Energia Solar

Concepto: La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano. Actualmente es una de las energías más desarrolladas y usadas en etodo el mundo. Se trata de una fuente energética gratuita, limpia e inagotable.

Aplicación o utilidad: Para obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial.
Para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc.
Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
Refrigeración durante las épocas cálidas (para obtener frío hace falta disponer de una «fuente cálida»

La cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar. Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible. Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, noconsumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.

La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importante beneficio. Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica. La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar.

Formas de obtención: Energía solar fotovoltaica
Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles solares fotovoltaicos.

Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocansaltos 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 gran escala, la corriente eléctrica continua obtenida con los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica, operación que es muy rentable económicamente ya que las compañías eléctricas están obligadas por ley a comprarla.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

Podemos encontrar dos tipos de aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

Sistemas aislados de energía solar fotovoltaica: gracias a esta tecnología podemos disponer de electricidad en lugares alejados de la red de distribución eléctrica.
Los sistemas aislados se componen principalmente de captación de energía solar mediante paneles solares fotovoltaicos y almacenamiento de la energía eléctrica en baterías.

Sistemas fotovoltaicos conectados a red: esta aplicación consiste en generar electricidad mediante paneles solares fotovoltaicos e inyectarla directamente a la red de distribución eléctrica.

Energía solar térmica
La energia solar térmica o energía termosolar consiste en utilizar laenergía solar mediante colectores o panelessolares térmicos, convirtiéndola en calor.
Su funcionamiento de forma esquemática seria el siguiente: el colector o panel solar capta los rayos del sol, absorbiendo su energía en forma de calor, a través de este panel solar pasa un fluido, normalmente agua. El calor absorbido por el panel es transferido a dicho fluido, por lo que este eleva su temperatura y es almacenado o canalizado al punto de consumo.
Existen varias aplicaciones para la aplicación de la energía solar térmica, como el calentamiento de agua sanitaria (ACS), la calefacción por suelo radiante, refrigeración (mediante máquina de absorción), el precalentamiento de agua para procesos industriales, para la producción de energía mecánica o calentamiento de piscinas exteriores residenciales.
Los equipos domésticos más utilizados son los compactos, compuestos por un depósito de unos 150 litros de capacidad y dos colectores de un 1 metro cuadrados cada uno. Estos equipos, disponibles tanto con circuito abierto como cerrado, pueden suministrar el 90% de las necesidades de agua caliente anual para una familia de 4 personas.
En la actualidad se puede afirmar que el aprovechamiento de laenergía solar térmica es una tecnología madura y fiable, que las inversiones realizadas en general son amortizables sin la necesidad de subvenciones, y que se trata de una alternativa respetuosa con el medio ambiente y limpia.

Clasificacion de renovable o no renovable: Actualmente es una de las energías renovables.
Es renovable porque la energía solar se obtiene de fuentes naturales e inagotables.

Aprovechamiento: La energía que procede delsol 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 espejoscóncavos 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.
La producción de electricidad por estos sistemas es más cara, en condiciones normales, que por los sistemas convencionales. Sólo en algunas situaciones especiales compensa su uso, aunque las tecnologías van avanzando rápidamente y en el futuro pueden jugar un importante papel en la producción de electricidad. En muchos países en desarrollo se están usando con gran aprovechamiento en las casas o granjas a losque no llega el suministro ordinario de electricidad porque están muy lejos de las centrales eléctricas.

Ventajas y desventajas
Ventajas
• Es energía no contaminante.
• Proviene de una fuente de energía inagotable.
• Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (campo, islas), o es dificultoso y costoso su traslado (conviene a mas de 5 Km).
• Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento.
• El costo disminuye a medida que la tecnología va avanzando (el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez hay menos).
Desventajas
• El nivel de radiación fluctúa de una zona a otra y de una estación del año a otra, en nuestra zona varía un 20% de verano a invierno).
• Para recolectar energía solar a gran escala se requieren grandes extensiones de terreno.
• Requiere gran inversión inicial.
• Se debe complementar este método de convertir energía con otros.
• Los lugares donde hay mayor radiación, son lugares desérticos y alejados, (energía que no se aprovechara para desarrollar actividad agrícola o industrial, etc.).

Impacto ambiental: Cuando se aprovecha la energía solar no se genera contaminación directa por sustancias de los colectores o de las células fotovoltaicas, pero los sistemas colectores contienen a menudo sustancias para la transmisión térmica que pueden producir contaminaciones si acceden al medio ambiente.
Los paneles pueden generar molestias óptico-estéticas, esto se resuelve a través de una integración a su ambiente; las reflexiones molestas disminuyen si seelimina el espejado u opacando los elementos.

