ENERGÍA SOLAR | Detalles técnicos, capacidad y funcionamiento

La energía solar es un tipo de energía limpia y renovable que consiste en aprovechar la energía que ofrece el Sol. Este astro contiene una cantidad incalculable de energía, por lo que se puede afirmar que es inagotable.

Se estima que el Sol tiene aproximadamente cinco millones de años irradiando luz y calor, aun así no ha alcanzado la mitad de su existencia. El Sol ofrece energía inagotable y potente; vierte cada día sobre la Tierra diez mil veces más de lo que el hombre consume en un día por todo el globo terráqueo.

Qué es la Energía Solar?

Se define como energía solar toda la que se encuentra contenida en las radiaciones solares. Esta puede ser convertida en energía térmica o electricidad por medio de dispositivos especiales. Incluso la energía calorífica del sol puede aprovecharse sin necesidad de equipos intermediarios.

Como funciona la Energía Solar?

La energía del sol llega a la Tierra como radiaciones electromagnéticas (luz, rayos ultravioletas y calor). En el Sol se lleva a cabo un proceso que implica fusión nuclear, el cual libera una enrome cantidad de energía. La luz solar puede aprovecharse de dos formas, estas son: Por conversión térmica o conversión fotovoltaica.

La conversión térmica implica la trasformación de energía solar en energía térmica o calorífica que se almacena en un fluido. Para que el fluido se caliente es necesario utilizar colectores. Por otro lado, la conversión fotovoltaica implica convertir la energía luminosa en energía eléctrica. Para lograrlo, se usan placas solares que se forman por células fotovoltaicas.

Para qué sirve la Energía Solar?

  • Mantener caliente el agua de piscinas, duchas, grifos, etc.
  • Para generar calefacción por medio de radiaciones o suelo radiante.
  • Hacer que funcionen aparatos para refrigeración.
  • Industrialmente, en hornos solares o como secadora de productos agrícolas.
  • Transformación de energía solar en electricidad.

Características de la Energía Solar

  • Es una clase de energía natural que proviene del Sol.
  • Puede considerarse que es inagotable y renovable. Se estima que deben pasar 6000 millones de años para que se extinga.
  • Es una energía con gran disponibilidad, especialmente es lugares donde sale el sol a lo largo de casi todo el día.
  • Es autóctona y universal.

Ventajas de la Energía Solar

  • La ventaja más destacada es que es una fuente inagotable.
  • El impacto medioambiental se redujo en comparación con otras fuentes, por lo que se le considera una energía limpia.
  • Es posible obtener electricidad a un menor costo.
  • Puede emplearse para una gran variedad de usos.
  • Los mecanismos usados para obtener energía solar pueden desmontarse sin causar contaminación excesiva.
  • Es común, en el caso de viviendas, colocar los paneles solares sobre el techo, por lo que es sencillo.

Requisitos para implementar la Energía Solar

  • Tener espacios adecuados disponibles para instalar los colectores o celdas fotovoltaicas.
  • La fuente solar debe estar disponible.
  • Buenas condiciones morfológicas y ambientales.
  • Es importante que los paneles tengan una inclinación óptima con respecto al plano horizontal.

No se debe olvidar que las barreras referentes a elementos naturales (colinas o arboles) o artificiales, como los edificios, establecen la disminución del aporte solar.

Paneles solares

Capacidad de producción de la Energía Solar

Para inicios del año 2015, un avión llamado Solar Impulse 2 empezó a viajar alrededor del mundo usando únicamente energía fotovoltaica del sol como fuente de potencia. En Samoa se haya una isla que funciona en su totalidad con energía solar. En la India hay un aeropuerto que emplea energía fotovoltaica exclusivamente. Estos son únicamente ejemplos que confirman el hecho de que la energía solar se ha vuelto imparable, siendo todo esto solo el principio.

Los números hablan solos: Según IRENA o Agencia Internacional de Energías Renovables, en 2017 se logró alcanzar más de 227,000 MW de potencia solar instalada en todo el mundo, la cual supera a la capacidad que se alcanzaba en el 2000, tan solo 1,223 MW.

Según otros datos, para el 2019 se espera que la capacidad de energía solar acumulada sea de aproximadamente 540.000 MW. Esto supondría un 135% superior a lo que se ha instalado hasta ahora.

Junto a la energía eólica, es una de las más accesibles y conocidas a nivel mundial, muy por arriba de otras poco desarrolladas como la energía mareomotriz.

ENERGÍA EÓLICA | Detalles técnicos, capacidad y funcionamiento

La energía eólica se refiere a la energía que se puede obtener tomando como materia prima las corrientes de aire.

El viento consiste en el movimiento del aire atmosférico causado por el calentamiento heterogéneo, ya sea por efecto del sol o por las irregularidades y la rotación de la tierra. El viento es una fuente de energía renovable y limpia. Actualmente, la energía eólica es la que tiene mayor crecimiento a nivel mundial con respecto a otras energías renovables.

Qué es la energía eólica?

La energía eólica forma parte de las energías limpias y renovables y consiste en emplear el poder del viento para la producción de energía. Por lo general, el sistema que capta el viento trasforma la energía cinética en electricidad.

Para poder explotar esta clase de energía se requiere de equipos especiales llamados aerogeneradores. Estos consisten en una turbina de viento que se ubica en el extremo de una torre, siendo la base del generador de energía eléctrica.

Como funciona la energía eólica?

El aire que es calentado por los rayos solares suele ser ligero, por lo que sube y se produce una zona con baja presión. Sucede lo contrario cuando se enfría. La diferencia de presión produce flujos de aire y el aire ubicado en la zona con alta presión se moviliza a las zonas con baja presión. Mientras más elevada es la diferencia de presión, más rápido fluirá el aire y como resultado habrá mayor cantidad de vientos.

