La energía del sol es sólo una corriente de fotones. Y al mismo tiempo, es uno de los factores fundamentales que aseguran la existencia misma de vida en nuestra biosfera. Por lo tanto, es bastante natural que el hombre utilice activamente la luz solar no sólo en el aspecto climático, sino también como fuente alternativa de energía.
¿Dónde se utiliza la energía solar?
El alcance de la energía solar es muy amplio y cada año es más y más. Por eso, hasta hace poco, una ducha campestre con calentador solar se percibía como algo extraordinario y la posibilidad de utilizar la luz solar para las redes eléctricas domésticas parecía fantástica. Hoy en día, no sorprenderá a nadie no solo con una estación solar autónoma, sino también con cargadores solares móviles e incluso pequeños electrodomésticos (por ejemplo, relojes) que funcionan con efecto fotovoltaico.
En general, el uso de la energía solar tiene una gran demanda en áreas como:
- Agricultura;
- Suministro energético de sanatorios y pensiones;
- Industria espacial;
- Protección del medio ambiente y ecoturismo;
- Electrificación de regiones remotas y de difícil acceso;
- Iluminación pública, de jardines y decorativa;
- Vivienda y servicios comunales (ACS, iluminación de la casa);
- Tecnología móvil (gadgets y módulos de carga solares).
Anteriormente, la energía solar se utilizaba principalmente en la industria espacial (suministro de energía para satélites, estaciones, etc.) y en la industria, pero con el tiempo, las energías alternativas comenzaron a desarrollarse activamente en la vida cotidiana. Uno de los primeros objetos equipados con instalaciones solares fueron las pensiones y sanatorios del sur, especialmente los ubicados en zonas apartadas.
Instalaciones solares y sus ventajas.
La aplicación exitosa de los primeros módulos solares demostró que la energía solar tiene muchas ventajas sobre las fuentes tradicionales. Anteriormente, las principales ventajas de las plantas solares eran únicamente el respeto al medio ambiente y la inagotabilidad (y también gratuita) de la luz solar.
Pero, de hecho, la lista de ventajas es mucho más amplia:
- Autonomía, ya que no se requieren comunicaciones eléctricas externas;
- La estabilidad del suministro de energía, debido a las características específicas de la corriente solar, no está sujeta a sobretensiones;
- Rentabilidad, ya que los fondos se gastan una sola vez, durante la instalación de la instalación;
- Vida útil sólida (más de 20 años);
- Uso en todo tipo de clima, las instalaciones solares funcionan eficazmente incluso en climas helados y nublados (con una ligera disminución de la eficiencia);
- Sencillez y comodidad de servicio, ya que sólo es necesario limpiar ocasionalmente las partes frontales de los paneles de la contaminación.
El único inconveniente es la dependencia del sol y el hecho de que este tipo de instalaciones no funcionan de noche. Pero este problema se soluciona conectando baterías especiales que acumulan la energía de la luz solar generada durante el día.
foto energia
La energía fotovoltaica es una de las dos formas de utilizar la radiación del sol. Se trata de una corriente continua generada por la acción de la luz solar. Esta transformación tiene lugar en las llamadas fotocélulas, que en realidad son una estructura de dos capas de dos semiconductores de diferentes tipos. El semiconductor inferior es de tipo p (con falta de electrones), el superior es de tipo n con exceso de electrones.
Los electrones del conductor n absorben la energía de los rayos del sol que inciden sobre ellos y abandonan sus órbitas, y el impulso de energía es suficiente para que pasen a la zona del conductor p. En este caso, se forma un flujo de electrones dirigido, llamado fotocorriente. En otras palabras, toda la estructura funciona como una especie de electrodos en los que se genera electricidad bajo la influencia del sol.
Para la producción de este tipo de fotocélulas se utiliza silicio. Esto se explica por el hecho de que, en primer lugar, el silicio está muy extendido y, en segundo lugar, su procesamiento industrial no requiere grandes gastos.
Las fotocélulas de silicio son:
- Monocristalino. Están hechos de monocristales y tienen una estructura uniforme con una eficiencia ligeramente mayor (alrededor del 20%), pero al mismo tiempo son más caros.
- Policristalino. Tienen una estructura desigual debido al uso de policristales y una eficiencia ligeramente menor (15-18%), pero son mucho más económicos que las monovariantes.
- Película delgada. Se fabrican pulverizando silicio amorfo sobre un sustrato de película delgada. Se caracterizan por una estructura flexible y el menor coste de producción, pero tienen el doble de dimensiones que sus homólogos cristalinos de la misma potencia.
Los campos de aplicación de cada tipo de células son muy amplios y vienen determinados por sus características operativas.
Colectores solares
Los colectores solares también se utilizan como convertidores de energía solar, pero el principio de funcionamiento es completamente diferente. Convierten la luz incidente no en energía eléctrica, sino en energía térmica, calentando el líquido refrigerante. Se utilizan para el suministro de agua caliente o para calentar casas. El elemento principal de cualquier colector es un absorbente, que también es un disipador de calor. El absorbente es una placa plana o un sistema tubular de vacío, dentro del cual circula un refrigerante (ya sea agua corriente o anticongelante). Además, el absorbente debe pintarse de negro con una pintura especial para aumentar los coeficientes de absorción.
Es por el tipo de absorbentes que los colectores se dividen en planos y de vacío. Para los disipadores de calor planos, el disipador de calor tiene la forma de una placa de metal, a la que se suelda desde abajo una bobina de metal con un refrigerante. Los absorbedores de vacío están formados por varios tubos de vidrio conectados entre sí en los extremos. Los tubos se hacen dobles, se crea un vacío entre las paredes y en su interior se coloca una varilla con un refrigerante. Todas las varillas se comunican entre sí mediante conectores especiales en las juntas de las tuberías.
Los absorbentes de ambos tipos se colocan en una carcasa liviana y duradera (generalmente hecha de aluminio o plástico resistente a impactos) y están aislados de manera confiable de las paredes. La parte frontal del cuerpo está cubierta con vidrio transparente resistente a impactos con máxima permeabilidad a los fotones. Esto asegura una mejor absorción de la energía solar.
Características del funcionamiento.
El principio de funcionamiento de ambos tipos de colectores es similar. Al calentarse en el colector a altas temperaturas, el refrigerante pasa a través de las mangueras de conexión al tanque de intercambio de calor, que se llena de agua. A través del tanque, pasa por un tubo serpentino, cediendo su calor al agua. El refrigerante enfriado sale del tanque y regresa al colector. De hecho, esta es una especie de caldera "solar", solo que en lugar de un serpentín de calentamiento, se usa un serpentín en el tanque y, en lugar de la red, se usa la luz solar.
Las diferencias estructurales determinan la diferencia en el uso de colectores planos y de vacío. El aprovechamiento de la radiación solar mediante modelos de vacío es posible durante todo el año, incluso en invierno y fuera de temporada. Las opciones planas funcionan mejor en verano. Sin embargo, son más baratos y sencillos que los de vacío, por lo que son ideales para fines estacionales.
Energía solar en las ciudades (ecocasas)
La energía solar se utiliza activamente no sólo en casas privadas, sino también en edificios urbanos. No es difícil adivinar cómo una persona utiliza la energía solar en las megaciudades. También se utiliza para la calefacción y el suministro de agua caliente de edificios y, a menudo, de bloques enteros.
