La energía solar ha ido ganando aceptación en los últimos años. En la actualidad existen huertas solares donde se instalan miles de paneles solares para aprovechar la energía solar. Estas enormes unidades generadoras de electricidad generan energía que pueden satisfacer la demanda de energía de una gran ciudad.
El sol es la fuente de energía más poderosa de la tierra. Todavía no se ha explotado todo su potencial. Anteriormente, los sistemas y procesos solares utilizados para aprovechar la energía solar no eran muy eficientes. Sin embargo, en los últimos años ha habido muchos avances tecnológicos que han aumentado la eficiencia de los sistemas de aprovechamiento de la energía solar.
Ninguna vida es posible en la tierra sin la energía del sol. La energía solar es limpia, verde y renovable.
¿Qué es la energía solar?
El sol es la principal fuente de energía solar. Incluye tanto la energía luminosa como la térmica. Es una energía electromagnética radiante en la forma de onda para que pueda viajar a través del espacio. Así es como es posible que el calor radiante y la luz del sol lleguen a la tierra. A lo largo de los años se han desarrollado una variedad de técnicas, sistemas y soluciones para convertir el calor y la luz solar en formas de energía utilizables. Un panel solar es el ejemplo más prominente de un sistema de este tipo, pero hay algunos otros sistemas que se han utilizado para aprovechar la energía solar.
Alrededor de 173.000 terawatts de energía solar golpean la tierra continuamente. En promedio, aproximadamente 1,4 kW por 1 m²/h de energía solar se recibe en la parte superior de la atmósfera terrestre. Aproximadamente 1000 vatios o un kilovatio de esta energía se reciben por cada 1m²/h en la superficie de la tierra. Hay varios factores que afectan la cantidad de energía solar que se recibe cada día en un lugar particular de la tierra. Algunos de estos factores incluyen la distancia de la tierra del sol en un momento dado, la hora del día, la época del año, la condición atmosférica y la ubicación en este planeta.
Formas de energía solar
Energía Solar Activa
En esta categoría se incluyen todos los sistemas que utilizan algún tipo de equipo mecánico o eléctrico para recoger, almacenar y distribuir energía solar. Estos sistemas convierten el calor y la luz del sol en formas utilizables de electricidad, calor o luz. En este tipo de instalación, la energía del sol no se utiliza directamente. Los paneles solares hechos de células fotovoltaicas (PV) son el ejemplo más prominente de energía solar activa. Otro ejemplo es un sistema solar térmico que calienta y hace circular líquido, aire o sustancia anticongelante para calentar agua.
Energía solar pasiva
Cuando el calor del sol es capturado y almacenado sin usar ningún dispositivo mecánico o electrónico, entonces se le llama energía solar pasiva. Un coche dejado bajo el sol con todas sus ventanas y puertas cerradas es un buen ejemplo para entender esta forma de energía solar. El calor del sol hace que el aire dentro del coche se caliente. El calor del interior no puede escapar mientras continúa el proceso de calentamiento. Hace que la temperatura interna aumente más que la temperatura exterior.
Los invernaderos son otro gran ejemplo de energía solar pasiva, ya que los rayos del sol penetran a través del vidrio o del plástico del invernadero. Como resultado, la temperatura en el interior del invernadero comienza a ser más alta que en el exterior, lo que proporciona un buen ambiente para que las plantas crezcan cuando el clima es frío.
El mismo efecto se utiliza para mantener las casas calientes durante el clima frío. Las ventanas de la habitación con los paneles de vidrio se mantienen cerradas. Los rayos del sol entran en la habitación a través de las ventanas y calientan la atmósfera interna. La energía solar se aprovecha simplemente diseñando las paredes, los pisos, los techos y las ventanas de un edificio de ciertas maneras. Es posible mantener las habitaciones calientes incluso cuando la temperatura exterior es más baja. La única condición es que haya alguna cantidad de calor solar disponible.