El viento o las corrientes de aire producen energía de movimiento y esta se puede aprovechar al ser captada por las aspas giratorias de un aerogenerador. Antiguamente se usaban molinos de viento para trasformar energía eólica en energía mecánica y de esta forma moler el trigo. Las aspas giratorias movían un eje y este al mismo tiempo movilizaba la rueda que trituraba los granos.

Las centrales eólicas modernas usan aerogeneradores parecidos a grandes molinos de viento. Las aspas mueven un generador que convierte la energía del viento en electricidad. Cuando el viento incide en las aspas sufre desaceleración, por lo que sólo un 59% de la energía eólica es aprovechable.

Para qué sirve la energía eólica?

Las posibilidades en lo que respecta a la aplicación de la energía eólica se pueden clasificar en tres grupos:

  • Energía mecánica: Para el bombeo de agua a través de bombas de pistón, bombas centrifugas o tronillo helicoidal.
  • Energía térmica: Se obtiene a partir de energía mecánica, ya sea por calentamiento o por compresión de un líquido refrigerante en una bomba de calor.
  • Energía eléctrica: Es el uso más común, pero requiere de un sistema de almacenamiento.

Características de la energía eólica

La energía eólica es una tecnología eficiente que se produce de manera segura y sostenible, en lo que respecta al cuidado del ambiente. Las principales características de esta energía son:

  • Es autóctona o pertenece directamente a la naturaleza.
  • No presenta emisiones nocivas.
  • Proviene de una fuente inagotable.
  • Su uso puede derivar en fuentes de empleo y riquezas.
  • Está muy avanzada en comparación con otras energias renovables a nivel mundial; sólo la alcanza la energía solar.

Ventajas de la energía eólica

  • La fuente de energía, el viento, es gratuita y se puede captar eficientemente, resultando cada vez más rentable.
  • La turbina empleada para la producción de energía no genera gases dañinos ni contaminantes.
  • Es completamente renovable, puesto que el viento nunca se acaba.
  • Aunque los aerogeneradores son de gran tamaño, cada uno ocupa una parcela de tierra pequeña. De esta manera, el espacio restante se puede emplear para otros usos rentables como ganadería o agricultura.
  • Las áreas lejanas que no se encuentran conectadas a la red convencional de energía eléctrica pueden emplear la energía eólica para generar un suministro propio.
  • Los aerogeneradores exigen mantenimiento poco costoso.

Requisitos para implementar la energía eólica

Antes de colocar un aerogenerador o una central de energía eólica es importante saber si se cuenta con el recurso eólico mínimo requerido para que la instalación sea viable. Se deben tomar en cuenta tres aspectos fundamentales.

  • Espacio abierto: Es importante determinar si el espacio abierto es el adecuado para la instalación de aerogeneradores. Se debe contar, por lo menos, con una cubierta, tejado, jardín, solar, patio o terreno. Este espacio debe ser suficientemente grande para colocar tensores y soportes a la torre del aerogenerador, si así lo requiere. Además del espacio, es necesario asegurase de si se cumplen los recaudos legales para usar la instalación eólica.
  • Espacio sin obstáculos: Los obstáculos que están cerca de las instalaciones puede que influyan directamente en la dirección y velocidad del viento. También pueden crear turbulencias que afectan directamente el rendimiento de los aerogeneradores, por lo que es vital escoger una ubicación que evite árboles, edificios y cualquier otra barrera física que obstaculice el viento.
    La barrera irá aumentando con la densidad, altura y longitud del obstáculo. Por ejemplo, un edificio bloqueará más el viento que un árbol. Para tener una idea, la turbulencia que causa un obstáculo afecta más o menos el doble de la altura verticalmente y entre 10 a 20 veces su altura horizontalmente. Es por esto que el diseño debe dejar 10 metros libres de alto y de 7 a 10 veces el diámetro del obstáculo.
  • Suficiente recurso eólico: En este aspecto se considera el factor viento como tal. El viento posee dos características básicas:
  1. Dirección del viento: Es el punto desde donde sopla el viento y es medido con una veleta. El análisis de las direcciones del viento determinan la orientación y ubicación del aerogenerador.
  2. Velocidad del viento: La intensidad del viento se mide en velocidad, Km/h, m/s o en nudos. Se usa un anemómetro que incorpora una veleta. La velocidad del viento incrementa con la altitud, ya que disminuye la fricción que ocasionan los obstáculos y la superficie de la tierra. Esta merma durante la noche y aumenta cuando aparece el sol, entre las horas 12 y 16.

Capacidad de producción de la energía eólica

Hoy en día la energía eólica tiene la capacidad de producir más del 3% de energía eléctrica que se consume mundialmente. Se espera que supere el 5% para el 2020. Apuntando hacia el futuro, se estima que la energía que produce el viento cubra un 9% de la demanda mundial y hasta más del 20% solamente en Europa.

Existen compañías que cada año producen un total de hasta 17.000 GV cada hora, empleando únicamente energía eólica. Esto equivale a la energía eléctrica consumida por cinco millones de personas.

Fracturación hidráulica (Fracking) | Qué es y proceso completo

La fracturación hidráulica o fracking es una técnica aplicada para la extracción de gas natural o petróleo en yacimientos no convencionales. Implica crear uno varios canales con permeabilidad elevada por medio de la inyección a alta presión de agua, con el fin de que supere la resistencia que tiene la roca y se forme una fractura controlada en la profundidad del pozo.

Como funciona la fracturación hidráulica?

