La planta termoeléctrica
Gemasolar (situada en Andalucía, España) tiene 19,9 MW de potencia y puede almacenar energía durante más de 15 horas, lo que permite que pueda proporcionar energía 24 horas al día.
La
energía solar es la
energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del
Sol.
La
radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el
ser humano desde la
Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el
calor y la
luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas
energías renovables o energías limpias, que puede hacer considerables contribuciones a resolver algunos de los más urgentes problemas que afronta la
Humanidad.
[1]
Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en función de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de
paneles fotovoltaicos y
colectores térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la
arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante
ventilación natural.
En 2011, la
Agencia Internacional de la Energía se expresó en los siguientes términos: "el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aun más importante, independendiente de importaciones, aumentará la
sostenibilidad, reducirá la
contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del
cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de los
combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas".
[1]
La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la
energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista
Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.
[2]
Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la
energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales,
[3] aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las
fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la
paridad de red.
[4] [5] Otras tecnologías solares, como la
energía solar termoeléctrica está reduciendo sus costes también de forma considerable.
Energía proveniente del Sol
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol alcanza la superficie terrestre.
La Tierra recibe 174
petavatios de radiación solar entrante (
insolación) desde la capa más alta de la
atmósfera.
[6] Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos y las masas terrestres. El
espectro electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre está ocupado principalmente por
luz visible y rangos de
infrarrojos con una pequeña parte de
radiación ultravioleta.
[7]
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 radiación el valor es de aproximadamente 1000
W/
m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la 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 las 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 1366
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).
La radiación absorbida por los océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra incrementan la temperatura de éstas. El aire calentado es el que contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y también en parte de los continentes, causando
circulación atmosférica o
convección. Cuando el aire asciende a las capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la condensación del agua amplifica la convección, produciendo fenómenos como el
viento,
borrascas y
anticiclones.
[8] La energía solar absorbida por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C.
[9] Para la
fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte en energía química, que produce alimento, madera y
biomasa, de la cual derivan también los
combustibles fósiles.
[10]
Se estima que la energía total que absorben la
atmósfera, los océanos y los continentes puede ser de 3.850.000
exajulios por año.
[11] . En 2002, esta energía en un segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un año.
[16] [17] La
fotosíntesis captura aproximadamente 3.000 EJ por año en biomasa, lo que representa solo el 0,08% de la energía recibida por la Tierra.
[13] La cantidad de energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al doble de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no renovable como son el
petróleo, el
carbón, el
uranio y el
gas natural.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo
semiconductor denominado
célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada
célula solar de película fina.
Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad a gran escala para redes de distribución. Debido a la creciente demanda de
energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.
Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14%-20%. Para células de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15%-21%.
[18] [19] Los más altos se consiguen con los colectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70% de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).
Los
paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sencillas en azoteas y de
autoconsumo fotovoltaico.
El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de
electricidad para el propio consumo, a través de los paneles solares. Ello se puede complementar con el
balance neto. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctrico mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado con éxito en muchos países. Fue propuesto en España por la asociación fotovoltaica
ASIF para promover la
electricidad renovable sin necesidad de apoyo económico adicional.
[20] El balance neto estuvo en fase de proyecto por el
IDAE.
[21] Actualmente está recogido en el
Plan de Energías Renovables 2011-2020.
[22]
Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la
paridad de red -igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el
caso de Alemania, Italia o España. Este esquema de incentivos ya ha dado sus frutos, logrando que los costes de la energía fotovoltaica se sitúen por debajo del precio de venta de la electricidad tradicional en un número creciente de regiones.
Según un estudio publicado en 2007 por el
World Energy Council, para el año 2100 el 70% de la energía consumida será de origen solar.
[23] Según informes de
Greenpeace, la fotovoltaica podrá suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.
[24]
Energía solar térmica
Los sistemas fototérmicos convierten la radiación solar en calor y lo transfieren a un fluido de trabajo. El calor se usa entonces para calentar edificios, agua, mover turbinas para generar electricidad, secar granos o destruir desechos peligrosos. Los Colectores Térmicos Solares se dividen en tres categorías:
- Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor de 60 °C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
- Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de alta insolación.
- Colectores de alta temperatura. Existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas superiores a los 500 °C y se usan para generar electricidad y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remotas.
Tecnología y usos de la energía solar
Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:
- Energía solar activa: para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.
- Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
- Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
- Energía solar fotovoltaica: Es usada para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
- Energía solar termoeléctrica: Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).
- Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:
- Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.
La instalación de centrales de energía solar en la zonas marcadas en el mapa podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8%), incluyendo la proveniente de
calor,
energía eléctrica,
combustibles fósiles, etcétera. Los colores indican la
radiación solar promedio entre
1991 y
1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).
Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:
Centros de investigación sobre la energía solar
Asociaciones
Véase también