Antes del advenimiento de los dispositivos mecánicos y eléctricos, esta era la forma en que se aprovechaba la energía solar para mantener calientes los hogares y los edificios. Se sigue utilizando ampliamente porque no cuesta nada excepto los costes iniciales de diseño y construcción de la casa. La eficiencia de esta técnica puede aumentarse aislando las paredes, los pisos, el techo, las ventanas y las puertas. Elimina la necesidad de instalar dispositivos de calefacción que consumen mucha energía.
Energía Solar Térmica
Es parte de la energía solar activa. Este tipo de sistema utiliza el calor del sol para calentar algo o producir electricidad. La instalación con tubos de vacío es la instalación solar térmica más utilizada. Su índice de eficiencia es muy alto, del 70%. El aislamiento es excelente, por lo que no se ve afectado por la temperatura del aire circundante. Su colector que aprovecha el calor del sol está formado por varios tubos de vidrio aislados que contienen tubos de cobre. El agua se calienta en el colector y luego se envía al depósito de agua a través de las tuberías. Este sistema es altamente eficiente pero también el más caro.
Otro tipo de sistema de energía solar térmica utiliza una placa oscura plana para absorber el calor del sol. Este calor capturado se utiliza para calentar un líquido que contiene una sustancia anticongelante. Este líquido calentado, a su vez, circula por las tuberías del depósito de agua. Se utiliza principalmente para calentar agua. Las pequeñas unidades de energía térmica se utilizan en hogares y hoteles. Las grandes instalaciones de energía térmica se utilizan en las industrias manufactureras.
Diferentes usos de la energía solar:
Calentamiento de agua
En algunas regiones, el agua caliente se utiliza mucho durante los meses de invierno. Los sistemas solares de calentamiento de agua son una buena solución para estas áreas. Se necesita mucha energía para calentar el agua. Este gasto de energía se puede ahorrar utilizando un calentador de agua solar. Los paneles solares sin PV especialmente diseñados para calentar el agua son los preferidos para este tipo de instalación debido a su mayor eficiencia energética. Las unidades de calentamiento solar de agua se instalan para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. En algunas industrias, las calderas funcionan con la ayuda de grandes calentadores de agua solares. Ayuda a ahorrar una cantidad sustancial de energía cada año.
Refrigeración
La energía solar se puede utilizar para hacer funcionar aparatos de refrigeración independientes. Usar una bomba de calor para enfriar las áreas interiores es la manera menos costosa. Mientras que un acondicionador de aire puede funcionar únicamente con energía solar, la instalación requerirá un sistema de energía solar muy potente. Una solución más económica y eficiente es utilizar una bomba de calor para enfriar las habitaciones. Ahora hay menos acondicionadores de aire de CC que consumen energía y que funcionan directamente con la electricidad solar. Estos sistemas necesitan una cantidad muy baja de energía para enfriar el interior. Los dispositivos están diseñados específicamente para funcionar con la ayuda de la energía solar. El costo inicial de una instalación de CA de este tipo es bajo porque no hay necesidad de comprar un inversor y una batería grande.
Bombas de calor solares
Estos dispositivos calientan o enfrían la temperatura interior con la ayuda de la electricidad. Si la electricidad necesaria para este fin procede de un sistema de energía solar, los costes de refrigeración y calefacción se reducen sustancialmente. Las bombas de calor son útiles en la calefacción complementaria y ayudan a llevar la temperatura interior a un nivel confortable. La mayor parte de la calefacción se puede hacer con la bomba de calor alimentada por energía solar, mientras que se pueden utilizar equipos de aceite o propano como respaldo. Las bombas de calor solares son una solución económica para calentar o enfriar las áreas interiores de un edificio.
Cocinar
Los alimentos y otros artículos se pueden cocinar con la ayuda de la energía solar. Hay 2-3 maneras de usar para este propósito. Una cocina solar que calienta directamente la olla que contiene los ingredientes de los alimentos es un dispositivo de cocina solar eficiente. En este tipo de instalación, la luz del sol es recogida por un reflector tipo paraguas y dirigida hacia el fondo de la olla. Esto ayuda a cocinar los alimentos dentro de la olla. Otro tipo de sistema utiliza una técnica similar a la utilizada en el calentador de agua solar de la azotea. Es una caja que retiene el calor radiante del sol. El aumento de la temperatura dentro de la caja calienta la olla y cocina los ingredientes de los alimentos.
