Cuando estábamos 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 vida animal y vegetal que lo habita, así como cultivar nuestros cultivos para la alimentación. Pero también podemos usar la energía de luz radiante del sol 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, están siendo emitidos constantemente al espacio por la acción ardiente del sol. Estos rayos viajan a través del espacio en todas las direcciones, mientras que algunos llegan a la superficie de la Tierra. La energía radiante emitida por el sol llega a la tierra en un período de tiempo muy corto.
De hecho, la cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra cada hora del día es mayor que nuestra demanda total de energía en todo un año. Como el sol arde intensamente en el sistema solar las 24 horas del día, los 365 días del año, la energía solar en forma de "Energía Solar" se clasifica como un recurso de energía renovable, y para todos los propósitos prácticos, podemos considerarEnergía solarcomo energía 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 de la Tierra en cualquier lugar y hora dada 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 de la Tierra, por nombrar algunos.
La cantidad de energía radiante que está disponible para su uso en un sistema de energía solar es sólo una cantidad muy pequeña de la radiación solar total recibida por la tierra sobre su atmósfera. Esto se debe principalmente a las nubes, la atmósfera misma y las condiciones del suelo que pueden absorber o reflejar la mayor parte de esta energía solar hacia el cielo y el espacio.
La Tierra es esencialmente un enorme colector de energía solar que recibe grandes cantidades de energía del sol. Esta energía solar se puede utilizar directamente como energía solar utilizando un panel solar fotovoltaico, e indirectamente como energía eólica, mareomotriz o undimotriz. La energía solar es un recurso de energía renovable que es inagotable y está disponible localmente en todas partes de la tierra. Pero para recolectar energía solar de manera más efectiva, los receptores de energía solar requieren luz solar directa y no luz solar 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 aproximadamente 1373 vatios por metro cuadrado (1,37 kW / m2) por encima de la capa de nubes. Esta cantidad se reduce por la atmósfera y las capas protectoras para llegar a la superficie de la tierra al mediodía desde un cielo sin nubes a aproximadamente 1000 vatios por metro cuadrado (1.0 kW / m2) o un poco menos.
Esto significa entonces que la irradiancia solar que llega a la superficie de la tierra se compone de aproximadamente 70% de luz solar directa y aproximadamente 30% difusa porque la atmósfera y las nubes actúan como filtros gigantes que bloquean y dispersan la energía radiante del sol en todas las direcciones.
Por ejemplo, los gases y las pequeñas partículas de polvo suspendidas en la atmósfera causarán un efecto de dispersión sobre la radiación solar entrante, lo que provocará que parte de ella se refleje en el espacio en todas las direcciones debido al aire, las nubes, la lluvia y la neblina. Las nubes que están formadas por partículas de agua líquida y congelada se dispersarán y reflejarán la radiación solar de vuelta al espacio como vemos en los días nublados y aburridos.
También la reflectividad de la superficie terrestre varía con los diferentes tipos de materiales que la cubren ya sea arena, nieve o mar, mientras que la energía de la luz radiante del sol es absorbida por los diferentes gases que componen la atmósfera como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el ozono.
Como se describió anteriormente, la radiación solar se dispersa y se refleja en todas las direcciones al pasar a través de la atmósfera. Esta dispersión puede ser hasta el 60% del valor total que llega a la atmósfera de la Tierra a través del espacio. Sin embargo, la radiación solar directa proyecta sombras, porque es direccional y proviene 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 de un día despejado y soleado sin nubes en medio del desierto, la energía solar disponible a nivel del suelo puede ser de hasta 1.000 vatios por metro cuadrado, es decir, 1.000W o 1kW por m2 de área apuntando directamente al sol, pero para muchos lugares del mundo 600 a 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 de energía solar en dirección sur donde el sol está en su punto más brillante y tal vez ajustarlo para diferentes estaciones para rastrear el sol de este a oeste.
La viabilidad de la energía solar
Ubicación de los Suns
La viabilidad de utilizar la radiación solar del sol como fuente de energía solar, ya sea para calentar agua o para producir electricidad, depende principalmente de la cantidad de irradiancia solar recibida en cualquier lugar dado en la superficie de la Tierra y esto variará con el tiempo y las estaciones, con la Tierra en su conjunto recibiendo más energía solar en los meses de verano de mayo a agosto.
La disponibilidad o ausencia de la radiación solar del sol depende en gran medida de la rotación de la Tierra, ya que hay menos energía solar disponible durante la noche que durante el día, y también del movimiento orbital de la Tierra que produce ciclos estacionales de verano a invierno con el sol más alto y más brillante.
Por lo tanto, el sol es más poderoso en el cielo durante los meses de verano que en los meses 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 nubosidad, etc., con el mayor potencial de generación de energía solar en el hemisferio sur. La energía solar concentrada nos ayuda a superar algunas de estas deficiencias.
Dicho todo esto, suficiente energía solar del sol brilla sobre la Tierra en una hora para satisfacer todas nuestras necesidades durante un año completo y el primer paso para determinar la viabilidad de cualquier sistema de energía alternativa es realizar una estimación realista de cuánta energía y qué tipo de energía se necesita realmente. Tomarse el tiempo para pensar en esto y planificar correctamente un sistema de energía solar asegurará que el sistema completo cuando esté operativo satisfaga las necesidades eléctricas esperadas y también sea rentable.
Sistemas de energía solar
Entonces, ¿qué tipos deSistemas de energía solarestán disponibles para aprovechar el poder del sol en el hogar. Bueno, ahora sabemos desde arriba que las tecnologías solares convierten el poder infinito de la energía del sol en calor, luz y poder. Uno de los mejores usos de la energía solar es en 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 hay dos formas diferentes de hacerlo.
Hay enormes centrales eléctricas comerciales en uso hoy en día que utilizan la energía solar para calentar el agua para producir vapor que luego se utiliza para generar electricidad al igual que en el carbón de combustibles fósiles o las plantas eléctricas nucleares. Otro método es mediante el uso de grandes áreas de células fotovoltaicas conectadas entre sí para formar paneles solares que pueden generar electricidad a altos voltajes y corrientes.
Para un sistema de energía solar basado en el hogar, no es necesario gastar grandes sumas de dinero diseñando sistemas solares fotovoltaicos mecánicos muy elaborados, muchos principiantes comienzan con simples diseños fotovoltaicos "caseros" para ahorrar dinero encerrando la energía fotovoltaica en una caja de madera para energía solar concentrada.
La energía solar se utiliza para convertir la energía de la luz solar en un medio de energía almacenable y transportable, como la electricidad utilizando paneles solares fotovoltaicos. La energía fotovoltaica (o "PV") es la tecnología que convierte la luz directamente en electricidad y es el icónico panel solar montado en el techo que la mayoría de la gente asocia con la energía solar. Hay muchas ventajas y desventajas de la energía solar y en el próximo tutorial veremos la energía fotovoltaica con más detalle y veremos cómo convierte la energía del sol en energía solar utilizable.
En el siguiente tutorial de esta sección sobre "energía solar", veremos las células solares y veremos cómo pueden convertir la luz solar en forma de fotones en energía eléctrica para nuestros hogares.