Solar Energy Basics

Solar Energy Basics

Universidad Estatal de Nueva York

Fuentes de energía primaria

La energía existe en varias formas, y se puede convertir de una forma a otra. Algunos ejemplos incluyen conversiones entre energía térmica, ligera, química, mecánica, térmica y gravitacional. Prácticamente, un ejemplo podría ser la quema de madera o biomasa. En este caso, la energía química contenida en la madera se quema, y los productos son tanto calor como luz. La conversión es energía química en energía térmica y luminosa. Otro ejemplo sería la fotosíntesis, donde las plantas absorben la energía solar y la convierten en energía química.

Fundamentalmente, todas las conversiones de energía tienen un punto de partida, que pensaremos como la fuente primaria de energía. Hay sólo unas pocas fuentes de energía primaria disponibles en la Tierra. El primero es el sol, que es a la vez la mayor fuente de energía, así como la mayor fuente de conversiones posibles. Por ejemplo, tenemos recursos biogénicos que provienen de la fotosíntesis, que incluyen la madera y otras materias vegetales, así como los productos, como el etanol y el biodiesel. Bajo las condiciones adecuadas, esos mismos productos fotosintéticos se convierten en combustibles fósiles densos en energía, como carbón, petróleo crudo y gas natural.

También está el calor y la luz del sol que se utilizan directamente en aplicaciones fotovoltaicas, solares y térmicas, así como todos nuestros eventos climáticos, como el viento, las olas, la precipitación y el agua corriente. Que todo puede ser aprovechado y convertido a otro a otra forma de energía.

Otra fuente primaria de energía es la propia Tierra. Dentro de la Tierra hay minerales como el uranio, que se utilizan en la industria de la energía nuclear. Otra fuente de energía dentro de la Tierra es la geotérmica, que proviene del calor contenido en la Tierra.

La tercera forma de energía primaria es el movimiento real de la Tierra, y el movimiento satelital dentro del sistema solar. La luna se mueve alrededor de la Tierra, que es parcialmente responsable de las mareas y la energía de las mareas. La fuerza de gravedad resultante de la órbita terrestre y la atracción hacia el sol proporciona algunas formas de energía que también podemos usar.

Transformación de Energía

Por lo general, la energía se suministra como calor o electricidad. 

La electricidad se considera una forma de energía de mayor calidad y será el foco de este curso y especialización. La electricidad es tan importante porque se puede convertir en prácticamente cualquier otra forma de energía, calor, luz, química, etc. Tradicionalmente, la electricidad se crea utilizando un generador, que convierte una forma de energía en energía eléctrica. 

Un generador comienza simplemente con imanes y un alambre de cobre.  Cuando estos dos se mueven unos a otros,  los electrones fluyen a través de ese cable creando algo llamado corriente inducida.  Ese flujo de electrones es electricidad. 

Si conectamos el generador a un dispositivo con movimiento mecánico, como una turbina,  el imán y el cable pueden moverse  rápidamente entre sí y generar una gran cantidad de electricidad. 

La turbina es un dispositivo simple donde el movimiento se genera y captura de un fluido en movimiento como aire, agua o vapor. El fluido utilizado a menudo define el tipo de energía que se usa. Para un generador de vapor, el agua se hierve para crear el vapor de alta presión.  La energía necesaria para hervir el agua puede provenir de una fuente de combustible fósil, de 

una fisión nuclear o de calor geotérmico. Un beneficio importante para los combustibles nucleares y fósiles es que son despachables, lo que significa que puede variar la cantidad de calor en función de la electricidad necesaria. 

Sin embargo, las desventajas son que existen recursos limitados con importantes impactos ambientales, como el dióxido de carbono procedente de combustibles fósiles o los desechos radiactivos procedentes de fuentes nucleares. La energía geotérmica utiliza el recurso renovable 

del calor de la Tierra como una forma de producir el vapor. 

