Mucho hablamos en nuestro portal sobre la energía solar, los paneles solares,los avances en la ciencia y nuevos descubrimientos. Pero ¿cómo funciona exactamente la energía solar? ¿qué tipo de paneles solares existen y cómo se componen? En el siguiente artículo trataremos de arrojar un poco más de luz sobre la energía solar y su modo de funcionamiento.
La energía solar es el futuro para muchos en lo que respecta a la energía que nos permita poder «alimentar» el hogar, principalmente, así como la industria o incluso los coches. No contamina, es inagotable y tiene además otras ventajas que también os vamos a explicar, pero ¿tiene alguna desventaja? De esto también os queremos hablar para que en definitiva, podáis saber todo sobre la energía solar.
¿Cómo funciona la energía solar?
Existen dos formas principales de utilizar la energía solar, una como fuente de calor para sistemas solares térmicos, la otra como fuente de electricidad para sistemas solares fotovoltaicos. Nos centraremos en esta última aplicación.
En principio la forma en la que se captura la luz del sol para convertirla en electricidad se hace a través de paneles solares o fotovoltaicos. Estos paneles están formados por grupos de las llamadas células o celdas solares que son las responsables de transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones).
Estas células se conectan entre sí como un circuito en serie para así aumentar la tensión de salida de la electricidad, o sea si será de 12 volts o 24. Al mismo tiempo varias redes de circuito paralelo se conectan para aumentar la capacidad de producción eléctrica que podrá proporcionar el panel.
Como el tipo corriente eléctrica que proporcionan los paneles solares es corriente continua, muchas veces se usa un inversor y/o convertidor de potencia para transformar la corriente continua en corriente alterna, que es la que utilizamos habitualmente en nuestras casas, trabajos y comercios.
La célula solar
Cuando hablamos en Erenovable de nuevos descubrimientos o avances en la ciencia generalmente nos referimos al descubrimiento o desarrollo de nuevos y mejores materiales para fabricar una célula solar.
Una célula solar funciona básicamente de la siguiente forma: los fotones, que provienen de la radiación solar, impactan sobre la superficie de la célula y allí son absorbidos por materiales semiconductores, tales como el silicio. Los fotones golpean a los electrones liberándolos de los átomos a los que pertenecían. Así los electrones comienzan a circular por el material, y así producen electricidad.
Este funcionamiento básico se repite cualquier sea el material usado en lacélulas solar, siempre y cuando por supuesto tenga propiedades conductoras y absorban la luz.
Las células solares que forman los paneles solares actualmente disponibles en el mercado están hechas a base de silicio, material semiconductor muy abundante en el planeta, pero también difícil de extraer y sintetizar, con lo cual los paneles solares resultantes suelen ser caros, pesados y difíciles de instalar.
Por esta razón científicos del mundo entero trabajan continuamente en la búsqueda de nuevos materiales que den como resultado paneles solares más baratos, eficientes, livianos, delgados y capaces de tener mayor cantidad de aplicaciones, como hasta ser capaces de envasarse en un spray.
Así podemos apreciar que se trabaja en la fabricación de células solares con materiales como el cobre, indio, galio y selenio y hasta germanio. Este último da los mejores resultados en eficiencia pero son carísimos de fabricar, con lo cual su uso queda restringido a entidades como la Nasa. También se realizan células llamadas de doble o triple unión, que usan varios elementos agregados de capa delgada, con utilización de tecnología sensibilizada por colorante o celda solar Graetzel, materiales híbridos, y nanotecnología.
La gran apuesta del futuro esta en las células solares orgánicas, que son células que están hechas en base polímeros orgánicos, como puede ser ciertos tipos de plástico, que tiene las mismas propiedades de conducción que el silicio pero que pueden ser “impresos” o “pagados” sobre casi cualquier tipo de material. Los paneles solares compuestos por células orgánicas son más baratos de fabricar, más livianos y más fáciles de instalar. El gran inconveniente que presentan es que aún no logran alcanzar el nivel deeficiencia de conversión que tiene los paneles de silicio. Aunque continuamente vemos que los científicos logran aumentar este nivel de eficiencia, esto ocurre por el momento en ámbitos controlados de laboratorio y aún falta bastante para que lleguen a destino comercial.
¿Cómo funcionan las plantas de energía solar?
La energía solar es algo de lo que nos podemos beneficiar en casa, gracias al uso de paneles solares, pero también tenemos que hablaros de las plantas solares que se basan en un principio simple: producir energía a partir de energía solar , a través de paneles solares. De este modo, aprovechamos la radiación solar para producir energía renovable . Es energía limpia.