En algunos lugares, las empresas y organizaciones que se dedican a cocinar grandes cantidades de alimentos utilizan diariamente agua caliente para cocinar los alimentos. Utilizan reflectores curvos para dirigir la luz solar a las tuberías que contienen el agua. El agua se calienta a una temperatura muy alta. El agua caliente se utiliza para calentar las ollas. Los tubos y el reflector se colocan al aire libre, mientras que las partes restantes del sistema se colocan en el área interior donde se cocinan los alimentos. Pequeñas unidades de horno de caja cerrada, horno de caja negra y horno con reflector parabólico están disponibles para cocinar alimentos utilizando energía solar. Estas unidades pueden ser utilizadas por los individuos para cocinar alimentos para su propio uso personal.
Tratamiento de aguas
La energía solar se utiliza en muchas áreas para desinfectar y purificar el agua. El sistema de desinfección solar ayuda a eliminar bacterias, virus y protozoos en el agua. Estos dispositivos son fáciles de usar y se pueden instalar en cualquier lugar. El costo del agua tratada de esta manera es más bajo que el costo del agua embotellada de marca. Hay un cambio mínimo en el sabor del agua. Existen tres sistemas diferentes para este fin.
El primero utiliza la energía generada por las células solares fotovoltaicas. El segundo tipo de dispositivos utiliza el calor de una instalación solar térmica. El tercero utiliza la luz ultravioleta de los rayos del sol para desinfectar el agua. La electricidad solar también puede ser utilizada para operar una unidad de purificación de agua en el hogar. Plantas de tratamiento de agua por ósmosis inversa pequeñas, medianas y grandes impulsadas por energía solar.
Datos sobre la energía solar
El sistema de energía solar se utiliza ahora ampliamente para generar electricidad. Su ventaja es que la electricidad se puede generar en cualquier lugar donde llegue la luz solar. Funciona mejor en lugares donde la luz solar está disponible durante la mayor parte del año o durante todo el año. Las partes principales de los kits de paneles solares incluyen paneles solares y un inversor solar o un controlador de carga solar. Las células fotovoltaicas convierten la luz solar en electricidad. En esta etapa, se trata de electricidad de CC y no rectificada, por lo que se utiliza un inversor para la inversión y el acondicionamiento de la energía. Ahora la electricidad rectificada se puede utilizar para alimentar electrodomésticos comunes. La mayoría de los artículos eléctricos de consumo utilizados en los hogares y otros lugares utilizan electricidad de CA. Para alimentar estos sistemas con la electricidad del panel solar, se utiliza un inversor para convertir la corriente continua en corriente alterna.
La energía solar es la tercera mayor fuente de energía renovable. La energía hidroeléctrica es la principal fuente de energía renovable. Constituye el 65% de todas las fuentes de energía renovables. Este tipo de energía sólo se puede generar en ciertos lugares donde hay una gran cantidad de agua disponible. Las presas construidas en los ríos se utilizan para impulsar turbinas y generar electricidad.
La energía eólica es la segunda fuente de energía renovable más utilizada. La bioenergía que utiliza biocombustibles como subproductos agrícolas y pellets de madera es la cuarta fuente de energía renovable más grande. La energía geotérmica ocupa el quinto lugar en este grupo. Se utiliza tanto para la generación de electricidad como para el calentamiento directo del agua.
FOTOVOLTAICA (PV)
Una célula fotovoltaica tiene un material semiconductor como el silicio que crea una carga eléctrica cuando se expone a la luz solar. La palabra fotovoltaica proviene de los fotones de la luz y el voltaje de la electricidad. El material semiconductor es capaz de convertir la energía luminosa en electricidad sin partes móviles. Anteriormente, los paneles fotovoltaicos no eran muy eficientes, por lo que su uso se limitaba a fines especiales, como la alimentación de satélites espaciales y estaciones de investigación remotas. Desde entonces se han producido grandes avances tecnológicos en este campo. Ahora las células fotovoltaicas son muy eficientes en la conversión de la luz solar en electricidad. Los investigadores continúan aumentando esta eficiencia de conversión.
