Energ√≠a Solar: [Concepto, Ventajas, Almacenaje y Funcionamiento]ūüĆě

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¬ŅQu√© es la energ√≠a solar?

Procedente del Sol, la energía solar es la forma de energía que da vida al planeta y llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética, a través de luz, calor y rayos ultravioleta.

Es una energ√≠a renovable, limpia, con muy bajo impacto y desde la antig√ľedad el ser humano ha sabido aprovecharla de diversas formas, gracias a la invenci√≥n de tecnolog√≠as que han ido evolucionando y perfeccion√°ndose.

   

energ√≠a solarEl calor y la luz que emana de la energ√≠a solar se pueden  captar con apoyo en c√©lulas fotoel√©ctricas o colectores solares,  que ayudan a transformarla en energ√≠a el√©ctrica o t√©rmica.

Esto quiere decir que se aprovecha a través de dos sistemas: por conversión fotovoltaica o térmica de alta temperatura (o ambas).

¬ŅQu√© ventajas tiene la energ√≠a solar?

  1. La primera gran ventaja es que el Sol constituye una fuente primaria inagotable de energ√≠a gratuita. Tiene una existencia calculada en m√°s de cinco mil millones de a√Īos y se calcula que todav√≠a no ha¬† llegado a la mitad de su vida √ļtil.
  2. Las instalaciones creadas para su aprovechamiento, no generan contaminaci√≥n ni impacto negativo en la atm√≥sfera. Pueden adaptarse a los requerimientos, que van desde brindar electricidad a una casa con apoyo en dispositivos peque√Īos, o¬† cubrir la demanda energ√©tica de una f√°brica o empresa, brindando soporte a plantas de generaci√≥n a gran escala.
  3. 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.
  4. A partir del a√Īo 2013, el precio de los m√≥dulos solares se redujo significativamente hasta un 80%, en un gran¬† n√ļmero de pa√≠ses, lo que coloc√≥ por vez primera a la llamada energ√≠a fotovoltaica en una posici√≥n competitiva respecto al precio de la electricidad pagada por los consumidores en hogares, por lo que se reducir√° la factura de electricidad con toda certeza si se instala esta tecnolog√≠a.
  5. Los costes de mantenimiento tambi√©n son baratos y muy seguramente una sola limpieza al a√Īo bastar√° para mantener en buen estado los paneles solares que coloque en el techo de su casa. Estos paneles o tubos solares tienen garant√≠as de hasta 25 a√Īos, por lo que se trata de una inversi√≥n a largo plazo.
  6. Otra ventaja maravillosa es que la energía sobrante que se produzca, puede venderse  en forma particular.

   

¬ŅQu√© desventajas tiene?

  1. La primera gran desventaja guarda relaci√≥n con factores astron√≥micos asociados a variaciones en la radiaci√≥n solar recibida en el planeta, a lo largo del a√Īo, tanto de d√≠a como de noche.¬† Esto significa que no tendremos la energ√≠a deseada en forma constante, porque en d√≠as muy nublados la producci√≥n descender√°.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

¬ŅC√≥mo se produce la energ√≠a solar?

La actividad solar que se genera en el corazón o centro del Sol, es muy intensa y produce grandes cantidades de radiación, fenómeno que a su vez produce energía de la luz llamada fotones.

Procede de los rayos solares¬† y emite  una radiaci√≥n electromagn√©tica  que llega al plantea en forma de luz y calor.

Sabías qué...
Anualmente, recibimos alrededor de 180 billones de kilovatios de energía procedente del Sol. Estro significa que un día de mucho sol puede reportar a la superficie terrestre 1 kilovatio por metro cuadrado, aunque una parte se devuelve al espacio por el fenómeno de reflexión que genera la atmósfera.

La comunidad cient√≠fica considera que el astro Sol nos reportar√° energ√≠a alrededor de quinientos mil a√Īos m√°s. Debido a su car√°cter inagotable es el recurso energ√©tico renovable m√°s importante del planeta.Y lleva alumbr√°ndonos 4.543.000.000 millones de a√Īos.

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.