Con la técnica del fracking es posible explotar el gas o el petróleo que se encuentra acumulado en las fisuras y poros de las rocas sedimentarias estratificadas. Estas son de grano fino o muy fino (por lo general, margas o pizarras) y poseen baja permeabilidad, lo que impide la movilización del gas a las áreas de fácil extracción. Para llevar a cabo la fracturación hidráulica se deben hacer centenares de pozos que ocupan extensas áreas.

Se inyecta en estos pozos millones de litros de agua, compuesta además por un cóctel químico para la extracción. Este fluido rico en sustancias químicas y arena facilita que el gas se libere y fluya hacia la boca del orificio de extracción.

Este procedimiento se puede realizar verticalmente o de forma horizontal, la cual es la más común. Pueden irse creando y abriendo vías nuevas para continuar la exploración del subsuelo para encontrar recursos nuevos.

Dónde ocurre el fracking y por qué es necesario?

Para comprender dónde ocurre el fracking y por qué es necesario, es importante diferenciar entre los yacimientos convencionales y los que no lo son.

Yacimientos convencionales

Son los tradicionales yacimientos de petróleo y gas. Los hidrocarburos se encuentran en rocas que sirven de almacén y que tienen una estructura estratigráfica. La roca madre que contenía gran cantidad de materia orgánica, alta porosidad y permeabilidad produjo los hidrocarburos a partir de un proceso que incluía efectos de la presión y la temperatura. Después, los hidrocarburos migraron a través de un canal, terminando atrapados en una roca almacén por efecto de un sello.

Yacimientos no convencionales

Estos yacimientos son diferentes a los anteriores porque la roca madre no poseía permeabilidad para que los hidrocarburos migraran. Es por eso que, cuando se formaron los hidrocarburos, quedaron concentrados en la roca madre. Para poder explotarlos se debe estimular la permeabilidad de forma artificial, este proceso es lo que se le llama fracking o fracturación hidráulica.

Ventajas de la fracturación hidráulica

  • La ventaja principal es que permite el acceso al gas y al petróleo que no pueden extraerse usando métodos convencionales.
  • En algunos países ha bajado el precio del combustible gracias a la instauración de este método.
  • Garantiza que haya reservas hasta por unos 100 años.

Desventajas de la fracturación hidráulica

  • Se deben usar cantidades exageradas de agua, esto eleva el costo en gran medida.
  • El cóctel químico utilizado se compone por elementos contaminantes con porcentajes cancerígenos altos y puede que contamine las aguas del subsuelo.
  • Hay expertos que aseguran que puede ocurrir un desastre si algún procedimiento en la técnica se realiza mal.
  • Los expertos afirman que el fracking puede que origine terremotos pequeños.
  • Quienes defienden el medio ambiente consideran que continuar con la fracturación hidráulica contribuye al olvido de las energías renovables.

Combustibles nucleares | Cuáles son, formación y usos

Se denominan combustibles nucleares a todos los materiales que se han adaptado para usarse en la producción de energía nuclear. Este término se pude referir al material como tal o al conjunto creado y usado para generar energía, es decir, los manojos o haces de combustible elaborados por barras que en su interior contienen el material nuclear. La energía nuclear ha ganado aceptación en los últimos años y sus aplicaciones son diversas.

Qué son los combustibles nucleares?

El combustible nuclear se refiere a un material que por medio de fisión o fusión de núcleos pueden producir o liberar energía. Se puede obtener energía a partir de la división o por el choque de los núcleos de un átomo.

Esta clase de combustible debe estar compuesto por elementos fisibles. Esto quiere decir que el núcleo del elemento debe ser capaz de reaccionar con neutrones libres de cualquier clase de energía experimentado fisión. El elemento fisible más usado en el combustible nuclear es el uranio.

El uranio permite generar reacciones controladas en cadena dentro de los reactores nucleares que están en las centrales. El isótopo que más se emplea en la fisión nuclear es el Uranio 235. El plutonio es otro de los metales radiactivos usados como combustible nuclear. Tanto el uranio como el plutonio reaccionan por medio de fisión o fusión nuclear, liberando energía térmica.

Cómo se forman los combustibles nucleares?

El uranio es un elemento que se encuentra en la naturaleza. Se forma por tres isótopos diferentes: 238U, 235U y 234U.

Para usar el uranio en los reactores nucleares se debe llevar a cabo una serie de procesos físicos y químicos. De esta forma el elemento pasa desde su forma natural (mineral) a los pellets de óxido cerámico que se colocan en el núcleo del reactor.

Primero, el uranio es extraído de la tierra, se tritura y se somete a procesamiento. Por lo general, se disuelve con ácido sulfúrico y se obtiene una torta amarilla llamada “yellowcake”, en inglés. Después se convierte el uranio en UF6 para su posterior enriquecimiento en isótopo 235, antes de volver a convertirlo en oxido de uranio.

Yellowcake de Uranio.

Generación de energía por combustibles nucleares

Para aprovechar la energía nuclear, se obtiene energía de las uniones nucleares del átomo, en forma de calor. La producción de energía a partir de combustibles nucleares requiere que ocurra fisión o fusión nuclear.

La fisión consiste en la desintegración radioactiva en la que el núcleo de un átomo se divide en núcleos más pequeños o ligeros. La fisión produce fotones y neutrones libres, liberando grandes cantidades de energía.

Por otro lado, la fusión es una reacción donde dos núcleos o más de un átomo chocan a velocidades muy rápidas, se une y forman un nuevo núcleo atómico.

Las centrales nucleares se encargan de obtener la energía desprendida por estas reacciones nucleares. Entre los elementos que conforman estas instalaciones se encuentra un reactor nuclear, que es el componente donde ocurren las reacciones. La energía calorífica acciona unas turbinas y estas últimas generan la electricidad.

Las centrales de potencia que se han instalado actualmente usan fisión nuclear, la fusión se encuentra aún en periodo experimental.

