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Aprovechamiento de la energía solar como energía renovable

Enviado por jessica suarez



Introducción

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 derrama sobre el planeta.

Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más energía que la que vamos a consumir. Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad utilizando paneles solares (fotovoltaicos) que convierte los rayos solares en electricidad.

¿Qué es la energía solar?

Todos sabemos que 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 más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente 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. 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.

Importancia de la energía solar

La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico).

La conversión térmica de alta temperatura consiste en transformar la energía solar en energía térmica almacenada en un fluido. Para calentar el líquido se emplean unos dispositivos llamados colectores.

La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la energía luminosa en energía eléctrica. Se utilizan para ello unas placas solares formadas por células fotovoltaicas (de silicio o de germanio).

Ventajas

Es una energía no contaminante y proporciona energía barata en países no industrializados.

Inconvenientes

Es una fuente energética intermitente, ya que depende del clima y del número de horas de Sol al año. Además, su rendimiento energético es bastante bajo.

Breve reseña sobre la energía solar

Es interesante echar la vista atrás y comprobar cómo ha sido utilizada la energía del sol en el pasado. Hasta llegar a las placas solares repletas de sensores que conocemos a día de hoy se ha pasado por muchas fases y diseños de lo más dispares buscando siempre aprovechar la gran cantidad de energía que el astro rey aporta cada día a nuestro planeta.

La primera referencia histórica que se puede encontrar al uso de la energía solar se encuentra en la antigua Grecia con Arquímedes. Durante la batalla de Siracusa en el siglo III a.C. que enfrentó a los romanos y los griegos, algunos escritos relatan como Arquímedes utilizó unos espejos hexagonales hechos de bronce para reflejar los rayos solares concentrándolos en la flota romana con el objetivo de destruirla.

Muchos siglos más tarde, Leonardo da Vinci también pensó en el uso del sol. En el año 1515 comenzó un de sus muchos proyectos, aunque este sería uno de los que nunca llegaría a acabar. Su idea era construir un concentrador de 6 kilómetros de diámetro a base de espejos cóncavos para la producción de vapor y calor industrial.

A mediados del siglo XVIII, Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon, fascinado por los relatos de la guerra de Siracusa y los espejos de Arquímedes, siguió investigando en ese mismo campo. Para comenzar, utilizó 24 cristales de gafas con los que se percató de que fácilmente podía conseguir un fuego a 20 metros de distancia encendiendo un combustible mezcla de brea y polvo de carbón.

Entonces decidió construir un aparato más ambicioso en el que unió 168 piezas de cristal 15 de lado, desplazando su objetivo a 50 metros consiguiendo de nuevo su objetivo. Tras ello, creo su concentrador de energía solar definitivo con 360 piezas de cristal de 20 centímetros. Experimentando con ello se percató de que si concentraba 120 de los cristales en un combustible a 6 metros de distancia, este ardía inmediatamente. A esa misma distancia, con 45 espejos podía fundir una tinaja de arcilla y con 117 cristales podía fundir una viruta de plata.

¿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.

¿Cómo funcionan los paneles solares?

Las células fotovoltaicas se fabrican con semiconductores. Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica muy pequeña, pero superior a la de un aislante. Los más utilizados son los de silicio, este es un material muy abundante, de ahí su bajo costo. Cuando los rayos del sol inciden sobre las células, la unión P – N de los semiconductores de ella junto con su metal conductor ayuda a producir energía. En esta coyuntura, la unión PN son cargas positivas y negativas que ayudan a producir corriente eléctrica, debido a una diferencia de potencial que se crea cuando se ilumina la célula.

Cuando se cortocircuita la célula (es decir, se unen las regiones P y N mediante un conductor con resistencia nula) los electrones de la región N se desplazan a través del conductor y se unen con los huecos de la región P produciendo electricidad gracias al flujo de electrones, esta corriente se mantendrá mientras la célula esté iluminada.

Tipos de célula fotovoltaica dependiendo del material

Las células se pueden hacer de tres tipos de materiales diferentes:

Silicio mono cristalino: Este material tiene una eficiencia del 16 – 19%, tiene una estructura cristalina uniforme y se fabrica en lingotes cilíndricos que son cortados posteriormente en finas láminas. Se gasta mucha energía en su construcción, se usa en las industrias.

Silicio poli cristalino: Tiene una eficiencia del 13 – 15%, tiene una estructura cristalina no uniforme. Se fabrica en moldes rectangulares y es más barato que el mono cristalino.

Silicio amorfo: Este último tiene una eficiencia del 7 – 10%, tiene una estructura no cristalina y su potencia disminuye conforme pasa el tiempo, este tipo de material es muy barato.

Los módulos fotovoltaicos

Una célula solar produce 2w aproximadamente.

Los módulos tienen entre 40 y 100 células conectadas todas entre ellas y al conjunto de células solares se le denominan módulo fotovoltaico.