En los últimos años se ha desarrollado e implementado activamente el concepto de casas ecológicas, totalmente alimentadas por fuentes de energía alternativas. Utilizan sistemas combinados que proporcionan una producción eficiente de energía solar, eólica y térmica de la tierra. A menudo, estas casas no sólo cubren completamente sus necesidades energéticas, sino que también transfieren el excedente a las redes de la ciudad. Y más recientemente, han aparecido en Rusia proyectos de este tipo de edificios ecológicos.
Helioestaciones y sus tipos.
En las regiones del sur con una alta insolación no sólo se construyen plantas solares individuales, sino también estaciones enteras que generan energía a escala industrial. La cantidad de energía solar que producen es muy grande y muchos países con un clima adecuado ya han comenzado la transición gradual de todo el sistema energético a esta alternativa. Según el principio, el funcionamiento de la estación se divide en fototérmico y fotovoltaico. Los primeros funcionan según el método de colectores y suministran agua caliente para el suministro de agua caliente sanitaria a las casas, mientras que los segundos generan electricidad directamente.
Existen varios tipos de estaciones solares:
- Torre. Permiten recibir vapor de agua sobrecalentado suministrado a los generadores. En el centro de la estación hay una torre con un tanque de agua, alrededor de ella se colocan helióstatos (espejos) que enfocan los rayos sobre el tanque. Se trata de estaciones bastante eficientes, su principal inconveniente es la dificultad de posicionar con precisión los espejos.
- En forma de plato. Consisten en un receptor de energía solar y un reflector. Reflector: un espejo en forma de plato que concentra la radiación en el receptor. Estos concentradores de energía solar están situados a poca distancia del receptor y su número está determinado por la potencia requerida de la instalación.
- Parabólico. Los tubos con refrigerante (generalmente aceite) se colocan en el foco de un espejo parabólico largo. El aceite calentado desprende calor al agua, que hierve y hace girar los generadores.
- Globo. De hecho, estas son las estaciones solares más eficientes y móviles de la Tierra. Su elemento principal es un globo con una capa fotovoltaica llena de vapor de agua. Se eleva hacia la atmósfera (normalmente por encima de las nubes). El vapor calentado de la bola se alimenta a través de una tubería de vapor flexible a la turbina, en la salida se condensa y el agua vuelve a subir a la bola con una bomba. Una vez en la bola, el agua se evapora y el ciclo continúa.
- Sobre fotobaterías. Se trata de instalaciones de energía solar ya conocidas por todos, que se utilizan para casas particulares. Proporcionan electricidad y calentamiento de agua en los volúmenes requeridos.
Hoy en día, varios tipos de estaciones solares (incluidas las combinadas, que combinan varios tipos) desempeñan un papel cada vez más importante en la producción de energía de muchos países. Y algunos estados están reestructurando su energía de tal manera que en unos años cambiarán casi por completo a sistemas alternativos.
En los últimos años, los científicos se han interesado especialmente por las fuentes de energía alternativas. El petróleo y el gas se acabarán tarde o temprano, por lo que ahora tenemos que pensar en cómo sobreviviremos en esta situación. Los molinos de viento se utilizan activamente en Europa, alguien está intentando extraer energía del océano y hablaremos de energía solar. Después de todo, una estrella que vemos en el cielo casi todos los días puede ayudarnos a salvar y mejorar la situación ecológica. Es difícil sobreestimar el valor del Sol para la Tierra: proporciona calor, luz y permite que funcione toda la vida en el planeta. Entonces, ¿por qué no encontrarle otro uso?
Un poco de historia
A mediados del siglo XIX, el físico Alexandre Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico. Y a finales de siglo, Charles Fritts creó el primer dispositivo capaz de convertir la energía solar en electricidad. Para ello se utilizó selenio recubierto con una fina capa de oro. El efecto fue débil, pero este invento a menudo se asocia con el comienzo de la era de la energía solar. Algunos estudiosos no están de acuerdo con esta formulación. Llaman al fundador de la era de la energía solar el científico de fama mundial Albert Einstein. En 1921 recibió el Premio Nobel por explicar las leyes del efecto fotoeléctrico externo.
Parecería que la energía solar es una vía prometedora de desarrollo. Pero existen muchos obstáculos para que llegue a todos los hogares, principalmente económicos y medioambientales. A continuación descubriremos cuál es el coste de los paneles solares, qué daño pueden causar al medio ambiente y qué otras formas de generar energía.
Métodos de acumulación
La tarea más urgente asociada a la domesticación de la energía del sol no es sólo su obtención, sino también su acumulación. Y eso es lo más difícil. Actualmente, los científicos han desarrollado sólo 3 formas de controlar completamente la energía solar.
El primero se basa en el uso de un espejo parabólico y es un poco como jugar con una lupa, que todos conocemos desde la infancia. La luz pasa a través de la lente y se concentra en un punto. Si pones un trozo de papel en este lugar, se iluminará, porque la temperatura de los rayos del sol cruzados es increíblemente alta. Un espejo parabólico es un disco cóncavo que se asemeja a un cuenco poco profundo. Este espejo, a diferencia de una lupa, no transmite, sino que refleja la luz del sol, recogiéndola en un punto, que suele dirigirse a un tubo negro con agua. Este color se utiliza porque absorbe mejor la luz. El agua de la tubería se calienta con los rayos del sol y puede utilizarse para generar electricidad o calentar casas pequeñas.
calentador plano
Este método utiliza un sistema completamente diferente. El receptor de energía solar parece una estructura multicapa. El principio de su trabajo se ve así.
Al atravesar el vidrio, los rayos caen sobre el metal oscurecido que, como saben, absorbe mejor la luz. La radiación solar se transforma y calienta el agua que se encuentra debajo de la placa de hierro. Además, todo sucede como en el primer método. El agua calentada se puede utilizar para calentar espacios o para generar energía eléctrica. Es cierto que la eficacia de este método no es tan alta como para utilizarlo en todas partes.
Por regla general, la energía solar así obtenida es calor. Para obtener electricidad, se utiliza con mucha más frecuencia el tercer método.
Células solares
Sobre todo, estamos familiarizados con esta forma de obtener energía. Implica el uso de varias baterías o paneles solares, que se pueden encontrar en los tejados de muchas casas modernas. Este método es más complicado que el descrito anteriormente, pero mucho más prometedor. Es él quien permite que el sol produzca electricidad a escala industrial.
Los paneles especiales diseñados para capturar los rayos están hechos de cristales de silicio enriquecidos. La luz del sol, al caer sobre ellos, saca al electrón de su órbita. Otro inmediatamente intenta ocupar su lugar, resultando así una cadena en movimiento continuo que crea una corriente. Si es necesario, se utiliza inmediatamente para alimentar dispositivos o se acumula como electricidad en baterías especiales.
La popularidad de este método se justifica por el hecho de que permite obtener más de 120 vatios con tan solo un metro cuadrado de paneles solares. Al mismo tiempo, los paneles tienen un espesor relativamente pequeño, lo que permite colocarlos prácticamente en cualquier lugar.
Tipos de paneles de silicona
Existen varios tipos de paneles solares. Los primeros están fabricados con silicio monocristalino. Su eficiencia es de alrededor del 15%. Estos son los más caros.
La eficiencia de los elementos de silicio policristalino alcanza el 11%. Cuestan menos, ya que el material para ellos se obtiene mediante una tecnología simplificada. El tercer tipo es el más económico y tiene una eficiencia mínima. Se trata de paneles fabricados con silicio amorfo, es decir, no cristalino. Además de la baja eficiencia, tienen otro inconveniente importante: la fragilidad.
