1) De qué forma se puede aprovechar la energía del sol ? producción de energía, calefacción ,cultivos etc.
• Paneles fotovoltaicos "clásicos" y vanguardistas
Los paneles fotovoltaicos son los más conocidos para conseguir energía solar. Se basan en células fotoeléctricas que transforman los rayos solares en electricidad. Estas placas pueden ser fijas, las típicas de los tejados, o dinámicas, gracias a los seguidores solares. Estos dispositivos mejoran el rendimiento de los paneles al seguir la trayectoria del Sol. Los paneles se pueden instalar para auto consumo en viviendas particulares o comunitarias, o a gran escala, como los denominados huertos solares, que venden su electricidad a la red.
La tecnología avanza cada vez más y los paneles de silicio se podrían reemplazar en unos años
La tecnología fotovoltaica avanza cada vez más y estos clásicos paneles de silicio se podrían reemplazar en unos años. Los expertos hablan de hasta cuatro generaciones para referirse a la evolución de los paneles. La denominada "energía solar de bajo coste" podría dar lugar a paneles delgados y flexibles como una lámina y muy baratos de producir, basados en materiales muy diversos, como los paneles plásticos. Algunas empresas empiezan a colocar estos materiales en otras partes de las viviendas, como las ventanas solares.
Los paneles fotovoltaicos no tienen por qué estar de forma necesaria en tierra firme. Diversos proyectos, algunos de ellos españoles, proponen ubicar sistemas fotovoltaicos en el agua y en el aire para aprovechar aún más la energía solar.
• Térmica: aprovechar el calor
La energía solar térmica aprovecha los rayos solares para producir electricidad y calor. Se puede aprovechar como calefacción, para calentar el agua en viviendas, piscinas, para cocer alimentos o secar productos. Además de los sistemas domésticos, se utiliza en grandes plantas termo solares (España tiene algunas de las más potentes del mundo).
Los sistemas térmicos convencionales funcionan de día. La tecnología solar termodinámica, fruto de la unión de la térmica y la bomba de calor, aprovecha según sus defensores el calor del viento, la lluvia y el sol, incluso de noche, y consigue agua caliente de manera más eficiente que ambas tecnologías.
• Concentrar los rayos solares
La "Concentración de Energía Solar" (CSP) consiste en una gran cantidad de espejos que siguen al sol y concentran su calor en un punto. Se genera así vapor que impulsa una turbina para producir electricidad. Estas instalaciones funcionan incluso de noche, ya que parte del calor se almacena en aceite o sal derretida. España es pionera en esta tecnología, con plantas como una construida a las afueras de Sevilla.
Este sistema también se puede utilizar a pequeña escala: la micro-CSP. Su diseño es mucho más sencillo y de dimensiones más reducidas y se puede instalar en el tejado de un gran edificio, fábricas o centros comerciales.
La tecnología fotovoltaica de concentración (CPV) se basa en células solares con materiales más eficientes que el silicio convencional. Al ser más caros, se instalan células muy pequeñas y espejos, lentes, prismas, etc., que concentran los rayos solares sobre las células para ampliar su potencia. EE.UU., Alemania y España son los países más avanzados del mundo en este ámbito.
• Tinta solar
Diversas empresas y grupos de investigación trabajan en el desarrollo de la "tinta solar". Utilizan nuevos materiales, basados en la nanotecnología, que pueden pintarse o imprimirse en superficies y que convierten los rayos solares en electricidad. Los consumidores podrían pintar sus techos, paredes o ventanas y generar su propia energía.
• Tejas solares
Las tejas solares se parecen a las convencionales en forma o color, pero además producen electricidad o calor. Funcionan como los paneles fotovoltaicos clásicos, pero con nuevos sistemas y materiales, como el silicio amorfo o mono cristalino, para ser flexibles y adoptar esa forma. Diversas empresas estadounidenses y europeas comercializan, también en España, varios modelos utilizados ya en ciudades como Venecia. Su mayor precio y su rendimiento inferior al de los paneles convencionales les hacen solo recomendables cuando la estética es prioritaria.
• Sistemas híbridos
Empresas de todo el mundo prueban varios modelos híbridos que unen lo mejor de la fotovoltaica y la térmica para ser más eficientes. En la Villa Olímpica de Beijing (China) se pudo ver uno de estos modelos. Otra posibilidad híbrida es la unión de la fotovoltaica con otros sistemas renovables, como la eólico-solar.
• Futuristas: ¿algún día serán posibles?