Hablamos de una planta de energía solar para calificar las unidades de producción de energía a través de la radiación solar, sin límite de tamaño. Por lo tanto, este término puede aplicarse a grandes instalaciones, pero también a plantas más pequeñas.
Hay principalmente tres tipos: plantas solares fotovoltaicas , las centrales térmicas solares y plantas de energía solar térmica .
La energía producida por las plantas de energía solar puede usarse en el sitio o retroalimentar a la red de distribución de electricidad. .
Plantas solares fotovoltaicas
Las plantas de energía solar fotovoltaica transforman la radiación solar en electricidad gracias a las células fotovoltaicas integradas en paneles. Estos pueden colocarse en el suelo o instalarse en techos. Por lo tanto, recolectarán energía solar para transformarla en electricidad. La vida útil de una planta de energía solar fotovoltaica es de al menos 25 años para plantas nuevas, hasta 40 o 45 años.
El silicio cristalino representa el 90% del mercado mundial de células fotovoltaicas: como ya os hemos explicado anteriormente, estas células se componen de obleas de silicio delgadas, elemento que se extrae de arena o cuarzo. Otros tipos de células fotovoltaicas se están desarrollando gradualmente, como capas delgadas, células orgánicas, células de concentración y células híbridas de perovskita.
Plantas de energía solar térmica
Las plantas de energía solar térmica se utilizan para generar calor , directamente a partir de la energía térmica del sol. El calor producido es generalmente a una temperatura relativamente baja. Se puede utilizar para calefacción doméstica o producción de agua caliente sanitaria .
Los tres tipos más comunes de equipos son calentadores de agua solares individuales, sistemas solares combinados (para producir agua caliente sanitaria y calefacción para individuos) y sistemas de agua caliente solar colectiva.
El equipo solar térmico nunca garantiza el 100% de las necesidades de agua caliente o calefacción de una casa. Por lo tanto, siempre debe complementarse con otro dispositivo.
Plantas termodinámicas de energía solar
Las centrales térmicas solares convierten la energía de radiación solar, térmica o eléctrica, dependiendo del dispositivo en su lugar. Gracias a los espejos, concentran la radiación solar en un lugar para calentar un fluido de transferencia de calor (que transmite calor), generalmente sales fundidas o aceite. Este fluido alcanza una temperatura alta, alrededor de 400 grados. El calor que almacena puede usarse directamente para fines industriales o para generar electricidad a través de una turbina de vapor.
Las plantas de energía solar termodinámica tienen una ventaja notable sobre las plantas de energía fotovoltaica: la producción de energía no se detiene cuando no sale el sol. De hecho, la planta puede continuar operando sin luz solar si tiene un tanque de almacenamiento para el líquido calentado. En general, estas capacidades de almacenamiento pueden representar entre 7 y 15 horas de operación de la planta de energía solar termodinámica.
¿Qué ventajas ofrece la energía solar?
La energía solar es un tipo de energía que ofrece numerosas ventajas respecto a los métodos tradicionales de abastecimiento, basados en el uso de combustibles fósiles y recursos no renovables. Algunas de estas ventajas que ofrece la energía solar son:
Fuente de energía poderosa
Quizá el primer punto a resaltar es, simplemente, que la energía solar existe, proviene del sol, y es muy poderosa. Y lo más importante de todo, en la actualidad ya existen métodos y sistemas para recoger la energía del sol y transformarla en calor o electricidad, ya sea para uso doméstico o con fines industriales.
Energía renovable
Además, esta energía es totalmente renovable. Es decir, a la hora de “explotar” la energía que proviene de los rayos solares no hay que preocuparse de si estaremos agotando nuestros recursos o de si algún día el sol dejará de ofrecernos su calor. Si recurrimos a los científicos nos dirán que el sol dejará algún día de brillar, dentro de miles de millones de años. Evidentemente, no es un espacio de tiempo infinito pero para el resto de la historia de nuestro planeta es suficiente.
Energía de bajo costo
A pesar de un importante costo de inversión para la instalación de un sistema solar, aquellos que decidan enfocarse en esta tecnología verán claramente como a la larga, el gasto de la factura de electricidad se reduce.
«Fácil» de recoger
Por otra parte, la energía solar puede ser recogida y transformada en calor y electricidad sin necesidad de complicados procesos industriales en los que intervengan agentes químicos o contaminantes. La mayor parte de las energías que se usan en la actualidad contribuyen al cambio climático y a acelerar el calentamiento global y el agujero en la capa de ozono. Sin embargo, la energía solar es una energía limpia, que solo necesita de una instalación basada en simples paneles solares para poder ser recogida.
Fácil de instalar y mantener
Y es que esa es otra de las ventajas de la energía solar. Su sencillez de instalación y mantenimiento. Los paneles solares son sencillos de montar y mantener, sobre todo a gran escala, y tal vez su único problema en este sentido es el impacto paisajístico que pueden provocar las instalaciones fotovoltaicas de gran tamaño.
Energía de autoabastecimiento
La energía solar es también el tipo de suministro, junto con la energía eólica, que podría llevar a muchas zonas necesitadas al autoabastecimiento. Con el desarrollo de la energía solar disminuiría la dependencia de las eléctricas y las compañías de gas natural y, con ello, nuestra independencia energética y el ahorro en la factura de la luz.
Variedad en el uso de la fuente solar
La energía del sol se puede utilizar de diferentes maneras: con un sistema solar fotovoltaico, que transforma la luz dirigida hacia los paneles en electricidad; con un sistema solar térmico, que le permite usar el calor de los rayos del sol para calentar un fluido, que luego se utiliza, por ejemplo, para calentar los hogares; con un sistema solar termodinámico, que reúne las dos características de las primeras plantas mencionadas.
Energía de futuro
Por último, cabe citar que la energía solar aún es una energía “en pañales” y, a pesar de ello, ya es el tipo de energía mediante el cual se abastecen algunos aparatos muy modernos, como por ejemplo los satélites que orbitan en el espacio.
Por estas y otras muchas razones, la energía solar debería ser una alternativa mucho más real a las energías no renovables de lo que es en la actualidad, pero también es nuestra labor hablar de las desventajas que ofrece este tipo de energía. No es que sean muchas, pero sí que son destacables.
Las desventajas de la energía solar
En cuanto a las desventajas que encontramos en la energía solar podemos señalar las siguientes:
Costo de instalación
Como se mencionó anteriormente, el costo del sistema fotovoltaico puede ser alto , pero el retorno del tiempo de inversión (gracias al ahorro en la factura de electricidad) es seguro y siempre se estima entre 5 y 10 años . Últimamente los investigadores han estado buscando soluciones innovadoras de bajo costo, como polímeros semiconductores o celdas de concentración.
Bajo rendimiento
Desafortunadamente, las tecnologías existentes tienen rendimientos muy bajos en comparación con otras plantas de producción; Esto significa que la energía producida es aproximadamente un tercio de la energía que podría producirse teóricamente (las celdas de primera generación que son las más comunes, tienen eficiencias de alrededor del 33% , mientras que, por ejemplo, una turbina eólica puede tener una eficiencia entre 40 y 50%).
Necesidad de un área de instalación grande
Con una baja concentración, la luz solar debe capturarse desde las superficies más grandes posibles. Es un problema construir grandes plantas, porque necesitan grandes áreas y pueden quitar tierras que pueden usarse, por ejemplo, para la agricultura . Una solución implementada recientemente consiste en ubicar las plantas cerca de las zonas desérticas. La planta de Ouarzazate (Marruecos) por ejemplo está ubicada a las puertas del desierto, no ocupa tierra que pueda usarse de otra manera y se encuentra en un área con una alta densidad de luz solar.
Discontinuidad del recurso e incapacidad de grandes acumulaciones
El mayor problema es que el Sol no siempre está ahí. En un día nublado y de noche no es posible contar con el suministro de energía del Sol. Sin embargo, ¡el usuario también necesita energía en estos dos casos! La solución proviene del almacenamiento de energía solar que no se utiliza cuando el Sol está allí. Desafortunadamente, las baterías de almacenamiento que existen hoy en día no pueden garantizar una cobertura de energía lo suficientemente grande como para resolver el problema . El fabricante de automóviles estadounidense Tesla está investigando para hacer que las baterías existentes sean más eficientes.
Estos son los pros y los contras de una energía que el hombre ha usado desde que apareció en la Tierra (cultivar plantas gracias a la energía solar fue probablemente la primera fuente de la que se obtuvo el fuego). Ahora depende de usted hacerse una idea de si es conveniente o no usarlo.
Video: Cómo se trasforma la energía solar en electricidad
En el siguiente video (en inglés) podéis ver cómo se trasforma la energía solar en electricidad.
