A continuación obtendra información valiosa acerca de la energía solar en un solo sitio web elaborado por un estudiante de ingeniería de sistemas DIEGO GUZMAN Universidad Piloto de Colombia en una investigación para física electrónica. Espero sea de gran ayuda.
1. INTRODUCCIÓN
2. TRANFORMACION
NATURAL DE LA ENERGIA
3. RECOGIDA
DIRECTA DE ENERGIA SOLAR
5. ENERGIA SOLAR EN EL ESPACIO
6. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO
INTRODUCCIÓN
Sol, la estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el
sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiación de su energía
electromagnética, aporta directa o indirectamente toda la energía que mantiene
la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible procede en
última instancia de las plantas que utilizan la energía de la luz del Sol.
Energía solar, energía radiante producida en el Sol
como resultado de reacciones nucleares de fusión . Llega a la Tierra a través
del espacio en cuantos de energía llamados fotones (véase Radiación
electromagnética; Fotón), que interactúan con la atmósfera y la superficie
terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la
atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol,
se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o
unas 2 cal/min/cm2.
Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.
En esta casa solar en Corrales (Nuevo
México, Estados Unidos) un colector solar de placa plana (inferior derecha)
proporciona energía para calentar agua bombeada por el molino. El agua se
almacena en grandes bidones.
La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado
de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de
la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede
recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.
TRANSFORMACIÓN NATURAL DE LA ENERGÍA SOLAR
La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera,
los océanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energía del
Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados
durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energía
eólica utilizan hélices fuertes, ligeras, resistentes a la intemperie y con
diseño aerodinámico que, cuando se unen a generadores, producen electricidad
para usos locales y especializados o para alimentar la red eléctrica de una
región o comunidad.
Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de
la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la
energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos. La energía que
generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama
energía hidroeléctrica. Véase también Presa; Meteorología; Suministro de
agua.
Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al
crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los
combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas
antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el
alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa.
Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de
energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las
corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura. En algunos
lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 °C en distancias de
algunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas,
los principios termodinámicos predicen que se puede crear un ciclo generador de
energía que extrae energía de la masa con mayor temperatura y transferir una
cantidad a la masa con temperatura menor (véase Termodinámica). La
diferencia entre estas energías se manifiesta como energía mecánica (para mover
una turbina, por ejemplo), que puede conectarse a un generador, para producir
electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de conversión de energía
térmica oceánica (CETO), requieren enormes intercambiadores de energía y otros
aparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios. Véase
también Océanos y oceanografía.
RECOGIDA DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR
Los sistemas de calefacción solar activa
incluyen equipos especiales que utilizan la energía del sol para calentar o
enfriar estructuras existentes. Los sistemas pasivos implican diseños de
estructuras que utilizan la energía solar para enfriar y calentar. Por ejemplo,
en esta casa, un espacio solar sirve de colector en invierno cuando las
persianas están abiertas y de refrigerador o nevera en verano cuando están
cerradas. Muros gruesos de hormigón permiten oscilaciones de temperatura ya que
absorben calor en invierno y aíslan en verano. Los depósitos de agua
proporcionan una masa térmica para almacenar calor durante el día y liberarlo
durante la noche.
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 (véase
Calor; Transferencia de calor). 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.
Las placas colectoras utilizan la
energía del Sol para calentar un fluido portador que, a su vez, proporciona
calor utilizable en una casa. El fluido portador, agua en este caso, fluye a
través de tuberías de cobre en el colector solar, durante el proceso absorbe
algo de la energía solar. Después, se mueve hasta un intercambiador de calor
donde calienta el agua que se utilizará en la casa. Por último, una bomba lleva
de nuevo el fluido hacia el colector solar para repetir el ciclo.
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 (véase Refrigeración).
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.
ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA
En una célula fotovoltaica, la luz
excita electrones entre capas de materiales semiconductores de silicio. Esto
produce corrientes eléctricas.
Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.
ENERGÍA SOLAR EN EL ESPACIO
Un proyecto futurista propuesto para producir energía a gran
escala propone situar módulos solares en órbita alrededor de la Tierra. En
ellos la energía concentrada de la luz solar se convertiría en microondas que
se emitirían hacia antenas terrestres para su conversión en energía eléctrica.
Para producir tanta potencia como cinco plantas grandes de energía nuclear (de
mil millones de vatios cada una), tendrían que ser ensamblados en órbita varios
kilómetros cuadrados de colectores, con un peso de más de 4000 t; se
necesitaría una antena en tierra de 8 m de diámetro. Se podrían construir
sistemas más pequeños para islas remotas, pero la economía de escala supone
ventajas para un único sistema de gran capacidad (véase Astronáutica).
DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR
Debido a la naturaleza intermitente de la radiación solar como
fuente energética durante los periodos de baja demanda debe almacenarse el
sobrante de energía solar para cubrir las necesidades cuando la disponibilidad
sea insuficiente. Además de los sistemas sencillos de almacenamiento como el
agua y la roca, se pueden usar, en particular en las aplicaciones de
refrigeración, dispositivos más compactos que se basan en los cambios de fase
característicos de las sales eutécticas (sales que se funden a bajas
temperaturas). Los acumuladores pueden servir para almacenar el excedente de
energía eléctrica producida por dispositivos eólicos o fotovoltaicos (véase
Batería). Un concepto más global es la entrega del excedente de energía
eléctrica a las redes existentes y el uso de éstas como fuentes suplementarias
si la disponibilidad solar es insuficiente. Sin embargo, la economía y la
fiabilidad de este proyecto plantea límites a esta alternativa.
BIBLIOGRAFÍA
- Acosta Rubio, José. Energía solar: utilización y
aprovechamiento. Madrid: Editorial Paraninfo, 1983. Obra de carácter
divulgativo; incluye bibliografía.
- Centro de Estudios de la Energía. El sol, un viejo conocido:
introducción a la energía solar. Madrid: Centro de Estudios de la
Energía, 1982. Manual breve sobre algunas aspectos de la energía solar.
- Centro de Estudios de la Energía Solar. La energía solar:
aplicaciones prácticas. Sevilla: Promotora General de Estudios, 1993.
Obra sobre las distintas aplicaciones de la energía solar; incluye
bibliografía.
- Dickson, D. Tecnología alternativa. Barcelona:
Editorial Blume, 1980. Obra sobre el uso pasado y presente de las
tecnologías alternativas.
CONCLUSIONES
· El sol es la estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra.
· La Energía solar es una energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión.
· Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos.
- 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.