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LA ENERGÍA SOLAR
Es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol pueden aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotoeléctricas.
Las diferentes tecnologías solares se pueden clasificar en pasivas o activas según cómo capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.
En 2011, la Agencia Internacional de la Energía afirmó que «El desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aún más importante, independientemente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma correcta y ampliamente difundidas».1
La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.2
Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las energías no renovables3 en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.45 Otras tecnologías solares, como la energía solar termoeléctrica están reduciendo sus costes, también de forma considerable.
ENERGIA PROVENIENTE DEL SOL
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol alcanza la superficie terrestre.La instalación de centrales de energía solar en las zonas marcadas en el mapa podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8 %), incluyendo la proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores indican la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera.6 Aproximadamente el 30 % regresa al espacio, mientras que las nubes, los océanos y las masas terrestres absorben la restante. El espectro electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre lo ocupa principalmente la luz visible y los rangos de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta. 7
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la atenúan y la latitud. En condiciones de radiación aceptables, la potencia equivale aproximadamente a 1000 W/m² en la superficie terrestre. Esta potencia se denomina irradiancia. Nótese que en términos globales prácticamente toda la radiación recibida es reemitida al espacio (de lo contrario se produciría un calentamiento abrupto). Sin embargo, existe una diferencia notable entre la radiación recibida y la emitida.
La radiación es aprovechable en sus componentes directos y difusos, o en la suma de ambos. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La bóveda celeste diurna emite la radiación difusa debido a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1366 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
La radiación absorbida por los océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra incrementan la temperatura de estas. El aire calentado es el que contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y también en parte de los continentes, causando circulación atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas altas, donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la condensación del agua amplifica la convección, produciendo fenómenos como el viento, borrascas y anticiclones. 8 La energía solar absorbida por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C.9 Para la fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte en energía química, que produce alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los combustibles fósiles.10
EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR
Hace 5 mil millones de años, el sistema solar era apenas una nube de gas y polvo que giraba. Gradualmente, el centro de la nube se condensó y se formó una protoestrella, que luego se convirtió en el Sol. Más afuera, el gas formó cúmulos de la misma manera para conformar los planetas externos: Júpiter, Saturno, Urano ( hoy una luna) y Neptuno, cada uno con un pequeño núcleo duro rodeado de gas.
Los planetas rocosos interiores: Mercurio, Venus, La Tierra y Marte, pudieron formarse de la misma manera, pero también podrían ser fragmentos de la protoestrella Sol que se condensaron y formaron bolas rocosas pequeñas llamadas plantesimals. Esta es la teoría denominada la hipótesis nebular, ideada por el francés Pierre Laplace en 1796.
NUESTRO SOL
El Sol es la estrella principal y central del Sistema Solar. Su función primordial es la de proporcionar luz, calor y energía a la Tierra.
El Sol, concretamente, es una gran esfera de gases con tres cuartas partes de hidrógeno y una cuarta parte de helio. La presión enorme en el corazón del Sol fusiona los átomos de hidrógeno en una reacción nuclear que dispara las temperaturas a 15 millones de grados celsius. Todo este calor hace erupción en la superficie del Sol en unos parches llamados gránulos. En algunos lugares, se presentan manchas oscuras en la superficie denominadas manchas solares, las cuales parecen alcanzar su mayor tamaño cada 11 años.
A veces, una lengua con apariencia de llamas de hidrógeno caliente puede dispararse a 100.000 kms. de altura. Esto se conoce como prominencia solar. Las Llamaradas Solares son explosiones de energía en el Sol.
EL SOL Y SU IMPORTANCIA PARA LA VIDA
El Sol resulta fundamental para la vida en la Tierra, tanto para las formas vegetales como animales. Es nuestra fuente energética principal, proporcionando la luz y el calor necesarios para las plantas, LOS animales y, por supuesto, para nosotros los humanos. Además, resulta primordial para el desarrollo de muchos otros procesos: como los factores climáticos: lluvias, vientos, formación de nubes o corrientes marinas. En las plantas, estimula la fotosíntesis, que posibilita la existencia de alimentos para otras especies, así como también el oxígeno en la atmósfera terrestre.
Los seres humanos, a diferencia de otros organismos, somos animales endotérmicos (u homeotermos), así que no dependemos tanto del sol a la hora de regular nuestra temperatura corporal, ya que buena parte del calor procede del propio metabolismo. No obstante, la luz solar permite ciertas reacciones químicas en el cuerpo, que producen calor o permiten el crecimiento y diferenciación de algunos tejidos y células.