En el caso de establecimientos grandes con aprovechamiento intensivo de la superficie, no es posible aplicar estas soluciones, excepto la disminución de las reflexiones. Por lo tanto, pueden presentarse conflictos relacionados con exigencias visuales-estéticas así como con otras potencialidades naturales relacionadas con la tierra (suelos para producción agropecuaria, protección de especies y biotopos) (siempre que no se trate de emplazamientos en zonas desérticas).

La sombra y la modificación del albedo generados por las grandes instalaciones pueden, según las condiciones locales, ejercer impactos tanto sobre el microclima (tasas de evaporación, movimiento del viento, temperatura) como sobre la flora y fauna.

Otros impactos ambientales se producen durante la fabricación de los materiales que se utilizan para los colectores y células solares. La fabricación del acero, cobre y aluminio que a menudo se utilizan como materia prima, genera problemas ambientales por emisiones, por ejemplo, de polvos y compuestos fluorados y produce no sólo gran contaminación a raíz de los desechos y efluentes que se originan, sino también una gran demanda energética, especialmente en el caso del aluminio.

Para las celdas solares se utilizan en parte metales raros y tóxicos (cadmio, arsénico, selenio, galio) que ya durante su procesamiento pueden conducir a problemas aunque pequeños (contaminación de las aguas residuales y emisiones de aire contaminado). En estos casos se trata de sustancias químicamente muy estables. El riesgo ambiental se limitaa las instalaciones donde se produce. Mediante el control y medidas preventivas de seguridad, es posible minimizar el riesgo.

Ubicación de centrales o sitios de aplicación en argentina
Existen proyectos en determinados sitios en Argentina, como por ejemplo, San Carlos (Salta). En la zona norte de nuestro país se esta aprovechando esta energía de manera cada vez mayor, a partir de hornos y cocinas solares.
Ubicación de centrales o sitios de aplicación en el mundo
Este tipo de centrales predominan en Japón, Europa y Estados Unidos. Dentro de Europa destacan Alemania, España y Francia.
En España las centrales solares están en Andalucía y Cataluña (unas de las zonas mas soleadas del país: el sur y la zona costera).
Crisis energética: Energía solar para calentar agua
Planteamos la incorporación de equipamiento del tipo denominado “colectores solares planos”. Los mismos se utilizan para producir agua caliente sanitaria.

Ordenanza de captación solar
La participación del Estado es indispensable como precursor e impulsor para llevar adelante esta iniciativa y crear las condiciones para un futuro solar en nuestra ciudad, colaborando con la eliminación de las barreras que aún tiene esta aplicación. Es indispensable generar las condiciones para regular la incorporación de la energía solar y constituir a Rosario en una ciudad pionera en la búsqueda de un futuro energético limpio.
Aprovechamiento de la energia solar a lo lago de la historia
Se dice que Arquímedes consiguió quemar las naves romanas que asediaban a Siracusa en el año 212 a.C., concentrando sobre ellas los rayossolares mediante brillantes reflectores.
• En el año 1615 un francés, Solomon de Caux, desarrolló una de las primeras máquinas activadas con energía solar que, mediante la expansión de aire con el calor proveniente del Sol, podía bombear agua.
• En el siglo XVII E. W. Tschirnhours usó un espejo parabólico de cobre de 1m. de radio como horno para secar porcelana.
• El científico sueco Sosses descubrió el efecto invernadero en la segunda mitad del siglo XVIII.
• En 1774 Galileo y Lavoisier usaron la energía del Sol en sus investigaciones, empleando una lente de 1320 mm. para calentar materiales, ya que sostenían que este calor
tenía una pureza que el producido por otras fuentes por no tener contaminantes.
• En 1878 se logró producir hielo empleando energía solar.
• En 1882 Mouchot y Pifre, en París, crearon una máquina solar de vapor, que hacía funcionar una imprenta, utilizando como colector un concentrador parabólico estañado.
• A principios del siglo XX se empleó la energía solar para destilar grandes cantidades de agua en el norte de Chile, y tambien para bombas de irrigación en Egipto.
• En 1954 se desarrolla la primer celda fotovoltaica de silicio, con un rendimiento del 6%, en la Bell Telephone Laboratories, EE.UU.
• En 1955 se logra aumentar el rendimiento de la celda fotovoltaica a 11%.
Con todo esto vemos que el aprovechamiento de la energía solar ha sido limitado en la historia de la humanidad, ya que a pesar del costo inexistente de la fuente, el equipo
necesario para su captación hacía que el costo total de la instalación resultara poco competitivo con los combustiblesfósiles, de más fácil utilización.
Sin embargo, como se vio en el capítulo anterior, la situación se va revirtiendo al
acercarnos al fin de las reservas mundiales de combustibles fósiles, con el consiguiente aumento del precio, y la aparición en el mercado de equipos cada vez más económicos y eficientes.