RINCÓN CIENTÍFICO: ENERGÍA SOLAR

Energía solar

La energía que procede del sol es fuente directa o indirecta de casi toda la energía que
usamos. Los combustibles fósiles existen gracias a la fotosíntesis que convirtió la
radiación solar en las plantas y animales de las que se formaron el carbón, gas y
petróleo. El ciclo del agua que nos permite obtener energía hidroeléctrica es movido por
la energía solar que evapora el agua, forma nubes y las lleva tierra adentro donde caerá
en forma de lluvia o nieve. El viento también se forma cuando unas zonas de la
atmósfera son calentadas por el sol en mayor medida que otras.

El aprovechamiento directo de la energía del sol se hace de diferentes formas:

a) Calentamiento directo de locales por el sol.
En invernaderos, viviendas y otros locales, se aprovecha el sol para calentar el ambiente. Algunos diseños arquitectónicos buscan aprovechar al máximo este efecto y controlarlo para poder restringir el uso de calefacción o de aire acondicionado.

b) Acumulación del calor solar.
Se hace con paneles o estructuras especiales colocadas en lugares expuestos al sol, como los tejados de las viviendas, en los que se calienta algún fluido que se almacena el calor en depósitos. Se usa, sobre todo, para calentar agua y puede suponer un importante ahorro energético si tenemos en cuenta que en un país desarrollado más del 5% de la
energía consumida se usa para calentar agua.

c) Generación de electricidad.
Se puede generar electricidad a partir de la energía solar por varios procedimientos. En
el sistema termal la energía solar se usa para convertir agua en vapor en dispositivos
especiales. En algunos casos se usan espejos cóncavos que concentran el calor sobre
tubos que contienen aceite. El aceite alcanza temperaturas de varios cientos de grados y
con él se calienta agua hasta ebullición. Con el vapor se genera electricidad en turbinas
clásicas. Con algunos dispositivos de estos se consiguen rendimientos de conversión en
energía eléctrica del orden del 20% de la energía calorífica que llega a los colectores
La luz del sol se puede convertir directamente en electricidad usando el efecto
fotoeléctrico. Las células fotovoltaicas no tienen rendimientos muy altos. La eficiencia
media en la actualidad es de un 10 a un 15%, aunque algunos prototipos experimentales
logran eficiencias de hasta el 30%. Por esto se necesitan grandes extensiones si se
quiere producir energía en grandes cantidades.
Uno de los problemas de la electricidad generada con el sol es que sólo se puede
producir durante el día y es difícil y cara para almacenar. Para intentar solucionar este
problema se están investigando diferentes tecnologías. Una de ellas usa la electricidad
para disociar el agua, por electrólisis, en oxígeno e hidrógeno. Después el hidrógeno se
usa como combustible para regenerar agua, produciendo energía por la noche.
Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años.

El Sol, fuente de vida y orígenes de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.
Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más energía
que la que vamos a consumir.
España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente favorecida
respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo
inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifra similar a la de muchas
regiones de América Central y del Sur. Esta energía puede aprovecharse directamente, o
bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.
Sería poco racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta
fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de
la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o,
simplemente, agotables. Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos
problemas que debemos afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política
energética solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta
energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas.
Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más la
solemos necesitar. Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la todavía
incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para
conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.
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.
¿De qué manera convertimos la energía solar en energía útil para su uso cotidiano?.
Esta energía renovable se usa principalmente para dos cosas, aunque no son las únicas,
primero para calentar cosas como comida o agua, conocida como energía solar térmica,
Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de
agua y las estufas solares, y la segunda para generar electricidad, conocida como
energía solar fotovoltaica. Para generar la electricidad se usan las células solares, las
cuales son el alma de lo que se conoce como paneles solares, las cuales son las
encargadas de transformarla energía eléctrica.