Algunos fabricantes utilizan ambos lados del panel solar para aumentar la eficiencia: la parte trasera y la delantera. Esto le permite capturar luz en grandes volúmenes y aumenta la cantidad de energía recibida entre un 15 y un 20%.
productores nacionales
La energía solar en la Tierra está cada vez más extendida. Incluso en nuestro país hay interés en estudiar esta industria. A pesar de que en Rusia el desarrollo de energías alternativas no es muy activo, se han logrado algunos éxitos. Actualmente, varias organizaciones se dedican a la creación de paneles para energía solar, principalmente institutos científicos de diversos tipos y fábricas para la producción de equipos eléctricos.
- NPF "Kvark"
- JSC "Planta mecánica Kovrovsky"
- Instituto Panruso de Investigación sobre Electrificación de la Agricultura.
- ONG de ingeniería mecánica.
- JSC VIEN.
- JSC "Planta de dispositivos metalocerámicos de Ryazan".
- Planta experimental de fuentes de energía AOOT Pravdinsky "Posit".
Esta es sólo una pequeña parte de las empresas que participan activamente en el desarrollo de alternativas.
Impacto medioambiental
El rechazo del carbón y el petróleo como fuentes de energía no sólo se debe al hecho de que estos recursos tarde o temprano se acabarán. El hecho es que dañan enormemente el medio ambiente: contaminan el suelo, el aire y el agua, contribuyen al desarrollo de enfermedades en las personas y reducen la inmunidad. Por eso las fuentes de energía alternativas deben ser seguras desde el punto de vista medioambiental.
El silicio, que se utiliza para la producción de células fotovoltaicas, es seguro en sí mismo, ya que es un material natural. Pero después de limpiarlo, quedan residuos. Pueden dañar a los seres humanos y al medio ambiente si se utilizan de forma inadecuada.
Además, en una zona completamente llena de paneles solares, la iluminación natural puede verse alterada. Esto conducirá a cambios en el ecosistema existente. Pero, en general, el impacto medioambiental de los dispositivos diseñados para convertir la energía solar es mínimo.
economía
Los mayores costos asociados con el alto costo de las materias primas. Como ya hemos descubierto, se crean paneles especiales con silicona. A pesar de que este mineral se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, existen grandes problemas asociados con su extracción. El hecho es que el silicio, que constituye más de una cuarta parte de la masa de la corteza terrestre, no es adecuado para la producción de células solares. Para estos fines, sólo es adecuado el material más puro obtenido por método industrial. Desafortunadamente, obtener el silicio más puro a partir de arena es extremadamente problemático.
En términos de precio, este recurso es comparable al uranio utilizado en las centrales nucleares. Por este motivo, el coste de los paneles solares se mantiene actualmente en un nivel bastante alto.
Tecnologías modernas
Los primeros intentos de controlar la energía solar aparecieron hace mucho tiempo. Desde entonces, muchos científicos han participado activamente en la búsqueda del equipo más eficiente. No sólo debería ser rentable, sino también compacto. Su eficiencia debe esforzarse al máximo.
Los primeros pasos hacia un dispositivo ideal para recibir y convertir energía solar se dieron con la invención de las baterías de silicio. Por supuesto, el precio es bastante elevado, pero los paneles se pueden colocar en los techos y paredes de las casas, donde no molestarán a nadie. Y la eficacia de este tipo de baterías es innegable.
Pero la mejor manera de aumentar la popularidad de la energía solar es abaratarla. Los científicos alemanes ya han propuesto sustituir el silicio por fibras sintéticas que puedan integrarse en tejidos u otros materiales. La eficiencia de una batería solar de este tipo no es muy alta. Pero una camiseta intercalada con fibras sintéticas puede al menos proporcionar electricidad a un teléfono inteligente o a un reproductor. También se trabaja activamente en el campo de la nanotecnología. Es probable que permitan que el sol se convierta en la fuente de energía más popular de este siglo. Los especialistas noruegos de Scates AS ya han afirmado que las nanotecnologías reducirán el coste de los paneles solares a la mitad.
Energía solar para el hogar
Una vivienda autosuficiente es el sueño de muchos: no hay dependencia de la calefacción central, no hay problemas para pagar las facturas y no se daña el medio ambiente. Muchos países ya están construyendo activamente viviendas que consumen únicamente energía obtenida de fuentes alternativas. Un ejemplo sorprendente es la llamada casa solar.
Durante el proceso de construcción requerirá mayores inversiones que el tradicional. Pero, después de varios años de funcionamiento, todos los costes se amortizarán: no tendrá que pagar calefacción, agua caliente ni electricidad. En una casa solar, todas estas comunicaciones están vinculadas a paneles fotovoltaicos especiales colocados en el techo. Además, los recursos energéticos obtenidos de esta manera no solo se gastan en las necesidades actuales, sino que también se acumulan para su uso nocturno y en tiempo nublado.
Actualmente, la construcción de este tipo de casas se lleva a cabo no solo en países cercanos al ecuador, donde es más fácil obtener energía solar. También se construyen en Canadá, Finlandia y Suecia.
Ventajas y desventajas
El desarrollo de tecnologías que permitan el uso de la energía solar en todas partes podría ser más activo. Pero hay ciertas razones por las que esto todavía no es una prioridad. Como dijimos anteriormente, durante la producción de paneles se producen sustancias nocivas para el medio ambiente. Además, el equipo terminado contiene galio, arsénico, cadmio y plomo.
La necesidad de reciclar paneles fotovoltaicos también plantea muchas preguntas. Después de 50 años de funcionamiento, quedarán inutilizables y habrá que destruirlos de alguna manera. ¿Causará un daño enorme a la naturaleza? También hay que tener en cuenta que la energía solar es un recurso voluble, cuya eficiencia depende de la hora del día y del clima. Y esta es una desventaja significativa.
Pero, por supuesto, también hay ventajas. La energía solar se puede extraer de casi cualquier lugar de la Tierra, y el equipo para producirla y convertirla puede ser lo suficientemente pequeño como para caber en la parte posterior de un teléfono inteligente. Más importante aún, es un recurso renovable, es decir, la cantidad de energía solar permanecerá sin cambios durante al menos otros mil años.
perspectivas
El desarrollo de tecnologías en el campo de la energía solar debería conducir a una reducción del coste de creación de elementos. Ya están apareciendo paneles de vidrio que se pueden instalar en las ventanas. El desarrollo de la nanotecnología ha hecho posible inventar una pintura que se rociará sobre los paneles solares y podrá sustituir la capa de silicio. Si el coste de la energía solar realmente se reduce varias veces, su popularidad también crecerá muchas veces.
La creación de pequeños paneles para uso individual permitirá a las personas utilizar la energía solar en cualquier entorno: en casa, en el coche o incluso fuera de la ciudad. Gracias a su distribución, la carga en la red eléctrica centralizada disminuirá, ya que las personas podrán cargar pequeños aparatos electrónicos de forma independiente.
Los expertos de Shell creen que en 2040 aproximadamente la mitad de la energía mundial se generará a partir de recursos renovables. Ya en Alemania el consumo de energía solar está creciendo activamente y la potencia de la batería supera los 35 Gigavatios. Japón también está desarrollando activamente esta industria. Estos dos países son los líderes en el consumo de energía solar en el mundo. Es probable que Estados Unidos se una pronto.
