La energía solar se trata de un tipo de energía captada directamente del sol por medio de paneles o colectores solares. Estos dispositivos captan la luz, el calor y/o los rayos ultravioleta del sol para transformarla en energía eléctrica o en calor.
La energía eléctrica se utiliza para la iluminación de casas y edificios, así como para la alimentación de algunas industrias. En el caso del calor generado por colectores solares se utilizan para calentar agua y aprovecharla directamente o hacer funcionar turbinas conectadas a generadores eléctricos.
La energía solar es una de las principales energías renovables, es limpia e inagotable y es fundamental incentivar su uso para transitar hacia las economías limpias y sostenibles.
Tipos de energía solar
Existen 3 tipos de aprovechamiento de la energía solar: fotovoltáica, fototérmica y pasiva. Aunque podemos hablar de un cuarto tipo si consideramos a la energía solar híbrida, en donde se hace uso de alguna combinación de las 3 anteriores.
Energía solar térmica
Como su nombre lo dice este tipo de energía solar produce calor gracias a los colectores o captadores solares. Se utiliza a nivel doméstico e industrial.
En el uso doméstico se instalan colectores solares en casas habitación o edificios, generalmente en las zonas más soleadas de la construcción. Estos dispositivos captan la energía solar y la convierten en calor. Este calor pasa por una serie de tubos metálicos que calientan el agua. El uso más común es en calentadores de agua convencionales y sistemas de calefacción.
El uso industrial es en las plantas termosolares o centrales térmicas solares. En este caso se instalan colectores solares en grandes extensiones de terrenos superando en la mayoría de las ocasiones los mil kilómetros cuadrados de longitud.
Estos captadores solares concentran el calor en un punto para calentar un fluido como aceite sintético, sales fundidas o agua para producir vapor de alta presión. Este vapor a su vez, mueve una turbina conectada a un generador eléctrico que finalmente produce electricidad.
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Actualmente, existen diferentes sistemas de almacenamiento térmico para continuar la producción de vapor, el movimiento de la turbina y la generación de electricidad, aún de noche o en días nublados.
Energía fotovoltaica
La energía solar fotovoltáica convierte directamente la luz del sol en electricidad por medio de paneles solares hechos con celdas de silicio u otro material semiconductor.
En términos simples las celdas de silicio al absorber la radiación del sol liberan electrones que generan una corriente eléctrica. Este proceso no libera ningún desecho o gas contaminante, por lo cual lo vuelve un método de consumo sostenible de energía.
Los paneles solares son de fácil instalación en casi cualquier espacio habitacional y es capaz de cubrir las necesidades de una casa promedio. También se aprovecha la energía solar en grandes plantas fotovoltaicas. Algunas cuentan con sistemas de almacenamiento eléctrico en baterías o mecanismos para suministrar energía a la red eléctrica pública.
Energía solar pasiva
Por su parte la energía solar pasiva utiliza el calor y la luz del sol de forma directa, sin dispositivos como paneles o captadores solares para aprovechar su energía. Hace uso de los principios de la arquitectura bioclimática y el ecodiseño.
En esencia se trata de un principio de diseño para adaptar los edificios al clima local y para aprovechar la luz y calor del sol al máximo. Por ejemplo, al captar el calor del sol durante el día y liberarlo en la noche mediante el uso de materiales térmicos. Se contempla el uso de sistemas de sombreado como aleros, toldos, pérgolas y muros Trombe, además de sistemas de ventilación naturales con corrientes de aire.
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Energía solar híbrida
Como te podrás imaginar la energía solar híbrida hace uso de alguno de los 3 tipos anteriores con el objetivo de mejorar la eficiencia en la producción de energía. El ejemplo más común es la combinación de energía solar con la energía eólica donde se busca una producción más sustentable con el uso de plantas de paneles solares en combinación con aerogeneradores.
Aplicaciones de la energía solar
La energía solar tiene tres usos fundamentales: la generación de electricidad, generar calor y el aprovechamiento pasivo, sin utilizar dispositivos intermediarios. Cada uno de estos usos tiene diferentes aplicaciones tanto a nivel doméstico como a nivel industrial.
Generación de electricidad
La energía solar se aprovecha para producir electricidad mediante celdas fotovoltaicas. Las aplicaciones más comunes son:
- Paneles solares para hogares
- Plantas solares para suministro del sistema eléctrico de ciudades.
- Lámparas solares para el alumbrado público.
- La producción sustentable de alimentos con bombeo de agua en la agricultura en zonas rurales.
- Cargadores solares para aparatos electrónicos.
- Vehículos solares que utilizan celdas fotovoltaicas como fuente de propulsión.
- Plantas desalinizadoras para volver el agua de mar potable.
Generación de calor
La energía solar se aprovecha mediante colectores solares para producir calor.
Las aplicaciones más comunes son:
- Calentadores solares de uso doméstico.
