Cuando en la escuela aprendimos que, además del agua, necesitábamos que el sol brillara sobre la Madre Tierra para ayudar a sostener la vida en todos sus diferentes tipos y formas. Esto incluía la fauna y la flora que la habitan, así como cultivar nuestros cultivos para alimento. Pero también podemos utilizar la energía solar radiante para producir calor, luz y energía en forma de electricidad utilizando la vasta energía solar del sol.
Los rayos electromagnéticos en forma de energía radiante se emiten constantemente al espacio por la acción de combustión del sol. Estos rayos viajan por el espacio en todas direcciones, mientras que algunos alcanzan la superficie terrestre. La energía radiante emitida por el sol llega a la Tierra en un periodo de tiempo muy corto.
De hecho, la cantidad de energía solar que llega a la superficie terrestre cada hora del día es mayor que nuestra demanda total de energía en un año entero. Mientras el sol brilla intensamente en el sistema solar las 24 horas del día, los 365 días del año, la energía solar en forma de "Energía Solar" se considera un recurso de energía renovable y, a efectos prácticos, podemos considerarloEnergía solarComo poder del sol.
La Tierra recibe la energía radiante del sol en forma de ondas electromagnéticas. La cantidad de radiación solar que realmente cae sobre la superficie terrestre en un lugar y momento dados depende de muchos factores, como la hora del día (mañana, tarde o noche), la época del año (estaciones) y la latitud geográfica en la superficie terrestre, por nombrar algunos.
La cantidad de energía radiante disponible para su uso en un sistema solar es solo una pequeña parte de la radiación solar total que recibe la Tierra sobre su atmósfera. Esto se debe principalmente a las nubes, la atmósfera en sí y las condiciones del suelo, que pueden absorber o reflejar la mayor parte de esta energía solar de vuelta al cielo y al espacio.
La Tierra es esencialmente un enorme colector de energía solar que recibe grandes cantidades de energía del sol. Esta energía solar puede utilizarse directamente como energía solar mediante un panel solar fotovoltaico, e indirectamente como energía eólica, mareomotriz o de las olas. La energía solar es un recurso de energía renovable, inagotable y disponible localmente en todo el planeta. Pero para captar la energía solar de forma más eficaz, los receptores de energía solar requieren luz solar directa y no luz reflejada, lo que los hace ineficaces en condiciones nubladas.
La potencia bruta de nuestro sol, que llega a la atmósfera exterior de la Tierra, es de unos 1373 vatios por metro cuadrado (1,37 kW/m2) por encima de la capa de nubes. Esta cantidad se reduce luego por la atmósfera y las capas protectoras para llegar a la superficie terrestre al mediodía desde un cielo despejado a unos 1000 vatios por metro cuadrado (1,0 kW/m2) o ligeramente menos.
Esto significa que la irradiancia solar que llega a la superficie terrestre está compuesta por aproximadamente un 70% de luz solar directa y un 30% difusa, porque la atmósfera y las nubes actúan como filtros gigantes que bloquean y dispersan la energía radiante del sol en todas direcciones.
Por ejemplo, los gases y pequeñas partículas de polvo suspendidas en la atmósfera provocarán un efecto de dispersión sobre la radiación solar entrante, lo que provoca que parte de ella se refleje de vuelta al espacio en todas direcciones debido al aire, las nubes, la lluvia y la neblina. Las nubes, formadas por partículas líquidas y de agua congelada, se dispersarán y reflejarán la radiación solar de vuelta al espacio, como vemos en días nublados y apagados.
Además, la reflectividad de la superficie terrestre varía según los diferentes tipos de materiales que la recubren, ya sea arena, nieve o mar, mientras que parte de la energía lumínica radiante del sol es absorbida por los distintos gases que componen la atmósfera, como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el ozono.
Como se ha descrito anteriormente, la radiación solar se dispersa y se refleja en todas las direcciones al atravesar la atmósfera. Esta dispersión puede ser de hasta el 60% del valor total que llega a la atmósfera terrestre a través del espacio. Sin embargo, la radiación solar directa proyecta sombras, porque es direccional y viene directamente del sol. La posición y ubicación del sol en el cielo también juega un papel importante en la eficiencia de cualquierSistema de energía solar.
