¿Que es la energía solar y cómo se produce?

Las personas en el mundo cada día toman mas conciencia que hay que cuidar el planeta y una de las formas mas efectiva es la energía solar. La producción de electricidad utilizando paneles solares es una gran ayuda al medio ambiente ya que este proceso no genera contaminantes para la tierra. En este artículo hablaremos sobre que es la energía solar y cómo se produce.

¿Que es la energía solar y cómo se produce?

La energía solar llega a la Tierra en forma de radiación solar. Puede ser procesado en el proceso de conversión fotovoltaica, fototérmica o fotoquímica. Las ventajas de la energía solar incluyen lo ilimitado de sus recursos y su versatilidad, gracias a la cual se utiliza en casi cualquier lugar de la Tierra.

Energía solar

La energía solar proviene de la reacción de fusión nuclear que tiene lugar en el interior del Sol. Nos llega en forma de radiación solar, que es un tipo de energía renovable. Es energía fácilmente disponible, pero su densidad de flujo es baja y depende del lugar de la Tierra, la estación y el día. El hombre ha estado utilizando la energía solar casi siempre, de forma planificada o accidental. Inicialmente, ayudó a calentar el cuerpo, secar la ropa, y cuando las personas aprovecharon el fuego, utilizaron el almacenamiento de energía solar durante décadas en forma de biomasa. Las tecnologías modernas permiten la adquisición y el procesamiento eficientes de la energía solar para fines de servicios públicos. Actualmente, la energía solar adopta la forma de soluciones de instalación, conceptos arquitectónicos, materiales de construcción usados ​​y mucho más.

Actualmente se considera que el sol es el mayor combustible y potencial energético. La potencia de la energía que emiten se estima en 3,9 × 10 ²⁰ MW. Solo una parte llega a la superficie de la Tierra, pero sigue siendo muchos miles de veces mayor que la energía total generada en nuestro planeta. La energía solar se puede utilizar de tres formas: para generar electricidad, para producir calor o en el proceso de fotosíntesis para obtener energía química.

Luz de sol

La radiación solar que llega a la Tierra tiene un espectro similar a la radiación de un cuerpo negro con una temperatura de unos 5700 K. La longitud de onda de la radiación que llega a la Tierra es de unos 100-4000 nm, lo que significa que contiene parte del ultravioleta, visible luz, infrarrojos y ondas de radio. La máxima potencia de radiación que penetra en las capas exteriores de la atmósfera que se puede obtener para 1 m ² es en promedio 1367 W / m ² . Sin embargo, debido a la órbita elíptica de la Tierra, el diferente ángulo del eje de rotación del planeta y el espesor de la atmósfera, la cantidad de energía que llega a la superficie terrestre puede ser de hasta 1000 W/m ² .

La radiación que llega a la Tierra se puede dividir en:

• Radiación total – es la suma de la radiación difusa y directa.
• Radiación directa : es la radiación que proviene directamente del disco solar. Alcanza una determinada superficie de la Tierra en forma de rayos paralelos que atraviesan la atmósfera sin afectarla.
• Radiación dispersa : emitida por la atmósfera como resultado de la refracción repetida de la luz solar.

Potencial de radiación solar en Polonia

En Polonia, la investigación sobre la radiación solar la lleva a cabo el Instituto de Meteorología y Gestión del Agua. Según la norma PN-B-02025, el valor de la intensidad de radiación total media para Polonia durante el año es de 993,5 kWh/m ² (este valor oscila entre 930 y 1070 kWh/m ² ). Tanto como el 79% de la radiación solar cae en la mitad del año de verano. Las mejores condiciones solares existen en las costas de Szczecin y Media, así como en el este del país (Zamojszczyzna, región de Lublin, Polesie). Se estima que el valor de la insolación para estas áreas es de 1200 kWh/m ² . Para el resto de áreas, se establece en 1000 kWh/m ² por año o menos.

Obtención de energía a partir de la radiación solar

Podemos utilizar la energía solar de 3 formas: mediante conversión fotovoltaica, conversión química o fotoquímica.

• Conversión fotovoltaica: la usamos en  células fotovoltaicas , también conocidas comúnmente como células fotovoltaicas o células solares. Son dispositivos que convierten directamente la energía de la radiación solar en electricidad. Esta sustitución es posible gracias al uso de conectores semiconductores de tipo pn. Cuando un fotón cae sobre una oblea de silicio, es absorbido por el silicio, lo que hace que el electrón salga de su posición y se mueva. Este movimiento es el flujo de corriente eléctrica. Se utilizan células fotovoltaicas, entre otros en:
  • instalaciones para la producción de energía eléctrica en viviendas unifamiliares;
  • calculadoras, lámparas solares, relojes;
  • cosas de cosmonautas;
  • navegación;
  • telecomunicaciones
• Conversión fototérmica pasiva: es una conversión directa de la energía de la radiación solar en energía térmica. Hay varios tipos de sistemas de calefacción, tales como:
  • adquisición directa de calor: se puede realizar a través de grandes superficies acristaladas montadas en el lado sur, donde el sol de baja operación en invierno calienta el interior de las habitaciones;
  • sistema con paredes colectoras y acumuladoras – La calefacción se realiza a través de colectores acumuladores montados en las paredes sur, hechos de materiales con alta acumulación de calor. Esta pared absorbe la energía solar, convirtiéndola en calor y luego almacenándola en su volumen;
  • invernaderos, naranjales – este sistema consiste en extender el colector y la pared de almacenamiento alejando la cubierta transparente de la pared. El espacio así obtenido se puede utilizar, por ejemplo, como invernadero o jardín de invierno.
• Conversión fototérmica activa – consiste en convertir la energía de la radiación solar en otra forma de energía con el uso de dispositivos especialmente construidos. Estos dispositivos, llamados colectores solares, están disponibles en varias versiones, que pueden diferir en precio, rendimiento y nivel de avance tecnológico. Los tipos populares de colectores solares son:
  • colectores planos,
  • colectores de vacío,
• Conversión fotoquímica: conversión de la energía de la radiación solar en energía química. Es utilizado a gran escala solo por organismos vivos en los llamados fotosíntesis.

Ventajas y desventajas del uso de la energía solar.

Las ventajas más importantes de este tipo de sistemas incluyen:

• recursos energéticos ilimitados (radiación solar): se puede obtener incluso cuando llueve o está nublado;
• no es necesario utilizar combustible ni transportar energía;
• la posibilidad de conversión directa en diversas formas de energía (calor, electricidad);
• los paneles correctamente instalados son en gran medida libres de mantenimiento y de problemas;
• la versatilidad de esta tecnología hace que se pueda instalar prácticamente en cualquier lugar tras seleccionar los módulos adecuados;
• Las instalaciones fotovoltaicas tienen un impacto negativo insignificante en el medio natural debido a la falta de contaminación con residuos y productos de combustión.

Desventajas de la energía solar:

• ciclicidad y uso desigual (la energía disponible depende de la hora del día y la estación);
• el valor de la intensidad depende del ángulo de incidencia de los rayos del sol;
• costo relativamente alto de los dispositivos;
• eficiencia bastante baja de los módulos fotovoltaicos;
• dependencia de la radiación solar de la contaminación de la atmósfera, nubosidad.