Historia
La energía solar ha sido aprovechada desde la antigüedad. La lupa fue utilizada en el siglo VII a.C. para concentrar la luz del sol y hacer fuego. El sistema solar de efecto fotovoltaico fue desarrollado por primera vez en 1839 por Edmond Becquerel, que era un científico francés. Las primeras células fotovoltaicas prácticas que utilizaron semiconductores de silicio fueron desarrolladas en 1954 en los Bell Labs por Calvin Fuller, Daryl Chapin y Gerald Pearson. Tenía suficiente eficiencia en la conversión de energía. Desde entonces ha habido muchos avances tecnológicos que han aumentado la eficiencia de las células fotovoltaicas.
Paneles Solares
Una sola célula fotovoltaica puede generar entre 1 y 2 vatios de potencia. Para aumentar esta potencia, se conectan varias células fotovoltaicas entre sí y se montan sobre una base de apoyo. Este conjunto de células fotovoltaicas se denomina módulo fotovoltaico. Un módulo puede ser utilizado en sí mismo si sólo se necesita una pequeña cantidad de energía. Para aumentar aún más la potencia de salida, se conectan varios módulos y se colocan en una base de apoyo. Se llama panel solar fotovoltaico o panel fotovoltaico. El número de módulos en un panel depende de la cantidad de voltaje requerido de ese panel. Se conectan varios paneles solares para obtener la cantidad deseada de energía solar.
Se puede conectar cualquier número de paneles solares para generar electricidad. Sólo está limitado por el espacio disponible y el presupuesto. Las células fotovoltaicas están disponibles en varios tamaños y formas. Una célula fotovoltaica tiene un grosor inferior al de un cabello humano. Esta estructura es vulnerable a la rotura si se utiliza sin ninguna otra protección. Las celdas se colocan entre dos materiales protectores hechos de vidrio o plástico para una mejor protección durante el manejo, transporte e instalación. La mayoría de la gente ve paneles solares fotovoltaicos en esta forma en los tejados o montados en casas y edificios. Estos paneles se conectan al sistema eléctrico que primero rectifica la electricidad solar entrante y luego la distribuye a los elementos eléctricos conectados.
Requisitos de luz solar para paneles fotovoltaicos
Un sistema fotovoltaico es alimentado por los rayos del sol, por lo que debe colocarse en un lugar donde la luz solar esté disponible en abundancia. La mayoría de los paneles solares fotovoltaicos pueden generar electricidad incluso durante los días nublados, pero el rendimiento y la producción de electricidad no son muy altos en estas condiciones.
Para obtener los mejores resultados, las células fotovoltaicas deben obtener una cantidad e intensidad significativa de los rayos solares. El rendimiento de un panel fotovoltaico no se ve afectado por condiciones climáticas como la temperatura del aire. Las áreas que reciben mucha luz solar son lugares ideales para la instalación de sistemas de energía solar.
Mantenimiento
Fabricados con vidrio templado, los paneles solares son duraderos y están hechos para resistir las inclemencias del tiempo y las duras condiciones exteriores. No hay ninguna parte móvil excepto en los casos en que se instala un soporte de seguimiento. Si todo ha sido instalado correctamente, los paneles solares no requieren mantenimiento regular. Los paneles siguen funcionando bien durante su vida útil especificada. La eficiencia de conversión de energía de un panel fotovoltaico puede disminuir ligeramente en áreas que ven mucha suciedad, polvo y smog.
Los propietarios que utilicen paneles solares en estas áreas deben vigilar el rendimiento de su sistema de energía solar. Si se hunde por debajo del nivel especificado, puede ser necesario limpiar un poco la superficie superior del panel solar. Es importante recordar que ir a un techo para limpiar los paneles solares es arriesgado y peligroso. Es mejor tomar la ayuda de un servicio profesional para este trabajo. Están entrenados para manejar estos trabajos y usar el equipo y los equipos de seguridad adecuados.