Otras fuentes de energía alternativas
Los científicos no dejan de preguntarse qué más se puede utilizar para producir electricidad o calor. Pongamos ejemplos de las fuentes de energía alternativas más prometedoras.
Hoy en día se pueden encontrar molinos de viento en casi todos los países. Incluso en las calles de muchas ciudades rusas se instalan farolas que se abastecen de electricidad a partir de energía eólica. Seguramente su coste está por encima de la media, pero con el tiempo compensarán esta diferencia.
Hace bastante tiempo, se inventó una tecnología que permite obtener energía utilizando la diferencia de temperatura del agua en la superficie del océano y en las profundidades. China va a desarrollar activamente esta dirección. En los próximos años, frente a las costas del Reino Medio, se construirá la mayor central eléctrica que funcione con esta tecnología. Hay otras formas de utilizar el mar. Por ejemplo, en Australia planean crear una central eléctrica que genere energía a partir de la fuerza de las corrientes.
Hay muchos otros o calor. Pero en comparación con muchas otras opciones, la energía solar es una dirección realmente prometedora en el desarrollo de la ciencia.
¿Se ha convertido usted en participante de debates sobre energías alternativas? Casi todo el mundo ha oído al menos algo al respecto. Y muchos incluso tuvieron la oportunidad de observar con sus propios ojos los paneles solares o los parques eólicos. Hoy en día, el desarrollo de esta esfera del suministro de energía es muy importante para una mayor existencia cómoda de la humanidad.
Como casi hemos agotado la mayor parte de los recursos tradicionales, como los minerales, tenemos que buscar fuentes más duraderas. Una de esas fuentes de energía no tradicionales es la energía solar. Este recurso es uno de los más comunes y de fácil acceso, ya que en cualquier rincón de nuestro planeta hay luz solar en una cantidad u otra. Por lo tanto, los desarrollos relacionados con la acumulación de energía solar comenzaron hace bastante tiempo y se llevan a cabo activamente hasta el día de hoy.
Como fuente de energía, la luz solar es una excelente alternativa a los recursos tradicionales. Y si se utiliza correctamente, es posible que en el futuro desplace a todos los demás recursos energéticos.
Para encontrar los métodos más eficientes para convertir la energía solar, los científicos necesitaban comprender qué tipo de conversión es la fuente de energía solar. Para responder a esta pregunta se han llevado a cabo una gran cantidad de experimentos y estudios. Existen varias hipótesis para explicar este fenómeno. Pero experimentalmente, durante largos estudios, se demostró que la reacción, durante la cual el hidrógeno se convierte en helio con la ayuda de núcleos de carbono, actúa como la principal fuente de energía solar.
Ya sabemos que el hidrógeno y el helio son la fuente de energía solar, pero la propia energía solar es una fuente de ciertos procesos. Todos los procesos naturales terrestres se llevan a cabo gracias a la energía recibida del Sol.
Sin radiación solar sería imposible:
- El ciclo del agua en la naturaleza. Es por la influencia del Sol que el agua se evapora. Es este proceso el que inicia la circulación de la humedad en la Tierra. Los aumentos y descensos de temperatura afectan la formación de nubes y las precipitaciones.
- Fotosíntesis. El proceso mediante el cual se mantiene el equilibrio de dióxido de carbono y oxígeno, se forman las sustancias necesarias para el desarrollo y crecimiento de las plantas, también se produce con la ayuda de la luz solar.
- Circulación atmosférica. El sol influye en los procesos de movimiento de masas de aire y regulación del calor.
La energía solar es la base de la existencia de vida en la Tierra. Pero su efecto beneficioso no acaba ahí. Para la humanidad, la energía solar puede resultar útil como fuente alternativa de energía.
Actualmente, el desarrollo activo de la tecnología ha hecho posible convertir la energía solar en otras formas utilizadas por el hombre. Como fuente de energía renovable, la energía solar se ha generalizado y se utiliza activamente, tanto a escala industrial como localmente en pequeñas parcelas privadas. Y cada año hay más zonas en las que el uso de energía solar térmica es algo habitual.
Hoy en día, la luz solar como fuente de energía se utiliza:
- En agricultura, para calefacción y suministro de energía de diversas dependencias como invernaderos, hangares y otros.
- Dotar de electricidad a centros médicos y edificios deportivos.
- Para el suministro de electricidad a los asentamientos.
- Proporcionar iluminación más económica en las calles de la ciudad.
- Mantener el buen funcionamiento de todos los sistemas de comunicación en edificios residenciales.
- Para las necesidades domésticas diarias de la población.
En base a esto, vemos que la energía solar puede convertirse en una excelente fuente de energía en casi todas las áreas de la actividad humana. Por lo tanto, la investigación continua en esta industria puede cambiar de raíz la existencia actual habitual.
Hoy en día, gracias a diversos desarrollos y métodos, la energía solar como fuente de energía alternativa se puede convertir y acumular de muchas maneras. Ahora existen sistemas para el uso activo de la energía solar y sistemas pasivos. ¿Cuál es su esencia?
- Los pasivos (selección de materiales de construcción y diseño de locales para el máximo aprovechamiento de la energía solar) se centran principalmente en el uso de energía solar directa. Los sistemas pasivos son edificios en los que el diseño se realizó de tal manera que reciban la mayor cantidad de energía luminosa y térmica posible del sol.
- Activo (sistemas fotovoltaicos, plantas de energía solar y colectores), a su vez, significa realmente transformar la energía solar recibida en otros tipos necesarios para el hombre.
Ambos tipos de este tipo de sistemas se utilizan en determinados casos, dependiendo de las necesidades que deben satisfacer. Ya sea la construcción de una casa solar respetuosa con el medio ambiente o la instalación de un colector en el lugar, esto en cualquier caso dará resultados y será una inversión rentable.
¿Qué es una planta de energía solar? Se trata de una estructura de ingeniería especialmente organizada, gracias a la cual se llevan a cabo los procesos de conversión de la radiación solar para una mayor generación de electricidad. Los diseños de dichas estaciones pueden ser completamente diferentes según el método de procesamiento que se utilice.
Variedades de plantas de energía solar:
- SES, cuya construcción se basa en la torre.
- La estación, que se está construyendo sobre una placa tipo.
- Basado en el funcionamiento de módulos fotovoltaicos.
- Estaciones que funcionan con el uso de concentradores cilindroparabólicos.
- Con el motor Sterling tomado como base para el trabajo.
- Estaciones aerostatas.
- Centrales eléctricas de tipo combinado.
Como podemos ver, la planta de energía solar como fuente de energía hace tiempo que dejó de ser parte de novelas utópicas de ciencia ficción y se utiliza activamente en todo el mundo para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad. Hay claras ventajas y desventajas en su trabajo. Pero su correcto equilibrio permite obtener el resultado deseado.
Pros y contras de las plantas de energía solar.
Ventajas:
- La energía solar es una fuente de energía renovable. Al mismo tiempo, está disponible públicamente y es gratuito.
- Las instalaciones solares son bastante seguras de usar.
- Estas centrales eléctricas son completamente autónomas.
- Son económicos y tienen un período de recuperación rápido. Los costos principales ocurren solo por el equipo necesario y requieren una inversión mínima en el futuro.
- Otro rasgo distintivo es la estabilidad en el trabajo. Prácticamente no hay sobretensiones en estas estaciones.
- No son caprichosos en mantenimiento y son bastante fáciles de usar.
