viernes, 30 de noviembre de 2007

Renovables: Las energías solares

La energía solar es la energía obtenida directamente del Sol. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.

La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se le conoce como irradiancia.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.

La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares), fuera de la atmósfera recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m².)


* Energía solar pasiva.

La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas dirigidas al aprovechamiento de la energía solar de forma directa, sin transformarla en otro tipo de energía, para su utilización inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía, aunque puede ser complementada por ellos, por ejemplo para su regulación.

Las tecnologías que usan bombas o ventiladores consumen una significativa cantidad de energía para su funcionamiento y por ello se clasifican dentro de las tecnologías solares activas. Algunos sistemas solares pasivos pueden, no obstante, consumir una pequeña cantidad de energía necesaria para activar compuertas, relés, interruptores u otros dispositivos que mejorarían el rendimiento de estos sistemas en la recolección, almacenamiento y uso de la energía solar.

La tecnología solar pasiva incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra. También incluye otras tecnologías como los hornos solares o las fraguas solares, aunque estos requieren cierto consumo de energía para alinear espejos concentradores o receptores y históricamente no han demostrado ser muy prácticos o rentables para uso extensivo.

Los sistemas solares pasivos se caracterizan por requerir poco o ningún coste para realizar su trabajo, muy reducido para su mantenimiento y no emiten gases de efecto invernadero durante su funcionamiento. Esto no impide que haya que seguir trabajando optimizando los sistemas para obtener un mayor rendimiento y beneficio económico. El ahorro y la eficiencia en el consumo de la energía reducen el tamaño de una instalación (ya sea renovable o convencional) y redunda en un mayor beneficio económico si son criterios que se consideran desde el principio. Las tecnologías solares pasivas ofrecen importantes ahorros, sobre todo en lo que respecta a la calefacción de espacios. Combinadas con tecnologías solares activas, como la solar fotovoltaica, pueden convertirse, además, en una excelente fuente de ingresos.

La arquitectura bioclimática es la aplicación de este principio al diseño de edificaciones. La energía no se aprovecha por medio de captadores industrializados, sino que son los propios elementos constructivos los que absorben la energía de día y la redistribuyen por la noche.

Es la forma más antigua de aprovechamiento de la energía solar. Tradicionalmente, y en ausencia de los medios actuales, las construcciones se diseñaban conforme a las particularidades del clima local, aprovechando al máximo los rayos solares en climas fríos, y protegiéndose de ellos en climas cálidos. La revolución industrial acabó con esta tradición, al aparecer nuevos sistemas mecánicos y disponer de energía en abundancia.


* Energía solar térmica.

La energía solar térmica o energía termosolar, consiste en el aprovechamiento de la energía del sol para producir calor que puede aprovecharse para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y a partir de ella, de electricidad. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales.

En cuanto a la generación de agua caliente para usos sanitarios, hay dos tipos de instalaciones: las de circuito abierto y las de circuito cerrado. En las primeras, el agua de consumo pasa directamente por los colectores solares. Este sistema reduce costos y es más eficiente (energéticamente hablando), pero presenta problemas en zonas con temperaturas por debajo del punto de congelación del agua, así como en zonas con alta concentración de sales que acaban obstruyendo los paneles.

Estos sistemas evitan la emisión de hasta 4'5 toneladas de emisiones de gases nocivos para la atmósfera. El tiempo aproximado de retorno energético (tiempo necesario para ahorrar la energía empleada en fabricar el aparato) es de un año y medio aproximadamente; La vida útil de algunos equipos puede superar los 25 años con un mantenimiento mínimo, dependiendo de factores como la calidad del agua.

Además de su uso como agua caliente sanitaria, calefacción y refrigeración (mediante máquina de absorción), el uso de placas solares térmicas (generalmente de materiales baratos como el polipropileno) ha proliferado para el calentamiento de piscinas exteriores residenciales, en países donde la legislación impide el uso de energías de otro tipo para este fin.

En muchos países hay subvenciones para el uso doméstico de energía solar, en cuyos casos una instalación doméstica puede amortizarse en unos 5 o 6 años. El 29 de septiembre de 2.006 ha entrado en vigor en España la obligatoriedad de implantar sistemas de agua caliente sanitaria con energía solar en todas las nuevas edificaciones, con el objetivo de cumplir con el protocolo de Kioto.

* Energía solar fotovoltaica.

Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.

Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica, operación que es muy rentable económicamente pero que precisa todavía de subvenciones para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable.

Panel fotovoltaico

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico.

Las placas fotovoltaicas se dividen en:

* Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular o hexagonal).
* Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.
* Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.

Su efectividad es mayor cuanto mayor 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 1%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.

* Energía solar termoeléctrica.

Una central térmica solar o central termosolar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica.

Constructivamente, es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 º C hasta 1000 º C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica. El conjunto de la superficie reflectante y su dispositivo de orientación se denomina heliostato.Los fluidos y ciclos termodinámicos escogidos en las configuraciones experimentales que se han ensayado, así como los motores que implican, son variados, y van desde el ciclo Rankine (centrales nucleares, térmicas de carbón) hasta el ciclo Brayton (centrales de gas natural) pasando por muchas otras variedades como el motor de Stirling, siendo las más utilizadas las que combinan la energía termosolar con el gas natural.


* Energía solar híbrida.

La energía solar híbrida es un sistema de producción de energía, que combina la energía solar con la energía obtenida de una central térmica convencional, de biomasa o de combustible fósil.

Ventajas

Este sistema tiene varias ventajas que lo hacen interesante:

* Se puede aumentar la potencia según la demanda.
* Es menos dependiente de las fluct
uaciones en la radiación solar.
* Puede aumentar el rendimiento del ciclo termodinámico del sistema al aumentar la temperatura de trabajo.
* La inversión en la central se puede recuperar antes.


* Energía eólico solar.

La energía eólico solar es un método para obtener energía que funciona con el aire calentado por el sol y que sube por una chimenea donde están los generadores.

El nuevo sistema se basa efecto chimenea. La base se compone de tres capas: Tierra, aislante y cerámica acumuladora (entre ella conexiones de conductos de agua, y sobre la cerámica de cristal). La construcción es en forma cónica y en su parte superior se encuentra una torre. El tercer tercio de la torre y en todo su perímetro se encuentra transparente, que además coincide con el centro de una turbina parecidas a las utilizadas por gas. Esta turbina esta interconectada con un alternador que se encuentra bajo el centro de la instalación por un eje. En la parte transparente inciden la energía resultante de un número determinado de concentradores solares, originando un sobrecalentamiento del aire en el centro de la turbina y por tanto mueve ésta como lo haría si el combustible, en vez del solar, fuera gas o queroseno; solo que en este caso es el sol.

En la base de la torre, en todo su perímetro se encuentra unas exclusas que en las horas de radiación solar se encuentran cerradas al aire de los acumuladores de calor y abiertas al aire frío del exterior. Como todos saben el aire frío es molecularmente más denso. Este aire es el que la turbina comprime en su centro es calentado por los concentradores. Cerradas la exclusas de comunicación de la torre con los acumuladores, que reciben la radiación solar, alcanzando estos una temperatura muy elevada. Llegado un límite en su temperatura, suficiente para que sirva como acumuladores de energía para que calienten el aire en las horas nocturnas y puedan mover la turbina (entonces en la noche) modificada para moverse por el efecto chimenea, por los conductos de agua que se encuentran entre los acumuladores de calor de cerámica, manteniendo los acumuladores a la temperatura necesaria y traspasando el calor a la conducción antes comentada, como intercambiador de calor, agua sobrecalentada que puede a su vez servir como generador de electricidad.


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