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SOLAR, UN SOL DE ENERGÍA

GUÍA BÁSICA DE LA ENERGÍA SOLAR

El sol nos envía energía en forma de luz y calor. A partir de la luz se obtiene electricidad por medio del aprovechamiento del efecto fotoeléctrico de algunos materiales de semiconductores, como el silicio. Esta es la llamada energía solar fotovoltaica. Otro método es la utilización de reacciones fotoquímicas para convertir la luz en electricidad. Por otro lado, se encuentra el aprovechamiento del calor del sol para producir energía solar térmica, utilizada para producir agua caliente sanitaria, el calentamiento de fluidos térmicos o el calentamiento de piscinas. En este campo la investigación ha sido abundante y se ha dirigido principalmente hacia el desarrollo de baterías que acumulen la energía recogida.

Los paneles suelen colocarse en terrazas, tejados, patios, fachadas y balcones. El único requisito es evitar que les dé sombra procedente de otros edificios o de árboles. La orientación ideal de los paneles es hacia el sur.

Los módulos pueden colocarse en casi todos los edificios, si bien es mucho más fácil su instalación en los nuevos edificios preparados para ello. En comunidades de vecinos la instalación se puede hacer para toda la comunidad o para uno de los propietarios, con el consentimiento del resto.

Para disponer de electricidad solar fotovoltaica es necesario contar con un generador fotovoltaico, que consiste en un conjunto de módulos conectados entre ellos con cableado. Es necesario también tener un inversor que convierta la corriente continua en alterna a 220 voltios. En los sistemas sin conexión a la red es necesario contar con baterías para acumular la energía.

En torno a la energía solar surge la duda de lo que ocurre los días en que no hace sol. Las instalaciones de energía solar funcionan todo el año, mientras llegue radiación solar, si bien es en verano cuando se genera más electricidad debido a la mayor duración del tiempo soleado y a su mayor intensidad. En los días nublados también se produce electricidad, aunque el rendimiento disminuye proporcionalmente a la reducción de la intensidad de la radicación.



En Tabernas, Almería, existe una plataforma solar que funciona desde los años 80 y donde se vienen desarrollando numerosos proyectos de investigación y desarrollo de estos recursos. Foto: J. E. GÓMEZ.
Panel de seguimiento solar en la Central Solar de Tabernas

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía del sol se recoge en paneles solares y se convierte en electricidad
Esta forma de obtención de energía se basa en la aplicación del efecto fotovoltaico que se produce al incidir la luz sobre unos materiales semiconductores, generándose un flujo de electrones en el interior del material, y en condiciones adecuadas, una diferencia de potencial que puede ser aprovechada con múltiples aplicaciones como la de la electricidad, tanto doméstica como en servicios públicos. Es especialmente importante para aquellos lugares aislados, granjas o caseríos. También se puede aplicar en agricultura y ganadería, no solo en electrificación sino tambien en sistemas de bombeo de aguas, de riego, depuración...etc Las celulas solares se usan tambíen en calculadoras, relojes o juguetes. En señalización y comunicaciones pueden desarrollar un papel muy importante, tanto en navegación aerea como marítima, asi como de carreteras y ferrocarriles, en repetidores de radio y tv, telefonía móvil, satélites artificiales o en aplicaciones especiales como oxigenación de aguas y vehiculos electricos.

Se denomina energía solar fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica, operación sujeta a subvenciones para una mayor viabilidad.
El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.


Foto: J. E. GÓMEZ


ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Se trata de recoger la energía del sol a través de paneles solares y convertirla en calor.

Planta termosolar de Aldeire, Granada
El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a hogares, hoteles, colegios o fábricas. También, se podra conseguir refrigeración durante las épocas cálidas.En agricultura se pueden conseguir otro tipo de aplicaciones como invernaderos solares que favorecieran las mejoras de las cosechas en calidad y cantidad, los secaderos agrícolas que consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.

Solar Térmica
(Fuente: IDAE - Instituto para al Diversificación y Ahorro de Energía)
El aprovechamiento de la energía del sol, puede conseguirse de dos maneras: sin mediación de elementos mecánicos; es decir, de forma pasiva, o con mediación de elementos mecánicos; es decir, de forma activa.
La energía solar activa, a su vez, puede ser de baja temperatura, media temperatura y alta temperatura, según la captación sea directa, de bajo índice de concentración o de alto índice de concentración.

Las aplicaciones de baja temperatura, realizadas con colectores planos vidriados, los conocidos como paneles solares, son las más extendidas comercialmente. Sus aplicaciones de más interés son:

En edificios. Para conseguir agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas y calefacción.
En instalaciones industriales. También para la preparación de agua caliente sanitaria y parcelación de agua para procesos.
En instalaciones agropecuarias. Para la calefacción de los invernaderos, agua caliente de las piscifactorías, etc.
Refrigeración Solar. En emplazamientos con necesidades de agua fría o refrigeración, mediante el aprovechamiento de calor en un proceso de absorción.
El proceso: Un enorme espejo concentrador
Fuente: Protermosolar

Una serie de espejos, dispuestos en estructuras que siguen al sol en dos ejes (helióstatos) o dispuestos en forma de canales parabólicos captan y redireccionan la radiación solar. Los rayos de sol se concentran en una superficie más pequeña (receptor o tubos absorbedores) para alcanzar temperaturas elevadas. La relación entre las áreas de la superficie de captación y la de absorción mide
la capacidad de concentración óptica.

La energía solar termoeléctrica (termosolar) y la fotovoltaica suelen confundirse en el lenguaje común,  ya que ambas emplean la radiación solar para obtener electricidad.
La energía termosolar capta la energía de los rayos de sol en forma de energía térmica, por lo que necesita de una conversión mediante un ciclo termodinámico para obtener electricidad, mientras que la fotovoltaica convierte directamente la radiación en energía eléctrica a través de células solares en paneles fotovoltaicos.
Estos paneles contienen dispositivos semiconductores convenientemente dopados para producir electricidad. Al recibir radiación, mediante el llamado efecto fotovoltaico, estas células generan una pequeña tensión eléctrica en sus extremos. Conectadas varias células en serie en el panel generan electricidad en corriente continua a una tensión del orden de 13 voltios. Después, un inversor convierte
la corriente continua en corriente alterna, y por último un transformador eleva la electricidad a media tensión para incorporarla a la red.

En resumen, las centrales termoeléctricas basan su generación de electricidad en la energía captada en forma térmica de los rayos del sol concentrados mientras que las fotovoltaicas aprovechan un
efecto físico en los materiales para convertir la radiación solar en energía eléctrica directamente. Esto implica una gran diferencia entre las dos formas de generación ya que, mientras que la fotovoltaica es de consumo directo y su almacenamiento es caro y difícil, la energía termosolar  permite el almacenamiento y la hibridación y aporta estabilidad inercial a la red gracias a sus turbinas
y alternador rotatorios. Esto la convierte en una fuente de energía fácil de gestionar y adaptable a las variaciones tanto de la radiación como de la demanda energética.



Ventajas de la energía termosolar:
No contaminante: La energía termosolar utiliza un recurso inagotable y no contaminante, lo que ayuda a mitigar los efectos del cambio climático.

Gran Potencial: El sol es el recurso renovable más abundante sobre la tierra. España es un país con grandes posibilidades en su mitad sur. Otras regiones del mundo tienen un nivel de radiación directa hasta un 30% más elevado que en nuestro país por lo que la oportunidad de instalación de centrales solares termoeléctricas es todavía más evidente.
Aporte inercial a la red: Las centrales solares termoeléctricas tienen la misma interfase con la red que las centrales térmicas, con un conjunto de turbina de vapor y alternador que proporciona una estabilidad a la red que otras tecnologías renovables no pueden aportar.
Gestionabilidad: Las centrales solares termoeléctricas, gracias a sus sistemas de almacenamiento térmico y/o de su capacidad de ser hibridadas con otras fuentes como biomasa o gas natural, pueden seguir la curva de demanda incluso cuando no haya radiación solar. Son además más fácilmente programables y tienen menos desvíos que otras tecnologías renovables.
“La energía termosolar es fácilmente gestionable: puede almacernarse durante varias horas y utilizarse para seguir a la demanda eléctrica”
Capacidad de almacenamiento: A diferencia de otras renovables, la tecnología termosolar permite almacenar la energía térmica captada en el campo solar para poder ser convertida en electricidad cuando se desee, ya sea en periodos nublados o para atender necesidades de demanda a partir de la puesta del sol. Los sistemas de almacenamiento pueden diseñarse en el rango de horas que se
determine teniendo que ampliar el campo solar correspondientemente.
Liderazgo español: El liderazgo español en el desarrollo termosolar convierte a las empresas españolas en las mejores candidatas para liderar la expansión internacional de esta tecnología, y algunas ya son adjudicatarias de varios proyectos de generación termosolar en Estados Unidos o en el Norte de África y esperamos que en breve también en Oriente Medio y Australia.
Accesibilidad: Los países con menor desarrollo energético y económico disponen por lo general de un gran recurso solar. La tecnología termosolar supone una gran oportunidad para acceder a la electricidad en zonas aisladas o para países en vías de desarrollo.
Generación de empleo: Las centrales de energía termosolar son las que más empleos generan desde su fabricación hasta su puesta en marcha. Cada planta de 50 MW ha empleado durante todas sus fases (desde el diseño, fabricación de componentes e instalación) un promedio de 5000 puestos de trabajo-equivalentes-año directos y otros tantos indirectos. Además las plantas de 50MW que están siendo construidas en España emplean a unas 500 personas por planta en el lugar de emplazamiento durante los dos años que dura su construcción. Una vez en operación requieren una plantilla indefinida de 50 empleos por planta
Reducción de costes: Los avances tecnológicos, tanto a nivel de componentes como de sistemas, permitirán reducir los costes de producción. Amplio margen de mejora: Aunque lleva desarrollándose desde finales de los 70, la tecnología
termosolar ha entrado recientemente en su fase de despegue comercial y tiene por delante un enorme potencial de mejora, apoyándose en importantes esfuerzos inversores y estrategias de I+D.

PROTERMOSOLAR
Protermosolar es la asociación que representa al sector español de la industria solar termoeléctrica y está integrada actualmente por 93 miembros. Se constituyó en junio de 2004 para defender los intereses de la industria termosolar española. Desde entonces colabora activamente con el Gobierno y con la Unión Europea para promover el desarrollo de la tecnología termosolar y cooperar en la
instauración de un sistema energético sostenible frente al cambio climático.
Protermosolar es miembro fundador y Vicepresidente de la Asociación de la industria termosolar Europea ESTELA
www.protermosolar.com




Energía Solar Termoeléctrica

La energía solar termoeléctrica se clasifica en sistemas de media temperatura y sistemas de alta temperatura. Las centrales de media temperatura más desarrolladas actualmente corresponden a centrales con colectores cilindroparabólicos. Los aprovechamientos de alta temperatura se realizan mediante centrales de torre y centrales de generadores discoparabólicos.

Centrales de Colectores Cilindroparabólicos (Media Temperatura). Están formadas por colectores de espejo que reflejan la radiación sobre un tubo situado en la línea focal, el cual contiene el absorbente y el fluido caloportador. El fluido es calentado hasta 400ºC, con relaciones de concentración solar de entre 15 y 50, produciendo vapor sobrecalentado que alimenta una turbina convencional que genera electricidad. Es necesario disponer de un sistema de seguimiento solar.

Centrales de Torre (Alta Temperatura). Formadas por un campo de helióstatos que reflejan la radiación sobre un intercambiador de calor situado en la parte superior de una torre central. Se alcanzan temperaturas de 600 ºC. 

Generadores Solares Disco-Parabólicos (Alta Temperatura). Consisten en un conjunto de espejos que forman una figura disco-parabólica en cuyo foco se dispone el receptor solar en el que se calienta el fluido. El fluido es calentado hasta 750 ºC y para generar electricidad, actualmente se utilizan motores Stirling o turbinas Brayton.


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