- Además, los equipos SPP se caracterizan por un largo período de funcionamiento.
Defectos:
- Como fuente de energía, el sistema solar es muy sensible al clima, las condiciones meteorológicas y la hora del día. Una central eléctrica de este tipo no funcionará de manera eficiente y productiva durante la noche o en un día nublado.
- Menor productividad en latitudes con temporadas fuertes. Son más eficaces en zonas donde el número de días soleados al año se acerca al 100%.
- Coste muy elevado e inaccesible de los equipos para instalaciones solares.
- La necesidad de una limpieza periódica de paneles y superficies de la contaminación. De lo contrario, se absorbe menos radiación y la productividad disminuye.
- Un aumento significativo de la temperatura del aire dentro de la central eléctrica.
- La necesidad de utilizar un terreno de gran superficie.
- Otras dificultades surgen en el proceso de eliminación de los componentes de la instalación, en particular de las fotocélulas, una vez finalizada su vida útil.
Como en cualquier campo industrial, el procesamiento y conversión de energía solar tiene sus fortalezas y debilidades. Es muy importante que las ventajas cubran las desventajas, en cuyo caso el trabajo estará justificado.
Hoy en día, la mayoría de los avances en esta industria tienen como objetivo optimizar y mejorar el funcionamiento y uso de los métodos existentes y desarrollar otros nuevos que sean más seguros y productivos.
La energía solar es la energía del futuro
Cuanto más avance nuestra sociedad en su desarrollo técnico, más fuentes de energía necesitarán en cada nueva etapa. Pero los recursos tradicionales son cada vez menos y su precio está aumentando. Por lo tanto, la gente empezó a pensar más activamente en opciones alternativas de suministro de energía. Aquí es donde las fuentes renovables vienen al rescate. La energía del viento, del agua o del sol es un nuevo round que permite a la sociedad seguir desarrollándose, dotándola de los recursos necesarios.
Los paneles solares flotantes llamaron la atención de los expertos ya en 2011, cuando la empresa francesa Ciel & Terre desarrolló su primer "flotador": el sistema fotovoltaico flotante Hydrelio, señala el sitio web EVWind.
La isla-panel flotante ha tenido una gran demanda en el mercado de la energía limpia y muchos países han adoptado este método de generación de electricidad. Por ejemplo, en Chile, donde la minería requiere un gasto constante de energía y agua: al colocar un panel solar en la superficie de numerosos lagos, el gobierno ha reducido el coste de la minería y reducido la huella de carbono.
Los paneles de baterías flotantes todavía se están probando en la mina Los Bronques, cerca de la cual se ha creado una isla de energía experimental: el proyecto Los Tortolas está financiado por empresas del Reino Unido y EE. UU., el área de paneles solares aún está en desarrollo. 112 metros cuadrados, Ministro de Minería de Chile, Baldo Prokuritsa. Tórtolas fue inaugurada en abril, la batería flotante costó 250.000 dólares, pero si tiene éxito, el área se ampliará a 40 hectáreas.
Según los expertos, la energía solar tiene grandes perspectivas en Chile. En el país existen alrededor de 800 estanques que pueden utilizarse para instalar plantas de energía solar flotante (SPP). Tal como lo concibieron los ingenieros, la batería del flotador está colocada en el centro de la masa de agua, en la que se almacenan las "colas" (residuos de la minería). Con ello se consigue un triple beneficio:
- la sombra reduce la temperatura del agua del estanque;
- la evaporación del agua se reduce en un 80%;
- La producción es muchas veces más barata, trabajando con energía solar.
Los ecologistas aplauden este plan porque queda mucha más agua en la mina para el equilibrio natural y este enfoque puede reducir el consumo regional de agua dulce, que ya es escasa.
A través de este sistema, Chile está racionalizando el consumo de agua dulce en línea con su objetivo de mejorar el proceso minero y reducir el consumo de agua dulce en un 50% para 2030. La huella de carbono se reduce automáticamente también mediante la producción de energía limpia.
Chile aumenta paulatinamente su participación en energías limpias
La mina Los Bronques se encuentra a 65 km de la capital de Chile a una altitud de 3,5 km sobre el nivel del mar. Casi el 20% de la energía que se produce y utiliza en el país latinoamericano en 2019 es limpia. En 2013, el indicador era sólo del seis por ciento, lo que demuestra un aumento constante en la participación de la energía verde en la economía nacional del país y su compromiso con los objetivos del Acuerdo Climático de París (2015).
Los desarrollos de los ingenieros de Ciel & Terre, así como la asistencia financiera, dieron a Chile la oportunidad de ampliar los horizontes del mercado energético y romper con el círculo vicioso en el que la electricidad se obtiene quemando minerales. Los paneles solares flotantes son fáciles de instalar, mantener y administrar. Termoplástico de alta densidad, instalado a 12 grados, totalmente ecológico y reciclable. La planta de energía solar flotante no daña la naturaleza, es rentable y flexible en cuanto a entornos.
Según ingenieros chilenos, se trata de una alternativa sencilla y asequible a las instalaciones de energía solar terrestres. Es ideal para industrias que utilizan mucha agua y con un consumo de agua o una superficie de terreno limitados.
Hevel construirá una planta de energía solar de 100 MW en Kazajstán
Energía fría: la "batería antisolar" funciona de noche
Los ingenieros han creado un dispositivo que se puede llamar célula solar inversa: genera corriente no cuando absorbe fotones, sino cuando los emite. Una fuente de energía de este tipo podría alimentar varios equipos durante la noche, liberando al espacio el calor almacenado por la superficie de la Tierra.
Como sabes, los cuerpos calientes emiten radiación. Esto es fácil de verificar levantando la mano hacia una batería caliente (preferiblemente en el costado para que el flujo ascendente de aire caliente no interfiera). Si un objeto no recibe del ambiente externo tanta energía térmica como la que irradia, se enfría. Para que un objeto se enfríe de manera más eficiente, se le debe permitir intercambiar fotones libremente con el entorno más frío posible.
En el siglo XX, los físicos calcularon teóricamente y en los últimos años demostraron experimentalmente el efecto de la iluminación negativa. Consiste en que un fotodiodo puede generar electricidad no sólo absorbiendo fotones provenientes del ambiente externo (como en una batería solar convencional), sino, por el contrario, liberándolos y enfriándolos debido a esto. Este proceso consume energía almacenada en el dispositivo en forma de calor.
Para operar un dispositivo de este tipo, se necesita un ambiente frío, en el que los fotones saldrán sin regresar. Y tenemos ese entorno a nuestro alcance, o mejor dicho, sobre nuestras cabezas: este es un espacio abierto.
Por supuesto, si un emisor de este tipo simplemente se pone en órbita (y no se le permite calentarse del Sol, manteniéndolo a la sombra), rápidamente liberará todo su calor, se igualará en temperatura con el vacío del espacio y dejará de generar energía. .
Sin embargo, en la Tierra es posible garantizarle un contacto térmico con la superficie del planeta. Tan pronto como la fotocélula se enfríe más que los cuerpos circundantes, el déficit de energía se repondrá gracias a la conductividad térmica. Gracias a esto, los fotones seguirán volando regularmente hacia el espacio helado a través de la atmósfera, que es bastante transparente en longitudes de onda de 8 a 13 micrómetros (banda estrecha en el rango del infrarrojo medio). Parte de la energía de la radiación que sale de la instalación se convertirá en energía eléctrica.