Tipos de combustibles nucleares

La clasificación de los combustibles nucleares está dada por la clase de reactor, si es de fisión o de fusión.

Los combustibles en los reactores de fisión pueden ser líquidos, metálicos, cerámicos o a base de óxidos (como los óxidos mixtos o el dióxido de uranio). Otras formas de combustibles incluyen el dióxido de uranio en polvo, el combustible PWR (reactor de agua presurizada), el BWR (reactor de agua en ebullición) y el CANDU.

Entre los combustibles usados en fusión están el deuterio y el tritio. Suelen dividirse en combustibles de primera, segunda y tercera generación. El primer grupo son los de más fácil fundición porque tiene cargas bajas en los núcleos, aquí están incluidos el tritio y el deuterio.

Los elementos de la segunda generación generan menos neutrones y necesitan temperaturas de confinamiento. Los de la tercera generación producen únicamente en las reacciones primarias partículas cargadas.

Para qué sirven los combustibles nucleares?

La tecnología nuclear es el nombre que lleva el conjunto de técnicas que emplea reacciones entre núcleos atómicos. Algunas de las aplicaciones son las siguientes:

Bomba nuclear – Arma de destrucción masiva.
  • Los reactores son la clase de tecnología más empleada, porque controlan las reacciones en las plantas nucleares. En estos el calor generado en la fisión se transmite a un fluido de trabajo, que pasa a su vez hacia unas turbinas para que se movilicen los generadores eléctricos.
  • Por otro lado, los rayos gama y rayos X son otra clase de tecnología aplicada en diferentes ámbitos y con diversos fines. El campo médico se ha visto beneficiado con esta tecnología, para el diagnóstico y el tratamiento de ciertas patologías que requieren radiación.
  • Otro caso es el de las armas nucleares, aparatos que liberan enormes cantidades de energía tomando como base cantidades pequeñas de materia. Desafortunadamente, estas armas tiene devastadores efectos y algunas se han concebido como armas de destrucción masiva.

Combustibles fósiles – Cuáles son, formación y usos

Un alto porcentaje de la energía que se usa en todo el mundo se deriva de los combustibles fósiles y se estima que este valor puede alcanzar hasta un 90%. Estas fuentes de energía se encuentran y han sido formadas por la Tierra.

Condiciones especiales de calor y presión, sumadas a millones de años; permitieron que organismos muertos en el subsuelo sufrieran una descomposición anaeróbica, generando fuentes de energías.

Qué son los combustibles fósiles?

Combustibles fósiles son todos los elementos que utilizan combustión para generar energía y que han sido formados a partir de organismos y plantas que existieron en la tierra hace millones y millones de años. De manera que la materia orgánica producida hace muchísimo tiempo es la base de los combustibles fósiles.

Después de pasar por grandes cambios, han llegado a formar elementos con niveles de energía altos, ejemplo de esto son los hidrocarburos. Se trata de una energía no renovable, lo que indica que es una fuente limitada.

Cómo se formaron los combustibles fósiles?

El origen de los combustibles fósiles se remonta a millones de años atrás. Se puede comparar la corteza de la Tierra con un caldero geológico gigante. Todos los restos de vegetales, animales y toda suerte de organismos vivos se fueron acumulando en el fondeo de los ríos, mares, lagos, etc. Las capas de sedimentos cubrieron lentamente estos componentes.

Diversas condiciones, como bajos niveles de oxígeno y varias reacciones químicas, dieron lugar a los hidrocarburos. Dependiendo de la formación, estos se trasformaron en elementos gaseosos, líquidos o sólidos. Los restos que posteriormente originaron los combustibles fósiles provienen del período Carbonífero de la Tierra (más o menos, unos 350 millones de años atrás). En esta era geológica se formaron los bosques que en la actualidad son yacimientos de carbón.

Tipos de combustibles fósiles

  • Petróleo: Es un compuesto de hidrógeno y carbono que está en estado líquido y tiene consistencia oleosa. Se encuentra en el subsuelo, a unos 600 y 5000 m. de profundidad. El petróleo se formó a partir de restos de organismos vivos vegetales, acuáticos y animales. Estos vivían en las lagunas, mares o en desembocaduras de ríos. Este recurso ha sido utilizado por el ser humano desde la antigüedad. Los egipcios usaban el petróleo para la conservación de las momias y los romanos lo empleaban como combustible para dar luz. El petróleo y todos sus derivados poseen una innumerable cantidad aplicaciones. No solo es el combustible principal, sino que constituye la materia prima de muchas industrias.
  • Carbón: Es un mineral que se obtiene de restos de plantas y árboles que quedaron sumergidos en aguas de pantanos. Estos sufrieron putrefacción por efecto del agua y las bacterias. Todo esto quedó sepultado en capas continuas de fango que, cuando se someten a condiciones especiales de presión, calor y bajo oxigeno, se trasforman en lo que hoy se conoce como carbón. La importancia del carbón radica a la capacidad de combustión que posee, además de servir para la fabricación de muchos otros artículos. El impacto que este mineral tuvo en el transporte y la industria al usarlo como combustible ha sido invaluable.

  • Gas natural: Es otro hidrocarburo que se ha formado debajo de la Tierra, producto de la sedimentación de materia orgánica. Está acompañado por petróleo y para obtenerlo es necesario realizar una extracción para luego almacenarse y distribuirlo a través de gaseoductos. Este gas es incoloro, inodoro, aunque luego de extraerlo se le añade un componente que le da un fuerte y desagradable olor para poder determinar si hay un escape de gas.
  • Gas licuado del petróleo: El gas licuado del petróleo es más bien un producto residual del proceso de refinado de petróleo. Se compone de gas propano y butano y se obtiene cuando se realiza la extracción del gas natural. Es el que se utiliza para la calefacción, en los vehículos motorizados y en los procesos industriales

Para qué sirven los combustibles fósiles?

