bidireccional y excedente.
En el caso de la instalación aislada o independiente, esta si tendrá una batería de respaldo que la electricidad producida durante el día y la usa de noche. Es la más usada en zonas remotas o no urbanizadas.
El sistema requiere de los siguientes elementos: paneles solares, contador, inversor y batería.
También existen centrales fotovoltaicas con muchas placas que intentar hacer el proceso lo más eficiente posible.
¿Es un tipo de energía eficiente?
Diversos investigadores han logrado cada vez avanzar más en la eficiencia de los paneles solares para recolectar energía del sol, a fin de poder ser autónomos en casa, gracias al uso de materiales de mejor calidad y tecnologías mas eficientes.
La eficiencia de un panel solar se mide calculando el porcentaje de la energía solar que el panel convierte en electricidad.
La mayoría convierte alrededor de un 15 % de la energía solar en electricidad.
Y paneles experimentales denominados de concentración solar convierten hasta un 40% de la energía solar incidente en electricidad. Así que los avances son cada vez mayores. En este caso, se usa una mezcla de espejos con bandas metálicas para usar una generación a gran escala proveniente del Sol.
¿Es una energía renovable o no renovable?
Es una energía a largo plazo, de muy reducido impacto sobre el medioambiente que podría ayudar, si se masifica en todo el planeta, a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que produce la quema de combustibles fósiles, de duración limitada porque no son renovables.
Es altamente recomendable hacer una inversión de este tipo en casa, para generar electricidad a partir de paneles solares, especialmente porque la factura o recibo de electricidad bajará sensiblemente y contribuiremos a evitar el calentamiento global.
Un poco de historia sobre la energía solar
Aunque el hombre desde tiempos inmemoriales, el ser humano ha sacado provecho a la energía solar como fuente de apoyo para su supervivencia, en 1839, el físico francés Becquerel identifica el llamado efecto fotovoltaico, pero no fue sino hasta 1883 cuando el científico Charles Fritts crea la primera célula solar recubriendo una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para crear un empalme, que producía una eficiencia de apenas 1%.
Entretanto, en Francia, del galo Augustin Mouchot, empeñado en sustituir al carbón para cocer alimentos. Inventa la primera cocina solar.
Después del invento de Mouchot, premiado y alabado hasta por Napoleón III, el físico ruso Aleksandr Stolétov fabrica la primera celda fotovoltaica de luz visible con la ayuda de selenio.
Este científico ruso amplió el descubrimiento del llamado efecto fotoeléctrico externo que un año antes había logrado el alemán Heinrich Rudolf Hertz.
Después, en 1905, Albert Einstein, genio de origen alemán, esbozó la teoría del efecto fotoeléctrico con detalle. Más tarde, en 1946, Russell Ohl patenta la célula solar moderna.
Después sobrevino otro invento a base de energía solar, esta vez en Estados Unidos, cuando Clarence Kemp, en 1891 patentó el primer calentador de agua con energía solar. Un equipo costaba 25 dólares.
Lo demás es historia conocida hasta nuestros días. O fortalecemos el uso de las energías renovables y especialmente opciones derivadas del uso de la solar, o terminaremos matando al planeta.
Hacia finales de la década del siglo XVIII, por allá en 1860, comenzó la inquietud del hombre por el aprovechamiento de energías solares ante el temor de que desapareciera el carbón como materia prima fundamental para generar energía, pero este proceso se estancó a comienzos del siglo XX, con la irrupción del petróleo y sus distintas facilidades para la producción y transporte de diferentes combustibles que han resuelto muchas dificultades de la vida cotidiana.
Sin embargo, hacia los años mediados de los 70 del siglo XX, las energías renovables comienzan a emerger, por culpa de una gran crisis del petróleo entre 1973 a 1979, con precios altos, que desvió la mirada y el interés por la energía solar.
En este período, Japón y Estados Unidos asumieron iniciativas serias de desarrollos de esta energía basada en la transformación de las radiaciones solares.
Se comenzaron a vender muchos sistemas fotovoltaicos, pero cuando nuevamente cae el precio del petróleo, se refrena el crecimiento de la energía solar, hacia los años 1984 a 1996.
En este devenir histórico, sin embargo, se aprecia una preocupación genuina en los años 90 del siglo XX por el uso de los combustibles fósiles y sus graves efectos sobre el planeta debido a la enorme contaminación en la atmósfera.
Ese en entonces los costes de instalación de los paneles fotovoltaicos bajan, incrementándose su popularidad, frente a otras energías alternativas.
Esta política energética está dando resultados, sobre todo para que la fotovoltaica se masifique en los hogares como principal alternativa eléctrica.
Para saber más, puedes ver: Historia de los paneles solares.
Me gusta colaborar con esta página porque desde bien joven me ha encantado el funcionamiento de la naturaleza y la biología. Tenía claro que quería estudiar algo relacionado con estos temas y por eso me acabé decidiendo por Biología.
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