La energía solar térmica

Es una rama de la energía solar que consiste en el aprovechamiento de la energía
calorífica del sol en la vida de los seres humanos.
Se puede usar a nivel domestico, como para cocinar alimentos (estufas solares), para
generar agua caliente (calentadores solares de agua) o para calefacción. También se usa
a nivel industrial, en donde se calienta agua hasta evaporarse y este vapor de agua
mueve turbinas para generar electricidad (plantas de energía solar térmica).
El uso que más se conoce actualmente de la energía solar térmica es de los calentadores
solares de agua para uso domestico. Estos consisten de dos partes principales, el
colector solar y el tanque de almacenamiento. El colector solar es un cuadro de
aproximadamente 2 metros cuadrados en el cual hay una serie de tubos por donde pasa
el agua, que al entrar en contacto con el sol es calentada; una vez caliente es almacenada
en el tanque de almacenamiento (un tanque aislado, como un termo), en donde
permanece caliente para cuando se necesite. Estos calentadores pueden generar hasta el
91% del agua caliente que consume una familia, dependiendo del uso y la cantidad de
sol que haya en la ubicación del calentador.
Otro uso de la energía solar térmica que está tomando mucho impulso dentro de las
casas son las estufas solares, ya que son muy económicas (puedes construir una en tu
casa) y fáciles de usar. Una estufa solar puede cocinar arroz en aproximadamente una
hora, y un pollo entero en 3 o 4 horas, con lo que el uso de gas se ve reducido de manera
considerable e inmediata dentro de los hogares que las usan.

La estufa de KSol, es una estufa que isa el principio antena parabólica para calentar, es un plato que refleja la luz solar hacia un punto el cual se llega a calentar a más de 200oC. Hay dos versiones, la de 1 y la de 1.4 m. Aquí también puedes meter tus ollas a cocinar. Cerrada parece una simple caja de plástico, pero conforme la abres crea dos paredes de espejos pulidos que reflejan los rayos hacia el interior de la estufa. Es de las más estéticas y funcionales.

La cocina solar “Soul” creada por el Centro de Cocinas solares de Suiza tiene como objetivo enseñar como un aparato muy simple puede ser una pieza tecnológica muy eficiente. Es una cocina muy simple pero eficiente. La cocina argentina “BCKSolar” es muy compacta y puede ser guardada como un tubo. Puede calentar agua hasta 90oC con lo cual es posible cocinar, arroz, pasta sopa, etc..... Una vez caliente puede servir como termo para mantener la comida o agua caliente.
Dentro de las ramas de la energía solar, la energía solar térmica es más barata que la
fotovoltaica, por lo que es la energía que más apoyo y crecimiento ha tenido en los
últimos años.
Como ya habíamos dicho, la energía solar térmica también se puede usar para generar
electricidad. Esto se hace construyendo una torre en cuya cima hay un gigantesco
tanque de agua; alrededor de la torre se colocan miles de espejos que apuntan hacia el
tanque, con lo que el agua se calienta y evapora; ese vapor es obligado a pasar por unas
turbinas que generan la electricidad. En la noche el agua se condensa y rellena el tanque
para que al día siguiente se vuelva a generar energía eléctrica limpia.

Energía solar fotovoltaica

La Energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a
través de paneles fotovoltaicos.
Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos
semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos
electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El
acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes
mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos
electrónicos.
A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles
fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red, operación
que es muy rentable económicamente pero que precisa todavía de subvenciones para
una mayor viabilidad. En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y
el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de
comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente
viable.

Producción de energía solar fotovoltaica

Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica
tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque
sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles
fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los
noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de
la potencia instalada.
El crecimiento actual de las instalaciones de energía solar fotovoltaica está limitado en
2006 por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar
copadas las fuentes actuales. Diversos planes se han establecido para nuevas factorías
de este material en todo el mundo, incluyendo en Mayo de 2006 la posibilidad de que se
instale una en España con la colaboración de los principales actores del mercado.
Centrales de energía solar fotovoltaica
La mayor central de energía solar fotovoltaica del mundo hasta el año 2004 se
encontraba en la ciudad de Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares
modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central
es suficiente para abastecer a 1.800 hogares. La inversión ascendió a 20 millones de
euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa
alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha
construido la mayor huerta solar del mundo en Erlasee (Alemania).

Otros usos de la energía solar son:
 Potabilizar agua
 Secado
 Evaporación
 Destilación
 Refrigeración

Como podrás ver los usos que se le pueden dar son muy amplios, y cada día se están
descubriendo nuevas tecnologías para poder aprovecharla mejor.

Por: Francisco Javier Ramos Serrano 1C