Una gran ventaja aquí es que el combustible es libre, pero hay muy pocos lugares en el mundo que  tienen acceso a este recurso de alta energía para que sea más frecuente para su uso. La biomasa o productos similares a la madera se pueden utilizar para producir vapor a través del proceso de combustión. Esto es similar al uso de un combustible fósil, pero tiene muchas ventajas en que el combustible original se cultiva usando fotosíntesis que utiliza la luz solar y dióxido de carbono atmosférico. Se puede considerar neutro en carbono y la biomasa también se puede utilizar para almacenar energía, lo que significa que podemos moverla alrededor del mundo. Sin embargo, algunas desventajas de la biomasa es que tiene el potencial de competir con los cultivos alimentarios, hay temporadas de crecimiento limitadas y hay un ciclo de crecimiento plurianual para la mayoría de los cultivos. Mientras que esas fuentes de energía se utilizan sólo para generar 

vapor, el vapor no es el único fluido que se podría utilizar para girar una turbina. La energía 

hidroeléctrica es una forma de generación eléctrica que utiliza agua, que es un recurso renovable. La energía 

hidroeléctrica utiliza una conversión directa mecánica a eléctrica, lo que significa que el movimiento del agua es lo que convierte la turbina. Una ventaja de la fuente de energía hidroeléctrica 

es que se puede utilizar como fuente de energía de reserva,  lo que significa que también es despachable almacenando  el agua detrás de una presa y liberándola según sea necesario.  Algunas desventajas son que se necesita mantenimiento mecánico en el sistema y generalmente hay 

algunas alteraciones ecológicas que pueden ocurrir cuando se coloca una presa hidroeléctrica. 

La energía eólica también es renovable y una fuente directa de conversión mecánica a eléctrica. 

El fluido en este caso es viento o aire móvil. 

La ventaja de la energía eólica es que el combustible es libre y el dispositivo de conversión, 

la turbina eólica, normalmente requiere muy poco espacio geográfico. 

Sin embargo, la desventaja es que una turbina eólica sólo funciona cuando el viento está activo.

Energía solar

Entonces, ¿dónde encaja la energía solar en la mezcla de energía? 

La energía solar existe en dos formas que podemos utilizar para la conversión eléctrica. 

Uno es solar directo a térmico, 

creando un fluido sobrecalentado que se puede utilizar para hacer vapor y girar una turbina. 

Hay cierto lugar en la Tierra que puede usar esta tecnología y recursos, 

pero necesitan mucha luz solar directa libre de nubes 

durante muchas horas al día durante todo el año. 

La otra forma de utilizar la energía solar es 

la conversión directa de la energía solar en electricidad utilizando energía fotovoltaica. 

Este es el tema del curso en la especialización. La 

energía solar es el único proceso de generación eléctrica importante que no utiliza una turbina. 

Por lo tanto, veamos un poco más de cerca cómo funciona la energía solar fotovoltaica 

mirando el recurso solar o lo que pensamos de él como la energía del sol. 

El sol es el reactor de fusión más grande de nuestro sistema solar. 

Emite todas las formas de radiación electromagnética de los rayos X a través de las ondas de televisión y radio. 

Resulta que la región más grande de energía 

espectral electromagnética de alta energía existe en la región visible. 

Lo que vemos es como azul a través del rojo. 

Mientras miramos el uso de la energía solar como recurso, 

vamos a emparejar nuestra energía solar fotovoltaica 

para funcionar con la energía que está disponible del sol. 

Entonces, ¿cuánta energía está disponible del sol? 

Bueno, si nos fijamos en las diferentes formas de energía en este diagrama, 

se puede ver que el sol produce la mayor cantidad de energía durante 

un año en comparación con todas las otras formas de energía combinadas, 

tanto renovables como no renovables. A 

medida que miramos el recurso solar, 

el tamaño se mantiene constante año tras año, 

mientras que esas formas tradicionales de energía como las fósiles y 

las nucleares comienzan a disminuir a medida que usamos esas reservas. 

Para poner esto en perspectiva, 

veamos cómo cambia la población humana. 

Está aumentando cada vez más y nuestro consumo de energía también está aumentando. 

Consideremos cómo podríamos ser capaces de resolver este problema cuando 

las fuentes de energía no renovables disminuyan año tras año. 

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