TODO SOBRE LA ENERGiA SOLAR
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TODO SOBRE LA ENERGiA SOLAR
¿Qué es la energía solar?
Aunque la mayor parte de la energía de la tierra no estaría presente sin el sol, solo unas pocas formas de energía se consideran energía solar. En el contexto de la energía renovable, la energía solar está asociada con el aprovechamiento de las emisiones actuales de calor o luz del sol.
La energía solar, además de proporcionar calor y luz, también causa el viento que sentimos aquí en la Tierra. Los vientos se crean cuando varias capas de la atmósfera absorben diferentes cantidades de calor y por lo tanto se expanden de manera diferente.
Esto crea regiones de presión cada vez más alta, lo que resulta en masas de aire que circulan a nivel del suelo y en altitudes más altas.
La energía solar también es responsable de los combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. Estas sustancias son el resultado de grandes masas de materia vegetal descompuesta, que durante su vida absorben la energía solar.
Los combustibles fósiles son simplemente depósitos concentrados de la energía solar que estas plantas tenían mientras vivían.
El poder del sol llega a la Tierra como calor y luz. Este calor y luz son el efecto de la fusión nuclear constante del Sol de núcleos de hidrógeno.
El proceso de fusión produce núcleos de helio junto con grandes cantidades de energía. Esta energía se expresa como radiación electromagnética (la luz es un rango de frecuencia específico de esta radiación) y radiada a más de 6,100 grados C.
Esto es realmente bastante bueno en comparación con la corona y el núcleo del sol que se quema a varios millones de grados C. Una pequeña fracción de estos niveles extremos de energía que son liberados por el Sol entran en contacto con la Tierra.
La cantidad promedio de energía que entra en contacto con la superficie de la Tierra en un día es de 200 W / m 2 . Esto significa que el hogar promedio tiene espacio de techo más que suficiente para producir suficiente electricidad para satisfacer todas sus necesidades de energía.
De hecho, cada día, más energía llega a la Tierra desde el sol que la que consumiría la población mundial en 27 años.
Una explicaciòn sencilla de la energia solar
¿Por qué la energía solar es renovable?
La energía solar es renovable siempre que el sol siga quemando la enorme cantidad de hidrógeno que tiene en su núcleo. Incluso con el sol gastando 700 mil millones de toneladas de hidrógeno por segundo, se espera que siga ardiendo durante otros 4.5 mil millones de años.
Por lo tanto, técnicamente, la energía solar no es una fuente de energía completamente renovable porque se agotará en 4.5 mil millones de años.
¿Hay diferentes tipos de tecnologías asociadas con la energía solar?
Hay una variedad de tipos de tecnologías asociadas con la energía solar. Estas tecnologías se pueden dividir en dos grupos.
El primer grupo son aquellos que usan el sol para generar calor, llamados tecnologías solares térmicas. Las tecnologías solares térmicas incluyen sistemas de energía concentradores solares, colectores solares de placas planas y calefacción solar pasiva.
El otro grupo de tecnologías de energía solar convierte directamente la radiación solar en electricidad a través del efecto fotoeléctrico mediante el uso de energía fotovoltaica (también conocida como PV).
Tecnologías solares térmicas
- Los sistemas de energía solar concentrada generan electricidad con calor.Los colectores solares de concentración utilizan espejos y lentes para concentrar y enfocar la luz solar en un receptor montado en el punto focal del sistema. El receptor absorbe y convierte la luz solar en calor. Este calor luego se transporta por medio de un fluido calentado (ya sea agua o sal fundida) a través de tuberías a un generador de vapor o motor donde se convierte en electricidad.
- Los colectores solares de placa plana generalmente son cajas planas grandes con una o más cubiertas de vidrio. Dentro de las cajas hay placas de metal de color oscuro que absorben calor. Aire o líquido, como el agua,
- fluye a través de los tubos y se calienta por el calor almacenado en las placas. Estos sistemas son particularmente útiles para proporcionar agua caliente a los hogares, y el 83% de los hogares en Israel estaban utilizando colectores solares en 1994. A partir de 1992, más de 4,5 millones de edificios en Japón utilizaban sistemas solares de agua caliente.
- Los métodos pasivos de diseño de calefacción solar utilizan características tales como grandes ventanas orientadas al sur y materiales de construcción que absorben la energía térmica del sol. Los métodos solares pasivos se pueden usar para reducir considerablemente las facturas de calefacción e incluso se pueden usar para enfriar un edificio con ventilación natural. La más simple y quizás la más común de las tecnologías solares pasivas se conoce como ganancia solar directa. Un sistema de ganancia directa incluye ventanas orientadas al sur y una gran masa, generalmente compuesta de piedra, ladrillo u hormigón, colocada dentro del espacio para recibir la luz solar más directa en climas fríos y con la menor cantidad de luz solar directa en climas cálidos. El resultado es que, en clima frío, la gran masa térmica de la habitación absorbe energía solar e irradia calor por toda la habitación. Durante los tiempos más cálidos, debido a su ubicación estratégica lejos de la luz más concentrada de las ventanas, la masa térmica absorbe solo el aire caliente que ya está en la habitación.Esto deja el aire enfriado en temporadas más cálidas y cale temporadas más frías
Las tecnologías solares térmicas vienen en varios tamaños. Hay pequeñas cocinas solares portátiles que utilizan un disco concentrador parabólico para cocinar alimentos y hervir el agua.
