Energia Solar

INTRODUCCIÓN

Nuestro sistema energético actual se basa en el en el consumo de carbón, petróleo y gas natural como principales fuentes de energía primaria estos son llamados combustibles fósiles. Este tipo de combustibles tiene la particularidad de ser no renovables y generar un gran impacto ambiental, debido a las emisiones de dióxido de carbono que genera su combustión y el riesgo que implica su transporte.

Ante esta problemática se hace necesario investigar, explotar y optimizar otras fuentes de energía. Que sean renovables y que no generen impacto en el ambiente, o que este sea mínimo, una de estas energías renovables es la energía solar por eso es importante investigar de que se trata y como a llevamos a cabo. Principalmente México.

Aunque parezca difícil este tipo de energía, en la actualidad contamos con ella. Pero por el tamaño de su ingeniería, por su escaso impacto comercial y la poca difusión e incentivo del gobierno. No se han implementado masivamente.

ENERGIA SOLAR.

La energía solar es un tipo de energía renovable que convierte la energía del sol en otra forma de energía, como puede ser la energía eléctrica, energía cinética, etc...

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1.37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0.2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

El efecto fotoeléctrico intenta explicar cómo podemos producir electricidad utilizando la luz solar. Entre las aplicaciones que utilizan este concepto se encuentran las celdas solares fotovoltaicas.

La energía proveniente del sol, puede ser transformada para adaptarla a nuestras necesidades de consumo eléctrico o de consumo de calor. Para ello, hay que utilizar dispositivos que transformen la energía del sol en energía aprovechable por el hombre. Estos dispositivos pueden ser:

PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS: están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:

• Radiación de 1000 W/m²

• Temperatura de célula de 25 °C

Los paneles fotovoltaicos se dividen en:

• Cristalinas

• Mono cristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio

• Poli cristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.

• Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.

Su efectividad es mayor cuanto mayores son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.

El coste de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas.

PLACAS SOLARES TÉRMICAS: Los colectores de placa plana captan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. La energía transferida por el fluido portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Los colectores de placa plana se han usado para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación utilizan colectores fijos, montados sobre el tejado. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20º latitud S o 20º de latitud N. Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede gas o líquido, mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.

Centrales solares de torre: Es un tipo de horno solar que usa una torre para recibir luz solar concentrada. Usa un conjunto de espejos planos, móviles (llamados heliostatos) para enfocar los rayos del sol sobre una torre colectora (el blanco). La energía solar termal concentrada es vista como una solución viable para generar de una fuente energía renovable y libre de polución.

Los diseños iniciales usaban estos rayos enfocados para calentar agua y utilizaban el vapor resultante para impulsar una turbina. Se han demostrado diseños más nuevos que usan sodio líquido y ahora se encuentran en operación sistemas que usan como fluidos de trabajo sales fundidas (40% de nitrato de potasio, 60% de nitrato de sodio). Estos fluidos de trabajo tienen una alta capacidad calorífica, que pueden ser usadas para almacenar energía antes de usarla para hacer hervir el agua que producirá vapor utilizado para impulsar las turbinas. Estos diseños también permiten la generación de energía eléctrica incluso cuando el sol no está iluminando.

Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones que requieran temperaturas altas en entornos libres de contaminantes —por ejemplo, en la investigación de materiales—.

Colectores cilindro parabólicos: En una central solar térmica con colectores cilindro-parabólicos, los espejos - dispuestos en forma de largos canales - concentran los rayos incidentes en la línea focal del colector. Mediante la absorción de los rayos solares en un tubo absorbedor se calienta un líquido transmisor de calor a partir del cual se genera vapor en un intercambiador de calor. Al igual que en las centrales convencionales, el vapor se usa en una turbina para la generación de electricidad. Con la integración de un sistema de almacenamiento de energía (de tipo acumulador térmico) es posible proporcionar energía eléctrica de manera planificada. Las centrales solares pueden por lo tanto seguir generando energía eléctrica después de la puesta del sol.

Discos Stirling: Un sistema de concentrador disco Stirling está compuesto por un concentrador solar de alta reflectividad, por un receptor solar de cavidad, y por un motor Stirling o una microturbina que se acopla a un alternador. El funcionamiento consiste en el calentamiento de un fluido localizado en el receptor hasta una temperatura entorno a los 750º C. Esta energía es utilizada para la generación de energía por el motor o la microturbina. Para óptimo funcionamiento, el sistema debe estar provisto de los mecanismos necesarios para poder realizar un seguimiento de la posición del sol en dos ejes.

Lentes fresnel: es un diseño de lentes que permite la construcción de lentes de gran apertura y una corta distancia focal sin el peso y volumen de material que debería usar en una lente de diseño convencional.

Cuando las lentes son grandes, su grosor puede hacerse excesivo, haciendo la lente muy pesada y cara. En vez de ello, se puede mantener los radios de curvatura de las lentes separándolas en anillos circulares. El grosor de la lente en cada anillo es diferente, eliminando el enorme espesor que tendría la lente de ser sus superficies contínuas, mientras que la superficie presenta un aspecto escalonado. Se emplean en lupas planas con formato de tarjeta de crédito, linternas de los faros, faros de los automóviles, indicadores de dirección, etc.

Colectores de concentración: Para usos como el aire acondicionado y la producción central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran fluidos con temperaturas lo bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre una zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración,

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