Son muchas las aplicaciones que se les da a los combustibles fósiles. Cada uno de ellos se puede empelar en diversas actividades industriales y domésticas.

Aplicaciones del petróleo

El petróleo se refina y se convierte en distintos compuestos, entre ellos gasolina, turbocombustible, diésel, queroseno, gas propano, bencina, fuel oil, asfaltos, bases lubricantes, disolventes alifáticos, etc.

Algunas de las aplicaciones que se les da a estos compuestos son:

  • Combustible para vehículos automotores, camiones, buses, aviones, etc.
  • Se usa en estufas domésticas.
  • Fabricación de disolventes.
  • Extracción de pinturas, aceites, adhesivos, pegantes, etc.
  • Elaboración de productos agrícolas, ceras, caucho, betunes, etc.
  • Para producir asfalto o como sellante en las construcción.
  • Materia prima de aceites lubricantes.

Aplicaciones del carbón

  • Como combustible para generar energía eléctrica.
  • Combustible de hornos y principal reductor en diversos procesos.
  • Como enriquecedor del hierro en siderurgia.
  • Combustible de uso doméstico.
  • Puede ser convertido en un compuesto similar al petróleo por medio de licuefacción directa.

Aplicaciones del gas natural

  • Como generador de vapor en industria de alimentos.
  • En las cocinas domésticas.
  • En cocción de los productos cerámicos.
  • Fundición de los metales, tratamientos de calor, temple y recocido de los mismos.
  • Sistemas de calefacción, aire acondicionado y generación eléctrica.
  • Combustible para vehículos.

Como funciona el sistema fotovoltaico

Un sistema fotovoltaico es el conjunto de equipos que sirven para aprovechar la energía solar y convertirla en electricidad. Estos sistemas se basan en la capacidad que tienen las celdas fotovoltaicas de transformar la luz solar en energía eléctrica.

Si el sistema se halla conectado a la red eléctrica, esta energía se transforma en corriente alterna por el uso de un inversor, siendo finalmente utilizada en la industria o en los hogares; de ahí su importancia como energia renovable.

Como funciona un sistema fotovoltaico?

La energía eléctrica generada por un sistema fotovoltaico depende del número de horas que el sol esté brillando sobre un panel solar, así como también depende de los módulos que han sido instalados, la orientación, inclinación, la radiación solar que llegue, la calidad de la instalación y la potencia nominal.

Las celdas fotovoltaicas son los dispositivos por medio de los cuales se absorbe la energía del sol. Estos elementos de un sistema fotovoltaico son capaces de generar energía eléctrica aprovechando la luz solar que incide sobre ellos. Las celdas deben estar confeccionadas en material semiconductor, que funciona recibiendo fotones provenientes del sol. El material más utilizado es el silicio.

Reacción fotovoltaica

Cuando los fotones emitidos por la luz del sol entran en contacto con los átomos ubicados en las celdas, se produce un flujo de electrones. Estos electrones liberados empiezan a circular por medio del material semiconductor y se genera energía eléctrica.

El material semiconductor se encuentra dopado. Al estar expuesto a la radiación electromagnética del sol, un fotón se desprende y golpea contra un electrón y los “arranca”, formando un hoyo en el átomo. En condiciones normales, el electrón vuelve a encontrar un espacio para llenarlo y la energía del fotón se disipa en forma de calor.

En el caso de la reacción fotovoltaica, la célula obliga a los electrones y a los hoyos a ir avanzando hacia el lado opuesto del semiconductor, en lugar de recombinarse en él. Esto produce un potencial diferencial y genera tensión entre ambas partes del material, como sucede en las pilas.

En resumen, una célula fotovoltaica equivale a un generador de energía al que se le añade un diodo.

Absorción de fotones que producen electricidad

Para que la célula sea práctica, es necesario colocar contactos eléctricos (para extraer la energía), un revestimiento que proteja la célula pero al mismo tiempo deje pasar la luz y un anti reflectante que garantice la absorción de fotones, entre otros elementos.

Por medio de este sistema, la energía que se genera se inyecta a una red eléctrica y de allí se dispone de la misma cuando sea necesario. Otra opción es crear un sistema isla, permitiendo electricidad en lugares donde la red eléctrica no puede acceder.

Partes del sistema fotovoltaico

  • Generador solar: Se compone por el grupo de paneles fotovoltaicos, encargados de captar la radiación luminosa del sol y transformarla en corriente continua.
  • Acumulador: Es el dispositivo que almacena la energía que se produce por el generador. Con el acumulador se puede disponer de electricidad en horas que no hay luz o en los días nublados.
  • Regulador de carga: Evita las descargas excesivas o las sobrecargas hacia el acumulador, porque esto produce daños irreversibles. Además asegura que el sistema funcione con la mayor eficiencia siempre.
  • Inversor: Cambia la corriente continua almacenada dentro del acumulador en corriente alterna (230 V).

Capacidad de producción de un sistema fotovoltaico

Actualmente, la capacidad total que se ha instalado de sistemas fotovoltaicos a nivel mundial supone una fracción importante de todo el mix eléctrico. Por ejemplo, en la Unión Europea, cubre en promedio el 3,5 % de la demanda eléctrica; puede alcanzar hasta un 7 % en épocas de más producción.

En países como Alemania, Reino Unido o España ha alcanzado valores mayores al 10 %, igualmente en Japón o en regiones que reciben mucho sol, tal es el caso de California, en Estados Unidos.

La producción obtenida en un año de energía eléctrica por medio este tipo de fuente de energía equivalía para el 2015 a 184 TWh a nivel mundial, una cantidad suficiente para cubrir los requerimientos energéticos de millones de hogares, lo que se traduce al 1% de la demanda a nivel mundial de energía eléctrica.

