Energía Solar

La energía solar, como indica su nombre, es la energía proveniente de la radiación solar. Esta forma de energía renovable es una de las más abundantes de energía electromagnética que llega al planeta tierra de forma natural. Suele ser aprovechada por sistemas de recolección para producir energía térmica o energía eléctrica sin causar efectos contraproducentes contra el medio ambiente.

La energía solar se conforma de radiación solar en forma de rayos ultravioleta, luz visible y otros tipos de energía electromagnética que se generan como resultado de las reacciones físico-químicas que ocurren en la superficie del sol. Cuando esta energía se libera al espacio y llega a la superficie del planeta tierra, el ser humano puede captar esa energía a través de equipos como células fotovoltaicas, paneles solares y otros.

El aprovechamiento de la energía del sol no es nueva para el hombre, ya que desde la antigüedad ha sido utilizada por la civilización para funciones tan básicas como secar objetos como telas, pieles y otros. No obstante, también hizo posible utilidades más provechosas como crear fuego e incluso generar calefacción.

Este tipo de energía se caracteriza por provenir de una fuente inagotable, por lo que las nuevas tecnologías de la industria energética cada vez se han orientado más en aprovechar la energía solar para producir energía eléctrica a mayor escala.

Ejemplos de energía solar

A continuación repasamos algunos ejemplos de energía solar que ayudarán a comprender con mayor facilidad cómo funciona este tipo de energía.

Los invernaderos


Los invernaderos son estructuras capaces de captar y retener la energía del sol dentro de un ambiente cerrado. Generalmente se utilizan en la agricultura para proporcionar una temperatura óptima para el crecimiento de las plantas.

Los hornos solares


Aunque no se utilicen en mucho, los hornos solares son de gran importancia para muchas familias que no tienen acceso a energía eléctrica de manera regular. Este tipo de hornos funciona de la misma manera que un horno tradicional; no obstante, el calor que permite cocinar y calentar la comida proviene de la energía del sol, la cual es retenida dentro del horno para mantener la temperatura elevada el tiempo que sea necesario.

Equipos electrónicos con carga solar


Muchos dispositivos electrónicos utilizan pequeñas células fotovoltaicas que le permiten cargar su batería interna por medio de la captación de energía solar. Muchas calculadoras cuentan con esta tecnología, no obstante, cada día son más los equipos electrónicos a los que se les integran periféricos o componentes que permiten la carga solar.

Los calentadores de agua solares


Existen sistemas de calefacción de agua para usos residenciales e industriales que utilizan la energía solar para calentar el líquido. Esto permite evitar el elevado consumo de energía eléctrica que se necesita para calentar el agua y además, hace innecesaria la quema de combustibles fósiles o materia orgánica para generar calor.

Las centrales termoeléctricas solares


Las centrales de producción de energía eléctrica de tipo termoeléctricas solares son otro ejemplo de cómo se utiliza este tipo de energía. Estas instalaciones utilizan el calor producido por la energía solar para convertir el agua en vapor de agua. Este vapor se conduce a través de una turbina para generar movimiento y con ello, hacer funcionar un alternador capaz de producir corriente alterna.

Cómo se produce la energía solar

Cuando nos referimos a la energía solar, se hace referencia a la energía captada a través de paneles solares y otros dispositivos capaces de transformar la energía electromagnética del sol en energía eléctrica.

Por eso, la energía solar térmica se produce como resultado del proceso termodinámico que transforma las ondas electromagnéticas del sol en calor, el cual se retiene en receptores solares de cualquier tipo y posteriormente se transforma en electricidad, mientras que la energía solar fotovoltaica se genera por medio de semiconductores especiales capaces de transformar fotones en electricidad.

Cómo funciona

La energía solar es un tipo de energía electromagnética, por eso sus características son conocidas y nos permiten saber cómo funciona.

  • Transmisión: La energía solar proviene del sol, el cual trasmite la energía en forma de ondas electromagnéticas que viajan en el espacio hasta llegar a la tierra. Acá, para convertirse en energía solar propiamente dicha, esta energía es captada por la superficie de paneles solares o cualquier tipo de elemento capaz de transformar la energía electromagnética en calor (energía solar térmica) o electricidad (energía solar fotovoltaica).
  • Transformación en energía solar térmica: este tipo de energía se produce cuando la energía electromagnética proveniente del sol entra en contacto con un objeto capaz de retener esta energía en forma de calor. Este proceso ocurre de manera natural como consecuencia de la agitación de las partículas del material. Este calor suele ser aprovechado para generar calefacción, calentar agua e incluso para implementarse en sistemas generadores de energía eléctrica.
  • Transformación en energía fotovoltaica: Al igual que en el caso pasado, la energía electromagnética al entrar en contacto con paneles semiconductores especiales, los cuales son capaces de generar una diferencia de potencial cuando un fotón (partícula electromagnética) toca su superficie. Esta diferencia de potencial es la que permite generar energía eléctrica.

Tipos

Existen distintos tipos de energía solar según la forma en la que se aprovecha la energía del sol para producir energía eléctrica. A continuación describimos cuáles son:

Energía solar térmica


La energía solar térmica también se conoce como energía termosolar. Este tipo de energía solar es la que se utiliza para calentar el agua de uso doméstico o residencial por medio del calor del sol.

Emergía solar fotovoltaica


La energía solar fotovoltaica es quizás la más importante de todas las formas de energía solar. Se trata de la energía captada en forma de radiación solar que se utiliza para generar energía eléctrica. Para hacer esto posible se utilizan paneles semiconductores u otros dispositivos especiales. Cabe destacar que la energía solar fotovoltaica es el tipo de energía solar más avanzado y difundido en esta época.

Energía solar híbrida


La energía solar híbrida, como su nombre lo indica, es la que utiliza más de una fuente de energía para producir energía eléctrica. Un ejemplo de ello son las centrales termoeléctricas híbridas, en donde se aprovecha la energía solar y la quema de combustibles fósiles para producir electricidad.

Energía termosolar de concentración


Este tipo de energía termosolar consiste en concentrar toda la energía del sol en un espacio limitado para generar un calor de gran intensidad. Para ello se utilizan paneles en forma de espejos, los cuales reflejan la energía hacia el lugar en el cual se encuentra el panel principal.

Energía solar eólica


Es una de las fuentes de energía solar más recientes que existen. La energía solar eólica consiste en el aprovechamiento del aire que ha sido calentado por el sol para generar energía eléctrica.

Usos

La energía solar tiene muchos usos de importancia para la civilización moderna, a continuación destacamos algunos de ellos:

Cargador solar portable.
  1. En la producción de energía eléctrica en forma de energía solar fotovoltaica. Existen muchas centrales en el mundo que utilizan este modelo para generar energía limpia y amigable con el medio ambiente.
  2. Para generar calefacción se utiliza la energía solar a través de sistemas que captan la energía solar térmica y la conducen hasta sistemas de suelo radiante u otros equipos de calefacción de uso residencial o industrial.
  3. La energía del sol en forma de luz solar nos proporciona iluminación natural durante todo el día.
  4. Permite cargar la batería de equipos electrónicos como teléfonos, tablets, calculadoras y demás por medio de pequeñas células fotovoltaicas.
  5. Se usa para calentar alimentos sin necesidad de hornos microondas y gas natural.

Ventajas y desventajas

La energía solar trae consigo muchas ventajas que vale la pena destacar, sin embargo, junto con ella vienen una serie de limitaciones en forma de desventajas que también se deben conocer. A continuación explicamos cuáles son.

Ventajas

  • La energía solar es un tipo de energía renovable, por lo que su uso y aprovechamiento no consume recursos renovables del planeta.
  • No genera subproductos contaminantes, ya que el aprovechamiento de la energía solar no requiere del uso de combustibles fósiles.
  • Proviene de una fuente de energía gratuita, ya que las ondas electromagnéticas que dan calor y luz al planeta tierra provienen del sol.
  • Hace posible la producción de otros tipos de energía como la energía eléctrica y la energía térmica, las cuales son fundamentales para la sociedad moderna.
  • La instalación de equipos solares en viviendas suelen tener una gran eficiencia para la producción energética y de calefacción, lo que abarata en gran medida los costos de consumo energético convencional.
  • Hace posible que zonas rurales y pequeños poblados alejados de las centrales eléctricas puedan tener su propia energía eléctrica por medio de paneles solares.

Desventajas

  • La inversión inicial para los equipos que aprovechan la energía solar generalmente es elevada.
  • Para generar grandes cantidades de energía eléctrica se requieren enormes extensiones de terreno, ya que la instalación de los paneles solares necesitan exposición directa al sol.
  • Es intermitente, ya que depende del clima, la estación del año y la posición del sol. Además, durante la noche no es posible captar energía del sol.
  • A pesar de tener una gran eficiencia en cuanto a producción eléctrica, no llega a igualarse a la de otros tipos de energía como la hidráulica o la termoeléctrica.
  • Existen importantes limitaciones para almacenar la energía solar en grandes cantidades.
  • No es rentable para regiones nubladas donde no hay prolongados periodos de tiempo de exposición al sol.

Fórmula matemática

En el campo de la ingeniería se calcula la energía solar que se puede captar en forma de energía energía solar térmica. A continuación mostramos la fórmula que se aplica:

\[Q= k*t*S\]

En esta ecuación:

  • Q= Cantidad de calor en cal.
  • k= Coeficiente de radiación solar en cal/(min/cm2).
  • t= Tiempo de exposición al sol en min.
  • S= Área de la superficie expuesta en cm2.