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Energia Solar Fotovoltaica.org

Explotacion de la energia solar fotovoltaica

La energia solar fotovoltaic  se ha vuelto muy popular en los ultimos años , la explotacion de este tipo de energia ayuda a las personas a reducir el gastodel costo de la facturas de electricidad

Definición y categorías

La energía solar es la energía difundida por la radiación del sol. Desde las ondas de radio de rayos gamma hasta la luz visible, todas estas radiaciones consisten en fotones, los componentes fundamentales de la luz y los vectores de la energía solar. La energía solar proviene de las reacciones de fusión nuclear que animan al Sol.

En la Tierra, la energía solar es el origen del ciclo del agua, el viento y la fotosíntesis del reino vegetal. El reino animal, incluida la humanidad, depende de las plantas en las que se basan todas las cadenas alimentarias.

La energía solar es la fuente de todas las formas de producción de energía que se utilizan actualmente en la Tierra, a excepción de la energía nuclear a la energía geotérmica y la energía de las mareas .

 El hombre usa la energía solar para transformarla en otras formas de energía: energía química (el alimento que usa nuestro cuerpo), energía cinética, energía térmica, energía eléctrica o biomasa .

Por extensión, el término “energía solar” a menudo se usa para referirse a la electricidad o la energía térmica obtenida de la fuente de energía primaria de la radiación solar.

Actualmente, hay dos formas principales de explotar la energía solar:

  • energía solar fotovoltaica, que transforma directamente la radiación solar en electricidad;
  • solar térmica que transforma directamente la radiación en calor. Solar llamado “termodinámica” es una variante de la energía solar térmica. Esta técnica difiere en que utiliza la energía térmica del sol para transformarlo por segunda vez en electricidad.

Muchos programas de investigación están en marcha para mejorar los rendimientos de las nuevas tecnologías de energía solar.

Funcionamiento técnico o científico

Las características de la radiación solar en la Tierra.

La energía solar recibida en un punto del globo depende de:

  • energía solar enviada por el Sol, que fluctúa con su actividad de fusión;
  • nubosidad (nubes, niebla, etc.), que es, por ejemplo, importante en el ecuador y más débil en el ambiente intertropical;
  • la latitud, la estación y el tiempo, que afectan la altura del sol en el cielo y, por lo tanto, la energía recibida por unidad de área en el suelo.
Explotacion de la energia solar fotovoltaica
Modelando la distribución desigual de la energía solar en el mundo: aquí el “GHI” o ” Irradiación Horizontal Global ” (1) (fuente: Global Solar Atlas, Banco Mundial)

La explotación de la energía solar.

Tres familias de procesos de transformación de energía solar se destacan hoy.

Energía solar térmica

La energía solar térmica consiste en utilizar el calor de la radiación solar:

  • en uso directo del calor: calentadores de agua y calentadores solares, cocinas y secadoras solares;
  • en uso indirecto, el calor sirve para otro uso: enfriamiento solar, desalinización , etc.

De hecho, se utiliza principalmente para calentar agua o locales. Los sensores térmicos se utilizan para este propósito. Hay varias categorías, pero el principio es siempre el mismo: el sensor térmico absorbe los fotones solares y los transforma en calor. Esto se transmite a un líquido o gas (llamado “refrigerante”) que lo transporta a un tanque de almacenamiento de calor.

Energía solar termodinámica (CSP)

La energía térmica del sol también hace posible producir electricidad termodinámicamente. El principio es idéntico al de una central eléctrica convencional  : la producción de vapor o gas a alta presión se turbina y luego se transforma en electricidad. Este proceso requiere altas temperaturas (de 250 ° C a más de 1000 ° C) que se logran concentrando la luz solar con espejos en un refrigerante.

