¿Cómo funciona la energía solar?
La energía solar es generada por reacciones nucleares dentro del sol. Esta energía llega a la superficie de la tierra en forma de radiación electromagnética. La composición de esta radiación a medida que viaja a través del espacio hacia la Tierra es de alrededor del 56% de infrarrojos, 36% de radiación visible y 7% de radiación ultravioleta, y el resto pertenece a regiones del espectro electromagnético fuera de los rangos de energía cubiertos por estos tres (Wray, 2008).
No toda esta radiación alcanza la superficie de la tierra. Una parte se dispersa por el polvo y por las moléculas en la atmósfera. Las nubes actúan para reflejar más luz solar hacia el espacio y juegan un papel importante en la regulación de la temperatura en la superficie de la tierra. Otra parte de la radiación es absorbida por moléculas como el agua, el dióxido de carbono, el ozono y el oxígeno dentro de la atmósfera. Todas estas interacciones reducen el flujo de energía solar en aproximadamente un 40% y al mismo tiempo cambian su composición para que la luz solar que llega a la superficie de la tierra comprenda un 50% de radiación visible y un 47% de infrarrojo (Wray, 2008), este delicado balance de energía se puedo observa en la figura 1.
La cantidad de energía transportada por la radiación solar se expresa en términos de la constante solar que mide la cantidad de energía solar que pasa a través de un metro cuadrado de espacio, perpendicular a la dirección de desplazamiento de la radiación en la distancia media de la tierra del sol. Según el World Energy Counsil, el valor de esta constante es 1,367 W / m2 (Wray, 2008).
Cuando se tiene en cuenta la absorción y la dispersión, el flujo solar total que llega a la superficie de la tierra se estima en 1.083108 GW y la cantidad total de energía que llega a la superficie de la tierra cada año es de 3,400,000 EJ. Esto es entre 7,000 y 8,000 veces el consumo mundial anual de energía primaria.
Si el 0.1% de esta energía se convirtiera en electricidad con una eficiencia del 10%, proporcionaría un equivalente de alrededor de 10,000 GW de capacidad de generación: el total global es de alrededor de 6000 GW.
Energía solar y sus beneficios
La energía solar es la fuente más importante de energía disponible para la tierra y sus habitantes. Sin ella, no habría vida. Es la energía que impulsa la reacción de fotosíntesis. Como tal, es responsable de toda la biomasa en la superficie de la tierra y esta última es la fuente de combustibles fósiles, los productos de la fotosíntesis que quedaron enterrados debajo de la superficie de la tierra hace millones de años. La energía solar crea los vientos del mundo y, por lo tanto, es responsable de la energía eólica; evapora el agua responsable de la lluvia y, por lo tanto, la fuente de energía hidroeléctrica; Incluso las olas y la energía térmica del océano son el resultado de la insolación. De hecho, aparte de la energía nuclear, la energía geotérmica y la energía de las mareas, el sol es total o parcialmente responsable de todas las formas de energía que explota el hombre (Wray, 2008).
Cuando hablamos de “energía solar” nos referirnos a la explotación de la radiación solar directa, por cualquier medio. Por lo tanto, esto incluye la conversión de la luz en energía eléctrica mediante dispositivos fotovoltaicos, así como el calentamiento directo del agua o las estructuras por la energía infrarroja incidente del sol (Aswathanarayana, 2010).
La energía solar puede ser vista como una de las fuentes de energía más confiable entre todas las fuentes de energía renovables. Dentro de las principales ventajas y beneficios podemos mencionar los siguientes:
- La instalación de un sistema solar ahorra energía y dinero en la factura (de gas o de electricidad), además puede generar ingresos si se suministra a la red, convirtiendo al usuario final en prosumidor.
- El consumidor goza de total independencia energética mediante el uso de paneles solares fotovoltaicos o un calentador solar en la azotea.
- Debido a la amplia integración de los sistemas solares, se crean nuevas industrias, lo que crea nuevos empleos y fortalece la economía del país.
- Ayuda a contribuir en la mitigación de emisiones de gases de efecto invernadero.
- Es un medio para mitigar la pobreza energética.
- Forma parte de un proceso de democracia energética y participación ciudadana(Chavez & Kishimoto, 2016).
¿Dónde se utiliza la energía solar?
Tecnología Solar Pasiva
En edificaciones, un sistema de energía solar pasiva (SESP) utiliza la energía del sol para calentar y enfriar un espacio. El SESP se puede utilizar para reducir las facturas de energía de calefacción y refrigeración, y proporciona un mayor confort térmico.
Tecnología Solar Fotovoltaica
En un sistema activo, las celdas fotovoltaicas se utilizan para convertir la energía solar en energía eléctrica para alimentar todo tipo de edificaciones.
Calentamiento Solar de Agua.
Aprovecha el calor del sol para proporcionar agua caliente a hogares y comercios.
Calor Solar de Proceso.
Utiliza el calor del sol para calefacción o enfriamiento de espacios, además de proporcionar grandes cantidades de agua caliente a edificios no residenciales.
Concentración Solar
La generación de energía solar térmica utiliza el sol como fuente de calor. Los tres principales tipos de sistemas de concentración de energía solar son: concentrador lineal, plato / motor y sistemas de torre solar.
¿Cómo almacenar la energía solar?
En la actualidad existen varias tecnologías comerciales y en desarrollo para almacenar la energía solar. Estos sistemas de almacenamiento de energía proporcionan una amplia gama de enfoques tecnológicos para administrar el suministro de energía con el fin de crear una infraestructura energética más robusta y lograr ahorros de costos para las empresas de servicios públicos y los consumidores. Los sistemas de almacenamiento de energía se clasifican en mecánicos, electroquímicos, químicos, eléctricos y térmicos (IEC, 2011).
Fuente:(World Energy Council, 2019)
Algunas plantas de energía solar térmica incorporan almacenamiento de energía. Los tanques de almacenamiento de vapor también se utilizan para ampliar el rango operativo de las torres solares (Wray, 2008).
La forma más popular de agregar almacenamiento a un sistema de sistemas solares fotovoltaicos es mediante baterías, (Wray, 2008)
¿Por qué la energía solar en más barata?
El crecimiento en la capacidad de generación de energía solar térmica está comenzando a reducir los costos de estas tecnologías, pero en los últimos 10 años el costo de los paneles solares ha sufrido una caída dramática. Esto ha sido impulsado por los avances tecnológicos y por las economías de escala a medida que los volúmenes de producción han aumentado, pero uno de los factores principales ha sido la feroz competencia entre los fabricantes, propiciada por países como China, que ha reducido los precios de los fabricantes. Como consecuencia, el costo de la energía solar ha caído dramáticamente, y ahora es competitivo con la mayoría de las tecnologías de generación tradicionales (Wray, 2008).
Referencias
Aswathanarayana, U. (2010). Electricity systems. Green Energy: Technology, Economics and Policy. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1201/b10163
Chavez, D., & Kishimoto, S. (2016). Hacia la Democracia Energética Debates y conclusiones de un taller internacional. Transnational Institute.
World Energy Council. (2019). Energy Storage Monitor. Latest Trends In Energy Storage.
Wray, P. (2008). Solar POWer. American Ceramic Society Bulletin, 87(7), 31–33. https://doi.org/10.3362/9781780445656.002
