03-Energía solar

La energía producida por las reacciones de fusión nuclear en el Sol se esparce por todo el Universo. La Tierra intercepta una parte de esa energía, que se puede aprovechar, pues supone, como media, la nada despreciable cantidad de 100 W por cada m² de suelo. Este valor se conoce como constante solar, y depende de factores como la posición del sol o la nubosidad.

Entre los distintos métodos de utilización de la energía solar se cuentan algunos tradicionales y otros tecnológicamente punteros. Pero todos se clasifican atendiendo a tres tipos de aprovechamiento: Pasivo, Térmico y Fotovoltáico.

APROVECHAMIENTO TÉRMICO

En este caso se hace uso del calor que produce la transmisión por radiación, y los sistemas utilizados se clasifican dependiendo de la temperatura que se alcanza, y tenemos:

• Sistemas de baja temperatura (hasta 100º C): donde se incluyen los colectores solares, o sistemas de Agua Caliente Sanitaria (que se conocen por sus siglas A.C.S.), en los que se hace pasar agua por unas tuberías que absorben la radiación solar y la calientan. Para mejorar el rendimiento, se pintan todas las piezas de negro, y se colocan en una caja cubierta con vidrio para producir el efecto invernadero.

Dentro de este grupo se encuentran también las torres de convección, método que consiste en calentar aire bajo unos paneles y conducirlo a una chimenea central en la que una turbina girará por efecto de la corriente de aire caliente.

Proyecto de torre solar de Fuente del Fresno

• Sistemas de media y alta temperatura (a partir de 100º C): que concentran la radiación del sol mediante espejos. Por los puntos calientes se hace pasar un fluido que recoge el calor, y con él se vaporiza agua para que ésta pase por turbinas que a su vez moverán el generador eléctrico. En este grupo existen:

  • Los colectores cilíndrico-parabólicos, que reflejan el sol hacia unas tuberías por las que circula un fluido que se calienta hasta 600º C.

• • Los sistemas de torre central o campos de helióstatos, en los que se refleja la radiación solar mediante gran cantidad de espejos denominados helióstatos, para concentrarla en un punto por el que pasa un líquido que alcanza temperaturas de hasta 800º C.

• • Los hornos solares son similares a los anteriores sistemas de torre central, pero los helióstatos inciden sobre otro espejo que concentra la radiación aún más, hasta alcanzar 5000º C en el punto de recogida.

Horno solar en Odeille (Pirineo francés)

APROVECHAMIENTO FOTOVOLTÁICO

Con este sistema se utilizan células fotovoltaicas que generan una tensión entre sus extremos cuando reciben luz. Esto se debe a la existencia de dos tipos de materiales de silicio, uno con átomos de boro, que como tiene valencia 3, deja un “hueco” donde puede entrar un electrón que complete los cuatro electrones del silicio para completar su octeto, y se dice que es un material tipo P. El segundo material es silicio con átomos de fósforo de valencia 5, por lo cual “sobra” un electrón tras formarse los enlaces, constituyendo el material tipo N.

Cuando el material N recibe energía, los electrones se movilizan y se establece la corriente a través de la capa P con un voltaje de 0,5 V. Se necesitan, por tanto, muchas células para producir una energía apreciable, los paneles solares normalmente tienen 36 células conectadas en serie para obtener 18 V. Además se necesitan baterías que se carguen de día para poder tener electricidad por la noche, pero con estos sistemas se alcanzan rendimientos hasta del 25%

CÁLCULOS CON ENERGÍA SOLAR

Ya sabemos que el suelo recibe una energía, que se evalúa en cada sitio de la Tierra mediante la constante solar k. Los cálculos con la energía solar se basan en esta constante solar:

donde S es la superficie expuesta al sol y t el tiempo.

Como siempre, hay que tener en cuenta que la energía o potencia útiles vienen afectadas por el rendimiento: