Aprovechamiento de la energía solar
El Sol es una esfera gaseosa formada principalmente por helio, hidrógeno y carbono. Tiene una masa 330.000 veces superior a la masa de la Tierra y una edad aproximada de 6.000 millones de años. El Sol se comporta como un reactor nuclear que transforma la energía nuclear en energía de radiación, energía que llega a la Tierra y, por lo tanto, es una energía renovable.
Sin embargo, no toda la energía que se produce en el Sol llega a la superficie terrestre. Al atravesar la atmósfera, la radiación pierde intensidad a causa de la absorción, la difusión y la reflexión por la acción de: gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera. De esta manera, la radiación que la tierra recibe del Sol se divide en radiación directa (atraviesa la atmósfera sin sufrir ningún cambio en su dirección) y radiación dispersa o difusa (es la que recibimos después de los fenómenos de reflexión y difusión). La energía solar es un recurso energético importante que se aprovecha mediante dos vías principales:
Energía solar térmica
La energía solar térmica utiliza la radiación del Sol para calentar un fluido que se utiliza para producir agua caliente, vapor o energía eléctrica. Los sistemas para aprovechar la energía solar por la vía térmica se dividen en tres grupos:
- Sistemas a baja temperatura. El calentamiento del agua se produce por debajo de su punto de ebullición, es decir, 100ºC. La mayor parte de los equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua caliente sanitaria y en climatización.
- Sistemas a media temperatura. Se utilizan en esas aplicaciones que necesitan temperaturas entre 100 y 300ºC para calefacción, proporcionando calor en procesos industriales, suministro de vapor, etc.
- Sistemas a alta temperatura. Necesitan temperaturas superiores a 250 o 300ºC como, por ejemplo, para producir vapor o para generar energía eléctrica en centrales termosolares.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica transforma directamente la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Esa transformación se consigue gracias a las células fotovoltaicas.
¿Qué es una central solar?
Las centrales solares son instalaciones que aprovechan la radiación del Sol para generar energía eléctrica. Existen 2 tipos de instalaciones:
- Central termosolar. Genera electricidad a partir del calentamiento de un fluido con el cual, mediante un ciclo termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado por él.
- Instalación fotovoltaica. La energía eléctrica se obtiene a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol. Esa transformación se consigue gracias a células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores.
Centrales termosolares
Una central termosolar es una instalación que aprovecha la energía del Sol para producir electricidad mediante un ciclo térmico similar al de las centrales térmicas convencionales. Las centrales termosolares más importantes son:
- Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor se transfiere a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo convencional de agua-vapor.
- Centrales de colectores distribuidos. Este tipo de centrales utilizan los colectores de concentración con los que amplifican la intensidad de la radiación solar sobre una superficie. Los colectores permiten obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.
Funcionamiento de una central termosolar
Una central termosolar de torre central está formada por un campo de espejos direccionales de grandes dimensiones que reflejan la luz del Sol y concentran los rayos reflejados en una caldera situada en una torre de gran altura. Dentro de la caldera, la aportación calorífica de la radiación solar se absorbe por un fluido térmico que se conduce hacia un generador de vapor, en el cual transfiere su calor a un segundo fluido (generalmente agua) para convertirlo en vapor. Este vapor llega hasta una turbina para transformar su energía en energía mecánica que se transformará en electricidad en el alternador.
El vapor se lleva a un condensador donde vuelve a su estado líquido para poder repetir un nuevo ciclo de producción de vapor.
La producción en una central solar depende de las horas de insolación. Por eso, para aumentar su producción se suelen utilizar sistemas de aislamiento térmico intercalados en el circuito de calentamiento.
Limitaciones de las centrales termosolares
Las centrales termosolares tienen varias limitaciones:
- Económicas. Sus costes de explotación todavía son muy altos, lo que las hace menos competitivas que otro tipo de centrales.
- Tecnológicas. Necesitan implementar muchas mejoras para aumentar la eficiencia de los sistemas de concentración y almacenaje.
- Estacionalidad. Dependen de la variabilidad de la radiación solar y las incertidumbres meteorológicas.
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Parques fotovoltaicos
El efecto fotovoltaico es un fenómeno físico que consiste en la conversión de la energía luminosa en energía eléctrica. La energía de radiación (fotones) que incide sobre una estructura heterogénea de material semiconductor (célula fotovoltaica) es absorbida por electrones de las capas más externas de los átomos que forman este material. Eso crea una corriente eléctrica interior de una tensión determinada. Las células se conectan en serie para formar un módulo fotovoltaico.
Funcionamiento de las centrales fotovoltaicas
El elemento básico de un parque fotovoltaico es el conjunto de células fotovoltaicas que captan la energía solar, transformándola en corriente eléctrica continua. Las células fotovoltaicas están integradas en módulos que, al unirse, formarán placas fotovoltaicas. La corriente continua generada se envía, en primer lugar, a un armario de corriente continua donde se producirá la transformación con la ayuda de un inversor de corriente y, finalmente se lleva a un centro de transformación donde se adapta la corriente a las condiciones de intensidad y tensión de las líneas de transporte de la red eléctrica.
Limitaciones de los parques fotovoltaicos
Todavía es necesario optimizar las tecnologías disponibles para conseguir que la eficiencia de las células fotovoltaicas mejore hasta llegar a porcentajes elevados.
¡Aprende jugando! Dispones de este juego interactivo sobre los parques fotovoltaicos.
Impacto sobre el medio ambiente de las centrales solares
La energía solar es una energía renovable que no genera emisiones atmosféricas ni produce efluentes líquidos. Además, evita el uso de combustibles fósiles y es una fuente de energía inagotable. Sin embargo, las grandes centrales termosolares sí que tienen impacto sobre el paisaje ya que, entre otras cosas, necesitan grandes superficies para situar los espejos direccionales. Además, cuando termina su vida útil, las placas fotovoltaicas dejan residuos que requieren tratamientos concretos.