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Un módulo está formado por:

  • Cubierta frontal

  • Encapsulante

  • Cubierta posterior

  • Marco

  • Conexiones

  • Células

Tipos de instalación

Se puede instalar en tres tipos diferentes de superficie, que pueden ser en:

Instalación en los tejados de viviendas:

Se pueden apoyar los módulos directamente en el techo si este es de tejas, si es una azotea se pueden poner previa instalación de un soporte

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Instalación en grandes superficies:

Se utiliza grandes áreas libres para instalar paneles solares, se pueden utilizar por ejemplo aparcamientos, campos de fútbol.

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Instalación en grandes edificios:

Se instalan por ejemplo en la fachada de los edificios (que tengan una altura considerable) para aprovechar la radiación directa que reciben estos y autoabastecerse de energía eléctrica.

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Método para almacenar energía solar térmica.

El reciente calentamiento global se convierte en un problema cada vez más serio y llega a tener una posibilidad de amenazar la supervivencia humana en el futuro. La principal causa de ello es considerada el dióxido de carbono (CO2) liberado a la atmósfera a partir de los combustibles fósiles que han sido usados en gran cantidad como fuente de energía en el siglo 20. Por consiguiente, se cree que no se permitirá el uso continuado de combustibles fósiles en un futuro próximo.

Por otro lado, el aumento de la demanda de energía con el rápido crecimiento en los países llamados en desarrollo tales como China, India y Brasil lleva al temor de que el agotamiento de petróleo y gas natural, hasta ahora considerados inextinguibles, por algunos, resulte una realidad.

La energía solar es muy potente como energía alternativa, sin embargo, desde un punto de vista de uso práctico, se ha considerado necesario resolver los problemas de que la densidad de energía de la energía solar es baja y el almacenamiento y transferencia de energía solar son difíciles.

El almacenamiento de la energía eléctrica a veces resulta un problema. El desarrollo de una batería para almacenar energía eléctrica es un tema principal existente previamente y está siendo seguido en todo el mundo. Sin embargo, incluso la batería de iones de litio más avanzada no es satisfactoria con respecto al almacenamiento de una gran cantidad de energía eléctrica, y una batería en particular para una gran cantidad de energía eléctrica necesita ser desarrollada en términos de seguridad.

También, en la central para obtener energía de potencia eléctrica a partir de la energía del sol, se requieren una unidad de almacenamiento térmico masivo, una caldera auxiliar y similar, así como la batería, en caso de que la generación de energía resulte difícil debido al mal tiempo o similar, y esto constituye un enrome coste de construcción.

Como se ha descrito antes, aunque se han realizado esfuerzos para convertir la energía solar como la última energía sostenible en energía eléctrica, hidrógeno o similares como la energía secundaria actualmente en todo el mundo, hay grandes problemas en el almacenamiento y transferencia de tal energía secundaria. A menos que los problemas relativos al almacenamiento y transferencia de la energía sean superados, la distribución mundial así como su uso en un cuerpo móvil tal como un vehículo, avión o barco serán muy difíciles de alcanzar.

El método para almacenar energía solar térmica comprende:

a) Adquirir energía solar térmica

b) Realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando una parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una parte de una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o una fuente de energía eléctrica, particularmente usando la energía directamente como una fuente de calor o como una fuente de energía eléctrica.

c) Realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno y del hidrógeno obtenido en la operación (b) usando otra parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y una fuente de energía eléctrica, usando particularmente la energía como una fuente de calor y/o una fuente de potencia motriz.

De acuerdo con este método de almacenamiento de energía, el amoníaco es sintetizado usando energía solar térmica, de modo que la energía solar térmica pueda ser almacenada en forma de energía química del amoníaco.

Conclusión

La generación de energía eléctrica mediante el sistema Fotovoltaico constituye una alternativa viable, la energía solar como vector energético sostenible.

La energía solar es importante porque a través de la electricidad fotovoltaica, nos permite progresar materialmente, posibilitando la creación de nuevas alternativas de vida que apuesten por un mayor respeto al medio ambiente y que se orientan hacia la autosuficiencia. Impidiendo la contaminación producida por la quema de combustibles fósiles, el aumento del cambio climático, el efecto invernadero y que seamos consumidores dependientes de los países que poseen grandes reservas de petróleo.

La intensidad de energía solar aprovechable en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recibir un dispositivo receptor depende de la orientación.

Referencias Bibliográficas

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la EducaciónInstituto Universitario de Tecnología de los LlanosValle de la Pascua- Estado Guárico.

 

 

Autor:

Camero Daliana

CI: 22.615.863

Morejón Diego

CI. 20.073.678

Peniche Jesús

CI. 24.475.900

Ruiz Anthony

CI. 20.261.472 

Valle de la pascua, Julio 2013


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