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Principios básicos de la energía solar
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El Sol
Radiación que llega a la tierra
Usos posibles de la energía solar
Aplicaciones mas habituales
Definiciones

 

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El Sol.

El Sol, fuente de vida y origen 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 proyecta 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.

Es una masa de materia gaseosa caliente que irradia a una temperatura efectiva de unos 6.000ºC. De la distribución espectral de la radiación de esta fuente de energía, medida fuera de la atmósfera terrestre, aproximadamente la mitad está en la región visible del espectro, cerca de la otra mitad está en la región infrarroja y un pequeño porcentaje de la región ultravioleta.

El sol esta a una distancia de 149.490.000 kilómetros de la Tierra, y la constante solar, esto es, la intensidad media de radiación medida fuera de la atmósfera en un plano normal a la radiación es aproximadamente 1.94 cal/min.cm2 .

No sería 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 o, simplemente, contaminantes.

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 necesitamos para las aplicaciones habituales actuales.

Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva a escala planetaria.  

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Radiación que llega a la Tierra.

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 (1.290.000 Kcal) Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

La intensidad de la radiación solar que llega a la superficie de las Tierra se reduce por varios factores variables, entre ellos, la absorción de la radiación, en intervalos de longitudes de onda específicas, por los gases de la atmósfera, dióxido de carbono, ozono, etc., por el vapor de agua, por la difusión atmosférica por las partículas de polvo, por reflexión de las nubes y por la inclinación del plano que recibe la radiación respecto de la radiación.

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Usos posibles de la energía solar.

En una lista parcial de posibles usos de la energía solar, figuran:

•  Calefacción domestica
•  Refrigeración
•  Calentamiento de agua
•  Destilación
•  Generación de electricidad
•  Fotosíntesis
•  Hornos solares
•  Cocinas
•  Evaporación
•  Acondicionamiento de aire
•  Control de heladas
•  Secado

Se han ensayado todos los usos citados de la energía solar en escala de laboratorio, pero no se han llevado a la escala industrial. En muchos casos, el coste de la realización de estas operaciones con energía solar de momento no puede competir con el coste cuando se usan otras fuentes de energía por la gran inversión inicial que es necesaria para que funcionen con energía solar y por ello la mayor parte de los estudios de los problemas de utilización de esta energía esta relacionado con problemas económicos.

En el futuro algunas de estas aplicaciones que hoy en día no son rentables, podrán competir económicamente con otras fuentes de energía, si los adelantos técnicos en este campo o los cambios en el costo de la energía de otras fuentes llegan a alterar su costo relativo.

Los problemas con que se tropieza para recoger la energía solar, almacenarla y utilizar la energía resultante, son los mismos para los numerosos usos potenciales de esta fuente de energía.

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Aplicaciones habituales de la energía solar.

¿Qué se puede hacer con la energía solar?

Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad.

El calor se logra mediante los colectores térmicos , y la electricidad, a través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.

Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogido en los colectores 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, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.

También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas. Precisamente cuando más radiación solar hay disponible. Para realizar este efecto, se utilizan dos tecnologías similares, mediante máquinas de absorción o de adsorción. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea.

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 fotovoltaicas.

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, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen 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.

Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, y aumente la eficiencia de estos elementos hasta niveles mínimamente razonables, es muy probable que, en un futuro cercano, 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.

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Definiciones.

- Energía solar térmica: Forma de aprovechamiento de la energía producida por el sol, concretamente de la parte infraroja (calor) del espectro solar. Consiste básicamente en calentar agua, aprovechando esta para diversas aplicaciones como pueden ser ACS, calefacción, usos industriales, y en general cualquier sistema que emplee agua caliente.

- Energía solar Fotovoltaica: Se basa en la propiedad de láminas de algunos materiales llamados semiconductores de crear una diferencia de potencial entre sus dos caras cuando incide sobre ellos radiación. Esta diferencia de potencial se puede aprovechar ya que es Corriente Continua (DC) para diversos usos siempre de tipo eléctrico, bien directamente o transformándola en Corriente Alterna (AC) mediante un aparato llamado inversor. Dentro de la energía solar fotovoltaica existen dos aplicaciones principales:

  1. - Conexión a red: Campos de placas fotovoltaicas conectadas a un inversor que inyecta la energía producida a la red nacional. Ver nota mas abajo.
  2. - Instalación fotovoltaica aislada: Unidades de placas fotovoltaicas cuya energía es almacenada en baterías para su utilización cuando sea necesario. Estas instalaciones son muy recomendables en lugares de consumo bajo y alejados de la red nacional, donde llevar la electricidad de otro modo supondría gastos enormes, disponiendo mediante placas fotovoltaicas de la energía eléctrica necesaria sin ruidos, mantenimiento, etc.