Almacenamiento
Se puede utilizar una configuración de energía solar fotovoltaica para cargar una batería. Ayuda a almacenar energía solar para su uso posterior. La energía de la batería cargada se utiliza para alimentar los elementos eléctricos. Una instalación de energía de panel solar con la batería permite utilizar la energía solar en cualquier momento del día o de la noche. Algunas personas utilizan el término panel solar sólo para los paneles solares que no son de PV utilizados para calentar agua. Los que tienen las células fotovoltaicas se denominan paneles fotovoltaicos.
Coste
Depende de varios factores. El primero es la cantidad de electricidad que se necesita del sistema de energía solar. El segundo es el tipo de panel solar comprado. Hay diferentes calidades de paneles solares. Los que son más eficientes en la conversión de la luz solar en electricidad son más caros. Hay algunos cargos adicionales asociados con la instalación de paneles solares. Se necesitan los servicios de instaladores profesionales para instalar los paneles solares fotovoltaicos en los tejados. El equipo de instalación incluye electricistas que instalan las partes eléctricas de la instalación y la conectan a la conexión eléctrica de la casa.
Puede haber gastos adicionales. Por ejemplo, una azotea puede requerir alguna modificación antes de que los paneles solares puedan ser instalados en ella. El sistema de paneles solares usualmente viene con todas las partes necesarias para su instalación en el techo, pero algunos otros elementos como materiales de sellado, clavos, tuercas y pernos, y cubiertas para cables pueden ser necesarios. Todos estos artículos deben comprarse por separado.
Los propietarios de viviendas y empresas pueden reducir el costo de la instalación de paneles solares mediante la ayuda de incentivos proporcionados por el gobierno federal y estatal. La instalación generalmente cuesta alrededor de $15,000 a $30,000 en promedio. Este costo se calcula antes de cualquier reembolso o crédito fiscal. En el extremo inferior, cuesta alrededor de $5,000 y en el extremo superior, puede costar alrededor de $40,000 por una casa.
Usos de las placas solares
Luces alimentadas por energía solar
Hay dos tipos de sistemas de iluminación solar en uso. En el primer tipo de instalación, la batería del sistema de energía solar se almacena en interiores, mientras que las luces se instalan en interiores o exteriores. En el segundo tipo de instalación, se utiliza un sistema de luz solar todo incluido. Está diseñado sólo para uso en exteriores y su instalación está restringida a lugares que reciben la luz del sol. Este tipo de unidad se llama luces solares exteriores. Tienen todo lo necesario para alimentar sus bombillas por la noche.
Dispone de un pequeño módulo fotovoltaico, una pequeña batería, LEDs y algunas partes electrónicas, no requiere ninguna intervención y funciona automáticamente, y dispone de un sensor sensible a la luz que activa la luz automáticamente cuando oscurece. Una configuración similar se utiliza para las farolas solares.
Este sistema tiene unidades más grandes de un panel fotovoltaico, una batería, un sistema de carga, un kit electrónico y el módulo LED. Es un sistema automático con opción de anulación manual, las farolas solares se utilizan ahora ampliamente en todo el mundo para iluminar las calles, carreteras, rotondas, senderos y áreas al aire libre.
Cargadores solares
Los cargadores de energía solar se utilizan para cargar baterías de diferentes tipos, tamaños, formas y especificaciones. Es simplemente un panel solar fotovoltaico conectado a un sistema de carga. El sistema de carga incluye el sistema de conversión de electricidad, los cables y la electrónica. La luz solar es convertida en electricidad por el panel fotovoltaico. Esta energía se utiliza para cargar la batería conectada. Es importante comprar un cargador solar de acuerdo al tipo de batería que requiere ser cargada.
Cocinar
Como se mencionó anteriormente, una cocina solar se utiliza para aprovechar la energía solar térmica para la preparación de alimentos. Otra opción es utilizar la electricidad obtenida de un panel fotovoltaico para alimentar un aparato de calefacción común como un horno o un calentador. Es menos eficiente que otros sistemas solares de cocción de alimentos, pero permite el uso de aparatos de cocina populares.
