Conversion Energía Solar / Fotovoltaica

Aunque no está claro el momento exacto de la aparición del hombre en la tierra se habla de un rango entre 195 a 800 mil años. En todo este tiempo el ser humano siempre ha recibido la luminosidad y calor del Sol. El gran astro, pieza fundamental de nuestro sistema solar. Dotado de 6000°C y con combustible suficiente para unos 5000 millones de años más1, es la fuente principal de energía para nuestro Planeta, ya que ésta se recibe directa (radiación sobre la tierra) o indirectamente (captado por las plantas, fuente de alimento y combustible). Dada la crisis económica y energética que atraviesa la raza humana, el Sol sería la mejor alternativa para proveernos de la energía que necesitamos principalmente para los procesos involucrados en lasgrandes industrias y el uso doméstico.

Introducción:

El Sol, la estrella más cercana al planeta Tierra es por lejos el cuerpo que ocupa mayor volumen en el sistema solar, de hecho el 99.8% del tamaño total corresponde precisamente al Sol.

Tan grande es su tamaño que su masa es 332.830 veces más grande que la tierra y es precisamente su masa lo que genera una fuerte atracción por sobre el resto de los planetas del Sistema Solar y los hace girar en torno a él en el fenómeno denominado Traslación que dura 365 días. No obstante, el Sol también gira alrededor de un sistema mucho más grande denominada Vía láctea, y lo hace una vez cada 200 años.

La composición del sol consta de un 71% de Hidrógeno, 27% Helio y el resto corresponde a otros metales pesados.

La temperatura del Sol es mucho más alta en el centro llegando a los 15 millones de grados Celsius. Es tan alta la temperatura que provoca una serie de reacciones nucleares, en la cual 4 átomos de Hidrógeno se fusionan para formar una partícula alfa o un núcleo de helio.2

1H1 + 6C12 → 7N13

7N13 → 6C13 + e+ + neutrón

1H1 + 6C13 → 7N14

1H1 + 7N14 → 8O15

8O15 → 7N15 + e+ + neutrón

1H1 + 7N15 → 6C12 + 2He4

Reacción neta:

La partícula alfa tiene una masa un tanto menor que los 4 átomos de Hidrógeno, diferencia que se manifiesta con liberación de energía hacia la superficie solar. Esta transición demoraría alrededor de un millón de años 2.

La superficie solar tiene una Temperatura de 6000 grados Celsius. Gran parte de esa radiación llega a la tierra en forma de luz y calor. Es en este momento cuando las plantas absorben la energía para producir la fotosíntesis, posteriormente cuando son comidas por herbívoros se traspasa parte de esa energía al animal. Lo mismo ocurrirá por tanto cuando los carnívoros se alimentan de sus antecesores en la cadena alimenticia, pero a estos les corresponderá menor cantidad de engería solar.

Por este motivo, todos los animales y seres vivientes del planeta requieren del Sol para perdurar en el tiempo, éste es uno de los argumentos que dan cuenta de la necesidad de tener un Sol como el que tenemos.

Otro punto importante de mencionar es la energía calórica proveniente del Sol. A pesar de que algunas estrellas lejanas podrían iluminar el planeta ante la falta del Sol, ningún ser vivo podría sobrevivir a un escenario tan hostil. Los ríos, lagos, océanos, animales y plantas se congelarían rápidamente acabando completamente con la flora y fauna de la tierra.

Es bien sabido a demás que muchas funciones biológicas de los seres vivos se regulan los cambios día/noche. Así el ciclo circadiano, corresponderá a la frecuencia en que animales, plantas e incluso bacterias realizan funciones metabólicas, producción de calor, floración, crecimiento celular etc.en un período de 20-28 horas relacionados fuertemente con la presencia o no de luz solar. Ha sido comprobado en varios estudios la influencia que tiene la temperatura y la luz en la regulación de este ciclo, por lo tanto se ve profundamente alterado cuando estos 2 parámetros se modifican. 3

Por último, es importante mencionar que la raza humana a través de los años ha desarrollado un sistema de procesos casi totalmente industrializados con un requerimiento energético muy alto que ha debido ser abastecido en su gran mayoría por el “oro negro” o petróleo.

La explotación de este producto orgánico se comenzó a desarrollar a mediados del 1800. Inicialmente se utilizaba 1 millón de toneladas por año, pero en un corto período de 20 años la producción alcanzaba las 20 millones de toneladas, siendo EEUU el principal y prácticamente único país explotado.