- Calentadores solares de piscinas.
- Plantas termosolares o centrales térmicas solares para el suministro de la red eléctrica de las ciudades.
- Estufas y hornos solares para la cocción de alimentos.
- Sistemas de calefacción y aire acondicionado en edificios y hogares.
Aprovechamiento pasivo
En este caso se enfoca en el diseño de edificios que aprovechan las condiciones climáticas y los recursos naturales, como la luz solar, para mejorar el confort térmico y reducir el consumo energético.
Las aplicaciones más comunes son:
- Orientación de construcciones para aprovechar las luz y calor del sol en invierno y reduciendo la exposición en verano.
- Ventanales para mejorar la entrada de luz y calor.
- Instalación de tragaluces, también conocidos como claraboyas, además de lucernarios.
- Instalación de muros Trombe que aprovechan la radiación solar para calentar el edificio de manera pasiva.
- Tubos solares que mejoran la distribución de la luz solar dentro del edificio por medio de tubos reflectantes.
- Uso de cristales con revestimientos especiales que bloquean la radiación solar.
¿Cómo se obtiene la energía solar?
La energía solar se obtiene mediante dos métodos principales: por medio de mecanismos fotovoltaicos y por medio del termo solar. La energía fotovoltaica se obtiene mediante paneles solares que contienen células, es decir placas delgadas hechas de materiales semiconductores como el silicio.
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Estas células al entrar en contacto con los fotones que componen la luz solar, reaccionan y producen una corriente eléctrica mediante un fenómeno conocido como par electrón-hueco.
Por su parte la energía termo solar se obtiene mediante colectores o captadores solares. Estos dispositivos concentran el calor en un punto para el uso directo en sistemas de climatización o para calentar fluidos, producir vapor y hacer funcionar turbinas conectadas a generadores eléctricos.
Ventajas de la energía solar
La producción del consumo de energía solar tiene múltiples ventajas tanto a nivel social como ambiental.
- Es una de las energías renovables más fáciles de producir.
- Su producción no genera gases contaminantes.
- Se trata de una fuente de energía renovable e inagotable.
- Tiene un menor impacto en el medio ambiente, tanto en fauna y flora como en el entorno.
- La producción de energía solar se puede almacenar fácilmente lo que permite un suministro constante.
- Tiene bajo costo de instalación y su versatilidad permite que cualquiera pueda hacer uso de ella.
- Se adapta desde pequeños paneles para lámparas caseras hasta grandes plantas solares para producción industrial.
- Reduce la necesidad de la explotación de combustibles fósiles.
- Tiene bajo costo de mantenimiento.
- Esta industria es fuente generadora de miles de empleos alrededor del mundo.
Desventajas de la energía solar
La energía solar aún tiene algunos retos que superar para convertirse en la principal fuente de energía renovable y sustentable en el mundo.
- Depende de días soleados para una mayor producción.
- En países con poca radiación solar la producción de este tipo de energía no es tan redituable.
- Tiene un alto costo de instalación las grandes plantas fotovoltaicas o termosolares.
- Se requieren grandes extensiones de terreno para colocar los paneles o los colectores solares. Esto limita la instalación de plantas de energía solar en las ciudades.
- Sólo una fracción de la luz que llega a los paneles se convierte en electricidad lo que reduce su eficiencia y obliga a la instalación de una mayor cantidad de paneles.
- La fabricación de paneles solares conlleva la explotación de minerales y generación de residuos contaminantes.
Energía solar en México
Según la International Renewable Energy Agency (IRENA) México es una de las regiones más favorecidas en recursos solares. Esto quiere decir que por su ubicación, entre 15° y 35° de latitud, recibe una mayor cantidad de radiación solar durante periodos más prolongados y menor variaciones en las diferentes épocas del año.
En promedio nuestro país tiene la capacidad de producir 5.5 Kwh/m2, es decir, que de aprovecharse se podrían producir 5.5 kilowatts cada hora por cada metro cuadrado. Inclusive las zonas del norte de México tienen una mayor capacidad solar con hasta 8 Kwh/m2.
En 2017 en México se produjeron 114.2 gigawatts-hora (Gwh) provenientes de energía solar en sus más de 1,964,375 km². Esto lo podemos traducir en 114,200 megawatts hora (Mwh) o 114,200,000 kilowatts hora (Kwh).
Aún muy bajo al comparar con Alemania por ejemplo, en donde con tan sólo 357,376 km² se produjeron 5,047 Gwh y teniendo una capacidad de radiación solar menor a México con sólo 1.1 Kwh/m2.
Sin duda alguna la energía solar es la punta de lanza de las energías renovables, aún con algunos retos por solucionar se perfila como una de las energías que puede cambiar el futuro del mundo. Sin duda es importante incentivar su conocimiento, investigación y aplicaciones en las áreas de la vida productiva y social de las personas.