Energía solar

La energía solar ha estado presente desde los inicios de la historia ya que recibimos esta energía de manera directa, la cual produce los cambios climáticos, las lluvias y la biomasa.

De forma artificial esta energía es una energía limpia, renovable, y no contaminante, la cual hoy en día es utilizada principalmente para generar energía eléctrica y calentar agua para uso domiciliario.

En este caso nos enfocaremos en uso del agua caliente, sus beneficios e instalación.

Hay diversos tipos de colectores de agua caliente estos varían en su forma (planos o tubulares) y la eficiencia que tiene cada uno de ellos.

Los temas centrales serán los relativos a la energía térmica, ya que son los más comunes actualmente en las viviendas de nuestro país, nos referiremos a las partes en que se componen los diferentes termopaneles su forma de funcionamiento y las ventajas que tiene el uso de este tipo de energía en los hogares.

Explicaremos igualmente el funcionamiento de paneles fotovoltaicos que siguen siendo altamente estudiados para mejorar su eficiencia y la calidad de las baterías.

Su objetivo es interiorizar a quienes tengan acceso a la información sobre lo ventajoso que es incluir en una vivienda paneles termosales para la calefacción de agua potable o aguas grises.

Para explicar mejor ¿qué es la energía solar? nos hemos apoyado en la página  http://www.energias.bienescomunes.org/ que lo explica de la siguiente manera:

"La energía solar es la energía que emana el núcleo del sol. Este tipo de energía es producto de una reacción nuclear de fusión producto de las condiciones de intensa gravedad a las que esta sometido. Nuestro sol, al igual que todas las estrellas del universo, son enormes esferas gaseosas compuestas principalmente por hidrógeno que -en condiciones específicas- se funde para producir helio. Este proceso libera enormes cantidades de energía, las que brotan desde el corazón de las estrellas y viajan por el espacio por miles de millones de años.

El planeta tierra se encuentra relativamente cerca del sol y su luz y energía tardan alrededor de 8 minutos en viajar esta distancia. El sol emite radiación en casi todo el espectro electromagnético. La superficie del planeta que se encuentra expuesta a esta radiación recibe energía en diferentes formas:

La atmósfera y la magnetosfera filtran gran parte de la radiación solar nociva, pero dejan pasar las longitudes de onda correspondiente a la luz visible y al infrarrojo. Es por este motivo que lo que percibimos mayormente en la tierra es luz y calor. Esta energía ha sido y seguirá siendo el sostén para la vida y también la promotora de los mas variados efectos sobre la superficie del planeta: entre otros, los vientos, la formación de nubes y lluvia o los cambios climáticos alrededor del globo.

Los cambios científico-tecnológicos modernos han llevado al hombre a buscar y construir las más diversas maneras de aprovechar esta energía y convertirlas en el soporte de la vida en la tierra. Debemos tener en cuenta que aún las formas de energía renovables como la energía hidráulica y la energía eólica -y también la energía de las olas del mar- son subproductos de la descarga de energía solar sobre la corteza terrestre.

En estos momentos está siendo fuertemente optimizada la tecnología para extraer esta energía proveniente del sol y convertirla en energía de uso humano, como la electricidad y el agua caliente."

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Historia de la energía Solar

Siempre que nos refiramos a cualquier tema es importante conocer un poco de su historia es por eso que publicaremos La historia de la energía solar contada http://www.energiasolar.mx/

"El sol, como eje fundamental de la vida humana, fue venerado por casi todas las civilizaciones antiguas. En la antigua Grecia, los dioses del sol eran Helios y Apollo, a quienes se dedicaron incontables templos. También fueron los griegos los primeros en usar diseños de casas para aprovechar la luz del sol en forma pasiva, probablemente desde el año 400 A.C.

Los romanos fueron los primeros en usar vidrio en sus ventanas para atrapar la luz solar en sus hogares. Incluso promulgaron leyes que penaban el bloquear el acceso a la luz a los vecinos. También fueron los romanos los primeros en construir casas de cristal o invernaderos para crear condiciones adecuadas para el crecimiento de plantas exóticas o semillas que traían a Roma desde los lejanos confines del imperio.

