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Energía solar - Historia, ¿De qué manera convertimos la energía solar en energía útil para su uso cotidiano?



LA ENERGÌA SOLAR
La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).
Cada año el sol arroja 4 mil veces mas energía que la que consumimos, por lo que su potencial es practicamente ilimitado.
La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día, del año, de la hora y de la latitud. Ademas, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.


Actualmente es una de las energías renovables mas desarrolladas y usadas en todo el mundo.


Historia
La energía solar es la mas antigua de las energías en la Tierra, ya que la han usado las plantas, desde que existen los primeros seres vivos, como fuente de energía para realizar la fotosíntesis. También, los primeros humanos la usaron para calentarse y para cazar, ya que era, la energía solar, la que les daba luz para poder ver los animales.
Las ventajas de la energía solar son innumerables, y se resumen en que es una fuente de energía inagotable y limpia.
- La energía solar como transformación en energía calorífica (energía solar térmica), es decir, la conversión de la energía solar en calor, siempre ha existido, dada la inmediatez de la transformación. Esto es porque, cualquier cuerpo expuesto directa o indirectamente a la radiación solar aumenta su temperatura. Sin embargo, en los últimos años se ha desarrolladomucho la tecnología solar térmica, y se puede aprovechar de forma mas eficiente. Los últimos avances solares en este campo, han dado lugar a los colectores cilindroparabólicos, las torres solares de concentración, y a placas solares térmicas con alto rendimiento y bajos problemas de mantenimiento.
- La energía solar como transformación en energía eléctrica, fue descubierta en 1887 por Heinrich Hertz, y la explicación teórica de este fenómeno (el efecto fotoeléctrico) fue hecha por Albert Einstein en 1905 (por lo que recibió el premio Nobel en 1921). El efecto fotoeléctrico es la base de la transformación de la energía solar en energía eléctrica, es decir, es la base de la energía solar fotovoltaica.



¿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, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía solar fotovoltaica.
Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares.
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
¿Qué se puede obtener con la energía solar?
Basicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad. Elcalor se logra mediante los captadores o colectores térmicos, y la electricidad, a través de los denominados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.

Los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogido en los captadores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fabricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
Otra de las mas prometedoras aplicaciones del calor solar es la refrigeración durante las épocas calidas, precisamente cuando mas soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de una «fuente calida», la cual puede perfectamente tener su origen en unos captadores solares instalados en el tejado o azotea. En los países arabes ya funcionan a pleno rendimiento muchos acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.

Las aplicaciones agrícolas. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y mas 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» fotovoltaicas, dispuestas en paneles solares, que su precio varía dependiendo delpotencial pues puede ser desde $400 hasta $50,000. 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, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Ademas, 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 generada por una única célula solar no es mucha, pero unidas todas por los hilos conductores permite generar mas energía. Lo que no se utiliza vuelve nuevamente a las placas negativas y el proceso comienza otra vez. Allí radica el problema de los paneles solares: que tienen gran tamaño y producen poca energía. Ademas, si el angulo cambia tan solo un poco, la eficiencia se puede reducir hasta un 50%.
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. La electricidad fotovoltaica generada también se puede inyectar en la red general, obteniendo una buena rentabilidad económica, bien sea por medio de su autoconsumo o mediante su venta, ya que cada vez mas países priman tanto a los pequeños como a los grandes productores de electricidad fotovoltaica, dado el beneficio que aportapara el medio ambiente.


Si se consigue que el precio de los módulos solares siga disminuyendo, potenciandose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para la tercera década del siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica.

Estufas Solares: Las estufas solares no son difíciles de armar, vienen en un kit con toda la información necesaria para utilizarla de la forma mas sencilla. Tienen un precio que fluctúa entre $300 y $500. Calientan y conservan calientes los alimentos, son faciles de transportar ya que son plegadizas y no son pesadas. Se instalan en menos de tres minutos y en cuanto se enfocan los rayos en el reflector solar inmediatamente empiezan a calentar. La cocina solar no sólo ofrece el beneficio de no utilizar cualquier combustible fósil, sea leña, carbón, gas LP o natural, sino que cocina los alimentos con poco agua, beneficiando aquellas comunidades con escasez de liquido o no hay agua purificada. De igual manera, la aplicación de aceite es mínima, por lo que los alimentos practicamente se cuecen en su jugo o utilizando su propia agua. La preparación de alimentos no varía, es decir, puedes aplicar tu receta para hacer arroz o hasta un pastel porque también hay hornos solares solo recuerda que la cantidad de agua o líquidos que usualmente utilizas se reduce a la mitad, al igual que el aceite. Después de un tiempo estandar los alimentos estaran listos, por lo que siempre deberasusar un par de guantes, ya que la olla puede calentarse con esta tecnología a mas de 100 ºC. A pesar de estar elaboradas de plastico, cartón y aluminio, las estufas solares tienen una vida útil de cuatro años, son faciles de guardar y para limpiarlas requieren de sólo un paño.

