Introducción a la energía solar

La sociedad actual vive momentos de cambio muy importantes; la población consume más energía de la que debería. Los recursos fósiles que en otros momentos se consideraban la solución, ya no lo son. Cada vez son más caros y están en países inestables de los que dependemos energéticamente. Un tercer motivo, cada vez más importante, es la concienciación de la sociedad sobre el daño producido por estos combustibles fosiles (en las combustiones) al medio ambiente, que están produciendo un cambio climático que cada vez está menos en duda. Por eso la sociedad mira a otras alternativas energéticas como por ejemplo la energía solar.

El Sol

Las primeras civilizaciones de la humanidad miraban al cielo y veían al Sol, ese extraño cuerpo que iluminaba la Tierra la mitad del día. Pronto fue relacionadose con la vida y el desarrollo. Pero había un tercer factor que nuestros antepasados pasaron por alto, el Sol es una fuente energética, renovable y no contaminante ya que esta alternativa no emite los gases causantes del calentamiento global intensivo.

La utilización de la energía solar, aunque de forma indirecta ya fue utilizada hace muchos siglos por la humanidad, las primeras reseñas históricas son del 2000 A.C cuando en Mesopotamia los sacerdotes utilizaban una serie de espejos curvos para generar fuego. Otra importante reseña sobre la utilización de energía solar es de Arquímedes en 1450 A.C., quién por medio de espejos cóncavos dirigió la energía solar a las velas de los barcos romanos, en el sitio a Siracusa. Las velan se incendiaron rápidamente.

En el Sol se llevan a cabo una serie de reacciones de fusión nuclear, que se pueden resumir en que dos átomos de hidrógeno se fusionan en uno de “helio + energía” (26,7 Mev). Esta energía se propaga principalmente mediante los fotones (ondas electromagnéticas) y por el espacio en todas las direcciones. Una fracción de ella llega a la Tierra. Esta energía se puede medir en torno a una intensidad de 1367 W/m2, a nivel de atmosfera. Si hablamos de superficie toma el valor 1000w/m2. Para hacernos una idea de magnitud basta con pensar en una habitación normal de una casa, esta puede demandar como mucho 1000W de potencia térmica en el escenario más desfavorable del año.

Los fotones en su trayectoria pueden sufrir distorsiones y desviaciones, lo que nos clasifica la radiación en tres opciones: la radiación directa, difusa y de albeldó o reflejada.

Otro importante concepto que se ha de conocer es la irradiación, entendiéndose como la cantidad de energía radiante que llega a una superficie dada en un tiempo determinado. Es muy útil para el dimensionamiento de las instalaciones solares térmicas.

Por eso, cuando hablamos de energía solar, estamos ante una opción válida para la sociedad, ya que nos asegura 6000 millones de años de energía.

Captadores

Los tipos de captadores de energía solar están muy vinculados con el uso que le queremos dar, pero vamos a ir clasificándolos poco a poco.

Es importante saber que con la energía solar podemos producir energía térmica o eléctrica, para ello podemos utilizar paneles térmicos o fotovoltaicos. Los fotovoltaicos solo pueden producir electricidad mientras que los térmicos nos pueden generar energía térmica y eléctrica.

Si por otro lado tenemos en cuenta que la energía solar puede combinarse con la energía eólica, veremos como la cosa empieza a complicarse. Por eso es mejor ir describiendo una a una todas las alternativas posibles a día de hoy.

Comenzaremos hablando de los térmicos.

Colectores de baja temperatura: Los más comunes, y que todos hemos visto, son los colectores solares planos, ya que son los que su utilizan en la edificación. Están destinados a generación de energía térmica mediante la utilización de un líquido (agua mas anticongelante) que capta y cede energía. La energía que proporciona, por norma general, se destina a la generación de agua caliente sanitaria. La normativa exige en función de tipo de energía auxiliar, litros de demanda de ACS y zona en la que nos encontremos un porcentaje mínimo de aportación. En principio están poco indicados para la aportación térmica para calefacción.

En esta misma línea de captadores solares, aunque con rendimientos mejorados nos encontramos los captadores de tubos de vacío, que ya trabajan a temperaturas superiores, sobre los 100ºC. Otra opción son los paneles termodinámicos, en los cuales utilizamos como fluido un gas, captan mejor la radiación difusa, funcionando bien los días nublados.

Hay que mencionar que cuando queremos aportar calor por medio de paneles solares a piscinas podremos elegir paneles especializados en calentamiento de piscinas, que son normalmente de más baja calidad.

Colectores de media temperatura: en este grupo podemos nombrar los colectores cilindro-parabólicos, estos son paneles concentran la energía captada en un tubería en la circula un liquido que suele ser aceite, que alcanza los 400ºC. Esta energía se transmite, posteriormente, a un medio en el cual se genera vapor a presión haciendo girar una turbina y produciendo electricidad. Este es un caso en el cual utilizamos captadores térmicos para generación eléctrica. Uso industrial.

Colectores de alta temperatura: estos están en fase de crecimiento, es una tecnología basada en la evolución de los de media temperatura, ahora se busca concentrar toda la energía en un punto, como consecuencia de esto podemos trabajar a unos 1000ºC, lógicamente esta indicada para la generación eléctrica a gran escala. Son las llamadas centrales solares termoeléctricas.

En esta línea también se están desarrollando instalaciones como la Solar Tower, combinación de energía solar con eólica, ya que se calienta aire mediante captadores en forma de membrana que calienta el aire de debajo de ella produciendo corrientes de aire, que mueven turbinas, tienen gran posibilidad de generación. También se está desarrollando proyectos sobre islas de captación solar.

En la otra parte de la clasificación nos encontramos los paneles solares fotovoltaicos, su uso es para producir energía eléctrica. Principalmente están indicados para uso industrial ya que el uso particular no es rentable ya que necesitaríamos demasiados paneles para cubrir la demanda eléctrica de una vivienda. Lo normal es encontrar los fotovoltaicos en los llamados huertos solares, estos huertos generan electricidad que ha sido muy rentable para los inversionistas ya que la energía generada no es para consumo propio sino para venta a red, esto fue una buena inversión. Los paneles solares fotovoltaicos son la combinación de celdas fotovoltaicas conectadas entre sí.

Las instalaciones fotovoltáicas particulares pueden resultar muy interesantes en circunstancias como: generación eléctrica en vivienda unifamiliar rural en la cual, por diversos motivos, tenga una conexión a red eléctrica mala o irregular o inexistente. Ya que con la fotovoltaica generamos en el lugar de consumir. También está resultando interesante en proyectos de cooperación para países subdesarrollados en los cuales la red eléctrica es muy pequeña o poco fiable.

Estas instalaciones requieren de elementos como los inversores, ya que la corriente generada es continua y la hay que transformar a alterna para su uso o venta. El factor del almacenamiento es muy discriminante, ya que las baterías tienen mal rendimiento. Por este motivo incluso para la generación eléctrica se utilizan sistemas térmicos.

A nivel de inversión las instalaciones industriales son rentables pero a nivel particular una instalación solar térmica no es amortizable y la fotovoltaica está en la misma situación.

La energía solar y su repercusión ha aumentado mucho en la sociedad en estos últimos años, esto ha hecho en cierto modo que muchas personas no cualificadas hayan entrado en este mundo. Esto ha producido una imagen muy negativa de esta energía, ya que con el objeto de vender se ha mentido a muchos clientes acerca de las posibilidades de la energía del Sol. La sociedad ve la energía solar como una obligación impuesta por ley, cuando tiene muchos aspectos positivos y beneficiosos, pero en su medida.