Satélites de energía solar
Los satélites espaciales han sido alimentados con energía solar durante varias décadas. Ahora todos los satélites tienen paneles solares para alimentar sus sistemas. Ayuda a reducir su peso porque no necesitan combustible ni motor para funcionar. Estos satélites alimentados por energía solar se utilizan para la comunicación, la fotografía y otros fines.
Coches Solares
A lo largo de los años, los investigadores y los entusiastas de las energías renovables han probado diversas técnicas para hacer funcionar un coche utilizando únicamente energía solar. En algunos coches solares, sólo algunas funciones del coche son impulsadas por energía solar. Ha habido muchos coches solares ligeros experimentales que funcionan completamente con energía solar. La cantidad de energía que un coche necesita generalmente no puede ser satisfecha con la energía obtenida de los paneles solares.
La superficie de un coche limita el número de módulos solares que se pueden instalar o fijar a su superficie superior. Sólo aumentando la eficiencia de la conversión será posible en el futuro un coche que funcione verdaderamente con energía solar. Hay algunos vehículos más pequeños con una estructura ósea desnuda que han sido operados con éxito sólo con energía solar. En algunos vehículos, un sistema híbrido que utiliza energía solar junto con otra fuente de energía ha tenido más éxito.
Aviones solares
Recientemente, un avión solar Solar Impulse 2 completó el vuelo alrededor del mundo. Sus baterías fueron cargadas por los paneles solares instalados en el avión. Pudo escalar hasta 29.000 pies durante el día. Voló a una velocidad de 30 mph. Este avión tenía a los pilotos volando. Los investigadores han podido volar aviones teledirigidos utilizando únicamente energía solar. Estos aviones son capaces de volar perpetuamente. Los aviones tienen baterías que se cargan durante el día. Los paneles solares en la parte superior de los aviones alimentan tanto la batería como el motor. Un avión solar que puede transportar pasajeros no se utiliza actualmente en ninguna parte, pero los investigadores siempre están tratando de lograr este objetivo.
Impacto de la energía solar
Hay muchos beneficios de la energía solar que ayudan a tener un gran impacto tanto en las personas como en el medio ambiente.
Sobre los individuos
Los seres humanos han estado quemando combustibles fósiles durante mucho tiempo. Ha provocado cantidades masivas de contaminación del aire y de la tierra. La energía solar no emite ningún gas de efecto invernadero, por lo que es una solución energética más ecológica. Una gran cantidad de agua se utiliza actualmente en la producción de electricidad. Esta agua se puede utilizar mejor para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. Esto puede ser posible si cada vez más personas empiezan a utilizar la energía solar. La energía solar ha mejorado la economía, ha creado puestos de trabajo y ha hecho posible proporcionar comunicaciones, televisión, Internet y otras instalaciones en lugares remotos. Las personas que viven en zonas alejadas de la red eléctrica han podido aprovechar la energía del sol y utilizarla en su beneficio.
Utilizan esta energía para alimentar diferentes tipos de aparatos y equipos. Les permite llevar una vida cómoda incluso cuando están lejos de las grandes ciudades. La instalación solar ofrece muchos ahorros. Sus usuarios ahorran dinero que tienen que pagar a sus compañías eléctricas. Muchos propietarios de viviendas utilizan un acuerdo de compra de energía con sus compañías de energía eléctrica. Regalan el exceso de electricidad de su sistema de energía solar a la compañía eléctrica cuando no necesitan tanta energía. Les ayuda a ganar créditos que son canjeados para reducir sus facturas de electricidad.
Sobre el medio ambiente
La energía solar es una fuente de energía limpia y renovable que permanecerá disponible durante los próximos cinco mil millones de años. Ha ayudado a reducir la huella de carbono de muchas empresas y personas. Esta energía puede ayudar a frenar e incluso detener el calentamiento global, que es una amenaza para la supervivencia humana en la tierra. Una pequeña cantidad de energía solar recibida en un lugar pequeño en un día es suficiente para proporcionar electricidad a millones de personas durante todo el año.