En 1867 el científico suizo Horace de Saussare desarrolló el primer colector solar. Edmond Becquerei, un físico francés, observó el efecto fotoeléctrico en 1839. Más recientemente, hace un poco más de 100 años, el científico francés  Auguste Mouchout usó calor de un colector solar para producir vapor y mover un motor. Desgraciadamente, los elevados costos impidieron que su invento tuviera un uso comercial.

Alrededor de 1880 se fabricaron las primeras celdas fotovoltacias de luz visible, hechas de selenio, con una eficiencia de conversión de 1 a 2%.

El primer calentador de agua solar fue patentado en 1891 por Clarence Kemp.

Para principios de los 50's, se produjo un proceso de producción de cristales de silicio de alta pureza, lo que aceleró el desarrollo de la energía solar. En 1954 los laboratorios Bell Telephone desarrollaron celdas fotovoltaicas de silicón con una eficiencia del 4%, que después se elevó al 11%.

En 1958 un pequeño satélite fue alimentado con una celda solar de menos de un watt de potencia.

Un desarrollo importante fue un calentador solar sumamente eficiente inventado por Charles Greeley Abbott en 1936. El calentador solar de agua se hizo popular por este tiempo en Florida, California y otros lugares. El crecimiento de esta industria fue alto hasta mediados de los 50's, cuando el bajo costo del gas natural hizo que este energético se usara como fuente principal para calentamiento.

El abandono, para fines prácticos, de la energía solar duró hasta los 70's. Pero en esos años el aumento en el precio del petroleo y gas llevó a un resurgimiento en el uso de la energía solar para calentar hogares y agua, así como en la generación de electricidad.

La Guerra del Golfo de 1990 aumentó aún más el interés en la energía solar como una alternativa viable del petroleo.

En la actualidad, la energía solar se usa de dos formas principales. La primera es la potencia térmica solar, en la que el sol se usa para calentar fluidos, los cuales impulsan turbinas y otras máquinas. La segunda es la conversión fotovoltaica (paneles solares) en los que la electricidad es producida directamente del sol.

Desde la construcción de casas en la antigüedad con la orientación adecuada para captar la luz solar, hasta las modernas celdas fotovoltaicas delgadas, los humanos han aprovechado la luz solar para cubrir sus necesidades de energía. Lo que resulta perfectamente lógico, ya que, después de todo, el sol proporciona suficiente energía cada hora para cubrir las demandas mundiales por un año."

Ventajas y Desventajas de la energía Solar

Como todos nos imaginamos la energía solar tiene una gran cantidad de beneficios los cuales explicaremos a continuación con información extraída de la página http://erenovable.com/

"Ventajas de la energía solar

Cuando pensamos en la energía solar, son muchas las ventajas que vienen a nuestra cabeza, parece que este tipo de energía se nos ofrece día tras día con la salida del sol y, al ser España un lugar tan favorecido por esta estrella, se convierte en un tipo de energía que podríamos calificar como interesante.

• La más importante de todas las ventajas es que este tipo de energía no contamina.
• Al estar hablando de la energía solar podemos afirmar que es una fuente inagotable.
• Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (zonas rurales, montañosas, islas), o es dificultoso y costoso su traslado.
• Los sistemas de captación solar que se suelen utilizar son de fácil mantenimiento, lo que facilita su elección.
• Vas a ahorrar dinero a medida que la tecnología va avanzando, mientras que el costo de los combustibles fósiles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez son más escasos.
• La única inversión es el coste inicial de la infraestructura, pues no requiere de ningún combustible para su funcionamiento, y se puada amortizar a los 5 años de su implantación.
• La energía solar fotovoltaica no requiere ocupar ningún espacio adicional, pues puede instalarse en tejados y edificios.
• La disponibilidad de energía solar reduce la dependencia de otros países para el abastecimiento de energía de la población.
• Es un sector que promueve la creación de empleo, necesario para la fabricación de células y paneles solares, como para realizar la instalación y el mantenimiento de la misma.

Desventajas de la energía solar

Cuando pensamos en las desventajas de este tipo de energía renovable, suele costarnos mucho más pensar en algo en concreto salvo que estéticamente, no queda especialmente bonito cuando se decide instalarlo en los campos.

