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Energía Solar

El sol es la mayor fuente de energía y centro de nuestro sistema solar. En el interior de este enorme reactor nuclear el hidrógeno se funde con helio a 15 Millones de grados, generando así energía. En la superficie del sol las temperaturas alcanzan los 5700°C y desde esta superficie la luz y el calor se distribuyen a lo largo del espacio. Parte de esta radiación nos llega a la superficie de la tierra y puede convertirse en energía a través de plantas de energía solar. Según diferentes estimaciones, el sol proporciona diariamente la energía necesaria para suplir nuestra demanda a lo largo de ocho años.

Hay diferentes tipos de plantas solares:

ammonit csp powerplant 

CSP (Concentrated Solar Power / Electricidad solar de concentración)
Este tipo de plantas utiliza lentes o espejos y sistemas de seguimiento para concentrar el sol recibido en un punto en concreto. Este calor concentrado se utiliza como fuente de calor para una planta de energía convencional.

ammonit pv powerplant

PV (Photovoltaic / Fotovoltaica)
Una célula solar, o PV cell, es un dispositivo que convierte la luz en corriente eléctrica a través del efecto fotoeléctrico.

ammonit cpv powerplant

CPV (Concentrated Photovoltaics / Energía solar fotovoltaica de concentración)
Al contrario de los sistemas PV comunes, los CPV utilizan lentes y espejos curvados para concentrar los rayos solares en pequeñas pero muy eficientes células solares.

 

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Historia de la energía solar

Desde la antigüedad, el sol ha sido utilizado como fuente de energía en diversas civilizaciones. Aún así, el uso activo de la energía solar es un logro de los tiempos modernos.

En 1839 el físico francés Alexandre Edmund Bequerel descubrió el efecto fotoeléctrico, que dio comienzo a las células fotovoltaicas. Alexandre descubrió, mientras experimentaba con baterías de material galvánico, que el voltaje aumentaba cuando había radiación solar. A pesar de ello, no pudo explicar el fenómeno en aquellos tiempos, si no que fue Albert Einstein quien descubrió el trasfondo físico del efecto fotoeléctrico en 1905.

Las predecesoras de las placas fotovoltaicas actuales las desarrolló Charles Fritts en 1883. Fue él quien asentó las bases para la investigación futura del efecto fotoeléctrico.

Las células solares basadas en el Silicio son relativamente nuevas. En 1954 una investigación del equipo de los laboratorios de la corporación Bell (Estados Unidos) con los especialistas Calvin Fuller, Daryl Chapin y Gerald Pearson desarrollaron la primera célula solar con un coeficiente de rendimiento del 6%. Los siguientes desarrollos de las placas fotovoltaicas están también muy relacionadas con la tecnología espacial.

El calor proporcionado por el sol ha sido también utilizado en la antigüedad. En Egipto y Grecia la gente utilizaba espejos cóncavos para concentrar los rayos solares. Un ejemplo de esto es que desde la antigüedad la antorcha Olímpica se encendía concentrando los rayos a través de espejos.

El científico suizo Horace-Bénédict de Saussure inventó en el siglo dieciocho lo que se considera el predecesor de los colectores actuales. Aún así, la utilización de éstos para generar calor no se desarrolló hasta los años setenta del siglo pasado.

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Energía Fotovoltaica: Cómo funciona y características de una célula solar

Se llama energía fotovoltaica a la conversión directa de los rayos del sol a energía eléctrica a través de células solares. La conversión se basa en el efecto fotoeléctrico, que describe la liberación de cargas positivas y negativas dentro de un cuerpo sólido gracias a los rayos solares.

La mayoría de las células solares a lo largo del mundo se basan en semiconductores de Silicio. Dos capas de silicio con diferentes cargas son el componente esencial de la célula. Una capa límite se instala entre las otras dos capas. Las cargas liberadas pueden pasar a través de ésta gracias a los rayos solares. La energía eléctrica puede utilizarse a través de “pins” conectados en la parte frontal y trasera de los lados de la célula solar. En la parte trasera de la célula solar suele haber una superficie de contacto total.

Normalmente las células solares suelen medir 10x10cm, aunque en la actualidad las dimensiones 15x15cm son cada vez más comunes. La superficie de las células se cubre con una capa transparente anti-reflectante para proteger la célula solar y reducir la reflexión.

El voltaje proporcionado por la célula solar depende del semiconductor, por ejemplo, el silicio produce 0,5V. Mientras que el voltaje depende de la radiación solar, la corriente aumenta con una mayor luminosidad. El rendimiento de las células solares depende también de la temperatura. Una mayor temperatura solar induce a un rendimiento menor y por consiguiente un menor coeficiente de eficiencia. El coeficiente de eficiencia indica qué cantidad de luz solar puede convertirse en energía eléctrica utilizable.

Dependiendo del tipo de cristal hay diferentes tipos de células solares: monocristal, policristal y amorfos.

Material Coeficiente de eficiencia en el laboratorio (%) Coeficiente de eficiencia en producción (%)
Silicio monocristalino aprox. 24 14 ... 17
Silicio policristalino aprox. 18 13 ... 15
Silicio amorfo aprox. 13 5 ... 7

 Fuente: Wikipedia

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Energía solar térmica: Cómo funciona

Al contrario de las fotovoltaicas, las plantas térmicas solares generan energía a través de la luz solar indirectamente. La conversión de la radiación a energía térmica sigue los principios de la absorción. Se pueden utilizar colectores solares de tal forma que estos absorben directamente la radiación solar. Las grandes plantas térmicas solares trabajan con concentradores siguiendo los principios de la reflexión. Los concentradores focalizan los rayos para aumentar la intensidad de la luz incidente en el absorbedor de tal forma que la temperatura de éste aumenta.

Las plantas térmicas solares utilizan diferentes métodos para le generación de energía. Tres de ellas trabajan con espejos de enfoque.

Colectores cilindro-parabólicos
Los rayos de sol se concentran en un tubo absorbedor relleno de un fluido. Este fluido se transporta a un motor térmico donde el calor se convierte en electricidad impulsando una turbina de gas.

Plato solar parabólico
El sistema de platos parabólicos utiliza grandes platos reflectantes parabólicas. Estos concentran los rayos que reciben en un punto en concreto sobre el plato donde un receptor captura el calor que se utiliza para generar energía. Normalmente el plato suele estar acoplado a un motor Stirling aunque a veces también suele ir acompañado de un motor de vapor. Los platos solares son conocidos por tener la mayor eficiencia entre todas las tecnologías solares.

Torres eléctricas o plantas de energía de heliostato
Las torres eléctricas capturan y concentran la energía térmica del sol con miles de espejos (llamados heliostatos). Una torre se instala en el centro de el campo de heliostatos de tal forma que estos concentran la luz solar al centro del absorbedor, que está en la copa de la torre. Dentro del abosrbedor se alcanzan temperaturas mayores que 538° C y el vapor generado se utiliza para accionar turbinas creando así electricidad.

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