* NOTA IMPORTANTE: Como se puede comprobar, la energía solar térmica y la fotovoltaica son tecnologías completamente diferentes, los grandes campos que se ven desde nuestras carreteras son son campos fotovoltaicos destinados a vender a la red nacional la energía producida. Leonesa de tecnología solar, siempre ha estado en contra de este tipo de inversión como demuestra un artículo publicado en 2006 que puede leer aquí donde se exponen los riesgos de este tipo de inversión. Actualmente el tiempo nos está dando la razón, como dejan claros recientes artículos como éste.

Sin embargo, no se debe despreciar la energía solar fotovoltaica para uso aislado, pues hay situaciones en las que esta energía es la mejor manera de disponer de algo de electricidad para abastecer ciertos elementos de consumo cuando la red eléctrica no se encuentra a una distancia accesible.

- Cobertura solar: Se entiende por cobertura solar al (%) de la energía necesaria para una determinada aplicación que es proporcionada por el sol. Siendo el resto proporcionado mediante otro tipo de fuente.

En general, por ser el tiempo muy variable, no es económicamente practico confiar en la energía solar para toda la carga de calefacción, ACS (Agua Caliente Sanitaria) o electricidad; los análisis indican que deben utilizarse fuentes de calor auxiliares. Estudios detallados del tiempo solar y de los factores económicos, realizados por Hottel y el Instituto tecnológico de Massachusetts entre otros, indican que el sistema solar más económico es el que proporciona aproximadamente, dos tercios de la carga de calefacción, mientras que en agua caliente sanitaria se puede llegar fácilmente al 90 % del ahorro energético.

- Colector solar: Se aplica este término a los elementos captadores de energía en sistemas térmicos. Existen diferentes tipos de colectores solares, aunque los mas utilizados son los de placa plana y los mas avanzados y eficientes de tubos de vacío.

- Placa plana: Colector tradicional consistente en una placa de cobre negra con una parrilla por la que circula el agua, y una cubierta de vidrio que aprovecha la energía del sol mediante el efecto invernadero. Tienen el problema de las pérdidas de energía que se producen a través del cristal, que llegan a igualarse con la captación con lo que es difícil que estos colectores consigan altas temperaturas aprovechables.

- Tubos de vacío: Tecnología más avanzada para calentar agua mediante energía solar. Cada tubo consta de dos tubos de vidrio concéntricos, el interior tratado para absorber la radiación y el exterior transparente, con vacío entre ellos. De esta manera se consigue aislar totalmente el foco "caliente" (agua) del foco "frío" (exterior) y por tanto se consiguen rendimientos muy superiores sobre todo a altas temperaturas. Cada colector consta de varios de estos tubos de vacío.

- Depósito de acumulación: Elemento que se encarga de almacenar en forma de agua caliente la energía captada del sol en los colectores. Según la aplicación existen varios tipos de depósitos y combinaciones para casi cualquier uso

- Termosifón: En energía solar, se aplica este término a los sistemas compactos compuestos por colector y depósito formando una misma unidad, de manera que el colector caliente el agua del depósito con el sol sin ningún tipo de ayuda externa. Son la forma mas económica de aprovechar la nergía solar para aplicaciones habituales, necesariamente debido a la sencillez de instalación de estos elementos.

- Sistema forzado: Sistemas de aprovechamiento solar en los que los colectores se encuentran separados y normalmente en un nivel superior al depósito de acumulación, y que, por lo tanto, precisan de bombas de circulación para transportar el calor producido en el colector hasta el depósito. Estos sistemas se utilizan en instalaciones grandes o complicadas que requieren la utilización de la energía solar para varias aplicaciones distintas (ACS y calefacción, comúnmente) son sensiblemente mas caros que los termosifones, pero permiten infinidad de combinaciones y aprovechamientos.

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Leonesa de Tecnología Solar s.l. Cno de la estación s/n 24393 San Martín del Camino, León
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