LA ENERGÍA SOLAR Y COMO SE APROVECHA

Energía solar es la energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol, en donde es generada por un proceso de fusión nuclear.

En el Sol se producen constantemente reacciones de fusión: los átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a un átomo de helio, liberando una gran cantidad de energía.  De ésta sólo una pequeña parte llega a la Tierra, pues el resto es reflejado hacia el espacio exterior por la presencia de la atmósfera terrestre.

La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes:

Incidiendo en los objetos iluminados por el Sol (radiación directa),

Por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico (radiación difusa).

La primera es aprovechable de forma directa, Los colectores planos y las células fotovoltaicas aprovechan la segunda, en alguna medida.

Las ventajas de la energía solar son:

Es inagotable a escala humana y no contaminante.

Mediante procesos convenientes de concentración pueden alcanzarse con ella temperaturas hasta 3.000 ºC, que en principio permiten poner en marcha ciclos termodinámicos de alto rendimiento.

Los inconvenientes de esta fuente de energía son:

No puede ser almacenada, por lo que tiene que ser transformada inmediatamente en otra forma de energía (calor, electricidad, biomasa).

Su aprovechamiento exige disponer de sistemas de captación de grandes superficies y algunos de sus principales componentes son muy caros.

Es discontinuo y aleatoria.

Por tanto la energía solar que llega a la Tierra es gratuita, pero su transformación en energía útil es muy costosa y, en muchos casos, está en fase de experimentación.

El aprovechamiento de la energía solar puede hacerse por dos vías: térmica y fotovoltaica.

A) Vía térmica: Transforma la energía proveniente del Sol en energía calorífica.  Esta transformación puede darse a baja, media y alta temperaturas.

Transformación a baja temperatura: Se emplea generalmente para calefacción doméstica, climatización de locales, calentamiento de agua en hospitales, piscinas… Es necesario captar la energía solar, para lo que se dispone de una serie de colectores que absorben la radiación solar y la transmiten en forma de calor para alimentar el sistema de calefacción.

Estos sistemas aprovechan la energía solar a temperaturas que oscilan entre 35QC y 90@C y su rendimiento es superior al 50%.

Instalaciones a medía temperatura: En estas instalaciones las temperaturas que se obtienen oscilan entre 90 ºC y 200 ºC, para lo que es necesario captar la energía solar y concentrarla mediante dispositivos especiales: El rendimiento en estos casos es del 60%.

Estas instalaciones constan de un conjunto de colectores de concentración de distintas formas:

a) Cilíndrico-parabólica: recogen la energía solar y la transmiten a un fluido (aceite térmico) en forma de calor.

b) Heliostatos: formados generalmente por espejos orientables de forma que la radiación incidente sea reflejada en un punto fijo.

Las aplicaciones de este tipo de instalaciones son fundamentalmente industriales.  El principal inconveniente es que utilizan sólo la radiación directa del Sol, pero no la difusa.

Instalaciones a alta temperatura: son las centrales termoeléctricas.  La temperatura alcanzada es superior a 200 ºC.  Están formadas por una amplia superficie de heliostatos sostenidos por soportes que reflejan la radiación solar y la concentran en un pequeño punto receptor.  El receptor transmite la radiación solar en forma de calor a un fluido (agua, aire, metales líquidos) que circula por un circuito primario.  Este es enviado a un generador de vapor que convierte en vapor el agua que circula por un circuito secundario, la cual pone en movimiento un grupo turbina-alternador produciendo energía eléctrica.

El rendimiento de estas instalaciones es aproximadamente del 20%.

B) Conversión fotovoltaica: Los sistemas solares fotovoltaicos están formados por un conjunto de células solares o fotovoltaicas dispuestas en paneles que transforman directamente la energía solar en energía eléctrica.

La luz solar transporta la energía en forma de un flujo de fotones.  Cuando estos fotones inciden en determinado tipo de materiales y bajo ciertas condiciones, provocan una corriente eléctrica. Es lo que se conoce como efecto fotovoltaico.

Las células solares o fotovoltaicas son pequeños elementos fabricados con un elemento cristalino semiconductor, silicio-germanio (Si-Ge).  Al incidir sobre ellas, los fotones producen un movimiento de electrones en el interior de la célula y aparecen entre sus extremos una diferencia de potencial que los convierte en un pequeño generador eléctrico.  El coste de estas células es muy elevado y el rendimiento es del 15 al 25%.

El desarrollo de estos sistemas está ligado a la técnica de los satélites artificiales.  En una primera etapa, debido a la fiabilidad de su funcionamiento, su reducido peso y sus escasas necesidades de funcionamiento, estos sistemas fueron utilizados para cubrir las necesidades energéticas de los satélites.