Como funciona un calentador solar

El sol contribuye para el desarrollo de la vida al punto que resulta indispensable. Además de este gran aporte, ofrece también energía que puede emplearse para producir recursos prácticos para la humanidad. Entre estos usos que se le da a la energía solar, se encuentra el calentamiento del agua.

Esto es posible gracias a la creación del calentador solar, cuyo sistema de funcionamiento es bastante sencillo. Utiliza la energía limpia, inagotable y renovable del sol para calentar sin recurrir a electricidad o gas. Un método que resulta totalmente sustentable.

Qué es un calentador solar?

El calentador solar es un equipo que emplea la energía del sol que alcanza la superficie de la tierra como radiación para calentar. En ocasiones puede usar otros fluidos como salmuera, aceite, glicol o aire. El uso más común que se le da a los calentadores solares es para aumentar la temperatura de servicios sanitarios como duchas, lavado de ropas, etc. También en las piscinas de viviendas o de hoteles, además del uso en otras áreas industriales.

Partes de un calentador solar

  • Colector: Conocido también como panel termo-solar o captador solar. Es el encargado de captar y de transferir la energía del sol al agua. Es una placa metálica en donde se encaja un conducto, formando sinuosidades por las que el agua fluye. Tanto la placa como las tuberías se encuentran pintadas en negro mate o recubiertas de cromo negro. Esto evita que la luz se refleje para lograr más absorción de calor. Todo esto está contenido en una caja térmicamente aislada, con uno de los lados expuesto al sol y hecho en cristal.
  • Tanque térmico: Es un recipiente para almacenar el fluido, puede conectarse de dos formas al colector:Directamente: Se une a la entrada y a la salida del colector. En el día, el agua recircula constantemente entre depósito y colector. Después de pasar el tiempo, tomando en cuenta las dimensiones, el agua se calienta para su posterior uso.Indirectamente: El colector está conectado con unas tuberías con intercambiador en el interior del depósito para almacenamiento.
    En los dos casos, la energía que recibe el colector se almacena en el depósito como agua caliente. Al momento que se necesite el agua, se saca del depósito y se llena con agua fría. El depósito se encuentra aislado térmicamente para evitar pérdidas.
  • Sistema de tuberías: Es el conjunto de tuberías, llaves de paso, sistema de control y accesorios que posee el calentador solar. Conecta el colector con el tanque de almacenamiento y este último con las tuberías del hogar.

Como funciona un calentador solar?

El funcionamiento de un calentador solar es sencillo. Por lo general, el colector es instalado en el techo y se orienta de tal forma que se exponga la mayor parte del día a la luz solar. Para capturar mejor la luz, se debe colocar el captador con algo de inclinación. Todo depende de las características geográficas del lugar, pues la radiación del sol cambia de una ciudad a otra. Si es una zona con poca luz del sol, entonces el captador se expondrá libremente durante el día.

El colector posee una especie de aletas captadoras que se conectan a unos tubos por los que circula el agua. El fluido se transfiere caliente al tanque térmico. Para que el agua se mantenga caliente y circule por el sistema, se debe alcanzar el efecto termosifónico, el cual provoca la diferencia entre las temperaturas. El agua fría es más densa que la caliente, por lo que esta última sube. Sin requerir de una bomba, se establece la circulación natural.

El agua se mantendrá caliente por el efecto del tanque térmico, que está forrado con aislante que no permite escape de calor adquirido. Por último, las tuberías se encargan de llevar el agua caliente para su uso humano.

Capacidad de producción y medidas de un calentador solar

El calentador solar puede hacer que el consumo energético para el calentamiento del agua baje considerablemente. La disminución puede alcanzar entre un 50 y 70% o el 100% si es sustituido por completo.

La estructura de un calentador solar puede llegar a medir más o menos 2 metros cuadrados. Tiene la capacidad de aumentar de 50 a 60ªC la temperatura del agua, en un día que haya radiación normal del sol. Sin embargo, a pesar de que el día se encuentre nublado, este equipo igual puede calentar el agua. Esto lo logra por la radiación difusa que hay en el ambiente.

Como funciona un panel solar

Un panel solar es una estructura conformada por un conjunto de piezas que permiten aprovechar la energía solar y transformarla en energía útil para el ser humano. Con estas estructuras es posible abastecerse de electricidad o aprovechar el calor que esta genera.

Su funcionamiento se basa en la captación de los rayos luminosos del sol o el calor que estos emiten para después convertirlos en electricidad. Para la elaboración de paneles solares se recurre a tecnologías que se elaboran de distintas formas. Es energía renovable por excelencia, junto a la eólica.

Tipos de paneles solares

De acuerdo al uso que se le vaya a dar al panel solar, estos se construyen de diversas formas. Partiendo del hecho de que la energía del sol puede usarse para producir electricidad o generar calor, los paneles solares pueden ser de dos clases:

  • Colector solar: Son paneles que emplean la energía térmica proveniente del sol para producir calor utilizado por el hombre en actividades cotidianas.
  • Panel fotovoltaico: Encargado de generar electricidad al absorber la luz solar por medio de células fotovoltaicas.

Como funciona un panel solar?

  • Colector solar: Posee un fluido que capta los rayos solares en forma de calor, luego este fluido pasa por un compartimiento donde se recolecta el calor. El panel posee una placa receptora que cuenta con conductos por los cuales el líquido circula. Esta sustancia caliente atraviesa un intercambiador de calor, donde libera el calor o lo cede al fluido de uso doméstico. Cuando el líquido sale del intercambiador, se encuentra frío y vuelve a circular hacia el colector de luz solar.
  • Panel fotovoltaico: Este panel solar está construido por un conjunto de celdas conocidas como células fotovoltaicas. Estas celdas son las encargadas de convertir los rayos solares en electricidad. La energía eléctrica se produce por la reacción producida por los fotones luminosos. Ocurre un flujo de fotones que empiezan a generar cargas positivas y negativas en dos semiconductores que se encuentran muy cercanos ente sí. Este tráfico de cargas es lo que produce un campo eléctrico, generado electricidad.