Ya en 1929 se producían alrededor de 200 millones de toneladas. Luego, como es sabido, comenzaron las guerras mundiales y fue en este período donde se alcanza la mayor demanda de petróleo en todo el mundo. Al final de este proceso (guerra fría, 1976) el 45% de la energía mundial dependía del petróleo. 4

Actualmente las reservas de petróleo solo alcanzarían a abastecer al planeta por unos 40 años más. Es por esto que se ha vuelto de suma importancia desarrollar nuevos procedimientos para obtener energía de fuentes renovables como lo son el agua, el viento y por supuesto la energía solar.

Ventajas de la energía solar

1.- Tiene una potencia de 15x1017KWh por año donde el planeta absorbe alrededor de 3x1017KWh, es decir unas 4000 veces más de la energía total consumida en un año completo.

En Chile llegan aproximadamente 500.000 GW por día, y aunque varía mucho dependiendo la hora y mes en que se calcule este valor, de cualquier forma excede los requerimientos del país.6

2.- Emite energía las 24 horas del día, los 365 días del año, por lo tanto el recurso no se agota si se usa, solo se acabará cuando su ciclo vital lo determine, y esto será en unos 5000 millones de años más.

3.- No contamina, a diferencia del petróleo y sus derivados que día a día están provocando serios estragos en el planeta, reflejados en los cambios climáticos del último tiempo.

4.- No produce desechos

5.- No requiere de ningún elemento para transportar la energía por lo que se puede utilizar en las zonas más aisladas.

6.- Se pueden utilizar instrumentos muy pequeños para captar energía solar, y en general se pueden ampliar fácilmente ya que se utiliza un sistema de ensamblaje de paneles que se detallarán posteriormente.

7.- Como ya mencioné anteriormente, la energía solar a diferencia de la hidráulica o eólica no solo sirve para producir electricidad sino que puede calentar “per se” pudiendo ahorrarnos varias etapas para lograr la generación de calor al interior de nuestros hogares.

El punto 7 es la pieza clave en este informe, ya que se expondrá con mucho detalle los procesos de generación de calor a través de calentadores térmicos y el proceso para generar electricidad a través de módulos fotovoltaicos.

Sin embargo existen desventajas que hay que destacar:

1.- Es intermitente, por lo que los niveles de energía diarios no siempre serán los mismos.

2.- Las tecnologías de aprovechamiento son muy caras

3.- Baterías muy contaminantes

4.- Tienen un impacto visual a veces poco amigable

5.- El rendimiento energético es bajo

El hombre y la energía solar

Desde el origen de las antiguas civilizaciones como chinos, griegos, egipcios y romanos han buscado obtener de alguna forma la energía del sol. En un principio (y hasta hace muy poco) sólo querían obtener el calor ya que no se conocía la electricidad como tal.

Por este motivo, lo primero que hicieron lógicamente fue orientar sus viviendas hacia el Sol. Posteriormente y utilizando tecnología, estas culturas desarrollaron el concepto de “Heliocaminus”. Para Sócrates, la casa ideal debía abrirse y cerrarse para controlar la temperatura, ya que la casa era algo así como una segunda piel. Es incierto el comienzo de esta idea de casa solar, pero sin duda, y haciendo los cálculos necesarios, las culturas más avanzadas lograron recibir y evadir los rayos del sol construyendo edificaciones de techos redondeados formados de vidrio o mica. Los rayos del Sol atravesaban el material, se calentaba el aire de la habitación y costaba mucho que saliera producto de la arquitectura de las construcciones. Por supuesto estas habitaciones estaban especialmente ubicadas para obtener calor durante todo el día.

Heliocaminus Romano en Ostia.

Éste tipo de construcción incluso llegó a formar parte de Código del emperador Justiniano en el siglo VI donde destaca: “Si un objeto está colocado en manera de ocultar el Sol a un heliocaminus, debe afirmarse que tal objeto crea sombra en un lugar donde la luz del Sol constituye una absoluta necesidad. Esto es así una violación del derecho del heliocaminus al sol”

Fueron estas mismas culturas las cuales desarrollaron armas solares. Utilizando semicírculos en un principio se dieron cuenta que los rayos del Sol podían reflejarse en varios puntos en donde se alzaban temperaturas más altas. Posteriormente se dieron cuenta que una parábola era mejor que un semicírculo pues la energía se concentraba en un solo punto y el calor proyectado podía hacer arder el papel y otros materiales secos.

Diseño de arma Solar

Ya en el siglo XVII se hicieron muy populares los invernaderos solares para hacerle soporte a los fríos inviernos y a evitar la pérdida de las producciones de agricultores. Esto impulsó en la sociedad una cultura para aislar los hogares con protecciones en las ventanas, reposicionamiento de éstas mismas para ventilar los hogares y evitar el sobrecalentamiento de éstos.

Fue en este momento (siglo XIX) donde se comenzaron a desarrollar

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