   

¬ŅC√≥mo funciona la energ√≠a solar?

  1. Los fotones transportan grandes cantidades de energía a pesar de que no tienen una masa física propia.
  2. 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.
  3. El viaje de los fotones del Sol a la Tierra -cuando logran por fin salir del centro del Sol- puede costarles hasta un mill√≥n de a√Īos. Pero vez que escapan son tan veloces que desarrollan hasta 1.078 millones de kil√≥metros por hora, lo que les permite llegar a la Tierra en unos 8¬† minutos.
  4. En este increíble viaje, los fotones pueden chocar o ser desviados por otras partículas, generando su destrucción, acción que genera calor.
  5. 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.
  6. 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.   

¬ŅEn qu√© unidades se mide?

La exposición radiante es la medida de la radiación solar, en la cual la radiación es integrada en el tiempo como kWh/m2 por día o MJ/m2 por día.

Por ejemplo:
Esto quiere decir, que un minuto de exposición radiante es una medida de la energía recibida por metro cuadrado sobre un período de un minuto.

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.

   

¬ŅC√≥mo se transforma la energ√≠a solar?

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. 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.

energ√≠a solarLa radiaci√≥n solar puede  aprovecharse muy bien con ayuda de diferentes m√©todos  para transformarla en circuitos el√©ctricos que son capaces de sustituir los convencionales. Su efectividad estar√° asociada a las horas en que haya m√°s producci√≥n e intensidad de rayos solares. Por eso en  pa√≠ses calurosos resulta mucho m√°s aprovechable. 

Para comprender cómo se transforma es conveniente primero recordar qué es la energía.

La energía eléctrica es aquella que se transporta por una corriente eléctrica, que consiste en el movimiento ordenado de partículas que tienen carga eléctrica, mejor conocidos como átomos.

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 radiaci√≥n solar debe captarse con ayuda de paneles solares, a fin de transformarla en energ√≠a √ļtil.

 Hay diversos tipos de paneles solares,  que guardan relaci√≥n con el mecanismo escogido para su el aprovechamiento de la energ√≠a solar.

Estos son:

  • Captadores solares t√©rmicos, a fin de producir energ√≠a solar t√©rmica.
  • M√≥dulos fotovoltaicos, para generar energ√≠a solar fotovoltaica.
  • Energ√≠a solar pasiva, que no se sustenta en ning√ļn tipo de apoyo en elementos externos.

   

Energía solar térmica

Utiliza la radiación solar para calentar agua mediante el uso de colectores solares, responsables de subir o incrementar la temperatura del fluido, con el aumento de su energía interna.

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

Este tipo de energía aprovechará al máximo el efecto voltaico para generar una corriente eléctrica continua  que generan los paneles.

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.

Sabías qué...
A partir del a√Īo 2.000, en Europa se logra avanzar en su conciencia medioambiental cuando en Alemania, activistas defensores de la Tierra¬† obtuvieron un financiamiento junto a una organizaci√≥n denominada Eurosolar, para instalar nada mas y nada menos que 10 millones de tejados solares.

   

Energía solar pasiva

Se deriva del  aprovechamiento m√°ximo de la radiaci√≥n solar.  No tiene apoyo en ninguna tecnolog√≠a o dispositivo.

Busca¬† la ubicaci√≥n m√°s id√≥nea de la edificaci√≥n, dise√Īada especialmente para que de acuerdo a los materiales usados en su construcci√≥n, la correcta orientaci√≥n y elementos provenientes de la arquitectura bioclim√°tica, se pueda reducir sensiblemente la necesidad de climatizar los hogares y de iluminarlos, con lo que se ahorra mucha electricidad.

¬ŅC√≥mo se almacena la energ√≠a solar?

Qué es la energía solarDurante 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… ¬ŅC√≥mo se logra?

   

Baterías

En el mercado han irrumpido  diferentes tipos de bater√≠as  de acuerdo a los componentes que las integran y¬† todas pueden dar la respuesta perfecta al sistema fotovoltaico que hayamos instalado en casa.