• Pero además, el nivel de radiación de esta energía fluctúa de una zona a otra, y lo mismo ocurre entre una estación del año y otra, lo que puede  no ser tan atractivo para el consumidor.
• Cuando se decide utilizar la energía solar para una parte importante de la población , se necesitan grandes extensiones de terreno, lo que dificulta que se escoja este tipo de energía.
• Además, otra de las desventajas, es que inicialmente requiere una fuerte inversión económica a la que muchos consumidores no están dispuestos a arriesgarse
• Muchas veces se debe complementar este método de convertir energía con otros, como por ejemplo las instalaciones de agua caliente y calefacción, requieren una bomba que haga circular el fluido.
• Los lugares donde hay mayor radiación, son lugares desérticos y alejados, (energía que no se aprovecha para desarrollar actividad agrícola o industrial,etc…)

Tipos de paneles solares

hay distintos tipos de colectores de energía solar, estan los que transforman los electrones de la energía solar en energía electricas, y los que atrapan la radiación infrarroja de los rayos solares para calentar líquidos y gases, el detalle explicado a continuación se obtuvo de la página http://energia-renovable.eu/

"Cuando estás pensando en aprovechar la energía renovable en la vivienda, es importante tener claro el tipo de tecnología que vamos a utilizar. Lo más frecuente es optar por instalar paneles solares de algún tipo.

Antes de tomar esta decisión, es muy recomendable estudiar los diferentes tipos de paneles que existen actualmente. Son básicamente tres tipos:

Paneles solares termodinámicos
Paneles solares térmicos
Paneles solares fotovoltáicos
Paneles solares termodinámicos

Los paneles solares termodinámicos son la solución más popular últimamente, debido a su mayor eficiencia, mejor precio y mayor versatilidad. Son más eficientes debido a que son capaces de captar energía de cualquier estado meteorológico, la lluvia, el viento, la luna, etc. Son más versátiles por el peso de los paneles, mucho más ligeros que las demás alternativas. Además de estas ventajas, tanto los equipos como su instalación tienen un coste menor.

Paneles solares térmicos

Los paneles solares térmicos son los que funcionan de forma más simple. Consiste en que los rallos del sol calientan los paneles, que contienen un líquido caloportador que circula hacia el interior de la vivienda. Estos son recomendables para zonas que tengan recepción directa del sol a altas temperaturas, preferiblemente en zonas rurales, donde hay espacio suficiente, ya que necesitan un tamaño mayor debido a la menor eficiencia de este tipo de panel.

Paneles solares fotovoltáicos

Los paneles solares fotovoltáicos fueron una revolución cuando se inventaron. Su implantación en los primeros edificios hizo que se vislumbrara por primera vez la posibilidad de generar suficiente energía in situ como para abastecer las necesidades del propio edificio. Esta tipo de sistema consiste en que la energía de la radiación solar se transmite a los electrones de los materiales semiconductores de los paneles, que consiguen así separarse del núcleo y trasladarse, creando una corriente eléctrica."

Funcionamiento de paneles Fotovoltaicos

A continuación se explicará el funcionamiento de los paneles fotovoltaicos de manera sencilla y resumida, la información fue extraída de http://www.esco-tel.com/

"En un semiconductor expuesto a la luz, un fotón de energía arranca un electrón, creando al pasar un «hueco». Normalmente, el electrón encuentra rápidamente un hueco para volver a llenarlo, y la energía proporcionada por el fotón, pues, se disipa.

El principio de una célula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en él: así, se producirá una diferencia de potencial y por lo tanto tensión entre las dos partes del material, como ocurre en una pila.

Para ello, se crea un campo eléctrico permanente, a través de una unión pn, entre dos capas dopadas respectivamente, p y n:

Estructura de una célula fotovoltaica.

La capa superior de la celda se compone de silicio dopado de tipo n.1 En esta capa, hay un número de electrones libres mayor que una capa de silicio puro, de ahí el nombre del dopaje n, como carga negativa (electrones). El material permanece eléctricamente neutro: es la red cristalina quien tiene globalmente una carga negativa.

La capa inferior de la celda se compone de silicio dopado de tipo p.2 Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro, los electrones están ligados a la red cristalina que, en consecuencia, está cargada positivamente. La conducción eléctrica está asegurada por los huecos, positivos (p).