También hay grandes plantas de energía solar centralizadas, conocidas como “torres de energía”, que usan muchos acres de espejos para recolectar y enfocar el poder del sol. Este calor concentrado convierte el agua en vapor que se usa para alimentar un generador.
Las plantas de energía “Solar One” y “Solar Two”, ambas con capacidades de 10 MW, son ejemplos de estas plantas de energía solar térmica a gran escala.
El “Solar Two” produce suficiente energía para 10,000 hogares. Los ingenieros esperan construir versiones más grandes en el futuro con capacidades de 30-200 MW
Una aplicación beneficiosa y no inmediatamente aparente de la tecnología solar térmica es el uso de la luz solar para refrigerar edificios. La energía solar térmica se utiliza para refrigerar edificios de dos maneras.
El primero es mediante el uso de dispositivos de enfriamiento por absorción que funcionan en un ciclo normal de refrigeración condensando y evaporando un fluido refrigerante.
El segundo método utiliza sistemas de enfriamiento desecantes, que utilizan un agente de secado para absorber el vapor de agua, reducir la humedad y enfriar el aire por evaporación.
Fotovoltaica
El segundo método principal para capturar la energía del sol es mediante el uso de energía fotovoltaica. La energía fotovoltaica (PV) utiliza los fotones del sol o la luz para crear electricidad.
Las tecnologías fotovoltaicas se basan en el efecto fotoeléctrico descrito por primera vez por el físico francés Edmund Becquerel en 1839.
El efecto fotoeléctrico se produce cuando un haz de luz ultravioleta, compuesto de fotones (paquetes de energía cuantificados), golpea una parte de un par de placas de metal cargadas negativamente.
Esto hace que los electrones se “liberen” de la placa con carga negativa. Estos electrones libres son atraídos a la otra placa por fuerzas electrostáticas. Este flujo de electrones es una corriente eléctrica.
Este flujo de electrones se puede recoger en forma de corriente continua (DC). Esta corriente continua puede invertirse en corriente alterna (CA), que es la potencia eléctrica más comúnmente utilizada en los edificios.
¿Por qué no hay más paneles solares o grandes plantas solares que se utilizan hoy en día?
En realidad, hay más paneles solares y grandes plantas solares que se utilizan hoy en día que nunca. La industria fotovoltaica está experimentando tasas de crecimiento anual de alrededor del 25% con tasas de crecimiento más altas en países como Japón, donde actualmente crece al 63%.
Sin embargo, la energía solar claramente no ha alcanzado todo su potencial. Hay algunas razones para esta sub-explotación de paneles solares y grandes plantas solares.
La razón principal de la falta de explotación masiva de las tecnologías de energía solar es económica. Para que la generación generalizada de electricidad mediante paneles solares sea factible, debe ser económicamente ventajosa.
Para que los paneles solares sean una opción económicamente viable para la producción de electricidad, los costos de producción deben disminuir y la eficiencia del producto final debe aumentar.
Es difícil encontrar fondos para impulsar los proyectos que son necesarios para aumentar la cantidad de electricidad que se puede producir a un cierto precio, cuando la tecnología actual no es suficientemente eficiente.
La ausencia de demanda masiva de los consumidores de tecnologías solares es un factor oculto detrás de la falta de producción de energía solar ampliamente extendida.
Si hay una demanda de un producto, habrá personas que suministrarán ese producto a un costo que satisfaga esa demanda.
Si hay suficiente demanda de los consumidores, las tecnologías económicas y eficientes de energía solar serán desarrolladas y explotadas más rápidamente.
¿Qué sucede cuando el sol no brilla?
La cantidad en la que un período de poca o nula luz solar afectará a un hogar con energía solar varía en gran medida según la ubicación física de un hogar en particular y la naturaleza del sistema solar que se utilice.
Por ejemplo, si la casa usa energía fotovoltaica y solar térmica, y también está conectada a la red eléctrica estándar, un período sin luz solar simplemente significará depender de la energía de la red.
Por otro lado, las casas que no están conectadas a la red eléctrica deben poder contar con otros productores de energía, como una celda de combustible, una turbina eólica, un generador diesel o un suministro de electricidad almacenado en baterías.
