Energía Solar – Artículo de Voltaika Perú

La Energía Solar

¿Que es la Energía Solar?

En estricto concepto, las energías renovables tienen su origen en la energía solar. Es así como la energía eólica, geotérmica, mareomotriz, e incluso la biomasa, son energías con aprovechamientos indirectos de la energía aportada por el sol. Sin embargo, de forma específica la radiación solar ofrece varias maneras de generación de energía, ya sea como fuente directa de calentamiento (energía solar térmica) o como también la producción de electricidad (energía solar fotovoltaica). Y con una alta probabilidad en el futuro, como la obtención de combustibles de uso directo, como podría ser el hidrógeno (ver figura 01 y 02).

Energía Solar Fotovoltaica
Figura N°01.- Sistema Solar Fotovoltaico a través de Paneles Solares
Radiación Electroagnética

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol, como resultado de reacciones nucleares de fusión que llegan a la Tierra a través del espacio en paquetes de energía llamados fotones luz. Estos se combinan con la atmósfera y la superficie terrestres. 

Del espectro de la radiación electromagnética, el espectro de luz visible es la que utilizan los paneles fotovoltaicos para generar energía eléctrica. Así mismo la energía solar es un tipo de energía limpia y renovable, pues su fuente el sol es un recurso abundante y se considera inagotable.

Un dato importante que de debemos tener en cuenta, es que la radiación solar que llega a la tierra en un solo día, tiene el potencial de producir la energía eléctrica para satisfacer las necesidades mundiales de energía durante todo un año. La energía solar fotovoltaica y la solar térmica, son las aplicaciones más utilizadas para aprovechar la energía del sol . En la actualidad, la tecnología fotovoltaica produce un 3.0% de la demanda mundial de energía.

Energía Solar
Figura N°02.- Formas de Generación de Energía Solar

¿Que es la radiación solar?

Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El sol se comporta como un cuerpo negro que emite energía, siguiendo la Ley de Planck a una temperatura de unos 6000 grados kelvin (°K). La radiación solar se distribuye desde el espectro de infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, debido a que las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera, fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la Irradiancia, que mide la energía por unidad de tiempo y área. Este tipo de radiación alcanza la superficie de la Tierra. Su unidad es el vatio por metro cuadrado (W/m2).
 

La Radiación Solar, se define también como el flujo de energía que recibimos del Sol, en forma de ondas electromagnéticas (luz visible, infrarroja y violeta), estas con diferentes frecuencias. Aproximadamente la mitad de ondas electromagnéticas que recibimos, pueden ser detectadas por el ojo humano, constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta. 

La porción de esta radiación que no es absorbida por la atmósfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone muchas horas al día sin protección. La radiación solar se mide normalmente con un instrumento denominado pirómetro.
Figura 03.- Radiación Solar
Espectro de Radiación Solar

Al examinar el espectro de la radiación solar, podemos observar que la mayor parte de la energía transmitida por el sol se encuentra en la parte visible del espectro lo cual representa el 47% del total de energía (ver figura 04).

Es importante considerar que la radiación ultravioleta tienen bastante energía sin embargo son poco abundantes (sólo el 7% del total pertenecen a este rango de radiación). Por otro lado, las radiaciones infrarrojas son mucho más abundantes (46% del total) pero mucho menos energéticas que las anteriores.

La radiación solar incidente por unidad de superficie y unidad de tiempo se denomina Irradiancia. La irradiancia medida sobre una superficie perpendicular a los rayos solares se denomina constante solar y su valor estimado es de 1,366 vatio por metro cuadrado (W/m2).

Radiación Solar
Figura 04.- Radiación Solar Visible
Radiación Solar
Figura 05.- Espectro Electromagnético

¿Cuales son los Tipos de Energía Solar?

Son dos tipos de energía, la energía solar pasiva y la energía solar activa.

Energía Solar Pasiva

La forma más antigua de aprovechamiento de la energía es el calentamiento de las viviendas, pasando por aplicaciones más industriales como la obtención de la sal (evaporación de aguas en las salinas), fabricación de adobes (secado del barro moldeado), calefacción con muro trombe (ver figura 06), invernaderos para secado de granos de café (ver figura 07), entre otras. Esta forma de utilización se puede considerar como energía solar pasiva, pues hace uso directo de la luz solar. Aplicaciones de este tipo energía, se puede llevar a la arquitectura de viviendas y edificios. En donde el calor del sol se puede captar y almacenar y distribuirlo de forma natural, sin necesidad de elementos mecánicos. 

La energía solar pasiva se considera en muchos países como una opción energética de gran potencialidad, que se ha venido aplicando casi exclusivamente en las edificaciones. Formando parte de lo que hoy se conoce como Arquitectura Bioclimática. En las figuras 06 y 07, se presentan algunas aplicaciones domésticas de este concepto.

Energía Solar pasiva
Figura 06.- Energía Solar Pasiva - Muro Trombe
Energía Solar pasiva
Figura 07.- Energía Solar Pasiva - Efecto Invernadero

Energía Solar Activa

Es aquella energía que aprovecha la luz solar, mediante un mecanismo y la convierte en energía térmica o eléctrica. El sistema o mecanismo capta el calor, lo almacena y lo trasmite a colectores o celdas fotovoltaicas. Las aplicaciones para este tipo de energía pueden ser muchas como la energía térmica  para bajas, medias y altas temperaturas.