Partes de un panel solar: Colector solar

  • Cubierta: Está presente en algunos modelos de colectores y necesariamente debe ser transparente. Puede ser de vidrio o plástico, pero debe ser un plástico especial. Tiene una capacidad de transmisión elevada para que no existan pérdidas por radiación o convección.
  • Canal de aire: Es un espacio ubicado en el medio de la cubierta y la placa de absorción, puede que se encuentre vacío o no. Su espesor tiene como objetivo el equilibrio de las pérdidas ocasionadas por la convección o por la temperatura alta.
  • Placa absorbente: Es la estructura que cumple la función de absorber los rayos de luz solar y transmitirlos al líquido que circula por las tuberías. Debe ser capaz de emitir poco calor, pero absorber muy bien la luz del sol.
  • Tubos o conductos: A través de estos tubos fluye el líquido que se debe calentar y es dirigido al tanque para almacenarlo. Están ubicados cerca de la placa de absorción para que ocurra el intercambio de energía eficazmente.
  • Capa aislante: Es un recubrimiento que va por todo el sistema e impide que haya pérdidas de calor. Esta capa se confecciona con materiales que tienen una conductividad de calor baja.

Partes de un panel solar: Célula fotovoltaica

  • Cubierta exterior: Es la parte que está en contacto con el sol. Por lo general está confeccionada en vidrio y es la que favorece la transmisión de los rayos solares. Debe ser resistente y con bajo contenido de hierro.
  • Cápsula: Esta estructura está elaborada en silicona. Se encarga de retener las radiaciones de tal forma que no se produzca pérdida de intensidad.
  • Celda fotovoltaica: La celda es el centro del panel y se encuentra hecha en cristal con revestimiento de silicio. Está distribuida a lo largo de toda la superficie de la célula fotovoltaica.
  • Plancha de la base: Constituye la base de todo el panel y se puede elaborar en aluminio o en vidrio, revestida de polímero termoplástico.
  • Cableado salida a tierra: Es un sistema que actúa como protección, evitando accidentes causados por conductividad eléctrica.

Capacidad productiva de un panel solar

El panel solar posee dos clases de capacidades: La potencia que alcanza y la que es capaz de entregar.

Ambos atributos son distintos: Si un panel es calificado con la capacidad de 179 vatios, tendrá entonces capacidad para rendir esa cantidad de energía lumínica. Pero esto depende de la cantidad de luz que ha recibido.

Los rayos de luz que se absorben en la tierra en el lugar donde vives deben dividirse por el brillo estándar de la luz del sol. Así obtienes la fracción de potencia que puede producir el panel. Solo si vives justamente en el Ecuador del globo terráqueo, el panel no recibe toda la cantidad de luz que teóricamente puede absorber.

Una manera fácil de determinar la capacidad que tiene un panel es multiplicando el rango de vatios que tiene el panel por la cantidad de horas pico de sol que hay en el lugar donde se vive. Las horas de sol van cambiando a medida que pasan las estaciones. En invierno serán menos que durante el verano, por ejemplo.

Como funciona un parque eólico

El viento es una de las fuentes renovables y limpias que se usan para generar energía eléctrica. Los aerogeneradores son las estructuras que posibilitan la transformación de energía dinámica en electricidad, pero un solo aerogenerador no es suficiente para abastecer las necesidades de una población. Por este motivo el parque eólico ha sido la respuesta a la necesidad de producir más energía.

Qué es un parque eólico?

El parque eólico es un conjunto de aerogeneradores agrupados en una superficie específica, relativamente cercanos entre sí. Estos pueden construirse en tierra o en el mar. Aunque los primeros son más comunes, los marítimos han alcanzado un importante crecimiento en los últimos años, especialmente en Europa, en donde la energía eólica está cobrando mayor relevancia.

Para qué sirve un parque eólico?

Los aerogeneradores presentes en un parque eólico cumplen la función de transformar energía dinámica del viento en eléctrica. La cantidad de energía que estos proporcionan difiere de acuerdo a las variantes de diseño, la ubicación de las turbinas y eficiencia. Anteriormente, las turbinas eran menos adaptables a los cambios de velocidad y dirección del viento.

Como funciona un parque eólico?

El funcionamiento de un parque eólico se basa en cómo trabaja un conjunto de aerogeneradores. Aunque hay muchos tipos de aerogeneradores, todos tienen componentes básicos que trabajan de la misma forma en todos los casos, como se explica a continuación:

  1. Las aspas comienzan a girar por acción del viento.
  2. El movimiento de estas inmensas aspas hace que el buje gire.
  3. El movimiento del buje impulsa un eje de velocidad lenta, que puede girar entre 10 a 20 vueltas por cada minuto.
  4. La energía de movimiento giratorio alcanza el multiplicador, una caja con engranajes que permite aumentar la velocidad del giro. Las revoluciones alcanzan 1500 vueltas por minuto. Hay aerogeneradores que no poseen este componente.
  5. El movimiento acelerado es transmitido al generador, donde se transforma la energía mecánica en electricidad.
  6. La electricidad baja a través de la torre para transferirla a la red y ser distribuida a los diferentes puntos de abastecimiento eléctrico.
  7. Por lo general, en los parques eólicos, los aerogeneradores envían la energía a una subestación de transformación para trasladarla después a una subestación de transformación y luego a la red.