Para algunas tecnologías solares, como las aplicaciones solares pasivas que utilizan una gran masa térmica, la energía almacenada en baterías o la energía de una utilidad estándar no pueden servir como respaldo.
¿Cómo afectan las diferentes tecnologías solares al medio ambiente?
Durante el funcionamiento, las tecnologías de energía fotovoltaica y fotovoltaica no producen contaminación del aire, producen poco ruido o no lo hacen y no requieren combustibles transportables.
Una de las preocupaciones ambientales con las tecnologías solares son las baterías de plomo-ácido que se usan con algunos sistemas. Esta es una preocupación especialmente en los países en desarrollo donde la eliminación y el reciclaje adecuados no siempre están disponibles.
Sin embargo, el impacto de estas baterías de plomo está disminuyendo a medida que las baterías se vuelven más reciclables, se producen baterías de mejor calidad y se crean sistemas solares de mejor calidad que mejoran la duración de la batería.
Una segunda preocupación ambiental con las tecnologías solares es la dificultad o el reciclaje de metales pesados como el cadmio, que se utilizan en las células fotovoltaicas.
Así como existe una gran preocupación acerca de la gran cantidad de computadoras personales desechadas que pueden acumularse y lixiviar el cadmio, el mercurio y el plomo en el medio ambiente, existe la preocupación de que el cadmio utilizado en paneles fotovoltaicos desechados también pueda ser una amenaza ambiental.
Dado que el uso de sulfuro de cadmio en la producción de paneles fotovoltaicos está en aumento (reemplazando el silicio más caro) este es un problema que debe considerarse.
Contaminación evitada mediante el uso de tecnologías solares
Dado que el impacto ambiental de las tecnologías solares es relativamente pequeño, tal vez sea más beneficioso observar la enorme cantidad de contaminación que se previene debido al uso de tecnologías solares.
La EPA ha desarrollado una calculadora beneficios ambientales solar que calcula, en base a la cantidad de electricidad producida por un sistema de PV y la ubicación geográfica de dicho sistema, la cantidad de óxido de nitrógeno (NOx), dióxido de azufre (SO 2 ), y el carbono dióxido (CO 2 ) que se impidió que se emite cada año.Una calculadora similar es provista por BP Solar.
La cantidad de emisiones que se pueden prevenir mediante el uso de un pequeño sistema fotovoltaico es sorprendente. Por ejemplo, si en Iowa, se instaló un sistema PV relativamente pequeño de 500 vatios, las emisiones de 4 lbs. de NOx, 8 lbs. de SO 2 y 6,733 lbs. de CO 2 se evitaría anualmente. En el mismo lugar, si se instaló un modesto sistema de agua caliente solar de 66 galones, 18 galones adicionales. NOx, 37 lbs. SO 2 y 8,546 lbs. de CO 2 se evitaría anualmente.
¿Cuánto cuesta la energía solar?
Actualmente, la energía solar es más costosa que otros métodos de producción de electricidad.
Sin embargo, los servicios públicos que utilizan combustibles fósiles y nucleares pueden ofrecer un precio más bajo, en parte, debido a los subsidios e incentivos gubernamentales, así como al costo evitado del control de la contaminación y los créditos de NOx en algunos lugares.
También es importante recordar que a medida que los suministros de combustibles fósiles continúen mermando, su precio aumentará. Por otro lado, las tecnologías solares serán menos costosas a medida que evolucionen hacia formas más eficientes.
Con la energía solar, junto con algunas baterías de respaldo, también se está pagando por la confiabilidad adicional con su mayor resistencia a las fallas de línea simples de la electricidad de servicios públicos estándar.
Hay diferentes partes de todo el sistema a considerar cuando se mira el precio.Existe el precio por vatio de la célula solar, el precio por vatio del módulo (panel completo) y el precio por vatio de todo el sistema. Es importante recordar que todos los sistemas son únicos en cuanto a su calidad y tamaño, por lo que es difícil hacer amplias generalizaciones sobre el precio.
El precio promedio de las celdas fotovoltaicas fue de $ 2.01 por vatio máximo en 1999 y el costo promedio por vatio máximo de un módulo fue de $ 3.62 en el mismo año. Sin embargo, el precio del módulo no incluye los costos de diseño, tierra, estructura de soporte, baterías, un inversor, cableado y luces / aparatos.
Con todos estos incluidos, comprar un sistema completo puede costar entre $ 7 por vatio y $ 20 por vatio.Entonces, por ejemplo, si desea instalar un sistema de 10 kilovatios-hora por día en un área con un promedio de 5 horas de sol al día, necesitará un sistema de 2 kilovatios.
A $ 7 por vatio costaría alrededor de $ 14,000. Con la mayoría de las casas promedio que consumen de 1 kilovatio a 2 kilovatios, un sistema de este tamaño compensaría una porción significativa de la carga durante las horas de máxima exposición al sol, sin mantenimiento durante 15-20 años.