Al mediodía, en un día soleado y despejado en medio del desierto, la energía solar disponible a nivel del suelo puede llegar a 1.000 vatios por metro cuadrado, es decir, 1.000W o 1 kW por m2 de superficie apuntando directamente al sol, pero para muchos lugares del mundo entre 600 y 800W por m2 es un valor más realista.
Para obtener la máxima cantidad de energía solar por m2, necesitamos compensar la inclinación y el ángulo entre el sol y la Tierra, y el hecho de que no es mediodía todo el tiempo, apuntando un colector solar hacia el sur, donde el sol está más brillante, y quizás ajustarlo para diferentes estaciones para seguir el sol de este a oeste.
La viabilidad de la energía solar
Ubicación de los Suns
La viabilidad de utilizar la radiación solar solar como fuente de energía solar, ya sea para calentar agua o para producir electricidad, depende principalmente de la cantidad de irradiancia solar recibida en cada lugar de la superficie terrestre, y esto variará tanto con el tiempo como con las estaciones, recibiendo la Tierra en su conjunto más energía solar durante los meses de verano de mayo a agosto.
La disponibilidad o ausencia de la radiación solar del sol depende mucho de la rotación de la Tierra, ya que hay menos energía solar disponible por la noche que durante el día, y también del movimiento orbital de la Tierra, que produce ciclos estacionales desde el verano hasta el invierno, con el sol siendo más alto y brillante.
Por tanto, el sol es más fuerte en el cielo durante los meses de verano que en los de invierno. Además, la latitud geográfica juega un papel importante en la disponibilidad de suficiente energía solar, así como en el estado de la atmósfera, la cobertura de nubes, etc., siendo el mayor potencial de generación solar en el hemisferio sur. La energía solar concentrada nos ayuda a superar algunas de estas carencias.
Dicho todo esto, suficiente energía solar del sol brilla sobre la Tierra en una hora para cubrir todas nuestras necesidades durante un año completo, y el primer paso para determinar la viabilidad de cualquier sistema energético alternativo es realizar una estimación realista de cuánta energía y qué tipo de energía se necesita realmente. Tomarse un tiempo para pensar en esto y planificar correctamente un sistema solar garantizará que el sistema terminado, cuando esté operativo, cumpla con las necesidades eléctricas esperadas y además sea rentable.
Sistemas de energía solar
Entonces, ¿qué tipos deSistemas de energía solarestán disponibles para aprovechar la energía del sol en el hogar. Pues bien, ahora sabemos desde arriba que las tecnologías solares convierten la energía infinita del sol en calor, luz y energía. Uno de los mejores usos de la energía solar es el uso de la energía fotovoltaica para generar electricidad. La energía solar activa se refiere a la generación de energía eléctrica utilizando energía solar y existen dos formas diferentes de hacerlo.
Hoy en día existen enormes centrales comerciales que utilizan energía solar para calentar agua y producir vapor, que luego se utiliza para generar electricidad, igual que en las centrales de carbón fósil o nucleares. Otro método consiste en utilizar grandes áreas de células fotovoltaicas conectadas entre sí para formar paneles solares que pueden generar electricidad a altos voltajes y corrientes.
Para un sistema solar doméstico, no es necesario gastar grandes sumas de dinero diseñando sistemas fotovoltaicos mecánicos muy elaborados; muchos principiantes empiezan con diseños simples de fotovoltaica "casera" para ahorrar dinero encerrando los fotovoltaicos en una caja de madera para energía solar concentrada.
La energía solar se utiliza para convertir la energía solar en un medio energético almacenable y transportable, como la electricidad, mediante paneles solares fotovoltaicos. La fotovoltaica (o "PV") es la tecnología que convierte la luz directamente en electricidad y es el icónico panel solar montado en el tejado que la mayoría de la gente asocia con la energía solar. La energía solar tiene muchas ventajas y desventajas y en el próximo tutorial analizaremos la fotovoltaica con más detalle y veremos cómo convierten la energía solar en energía solar utilizable.
En el siguiente tutorial de esta sección sobre la "energía solar", analizaremos las células solares y veremos cómo pueden convertir la luz solar en forma de fotones en energía eléctrica para nuestros hogares.