Por ejemplo, la luz solar ayuda a nuestro cuerpo a llevar a cabo funciones como la síntesis de vitamina D (necesaria para el metabolismo del calcio y el fósforo), la correcta circulación sanguínea, la producción de hormonas, posibilita evitar alergias e infecciones en la piel y mejora el sistema inmunológico.
LA ENERGÍA SOLAR
El Sol emite constantemente enormes cantidades de energía. Una porción de ella impacta en la Tierra. Aproximadamente, el 30 % de esta energía es reflejada al espacio; el 70% restante es absorbido por la atmósfera, los océanos y los continentes. La energía solar que llega a la superficie terrestre está compuesta en su mayor parte por luz visible y radiación infrarroja y, en menor medida, por radiación ultravioleta y otras formas de radiación.
La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando a lo largo del tiempo. Esto debido a que la energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. Existen diversas metodologías para capturar la energía solar y convertirla en energía utilizable para las actividades humanas. Algunas lo hacen de modo activo y otras de modo pasivo.
Las tecnologías activas son aquellas que emplean dispositivos eléctricos o mecánicos (células fotovoltaicas: tecnologías de concentración térmica) para captar y almacenar la energía solar, y transformarla en otro tipo de energía (eléctrica o térmica).
Las tecnologías pasivas incluyen las disposiciones relacionadas con la arquitectura bioclimática. Es decir, la orientación de los edificios para recibir mayor luz natural, prevenir la dispersión del calor añadido por el Sol y otras medidas estratégicas.
USOS DE LA ENERGÍA SOLAR
La energía solar ofrece muchas posibilidades, especialmente relacionadas con la generación de electricidad y la obtención de energía térmica. Estas son sólo algunas de las aplicaciones de la energía solar, entre muchas otras:
Suministro de agua caliente y calefacción en los hogares
Refrigeración: mediante sistemas de absorción de calor impulsados por la energía térmica del agua calentada con un colector solar
Generación de electricidad: en centrales térmicas, a partir del vapor de agua proveniente de colectores solares.
Funcionamiento de dispositivos eléctricos autónomos: desde calculadoras y relojes hasta motores y satélites, mediante células fotovoltaicas.
Producción industrial de productos químicos, textiles y alimenticios, entre otros: a partir del calor acumulado en estanques solares, depósitos de agua salada especialmente diseñados con este fin.
Fundición de metales y producción de combustibles de hidrógeno: a partir de la energía térmica acumulada en hornos solares, enormes colectores solares que concentran la luz solar y liberan el calor acumulado en fluidos a altas temperaturas.
Esterilización, pasteurización y, en general, aplicación de métodos de eliminación de microorganismos por acción del calor.
Obtención de sal a partir del agua marina, y, paralelamente, potabilización del agua salada.
Cocción de alimentos, mediante cocinas solares.
Producción de hidrógeno, mediante hojas artificiales, que, imitando el proceso de fotosíntesis de las plantas, separan el oxígeno y el hidrógeno del agua.
LA ENERGÍA SOLAR Y SU TECNOLOGÍA
Hoy en día, el calor y la luz del Sol pueden aprovecharse por medio de diversos captadores. Existen dos tipos principales de tecnologías que captan la energía de la radiación solar y la transforman para darle otras formas de uso.
Las células fotovoltaicas
También conocidas como células fotoeléctricas o celdas solares. Son dispositivos que transforman la energía de la radiación solar en energía eléctrica. Cada célula fotovoltaica está hecha con un material semiconductor, por lo general, silicio. El semiconductor absorbe la luz solar y emite electrones. Estos, al ser capturados en un campo eléctrico, generan una corriente eléctrica. Los paneles solares, instalados en techos, azoteas o grandes extensiones de terreno libre, están compuestos por montones de células fotovoltaicas.
Los colectores térmicos.
También denominados colectores solares o colectores termosolares. Estos sistemas recogen la energía térmica producto de la radiación solar y la redistribuyen con fines prácticos, para calefacción, provisión de agua caliente e, incluso, generación eléctrica. Los colectores están formados por lentes, espejos o placas metálicas oscuras, que concentran o absorben la luz solar. La radiación así concentrada o absorbida calienta un fluido (agua o aire) que circula en tubos o en depósitos y que puede ser utilizado directamente, o bien transferirlo y almacenarlo a otro medio.