En el momento de la creación de la unión pn, los electrones libres de la capa n entran en la capa p y se recombinan con los huecos en la región p. Existirá así durante toda la vida de la unión, una carga positiva en la región n a lo largo de la unión (porque faltan electrones) y una carga negativa en la región en p a lo largo de la unión (porque los huecos han desaparecido); el conjunto forma la «Zona de Carga de Espacio» (ZCE) y existe un campo eléctrico entre las dos, de n hacia p. Este campo eléctrico hace de la ZCE un [diodo]], que solo permite el flujo de corriente en una dirección: los electrones pueden moverse de la región p a la n, pero no en la dirección opuesta y por el contrario los huecos no pasan más que de n hacia p.

En funcionamiento, cuando un fotón arranca un electrón a la matriz, creando un electrón libre y un hueco, bajo el efecto de este campo eléctrico cada uno va en dirección opuesta: los electrones se acumulan en la región n (para convertirse en polo negativo), mientras que los huecos se acumulan en la región dopada p (que se convierte en el polo positivo). Este fenómeno es más eficaz en la (ZCE), donde casi no hay portadores de carga (electrones o huecos), ya que son anulados, o en la cercanía inmediata a la (ZCE): cuando un fotón crea un par electrón-hueco, se separaron y es improbable que encuentren a su opuesto, pero si la creación tiene lugar en un sitio más alejado de la unión, el electrón (convertido en hueco) mantiene una gran oportunidad para recombinarse antes de llegar a la zona n (resp. la zona p). Pero la ZCE es necesariamente muy delgada, así que no es útil dar un gran espesor a la célula.3

En suma, una célula fotovoltaica es el equivalente de un Generador de Energía a la que hemos añadido un diodo.

Es preciso añadir contactos eléctricos (que permitan pasar la luz: en la práctica, mediante un contacto de rejilla, una capa antireflectante para garantizar la correcta absorción de fotones, etc.

Para que la célula funcione, y produzca la potencia máxima de corriente se le añade la banda prohibida de los semiconductores a nivel de energía de los fotones. Es posible aumentar las uniones a fin de explotar al máximo el espectro de energía de los fotones, lo que produce las células multijuntas".

Funcionamiento de un colector térmico solar de tubos al vacío

FUNCIONAMIENTO DE UN COLECTOR SOLAR

A continuación explicaremos el funcionamiento de un colector solar de tuvos al vacío, esta informacion fue sacada de la página www.iipsolares.mex.tl

"El funcionamiento del Calentador solar es sencillo y efectivo. Consta de dos partes fundamentales:

•  El colector - Elemento encargado de captar la energía del sol y transformarlo en calor. Por medio de una estructura metálica se dota a los colectores de una inclinación idónea para lograr que la captación sea óptima en el conjunto del año.

 El colector a su vez consta de las siguientes partes:

* Caja: Elemento metálico que contiene los demas elementos.

* Absorbedor: Elemento encargado de transformar la radiación solar en calor. Se trata de una superficie de color negro de diferentes características según el tipo de colector.

* Cubierta: Elemento transparente encargado de provocar el efecto invernadero dentro de la caja para aumentar la temperatura y el aprovechamiento del calor por el absorvedor.

* El acumulador o tanque, Depósito donde se almacena el agua caliente para su consumo. Para evitar que el agua pierda su calor durante la noche el tanque acumulador se halla termo sellado con materiales aislantes apropiados.

El acumulador y el colector están unidos entre sí por tuberías.

El proceso de calentamiento del agua se inicia cuando los rayos solares inciden sobre la superficie del colector y elevan la temperatura del agua que circula por los conductos que tiene en su interior.

 El agua al calentarse pierde densidad y tiende a ascender pasando a través de las tuberías al acumulador que está situado encima. El espacio que deja libre el agua que ha ascendido es reemplazado por agua que aún no ha sido calentada proveniente del acumulador. Esta agua se calienta a su vez por el mismo procedimiento y vuelve a ascender repitiéndose el proceso mientras los rayos solares incidan en el colector.

Así se establece un circuito natural en el cual toda la energía solar captada en el colector pasa al tanque.

Al final del día tenemos agua caliente, entre 45 y 75 grados centígrados, almacenada en el tanque termo sellado. Se estima que la pérdida media de temperatura durante la noche en el interior del tanque es de 3 y 7 grados centígrados, por lo tanto se puede disfrutar de agua caliente almacenada durante la madrugada o por la mañana antes de que vuelva a salir el sol."