Entre las principales tecnologías de concentración se pueden citar:

  • plantas de energía solar parabólicas con concentración lineal, equipadas con canales parabólicos;
  • Plantas de energía solar Fresnel con concentración lineal, equipadas con láminas de espejo ligeramente curvadas;
  • plantas de energía solar en torre con heliostatos que devuelven radiación al concentrador;
  • Parábolas solares Dish-Stirling con una concentración puntual, equipadas con un motor Stirling (motor de aire caliente).

Permiten el almacenamiento de parte de la energía en forma de calor. Este almacenamiento reduce las consecuencias de la intermitencia del recurso solar al permitir, por ejemplo, continuar produciendo electricidad después del atardecer.

Energía solar fotovoltaica (PV)

El término “fotovoltaico” puede referirse al fenómeno físico (descubierto por Alexandre Edmond Becquerel en 1839), o la técnica asociada. El interés de esta técnica es convertir la energía del sol directamente en electricidad.

La energía solar fotovoltaica es la electricidad producida al transformar parte de la radiación solar en una célula fotovoltaica. Las células fotovoltaicas están hechas de materiales semiconductores, como el silicio, producido a partir de una materia prima de muy alta pureza.

Aunque todavía representa una parte muy pequeña de la producción mundial de electricidad (alrededor del 2% en 2017 según la AIE (2) ), a la energía solar fotovoltaica se le promete un gran futuro gracias al progreso esperado, menores costos , su simplicidad y versatilidad. Puede funcionar con o sin conexión de red y puede satisfacer las necesidades de energía eléctrica de un hogar (sensores de techo) o una industria.

La primera aplicación apareció en el dominio espacial para satélites. Otros sectores utilizaron la tecnología fotovoltaica, incluidas las telecomunicaciones, la iluminación marina y aérea, la iluminación del hogar y el bombeo de agua. Pero como el sol no es visible en ningún punto de la Tierra las 24 horas del día, esta aplicación requiere el uso de baterías u otros sistemas que garanticen el almacenamiento de electricidad para el consumo fuera del período de sol. .

Desafíos con la energía.

Responder a los problemas económicos y ambientales.

La energía solar a menudo se considera la energía del futuro: es renovable y potencialmente inagotable a escala humana. Hay mucho en juego en el contexto del cambio climático y las grandes fluctuaciones en los precios de los combustibles fósiles (carbón, gas natural, petróleo). Este fuerte potencial, junto con la necesidad de reducir los gases de efecto invernadero, hace de la energía solar un área prioritaria de desarrollo en la actualidad.

Aumentar la rentabilidad y el rendimiento.

La inversión inicial en una planta de energía solar sigue siendo importante pero, una vez que se deprecia la instalación, sus costos operativos son bajos. Muchos países han establecido esquemas de incentivos financieros (en forma de calificación cero, subsidios o tasas favorables para la compra de energía) para fomentar la innovación y las instalaciones tempranas.

El uso de estos sistemas de producción de energía solar se justifica de inmediato en situaciones en las que es muy costoso transportar combustibles fósiles, hacer una conexión a la red eléctrica, como para dispositivos aislados (balizas marinas, marcas de tiempo). ) o en áreas aisladas o escasamente pobladas.

Actores principales

La producción mundial de paneles fotovoltaicos ahora se concentra principalmente en China, que tiene los principales fabricantes en 2019 (Jinko Solar, JA Solar, Trina Solar, etc.) (3) . Estas empresas, debido a su tamaño, pueden responder a las licitaciones de los Estados. Por lo tanto, obtienen economías de escala sustanciales y, a menudo, reciben subsidios públicos. Las empresas más pequeñas se hacen cargo de la instalación de paneles fotovoltaicos en particulares interesados.

Para la energía solar puramente térmica, que sigue siendo un mercado doméstico principalmente de baja tecnología, los actores son pequeñas empresas para la producción de componentes y aún más para la instalación.