Secadores Solares: su precio varía desde $250 a $400 pesos. Un secador o deshidratador solar con un diseño adecuado puede alcanzar una gran eficiencia en el aprovechamiento de la energía solar, y en unos pocos años se traducira en un ahorro considerable en el costo de energéticos. Ademas, las secadoras o deshidratadoras solares tienen numerosas ventajas adicionales, como son una mínima necesidad de mantenimiento y la posibilidad de ser usadas en areas de difícil acceso, con frecuencia cercanas a las areas de producción de los alimentos, donde hay poca o ninguna disponibilidad de combustibles tradicionales. Al deshidratar los alimentos muy cerca de las fuentes de producción se tiene también un ahorro considerable en el transporte, ya que se transporta el producto ya deshidratado, con un peso mucho menor al alimento original. Por todo ello, las deshidratadoras o secadoras solares son una opción económica y eficiente para el deshidratado de alimentos en México.

La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, un edificio bien aislado puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con elapoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la energía convencional sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar.








TIPOS DE ENERGIA SOLAR
Energía solar térmica
Llamamos energía solar térmica a la energía proveniente del sol, que nosotros utilizamos en forma de calor. Existen muchas variantes de la energía solar térmica, nos vamos a centrar en la energía solar térmica de baja temperatura, y en la solar de media y alta temperatura, o termoeléctrica.
- Energía solar térmica de baja temperatura: Es la utilizada en los tejados de las viviendas y edificios comerciales, para calentar agua directamente con la radiación solar, y utilizarla para calefacción o agua caliente sanitaria (ACS). La tecnología es sencilla, salvo por el mantenimiento que es complicado. Se trata de exponer una superficie a la radiación directa del sol y hacer pasar por ella un caudal de agua fría con el objetivo de calentarla. Se llaman de baja temperatura porque el agua no alcanza mas de los 80 grados centígrados.
- Energía solar termoeléctrica o solar térmica de media o alta temperatura: Este tipo de energía se presenta en forma de grandes centrales de, como mínimo, 10Mw de potencia. Las temperaturas alcanzadas en estas centrales van desde los 300 grados centígrados, hasta los 800 grados centígrados, por tanto estas centrales no pueden trabajar con agua líquida, y lo hacen normalmentecon aceites térmicos, y en algún caso experimental con vapor de agua.

Energía solar fotovoltaica
Es la energía obtenida por la radiación electromagnética del sol al convertirse la luz en energía eléctrica de corriente continua.
A veces se confunde y se piensa que la energía solar fotovoltaica proviene de la energía calorífica del sol, y que las placas solares térmicas son lo mismo que las placas solares fotovoltaicas. Sin embargo, no es lo mismo. La energía solar fotovoltaica se produce debido al efecto fotoeléctrico explicado anteriormente.
De hecho, los paneles solares fotovoltaicos funcionan peor cuanto mayor es la temperatura ambiente, debido a la tecnología empleada en las placas (semiconductores).
Los paneles solares fotovoltaicos, a diferencia de los placas solares térmicas de baja temperatura, se pueden integrar con la red eléctrica, simplemente con la ayuda de unos inversores. Estos inversores se encargan de transformar la corriente continua generada por el panel fotovoltaico, en corriente alterna adecuada para el transporte de electricidad en las redes eléctricas. O pueden funcionar de forma aislada para el consumo de una familia.
Actualmente, existen dos tipos de estructuras para sostener los paneles solares fotovoltaicos. Uno de ellos, permite seguir el movimiento del sol durante el día (seguidores solares) y la otra estructura, es completamente fija, y se optimiza orientando la placa con orientación sur (si estas en el hemisferio norte), y los grados de estaorientación dependen sólo de la latitud.

El efecto fotoeléctrico
La luz del sol esta compuesta por fotones, y estos fotones tienen una energía que viene determinada por la longitud de onda de la luz emitida. Pues bien, si la energía de estos fotones es superior a un valor mínimo, un fotón, al chocar contra un atomo de un material, sera capaz de extraer un electrón del núcleo del atomo. Es decir, se transforma la energía de la luz, en energía eléctrica, ya que se produce una corriente de electrones.













Una energía garantizada para los próximos 6000 millones de años
El Sol, fuente de vida y origen de las demas formas de energía que el ser humano 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 arrojara sobre la Tierra cuatro mil veces mas 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 formasútiles 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 esta sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones mas o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando mas la solemos necesitar.
Es de vital importancia proseguir con el desarrollo y perfeccionamiento 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.

INTEGRACION DE LA ENERGIA SOLAR EN LA RED ELECTRICA
Cuando la energía solar se transforma en electricidad, esta electricidad debe integrarse en la red eléctrica.

Dado que la energía del sol sólo la podemos captar durante el día, para hacer gestionable la energía solar, deberemos acompañarla de otras fuentes de energía renovable que suplan las carencias de suministro durante la noche, o acompañar a las centrales solares termoeléctricas de sistemas de almacenamiento de energía.





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