Energía Solar Térmica de Baja Temperatura

La tecnología solar térmica activa, de baja temperatura, está basada en la utilización de colectores de placa plana y es la más desarrollada. Se utiliza en aplicaciones que requieren temperaturas inferiores a los 50 y 60°C. El sistema está constituido por un colector que capta la radiación, un sistema de almacenamiento, un sistema de transporte de energía (tuberías, bombas) y otro de utilización (consumo) de la energía solar captada. Son instalaciones con forma de panel que deben ser inclinadas y orientadas de manera que el aprovechamiento de la energía sea máximo (para nuestro país, el colector se orienta hacia el ecuador, es decir hacia el norte). Una aplicación de este tipo de energía son las termas solares.

En la figura 08 se muestra una instalación típica de colector solar de placa plana o terma solar. Las placas utilizan la energía del sol para calentar el fluido portador que, a su vez, proporciona calor utilizable en una casa. El fluido, agua en este caso, circula a través de las tuberías (cobre) en el colector solar y durante el proceso absorbe algo de esta energía. Después se mueve a un sistema de intercambiador de calor, donde calienta el agua que se utilizará en la vivienda. 

Colector Solar
Figura 08 - Colector Solar - Energía Solar Térmica de Baja Temperatura
Energía Solar Térmica de Media y Alta Temperatura
La tecnología solar activa de media y alta temperatura está menos desarrollada. En efecto, a partir de los 80°C la eficiencia de los colectores solares de placa plana es baja, y por ello es necesario el uso de otro tipo de colectores, por ejemplo, cilíndricos parabólicos (ver figura 09), la torre solar de espejos (ver figura 10). Además, para temperaturas altas se precisa mayor cantidad de radiación solar y, por lo tanto, una mayor concentración de ésta, así como la utilización de nuevos elementos para conseguirlo. Estos elementos son costosos y todavía están en proceso de desarrollo. 
Colector Solar Parabólico
Figura 09.- Colector Solar Parabólico
Figura 10.- Torre Solar de Dubai
Energía Solar Fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica, también se puede considerar una energía solar activa. Consiste en la conversión directa de la radiación solar en electricidad mediante sistemas fotovoltaicos. Un sistema fotovoltaico está formado por las celdas solares (que transforman la luz en electricidad), acumuladores o baterias solares, un regulador o controlador de carga (que controla el voltaje de carga y descarga de las baterías) y un sistema de inversión de corriente (que convierte la energía de corriente continua a corriente alterna). 

Es importante la posición de las celdas o paneles fotovoltaicos (ver figura 11), que deben estar inclinados y orientados de forma determinada, con el fin de aprovechar al máximo la radiación solar a lo largo del año. Estos tipos de paneles suelen ser de silicio (monocristalino, policristalino o amorfo), pero se encuentra en desarrollo el posible uso de otros materiales (sulfuro de cadmio, por ejemplo), donde se tiene presente el costo de la obtención del material (el silicio consume una gran cantidad de electricidad). La eficiencia que se alcanza con los sistemas fotovoltaicos, varía entre 18% a 20% en paneles monocristalinos y 17% en paneles policristalinos.

Sistema Solar Fotovoltaico
Figura 11.- Sistema Solar Fotovoltaico
Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotovoltaico se produce cuando el material de la celda solar (silicio u otro material semiconductor) absorbe parte de los fotones del sol. El fotón absorbido libera a un electrón que se encuentra en el interior de la celda. Ambos lados de la celda están conectados por un cable eléctrico, así que se genera una corriente eléctrica como se puede observar en la figura 12. 

Efecto Fotoeléctrico
Figura 12.- Efecto Fotoeléctrico

¿Cuales son los Beneficios de la Energía Fotovoltaica?

La energía fotovoltaica es una tecnología que presenta numerosos beneficios ya que genera electricidad de forma limpia y adaptada a las necesidades actuales. Voltaika Perú quiere recordar cinco beneficios de la energía solar fotovoltaica:

  • Es una fuente de energía limpia, renovable, infinita y silenciosa.
  • No consume combustibles ni genera residuos.
  • Posibilidad de vender potencia sobrante.
  • Requiere poco mantenimiento.
  • Los paneles tienen una larga vida y resisten a condiciones climáticas adversas.
  • Los paneles pueden colocarse sobre techos, cubiertas industriales… sin ocupar espacio útil y sin impacto arquitectónico.
  • Es una tecnología cada vez más asequible económicamente.
  • Subvenciones, desgravaciones fiscales.¿¡

Beneficios de la Energía Solar
Figura 13.- Beneficios de la Energía Fotovoltaica

5 comentarios

  • Hugo enrique véliz gonzales

    Información excelente e interesante! Lo tendré muy en cuenta, utilizando energía renovable.

    • Jorge Reyes

      Excelente Hugo, necesitamos mas gente con esa aptitud para desarrollar mas proyectos con energía solar.
      Nosostros somos Voltaika Perú y te podemos ayudar en cualquier proyecto con Energías Renovables. saludos.

  • Pedro Huaypuna

    Es interesante .como obtener los paneles me interesa

    • Jorge Reyes

      Hola Pedro, nos es grato que estés interesado en proyectos con Energía renovable.
      Nosotros somo Voltaika Perú y te podemos ayudar con cualquier proyecto. Así mismo
      también tenemos una pagina de ventas online, aquí podrás ver las marcas y los precios que tenemos
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