Es este dispositivo el que crearon los autores del nuevo trabajo. Eligieron un compuesto de mercurio, cadmio y teluro (HgCdTe) como material para el fotodiodo. Esta sustancia irradia efectivamente con precisión en el rango de longitud de onda deseado. Al pasar a través de una lente hemisférica de arseniuro de galio (GaAs) y una ventana de ferrida de bario (BaFe2), los fotones chocan contra un espejo parabólico que los envía directamente hacia el cielo. Para llegar al diodo desde el entorno externo, la radiación debe ir de la misma manera en la dirección opuesta. Todos estos trucos son necesarios para que la instalación intercambie fotones casi exclusivamente con el espacio y reciba energía de la Tierra a través de la conducción de calor.
La configuración experimental en los experimentos del grupo de Fan generó 64 nanovatios por metro cuadrado de superficie. Por supuesto, los dispositivos no pueden alimentarse con esa energía. Sin embargo, como calcularon los autores, el límite teórico, teniendo en cuenta la influencia de la atmósfera, es de 4 vatios por metro cuadrado. Esto es mucho menos que los paneles solares modernos (100-200 vatios por metro cuadrado), pero suficiente para alimentar algunos dispositivos.
Para acercar la potencia de la instalación a esta marca, es necesario elegir un material para el fotodiodo con un efecto de iluminación negativo más pronunciado. Actualmente, los investigadores están buscando una sustancia de este tipo.
2018
El mercado de la energía solar de la UE creció un 36% en un año
Se han publicado datos preliminares sobre el desarrollo de la energía solar en los países europeos. Alemania sigue a la cabeza, con Turquía en segundo lugar y Holanda en tercer lugar.
Según las estadísticas de la Asociación de Energía Solar SolarPower Europe, el mercado europeo creció significativamente en 2018. En 28 países de la UE se pusieron en funcionamiento 8 GW de plantas de energía solar, un 36% más que en 2017. Al mismo tiempo, 11 países ya han superado sus obligaciones de introducir fuentes de energía renovables y han alcanzado el nivel de 2020. El mercado europeo en general, que incluye Turquía, Rusia, Ucrania, Noruega, Suiza, Serbia y Bielorrusia, también mostró un aumento de 11 GW, un 20% más que el año anterior.
Alemania volvió a convertirse en 2018 en el mayor mercado de energía solar del continente europeo con nuevas plantas de energía solar con una capacidad total de 3 GW. Turquía, debido al alto ritmo de desarrollo del mercado en los últimos dos años, ocupó el segundo lugar (1,64 GW). Los Países Bajos, que también establecieron un récord nacional con 1,4 GW de centrales nucleares puestas en funcionamiento, ocupaban el tercer puesto a finales de año.
Según los expertos, en 2019 la industria crecerá aún más: factores como la supresión de los derechos sobre los paneles solares chinos y la competitividad de las plantas industriales de energía solar fotovoltaica afectarán el desarrollo de la energía solar en Europa.
Crean una molécula a base de hierro que puede "captar" la energía de la luz solar
El 4 de diciembre de 2018 se supo que algunos fotocatalizadores y células solares se basan en tecnología que incluye moléculas que contienen metales. Su tarea es absorber los rayos y utilizar su energía. Para diciembre de 2018, los metales raros y caros de estos diseños son, por ejemplo, el rutenio, el osmio y el iridio.
Junto con sus colegas, trabajó para encontrar una alternativa a los metales caros. Los investigadores se centraron en el hierro, que es mucho más fácil de extraer. Los científicos han creado sus moléculas a base de hierro; su potencial para su uso en energía solar ha sido demostrado en estudios anteriores.
En diciembre de 2018, esta investigación fue un paso más allá y desarrolló una molécula a base de hierro que puede "capturar" y utilizar la energía solar durante el tiempo suficiente para poder reaccionar con otra molécula.
El estudio se publica en la revista Science. Según los investigadores, la molécula se puede utilizar en los siguientes tipos de fotocatalizadores para la producción de energía solar. Además, los resultados abren otras aplicaciones potenciales para las moléculas de hierro, como los materiales de los LED.
Los investigadores acercan la eficiencia de las células solares a la convencional
El 5 de octubre de 2018 se supo que los investigadores acercaron la eficiencia de la batería solar a la habitual. La energía solar se considera la alternativa más sostenible a los combustibles fósiles, pero la tecnología para convertirla en electricidad debe ser muy eficiente y barata. Los científicos del Departamento de Materiales Energéticos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa creen haber encontrado una fórmula para fabricar células solares de bajo costo y alta eficiencia.
Para ello, el profesor Yaobing Qi, líder del estudio, identificó tres condiciones que llevarán a que la tecnología sea introducida en el mercado y comercializada con éxito. Según él, la tasa de conversión de la luz solar en electricidad debe ser alta, económica y también duradera.
Para octubre de 2018, la mayoría de las fotocélulas comerciales que se utilizan en baterías están hechas de silicio cristalino. Tiene una eficiencia relativamente baja: alrededor del 22%. En última instancia, esto lleva al hecho de que el producto es caro para el consumidor y su única motivación para comprarlo es la preocupación por la naturaleza. Los científicos japoneses proponen resolver el problema con la ayuda de perovskita.
SoftBank construirá la mayor planta de energía solar en Arabia Saudita
El correspondiente memorando de intención fue firmado en Nueva York por el príncipe heredero saudita Mohammed bin Salman Al Saud y el director ejecutivo de SoftBank, Masayoshi Son. El príncipe se encuentra en una visita oficial de tres semanas, señala el canal.
La capacidad prevista de la cascada de paneles solares es de 200 GW, muchas veces más que cualquier planta de energía solar existente. En comparación, el parque solar Topaz de California, uno de los más grandes de su tipo, alcanza un máximo de unos 550 MW. Allí la energía se almacena en 9 millones de módulos fotovoltaicos de capa fina.
La startup holandesa Oceans of Energy, especializada en el desarrollo de sistemas flotantes de energía renovable, se ha asociado con cinco grandes empresas para construir la primera planta de energía solar marina del mundo. "Estas centrales eléctricas ya funcionan en cuerpos de agua en el continente de diferentes países. Pero nadie las ha construido en el mar; es una tarea extremadamente difícil. Tenemos que lidiar con olas enormes y otras fuerzas destructivas de la naturaleza. Sin embargo, "Estamos convencidos de que combinando nuestros conocimientos y experiencia podremos hacer frente a este proyecto", afirmó Allard van Hoeken, director de Oceans of Energy.
Según cálculos preliminares, la central flotante será un 15% más eficiente que las instalaciones existentes. El Centro de Investigación Energética de los Países Bajos (ECN) seleccionará los módulos solares más adecuados. Sus expertos creen que para el proyecto es posible utilizar paneles solares estándar, que también funcionan en estaciones solares terrestres. "Veremos cómo se comportan en el agua de mar y en condiciones climáticas adversas", afirmó el portavoz de ECN, Jan Kroon.
El consorcio destaca que se puede instalar una central solar flotante directamente entre las turbinas eólicas marinas. El oleaje está más tranquilo y ya se han tendido todas las líneas eléctricas. En los próximos tres años, el consorcio trabajará en un prototipo con el apoyo financiero de la Agencia Estatal para el Emprendimiento de los Países Bajos. Y la Universidad de Utrecht proporcionará a la startup los materiales de su investigación.
