21 jun 2010
ENERGÍA SOLAR
La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.1
RADIACIÓN SOLAR
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol alcanza la superficie terrestre.
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera.
2. Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos y las masas terrestres. El espectro electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre está ocupado principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta.
3. La radiación absorbida por los océanos, las nubes y las masas de tierra incrementan la temperatura de éstas. El aire calentado contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y también en parte de los continentes, causando circulación atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la condensación del agua amplifica la convección, produciendo fenómenos como el viento, borrascas y anticiclones.
4. La energía solar absorvida por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C.
5. Para la fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte en energía química, que produce alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los combustibles fósiles.
6. Flujo Solar Anual y Consumo de energía humano
Solar 3,850,000 EJ7
Energía eólica 2,250 EJ8
Biomasa 3,000 EJ9
Uso energía primario (2005) 487 EJ10
Electricidad (2005) 56.7 EJ11
Se estima que la energía total que absorben la atmósfera, los océanos y los continentes puede ser de 3.850.000 exajulios por año.7 . En 2002, esta energía en un segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un año.12 13 La fotosíntesis captura aproximadamente 3.000 EJ por año en biomasa, lo que representa solo el 0,08% de la energía recibida por la Tierra. 9 . La cantidad de energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al doble de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no renovable como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural.
Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio policristalina oscilan alrededor del 10%. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%. Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar el 70% rendimiento en transferencia de energía solar a térmica).
También la energía solar termoeléctrica de baja temperatura, con el sistema de nuevo desarrollo, ronda el 50% en sus primeras versiones. Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante las horas de sol.
Los paneles solares fotovoltaicos tienen, como hemos visto, un rendimiento en torno al 15 % y 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 instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento -proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica-, aunque su precio es todavía alto. Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad -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. En el caso de Alemania, Italia o España.
También se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con un rendimiento del 3%.
Según un estudio publicado en 2007 por el World Energy Council, para el año 2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar.14 Según informes de Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.1
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 ha 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: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: 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.15
Fósil.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.
LOS PANELES SOLARES
Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.
Paneles fotovoltaicos
Artículo principal: Panel fotovoltaico
Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.
Los paneles fotovoltaicos, además de producir energía que puede alimentar un red eléctrica terrestre, pueden emplearse en vehículos eléctricos y barcos solares
Agua caliente solar
Una lavandería en California, EE. UU., con paneles solares de agua caliente en techo.
Artículos principales: Colector solar y Energía solar térmica
Un calentador solar de agua usa la energía del Sol para calentar un líquido, el cual transfiere el calor hacia un compartimento de almacenado de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente sanitaria puede ser calentada y almacenada en un depósito de agua caliente.
Los paneles tienen una placa receptora y tubos por los que circula líquido adheridos a ésta. El receptor (generalmente recubierto con una capa selectiva oscura) asegura la transformación de radiación solar en calor, mientras que el líquido que circula por los tubos transporta el calor hacia donde puede ser utilizado o almacenado. El líquido calentado es bombeado hacia un aparato intercambiador de energía (una bobina dentro del compartimento de almacenado o un aparato externo) donde deja el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Esto provee una manera simple y efectiva de transferir y transformar la energía solar.
EL LADO OSCURO DE LOS PANELES SOLARES
Los paneles solares, aunq concidedrado como uno de los dispositivos más efectivos para generar energía renovable,tiene un cierto impacto negativo
Los paneles solares, considerados como uno de los dispositivos más efectivos para generar energía renovable, pueden llegar a provocar la desaparición de comunidades enteras de insectos acuáticos.
Ésta es la conclusión de un estudio llevado a cabo por investigadores húngaros y estadounidenses, que pone de relieve al menos uno de los problemas que pueden ocasionar las fuentes de energía limpia.
La pérdida potencial de los insectos acuáticos es grave, porque estos constituyen el primer peldaño en la cadena alimenticia acuática.
Si disminuye la población de insectos acuáticos, las poblaciones de peces y otros organismos que viven en el agua sufrirán las consecuencias.
Los insectos acuáticos, como la efímera, confunden la superficie negra, lisa y brillante de los paneles solares con la de una laguna o un gran charco de agua.
Tras divisar el "falso lago", los insectos se dirigen allí para reproducirse y depositar sus huevos, que por no hallarse en el medio adecuado, terminan pereciendo.
"Se sienten tan atraídos por los paneles solares que son incapaces de escapar su influencia", le dijo a BBC Mundo Bruce Robertson, ecologista del Departamento estadounidense de Energía de los Grandes Lagos, en Michigan, coautor del estudio.
Este efecto, por el cual un organismo prefiere un hábitat malo por sobre uno bueno, se conoce como trampa ecológica. "Es uno de los fenómenos más peligrosos de la naturaleza", señala Robertson.
La confusión se produce porque tanto el agua como los paneles reflejan la luz polarizada de forma horizontal y los insectos utilizan las vibraciones de estas ondas lumínicas para detectar agua.
¿Cómo es posible que una vez que entran en contacto con el panel solar no se den cuenta de que no es un lago?
"Es sorprendente, pero es así", dice el investigador. "Como el único elemento natural en el mundo que polariza la luz es el agua, estos insectos evolucionaron de forma tal, que la única información que utilizan para reconocerla es la luz polarizada".
"Panel solar"
Para comprobar el impacto de los paneles sobre los insectos los investigadores instalaron una serie de paneles en una región boscosa salpicada por lagos en Hungría.
Allí observaron el fenómeno descrito anteriormente, pero también, casi por casualidad, hallaron cómo aminorar el impacto.
"Si divides al panel en pequeñas porciones, o le añades en el medio líneas blancas, en forma de rejilla, el efecto es mucho menor. El panel sigue polarizando la luz, pero al hacerlo en partes más chicas, no resulta tan atractivo para los insectos", comenta Robertson.
Los investigadores no saben exactamente por qué: "Quizás creen que son charcos más pequeños y por eso no les interesan. Pero lo interesante aquí, es que este dato nos da la clave de cómo eliminar esta contaminación, lo cual es posible hacer, además, a un costo muy bajo", señala.
Robertson enfatiza la importancia de tomar en cuenta esta información a la hora de diseñar paneles solares, pero también hace hincapié en la necesidad de estudiar más a fondo su efecto sobre todos los organismos vivos.
Si bien este estudio revela algunos de los efectos que producen los paneles solares en los animales acuáticos, dice el investigador, nada se sabe sobre el impacto que puedan llegar a tener sobre insectos o animales terrestres, sobre todo en las zonas desérticas, que son el escenario principal de la mayor parte de los proyectos de energías limpias basadas en tecnología solar.
