Energía Solar
La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).
Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado.
La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.
Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo.
Existen dos formas principales de utilizar la energía solar, una como fuente de calor para sistemas solares térmicos, la otra como fuente de electricidad para sistemas solares fotovoltaicos. Nos centraremos en esta última aplicación.
Energía solar térmica
La energía solar térmica o energía termo solar 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.
¿Cómo funciona?
De manera muy esquemática, el sistema de energía solar térmica funciona de la siguiente manera: el colector o panel solar capta los rayos del sol, absorbiendo de esta manera su energía en forma de calor, a través del panel solar hacemos pasar un fluido (normalmente agua) de manera que parte del calor absorbido por el panel es transferido a dicho fluido, el fluido eleva su temperatura y es almacenado o directamente llevado al punto de consumo.
Sistemas solares fotovoltaicos.
El efecto fotovoltaico es la absorción de luz por la materia y la transformación de la energía de la radiación, fotones, en una corriente eléctrica que puede ser directamente aprovechada o almacenada de forma conveniente.
¿Como funciona?
Sistema DC y Sistema AC
El panel solar produce energía en forma de corriente directa (12 voltios) que se almacena en la batería pasando a través del regulador cuya función es proteger la batería de la sobrecarga o de la sobre descarga. Las cargas eléctricas como lámparas, radio, o televisión se conectan a la batería a través del regulador (Sistema DC) o a través de un inversor (Sistema AC) que convierte la corriente almacenada en la batería en corriente alterna y permite el uso de las lámparas eficientes y otros electrodomésticos a 120 voltios AC. | |
Sistema DC |
A mayor cantidad de luz, mayor es la cantidad de energía que se acumula en la batería. Por lo tanto durante las temporadas secas de mucho sol se tiene energía en abundancia. En cambio durante la temporada de invierno, con días lluviosos y nublados, se tiene menor disponibilidad de energía. | |
Sistema AC |
Sistemas solares fotovoltaicos.
Así funciona una instalación de energía solar fotovoltaica aislada de red
.
.
VENTAJAS ECONOMICAS | |
ENERGIA SOLAR | ELECTRIFICACION CONVENCIONAL |
• No requiere instalación de transformador, ni red primaria, ni cable pre ensamblado. | • Necesariamente se debe instalar red primaria, transformadora y tendida secundaria con cable pre ensamblado. |
• La cantidad de materiales es bajo (celdas fotovoltaicas, banco de baterías, regulador, lámparas y cable eléctrico) | • El listado de materiales es extenso. |
• El costo de instalación es muy económico. | • El costo de instalación es alto, debido al tendido de las líneas y la hincada de postes. |
• Los costos de mano de obra son muy puntuales. | • El costo de instalación por kilómetro de línea es considerable y más aún en zonas de condiciones adversas. |
• El proyecto no necesita pago de trámites de derecho ante ninguna entidad. | • Como cualquier proyecto eléctrico convencional requiere del pago de derechos por trámites ante la empresa electrificadora. |
• El costo del transporte de materiales es mínimo debido a la cantidad de los mismos. | • El costo de transporte se incrementa considerablemente por lo robusto y pesado de los materiales. |
• No necesita instalación de acometida ni contador de energía. | • Es obligatorio el uso del contador de energía y de su respectiva acometida, cuyos costos deben ser asumidos por el usuario. |
• No requiere cobro de facturación posterior a la instalación de la celda debido a que la fuente de la energía es el sol. | • Después de instalado el contador el usuario asume los costos por el cobro de facturación. |
• El tiempo de garantía de la celda fotovoltaica es de 25 años. | • El tiempo de garantía de la red es de 15 años (máximo). |
• No requiere estudios de factibilidad ni planos topográficos, debido a que la instalación es domiciliaria. | • Requiere estudios de factibilidad y planos topográficos, debido a las condiciones accidentales de los terrenos. |
VENTAJAS AMBIENTALES | |
ENERGIA SOLAR | ELECTRIFICACION CONVENCIONAL |
• El impacto ambiental es nulo, ya que la instalación es domiciliaria. | • El impacto ambiental es considerable por la poda de árboles y vegetación para el tendido. |
• No necesita certificado de la corporación autónoma regional, debido a que la instalación se realiza en el mismo predio. | • Por ser un proyecto que tiene impacto sobre el ecosistema, requiere de licencia ambiental expedida por la corporación autónoma regional. |
• La continuidad del servicio de energía es constante, porque se depende exclusivamente de la fuente solar. | • El servicio de energía depende de la empresa comercializadora. |
VENTAJAS EN EJECUCION Y SERVICIO | |
ENERGIA SOLAR | ELECTRIFICACION CONVENCIONAL |
• Energía lumínica con satisfacción inmediata para el usuario | • Después de la electrificación, queda pendiente la compra del contador y el cable para la instalación interna del domicilio. |
• Cada usuario cuenta con servicio independiente | • La instalación de la red es comunitaria, por lo tanto en la eventualidad de un daño en la red, sale del sistema toda la comunidad. |
• No se corren riesgos por atentados terroristas. | • Existe un alto riego de cortes en el servicio por voladura de torres de transmisión. |
• El número de beneficiarios es igual número proyectado al inicio de la obra. | • El número de beneficiarios puede ser menor al proyectado, debido a limitaciones económicas. |
• No requiere aprobación técnica de ninguna entidad diferente a la que se vincule con el pago de la obra. | • La aprobación técnica es realizada por empresa electrificadora. |
• La aprobación de planos y proyectos no es necesaria porque la instalación es domiciliaria. | • La aprobación de los planos y proyectos depende de la empresa electrificadora. |
• No requiere certificado de permiso por servidumbre. | • Uno de los requisitos para la aprobación técnica por parte de la empresa electrificadora es la servidumbre de los propietarios de los predios por donde pasa la línea. |
Clasificamos por tecnologías y su correspondiente uso más general:
- 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:
Recogida directa de energía solar
La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales: los de placa plana y los de concentración.
Colectores de placa plana
En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción. La energía transferida por el fluido portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.
Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20° latitud S o 20° de latitud N.
Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.
Colectores de concentración
Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre un zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado ‘blanco’) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos.
Hornos solares
Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.
Receptores centrales
La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre heliostatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad.
Enfriamiento solar
Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción. Uno de los componentes de los sistemas estándar de enfriamiento por absorción, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que, en general, se requieren temperaturas superiores a 150 °C para que los dispositivos de absorción trabajen con eficacia, los colectores de concentración son más apropiados que los de placa plana.