El coste de la energía solar en Australia ha caído un 44% desde 2012
Esta moda de las energías renovables ha llevado a la gente a empezar a pagar menos por la electricidad. El lado positivo es que el coste de la electricidad también ha bajado. Desde 2012, el coste de instalación y funcionamiento de paneles solares se ha reducido casi a la mitad.
En 2017, propietarios de viviendas y empresas privadas del país instalaron paneles con una capacidad total de 1,05 GW. Esta evaluación la realiza el organismo responsable de las energías limpias en el país. Las autoridades dicen que se trata de una cifra récord en la historia. A principios de esta década, el crecimiento de las energías renovables supuestamente estaba vinculado a subsidios lucrativos y propuestas impositivas, pero el crecimiento de 2017 es diferente: los residentes del país han decidido luchar contra el aumento de las tarifas eléctricas de esta manera, y el movimiento se ha vuelto masivo.
BNEF predice que Australia se convertirá en el líder mundial en la introducción de paneles solares. Para 2040, el 25% de las necesidades eléctricas del país estarán cubiertas por paneles solares en los tejados. Esto será posible gracias a que actualmente el período de recuperación de este tipo de soluciones se ha reducido al mínimo desde 2012. Si bien esto no significa que las centrales eléctricas tradicionales en Australia sean cosa del pasado, la gente es cada vez más libre a la hora de abastecerse de electricidad.
2017
Corea del Sur aumentará 5 veces la generación solar para 2030
El ministro de Comercio, Industria y Energía de Corea del Sur ha revelado el plan del gobierno para quintuplicar la generación de energía solar para 2030.
El anuncio se produjo poco después de que el presidente electo de este año, Moon Jae-in, prometiera poner fin al apoyo gubernamental a la construcción de nuevas centrales nucleares y avanzar hacia fuentes de energía limpias. El gobierno ya canceló la construcción de seis reactores nucleares en Corea del Sur.
En total, el país prevé recibir para 2030 una quinta parte de la electricidad generada a partir de fuentes renovables. El año pasado esta cifra fue del 7%. Para ello, está previsto añadir 30,8 GW de energía solar y 16,5 GW de energía eólica en la fecha señalada. La energía adicional procederá de grandes proyectos, así como de hogares privados y pequeñas empresas, afirmó el Ministro Paik Ungyu. "Cambiaremos fundamentalmente la forma en que se desarrolla la energía renovable creando un entorno donde los ciudadanos puedan participar fácilmente en el comercio de energía renovable", afirmó.
Esto significa que para 2022, aproximadamente 1 de cada 30 hogares debería estar equipado con paneles solares, según Clean Technica.
Sin embargo, Corea del Sur ocupa el quinto lugar en el mundo en términos de uso de energía nuclear. El país tiene 24 reactores en funcionamiento, que satisfacen aproximadamente un tercio de las necesidades eléctricas del país.
BP invierte 200 millones de dólares en energía solar
El desierto de Atacama en Chile es uno de los lugares más soleados y secos del planeta. Es lógico que fue allí donde decidieron construir la planta de energía solar más grande de América Latina, El Romero. Los paneles solares gigantes cubren 280 hectáreas de superficie. Su capacidad máxima es de 246 MW y la central genera 493 GWh de energía al año, suficiente para abastecer a 240.000 hogares.
Sorprendentemente, hace apenas cinco años casi no se utilizaban fuentes de energía renovables en Chile. El país dependía de vecinos proveedores de energía que inflaron los precios y obligaron a los chilenos a pagar facturas de electricidad exorbitantes. Sin embargo, es precisamente la falta de combustibles fósiles lo que ha provocado una avalancha masiva de inversiones en energías renovables, especialmente en energía solar.
Ahora Chile produce casi la energía solar más barata del mundo. Las empresas esperan que el país se convierta en "Arabia Saudita para América Latina". Chile ya se ha unido a México y Brasil entre los 10 principales países productores de energía renovable y ahora está listo para liderar la transición a la energía limpia en América Latina.
"El gobierno de Michelle Bachelet ha hecho una revolución silenciosa", afirmó el sociólogo Eugenio Tironi.
Ahora que el oligopólico mercado energético de Chile está abierto a la competencia, el gobierno se ha fijado una nueva meta: para 2025, el 20% de la energía del país debe provenir de fuentes renovables. Y para 2040, Chile pasará por completo a la energía "limpia". Incluso a los expertos esto no les parece una utopía, ya que las centrales solares del país, con las tecnologías actuales, producen electricidad dos veces más barata que las centrales alimentadas con carbón. Los precios de la energía solar cayeron un 75% a un récord de 2.148 centavos por kilovatio hora.
Las empresas manufactureras se enfrentan a otro problema: la electricidad demasiado barata no genera muchos beneficios y el mantenimiento y sustitución de los paneles solares no es barato. "El gobierno tendrá que construir estrategias a largo plazo para que el milagro no se convierta en una pesadilla", dijo José Ignacio Escobar, director general del conglomerado español Acciona.
Google se está cambiando completamente a la energía solar y eólica
La compañía se ha convertido en el mayor comprador corporativo de energía renovable del mundo, alcanzando una capacidad total de 3 GW. La inversión total de Google en energía limpia ha alcanzado los 3.500 millones de dólares, escribe Electrek en noviembre de 2017.
Google se está moviendo oficialmente hacia la energía 100% solar y eólica. La compañía firmó un contrato con tres parques eólicos: Avangrid en Dakota del Sur, EDF en Iowa y GRDA en Oklahoma, con una potencia total de 535 MW. Ahora las oficinas de Google en todo el mundo consumirán 3 GW de energía renovable.
Las inversiones totales de la compañía en el sector energético alcanzaron los 3,5 mil millones de dólares, y 2/3 de ellas se encuentran en instalaciones de. Este interés por las fuentes "limpias" se debe, en primer lugar, a la caída del coste de la energía solar y eólica en un 60-80% en los últimos años.
Google firmó por primera vez una asociación con un parque solar de 114 MW en Iowa en 2010. En noviembre de 2016, la empresa ya participaba en 20 proyectos de energías renovables. En diciembre de 2016 se iba a cambiar completamente a la energía solar y eólica. Google es ahora el mayor comprador corporativo de energía renovable del mundo.
El vidrio inteligente para ventanas se inventó en Suecia
Los científicos llevan mucho tiempo explorando este ámbito y buscan aplicaciones para su desarrollo. En el mundo moderno, esta tecnología es relevante, ya que la pérdida de calor en las casas a través de las ventanas es de aproximadamente el 20%. Los científicos creen que su invento también puede utilizarse para el aislamiento térmico de diversos objetos.
Los pueblos de Irán venden electricidad al Estado
En otoño de 2017, en Irán había más de 200 aldeas "verdes" y se espera que en la primavera de 2018 su número llegue a 300. Irán informa hoy que en algunos asentamientos del país se han instalado paneles solares desde hace diez años. . Cabe señalar que las mayores cantidades de energía solar se producen en las provincias de Kerman, Juzestán y Lorestán.
Inicialmente, la aparición de fuentes de energía alternativas en las aldeas de Irán se debió a la imposibilidad de suministrarles electricidad desde las ciudades. Ahora venden su propia energía al Ministerio de Energía iraní. Está previsto desarrollar normas legislativas según las cuales la compra de electricidad en las aldeas será permanente.
Para 2030, Irán espera producir 7.500 MW de energía "verde", hoy esta cifra es de sólo 350 MW. Sin embargo, el país tiene buenas perspectivas para el desarrollo de la energía solar, porque el sol brilla en 2/3 del territorio 300 días al año.