Debido a su alcance estrictamente industrial y su estado inicial, el sector solar termodinámico ha permitido que solo unas pocas grandes empresas se desarrollen. El sector se ha desplegado históricamente en España, pero la mayor parte del desarrollo actual de estas plantas ahora se encuentra  ”  en países donde las condiciones del sol son muy favorables, como China, India, Australia, Estados Unidos. Sudáfrica, los países del Golfo o el Magreb  ” , recuerda EurObserv’ER en su barómetro de julio de 2019 dedicado al sector .

En los tres casos, el apoyo financiero estatal juega un papel clave en el desarrollo de las cadenas de valor. Pueden adoptar la forma de subsidios directos o tarifas preferenciales de alimentación.

Unidades de medida y cifras clave

joule

La energía se mide en julios (J) y la potencia se mide en vatios (W). Un julio equivale a un vatio durante 1 segundo.

1 kJ = 10 3  J es 1000 J.
1 MJ = 10 6  J es 1000 kJ.
1 GJ = 10 9  J, o 1000 MJ.

La energía solar total absorbida cada año por la atmósfera, los océanos y la tierra de la Tierra sería de alrededor de 3,850 zettajulios (1 ZJ = 10 21 J) (4) .

Para recapitular, el consumo de energía primaria global alcanzó 14 301 Mtep en 2018 según la anual ” Energy Global y CO  Status  ” IEA , sobre 600 EJ (1 EJ = 10 18  J).

Pasado y presente

1839  : Antoine Becquerel (1788-1878) descubre el fenómeno fotovoltaico e inventa la célula fotovoltaica.

1912  : primera implementación de un sensor cilíndrico parabólico inventado por Charles Vernon Boys (1855-1944), un físico inglés.

1949  : Félix Trombe (1906-1985), químico francés, desarrolla sistemas pasivos de calentamiento solar, incluido el “muro de Trombe”. También está involucrado en el desarrollo de sucesivos hornos solares en el sitio de Odeillo.

1959  : Lanzamiento de Vanguard I, el primer satélite alimentado por energía fotovoltaica.

Años 70  : los dos choques petroleros reavivan el interés en la energía solar.

Años 80  : los desarrollos se ralentizan por razones de rentabilidad, particularmente en relación con tecnologías demasiado caras.

Década de 1990  : comienza un nuevo comienzo.

Años 2000 : las energías solar térmica y fotovoltaica se están desarrollando rápidamente en Francia. Entre 2007 y 2009, sus respectivas salidas de energía se multiplicaron por 2 y por 7.

2012 : la energía fotovoltaica global conectada a las redes supera la marca de 100 GW.

A finales de 2017 : la capacidad fotovoltaica global sería de alrededor de 400 GW de electricidad según la AIE. Las capacidades solares térmicas desplegadas en todo el mundo alcanzan 472 GW térmicos (5) .

 

Con 19 269 490 m 2 de colectores solares térmicos a finales de 2018 (y 573 500 m 2 instalados en 2018), Alemania es, con mucho, el país donde el sector se ha desarrollado más en la Unión Europea. (© Conocimiento de Energías, según EurObserv’ER)
futuro

En todo el mundo, los proyectos de centrales eléctricas están surgiendo en casi todas partes. Según Patrick Jourde y Jean-Claude Muller, investigadores del Comisariado de Energía Atómica (CEA) y el CNRS, el 5% de la superficie de los desiertos produciría toda la electricidad que necesita el planeta.

La electricidad solar (fotovoltaica solar y termodinámica combinada) podría representar hasta el 20% al 25% de la producción mundial de electricidad para 2050, estimó la AIE en mayo de 2010 en la Conferencia del Plan Solar Mediterráneo organizado por la Presidencia española de la UE.

Sabías ?

Los fotones, componentes de la luz y, por lo tanto, el proceso de transmisión de energía solar, viajan en el vacío a 299,792,458 metros por segundo. Esta es la velocidad máxima que un objeto puede alcanzar en nuestro universo, según la física relativista. La luz emitida por el Sol solo toma 8 minutos para cubrir los 150 millones de kilómetros que separan la Tierra del Sol.

 

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