Análisis antes de montar parque eólico

La cantidad de unidades aerogeneradoras que conforman el parque eólico es variable y va a depender principalmente de la superficie que se disponga y de las características que tenga el viento en el emplazamiento. Antes de la instalación de un parque de esta clase, es necesario analizar el viento durante un tiempo, casi siempre poco más de un año. Una vez recogida la información, se procede a trazar una rosa de vientos que señala las direcciones que predominan del viento y la velocidad que trae.

Finalmente se toma la decisión, escogiendo las posiciones óptimas y la clase adecuada de aerogenerador que debe instalarse. Llegada la fase para desarrollar el proyecto, es necesario tramitar las licencias y permisos requeridos.

Como funciona un aerogenerador

El aerogenerador es un equipo que transforma la energía cinética o de movimiento derivada del viento, en energía eléctrica. Las aspas de este aparato pueden girar entre 13 y 20 revoluciones cada minuto.

Posee un rotor que va cambiando su velocidad de acuerdo la velocidad del viento, proporcionándole más eficiencia. La importancia de este mecanismo radica en el aprovechamiento de energía renovable y limpia para el consumo humano y su beneficio, su nombre correcto es energía eólica.

Partes de un aerogenerador

  • Góndola: Es una estructura que contiene elementos importantes del aerogenerador, entre ellos están: El multiplicador y el generador.
  • Palas: Son una especie de aspas como las de los molinos, que capturan el viento y transmiten su potencia hasta donde se encuentra el buje. En la actualidad, estas palas pueden alcanzar hasta 20 metros de largo y tienen un diseño parecido al que tienen las alas de un avión.
  • Buje: Es un componente cilíndrico en el cual se apoya y gira el eje lento de los aerogeneradores.
  • Eje Lento: Es el eje que une el buje con el multiplicador, puede girar incluso entre 19 a 30 r.p.m. Permite pasar la energía cinética para que sea luego aumentada en el multiplicador.
  • Multiplicador: Es una caja que actúa modificando la velocidad recibida desde el buje. Puede hacer girar el eje rápido hasta 50 veces más velozmente que el lento.
  • Eje Rápido: Adosado al multiplicador, permite accionar el generador o alternador eléctrico. Puede llegar a girar hasta alcanzar hasta 1500 r.p.m.
  • Generador eléctrico: Actúa como un alternador modulando la energía ingresada y transformándola en energía eléctrica. Comúnmente se trata de un generador de inducción, cuya potencia puede ir de 500 a 1500 KW.
  • Controlador electrónico: Es un dispositivo computarizado que va monitoreando de forma continua el estado que presenta el aerogenerador.
  • Unidad de refrigeración: Todo el mecanismo que funciona en un aerogenerador genera calor, es por ello que se necesita de una unidad de refrigeración, un ventilador eléctrico, para que mantenga frío el generador. También contiene un fluido refrigerante que refresca el aceite usado por el multiplicador.
  • Torre: Es la estructura que soporta la góndola y el rotor. A medida que la torre es más alta, la velocidad del viento aumenta. Los aerogeneradores modernos pueden tener torres de 40 o 60 metros de alto.
  • Mecanismo de orientación: Es una especie de sensor que se activa a través de un controlador electrónico y capta la dirección que lleva el viento por medio de una veleta.

Como funciona un aerogenerador?

La materia prima usada por los aerogeneradores es el viento. Este moviliza las palas o aspas, que a su vez hacen girar un rotor. De esta forma, la energía cinética se convierte en energía mecánica para después transformarse en energía cinética por medio de un alternador.

A continuación se explica con detalles los pasos del funcionamiento de un aerogenerador:

  1. El viento pasa a través de las palas haciendo que estas giren.
  2. El movimiento giratorio de las palas hace que un eje de velocidad lenta dentro de las góndolas empiece a girar.
  3. El eje se encuentra acoplado al multiplicador, que es una especie de caja de cambios que aumenta la velocidad que las palas ofrecen.
  4. Un eje rápido hace que la velocidad alcance el generador o alternador, el cual convierte la energía proveniente del rotor por medio de campos magnéticos.
  5. De esta forma, la energía rotativa es convertida en electricidad.

Capacidad de producción de un aerogenerador

Para que un aerogenerador produzca electricidad, es necesario que el viento tenga una velocidad de 3 a 4 metros por segundo. Con esta velocidad se puede producir una potencia de 15 metros cada segundo. Para evitar daños, los aerogeneradores se desconectan cuando el viento supera los 25 metros por segundo.

Un aerogenerador produce alrededor de 690 voltios de energía, esta se debe adaptar al voltaje que está circulando a través de la red de distribución eléctrica. El valor está entre 20 a 132 Kilovoltios. Aunque se debe tomar en cuenta que todo depende de la potencia que tenga el aerogenerador y la cantidad de viento que sople.

Por ejemplo, un aerogenerador que está situado estratégicamente y que posee una potencia de 1,8 MW puede producir más de 4,7 millones de unidades eléctricas al año, lo que satisface más de 1500 hogares o, dicho en otras palabras, hace que un ordenador funcione por 1620 años.

Medidas de un aerogenerador

Los aerogeneradores grandes poseen rotores con más de 90 metros de diámetro. Por su parte, las estructuras más pequeñas cuentan con rotores de 30 metros de diámetro, aproximadamente. Las torres alcanzan una altura de entre 25 a 100 metros.

Como el viento es una energía difusa, se requiere de parques eólicos conformados por varios aerogeneradores para producir suficiente energía. Unas 20 unidades pueden llegar a ocupar hasta un kilómetro de superficie, pero solo se utiliza 1% del territorio, de manera que el espacio restante puede emplearse para otros usos preexistentes, tales como agricultura, ganadería o hábitat natural.