Tienen la misión fundamental de almacenar la energía sobrante producida a partir de la radiación solar.

 Su capacidad indicar√° en kWh,  cu√°nta energ√≠a obtendremos al estar totalmente cargada, pero la que m√°s nos conviene depender√° del tama√Īo del sistema fotovoltaico instalado, del consumo promedio de electricidad y de la independencia de energ√≠a deseada.

En la actualidad, se consiguen estos  dos tipos de bater√≠as: de i√≥n-litio y de √°cido-plomo. ¬†Estas √ļltimas son pesadas y grandes, desventaja total frente a las de i√≥n-litio, que ostentan una capacidad de descarga alta y son ligeras, f√°ciles de movilizar. Incluso son capaces de cargar coches el√©ctricos.

Funcionamiento

Durante las ma√Īanas, la energ√≠a del sistema fotovolt√°ico se activa para consumo propio, privado. El sobrante va a la bater√≠a. Ya por la tarde y al tener totalmente cargada la bater√≠a, los usuarios seguir√°n disfrutando del suministro de electricidad, pero el excedente puede venderse a la red de electricidad p√ļblica o estatal.

Durante la noche, el suministro perdura pero si falla o es insuficiente, porque la carga de la bater√≠a ha mermado, entonces se toma de la red de electricidad p√ļblica lo necesario.

Qué es la energía solarPara 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, quedar√° guardado en un dep√≥sito 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.

   

¬ŅCu√°nta energ√≠a necesitamos producir?

En promedio, el autoconsumo eléctrico de una casa basta con instalar unas 6 placas o paneles fotovoltáicos de 650 vatios.

La inversi√≥n inicial es alta, porque se necesitar√°n unos 6.000‚ā¨ o m√°s para obtener 65 kWh, pero hay una amortizaci√≥n inferior a los 5 a√Īos y un beneficio acumulado de unos 500 euros al a√Īo.

Una instalaci√≥n h√≠brida que est√© conectada a la red el√©ctrica p√ļblica, a fin de alternarla cuando se agote nuestra propia generaci√≥n, porque no se cuenta con una bater√≠a 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 bater√≠a. 

También existen centrales fotovoltaicas con muchas placas que intentar hacer el proceso lo más eficiente posible.

¬ŅEs un tipo de energ√≠a eficiente?

Vale la pena producir electricidad a partir de la energía solar, porque en primer lugar es muy beneficiosa para la salud de las personas y el bienestar del ecosistema del planeta. El medioambiente lo agradecerá.

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.

   

¬ŅEs una energ√≠a renovable o no renovable?

Ya se la considera la energía del presente y el futuro, no solo porque proviene de una fuente inagotable como lo es el Sol, sino porque su instalación es sencilla y reporta cada vez mejores márgenes de rentabilidad y bajos costes asociados.

Cómo funciona la energía solarEs 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 inversi√≥n de este tipo en casa,  para generar electricidad a partir de paneles solares, especialmente porque la factura o recibo de electricidad bajar√° sensiblemente y contribuiremos a evitar el calentamiento global.

Un poco de historia sobre la energía solar

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Napoleón Bonaparte

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, empe√Īado en sustituir al carb√≥n 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 cient√≠fico ruso ampli√≥ el descubrimiento del llamado efecto fotoel√©ctrico externo que un a√Īo antes hab√≠a logrado el alem√°n 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.

energía solar albert einstein
Albert Einstein

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 a√Īos  mediados de los 70 del siglo XX, ¬†las energ√≠as renovables comienzan a emerger, por culpa de una gran crisis del petr√≥leo entre 1973¬† a 1979, con precios altos, que desvi√≥ la mirada y el inter√©s por la energ√≠a 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 petr√≥leo, se refrena el crecimiento de la energ√≠a solar, hacia los a√Īos 1984 a 1996.

En este devenir hist√≥rico, sin embargo, se aprecia una preocupaci√≥n genuina en los a√Īos 90 del siglo XX por el uso de los combustibles f√≥siles y sus graves efectos sobre el planeta debido a la enorme contaminaci√≥n en la atm√≥sfera.

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.

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