¿Extraer energía solar desde el espacio? La idea consistiría en colocar paneles solares en órbita y transmitir con microondas o láser la energía lograda a una estación en tierra para distribuirla a la red. Sus elevados costes lo hacen inviable, pero unos combustibles fósiles cada vez más caros y escasos y el avance de la tecnología podrían volverla interesante.
Otra idea futurista pasa por imitar a quien mejor aprovecha la energía del sol: las hojas de los árboles. Algunos investigadores trabajan ya en prototipos de hojas artificiales y en reproducir en laboratorio el proceso de la fotosíntesis. No es una tarea fácil, ya que su aparente sencillez esconde un complejo sistema y los desafíos tecnológicos y económicos son grandes.
2)Que es y cómo funciona un panel solar fotovoltaico
QUE ES
Los paneles o módulos fotovoltaicos (llamados comúnmente 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 (energía solar fotovoltaica). El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:
Radiación de 1000 W/m²
Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).
Los paneles fotovoltaicos, en función del tipo de célula que los forman, se dividen en:
-Cristalinas
-Mono cristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (Si) (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada).
-Poli cristalina: 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 costo. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 10%, sin embargo su costo y peso es muy inferior.
El costo de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales1 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
COMO FUNCIONA
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.
Como funciona una celda solar
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 eléctrica mente neutro: es la red cristalina quien tiene global mente 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 positiva mente. 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 anti reflectante 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.
3) Cuáles son las ventajas y desventajas del uso de energía solar
VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR
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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
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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…)
4) Cuál es la diferencia entre las aplicaciones de la energía solar activa y pasiva
Pasivo: Es un proceso totalmente natural en el que el sol es utilizado para el calentamiento del agua circulante por conductos o placas que posteriormente es utilizada para la climatización de ambientes o el agua caliente sanitaria, tanto a nivel doméstico como industrial.
Calentamiento de agua por energía solar: El agua caliente se aprovecha directamente o se almacena en un depósito para su posterior uso.
La energía solar térmica es uno de los pilares de la Arquitectura Bioclimática que utiliza los recursos solares combinados con parámetros de diseño y elección de materiales para conseguir el máximo confort ambiental con el menor consumo de energía.
El coste de la instalación de energía solar térmica no resulta elevado (puede suponer un 10% de sobrecoste en la instalación) y se amortiza en poco tiempo debido al gran ahorro energético que supone (hasta un 70% durante su vida útil). Es la energía renovable con menor impacto en el medio ambiente.
Usos y aplicaciones
Calefacción
Agua Caliente Sanitaria
Refrigeración
Climatización piscinas, etc...
Activa: La energía solar térmica activa obtiene electricidad a partir de una serie de tecnologías que permiten la transformación del calor obtenido por la radiación solar.
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La radiación solar directa: Se concentra por diversos métodos en las centrales solares obteniéndose calor a media o alta temperatura.
El funcionamiento de la radiación solar directa: Consiste en concentrar la luz solar mediante espejos (helióstatos), cilindros o discos parabólicos para alcanzar altas temperaturas (más de 400 º C), que se utilizan para generar vapor y activar una turbina que produce electricidad por medio de un alternador.
Proceso sin emisión de contaminación: En este proceso no se producen las emisiones contaminantes de las centrales térmicas convencionales.
Almacenamiento de calor: Existe la posibilidad de almacenar el calor solar recogido durante el día para que durante la noche o cuando está nublado se pueda continuar generando electricidad.
Usos y aplicaciones:
Obtención de agua caliente
Combustible de calefacción
5) La torre central campo de helióstato. Es un sistema de alta medida o baja temperatura? En qué consiste?
Planta de energía térmica de alta temperatura tiene una tecnología de torre central. Su instalación consta de un campo solar con 2.650 heliostatos que ocupan una superficie 185 hectáreas y de unos espejos encargados de orientar hacia la torre la energía solar al receptor que se encuentra en la torre, por donde circulan unas sales fundidas que alcanzan temperaturas superiores a los 550°. Posteriormente, en el intercambiador de calor se genera el vapor de agua que moverá la turbina eléctrica para la producción de electricidad.
En condiciones en la que la energía aportada por el sol es superior a la producción de la instalación, las sales se almacenan en unos tanques de almacenamiento térmico para utilizarlos en momentos de baja radiación o incluso nula. Esta acumulación, permite que la producción pueda ser regulada pudiendo adaptarse así a las necesidades de la demanda eléctrica. Una de las problemáticas de las energías renovables es la irregularidad del recurso renovables, con esta acumulación la instalación es más constante y le permite a proximales a la producción de las plantas más estables como las nucleares o térmicas.