Científicos británicos han inventado ladrillos de vidrio que funcionan con energía solar.
Un equipo de científicos de la Universidad de Exeter (Inglaterra) ha desarrollado muebles de pared de cristal con paneles solares integrados. Así lo escribe el portal de arquitectura Archdaily. En la construcción de casas se pueden utilizar bloques en lugar de ladrillos comunes.
El material de construcción se llamó "Solar Squared" ("Solar Square Tile"). Como demostraron las pruebas en el laboratorio de la universidad, además de generar electricidad, los bloques tienen otras propiedades útiles. En particular, las paredes construidas de esta manera dejan entrar bien la luz solar al edificio y mantienen el calor en las habitaciones.
Para promocionar el producto, los científicos crearon una empresa innovadora, The Build Solar. Actualmente se está buscando inversores. El lanzamiento de la "teja solar" al mercado está previsto provisionalmente para 2018.
Dubai inaugura la mayor planta de energía solar del mundo
La instalación de cada panel solar costó 6.000 euros, incluyendo alquiler por un año, reparaciones y equipamiento técnico. Está previsto que los paneles solares funcionen en las paradas de transporte público durante aproximadamente un año, tras lo cual se trasladarán a las escuelas y guarderías.
Según Piotr Switalski, jefe de la delegación de la UE en Armenia, la UE está interesada en desarrollar energías alternativas en el país. Llamó a la parada de paneles solares "la parada solar de la Unión Europea".
Desde hace muchos años existen disputas y discusiones sobre la energía solar y las perspectivas de su desarrollo. La mayoría considera que la energía solar es la energía del futuro, la esperanza de toda la humanidad. Un gran número de empresas están invirtiendo fuertemente en la construcción de plantas de energía solar. La energía solar se está desarrollando en muchos países del mundo, considerándola la principal alternativa a los vectores energéticos tradicionales. Alemania, lejos de ser un país soleado, se ha convertido en un líder mundial en este ámbito. La capacidad total de SES en Alemania crece año tras año. Seriamente comprometido con el desarrollo en el campo de la energía solar en China. Según las optimistas previsiones de la Agencia Internacional de Energía, en 2050 las plantas de energía solar podrán producir entre el 20 y el 25% de la electricidad mundial.
Una visión alternativa de las perspectivas de las centrales solares se basa en el hecho de que los costes necesarios para la fabricación de paneles solares y sistemas de baterías son muchas veces superiores a los beneficios de la electricidad producida por las centrales solares. Quienes se oponen a esta posición afirman que es todo lo contrario. Las baterías solares modernas pueden funcionar sin nuevas inversiones durante decenas e incluso cientos de años, la energía total producida por ellas es infinita. Por eso, a largo plazo, la electricidad generada con energía solar no sólo será rentable, sino superrentable.
¿Dónde está la verdad? Intentemos resolverlo junto con ustedes, queridos lectores. Examinaremos los enfoques modernos en el campo de la energía solar y algunas de las ideas más brillantes que ya se han implementado hasta la fecha. Intentaremos establecer la eficiencia de los paneles solares que están actualmente en funcionamiento, para entender por qué hoy esta eficiencia es bastante baja.
La eficiencia de los paneles solares en Rusia.
Según las investigaciones modernas, la energía solar es de unos 1367 vatios por metro cuadrado (constante solar). En el ecuador sólo llegan a la Tierra 1.020 vatios a través de la atmósfera. En el territorio de Rusia, con la ayuda de plantas de energía solar (suponiendo que la eficiencia de las células solares en la actualidad sea del 16%), se puede obtener una media de 163,2 vatios por metro cuadrado.
Al tener en cuenta las condiciones climáticas, la duración del día y la noche, así como el tipo de instalación de los paneles solares (no se tiene en cuenta la eficiencia de la batería solar).
Si se instala un kilómetro cuadrado de paneles solares en Moscú en un ángulo de 40 grados (que es óptimo para Moscú), entonces el volumen anual de electricidad generada será 1173 * 0,16 = 187,6 GW * h. Con un precio de la electricidad de 3 rublos por kWh, el valor teórico de la electricidad generada es de 561 millones de rublos.
Las formas más comunes de generar electricidad utilizando el sol:
Centrales solares térmicas
Los enormes espejos de estas centrales solares, al girar, captan el sol y lo reflejan sobre el colector. El principio de funcionamiento de este tipo de centrales eléctricas se basa en la conversión de la energía térmica del sol en energía eléctrica mecánica de una máquina termodinámica, ya sea con la ayuda de un motor Stirling de pistón de gas o calentando agua, etc.
Tomemos como ejemplo la central eléctrica de Ivanpah (con una capacidad de 392 megavatios), en la que ha invertido el todopoderoso Google. Se han invertido más de dos mil millones de dólares en la construcción de una planta de energía solar ubicada en el desierto de Mojave en California. Por 1 kW de potencia instalada de la planta solar se gastaron 5.612 dólares. Muchos creen que estos costos, si bien son más altos que los de las centrales eléctricas alimentadas con carbón, son mucho más bajos que los de las centrales nucleares. ¿Pero es? En primer lugar, una planta de energía nuclear cuesta entre 2.000 y 4.000 dólares por kilovatio de capacidad instalada, lo que es más barato que el costo de construir Ivanpah. En segundo lugar, la generación eléctrica anual de la planta de energía solar es de 1079 GWh, por lo que su capacidad media anual es de 123,1 MW. Además, la central solar sólo puede generar energía solar durante el día. Así, el coste "medio" de construir una planta de energía solar asciende a 17.870 dólares por 1 kW, lo que es un precio bastante significativo. Quizás sería más caro generar electricidad en el espacio exterior. Los costes de construcción de las centrales eléctricas convencionales que funcionan, por ejemplo, con gas, son entre 20 y 40 veces menores. Al mismo tiempo, a diferencia de las plantas de energía solar, estas centrales pueden funcionar de forma continua, produciendo electricidad cuando es necesario y no sólo durante las horas en que brilla el sol.
Pero sabemos que las modernas centrales solares térmicas son capaces de generar electricidad las 24 horas del día, utilizando para ello un gran volumen de refrigerante calentado durante las horas del día. Sólo se intenta no publicitar demasiado el coste de construcción de estas estaciones, probablemente porque es significativo. Y si las baterías se incluyen en el coste de diseño y construcción de plantas de energía solar, especialmente en la construcción de centrales de almacenamiento por bombeo, entonces la cantidad aumentará a proporciones fantásticas.
paneles solares de silicio
Hoy en día, para el funcionamiento de plantas de energía solar se utilizan fotocélulas semiconductoras, que son diodos semiconductores de gran superficie. Un cuanto de luz que vuela hacia la unión pn genera un par de huecos de electrones, mientras que se crea una caída de voltaje (del orden de 0,5 V) en las salidas del fotodiodo.
La eficiencia de una batería solar de silicio es aproximadamente del 16%. ¿Por qué la eficiencia es tan baja? Para formar un par electrón-hueco se requiere cierta energía. Si el cuanto de luz que llega tiene poca energía, entonces no se producirá la generación de un par. En este caso, un cuanto de luz simplemente pasará a través del silicio, como a través del vidrio ordinario. Esta es la razón por la que el silicio es transparente a la luz infrarroja más allá de 1,2 µm. Si llega un cuanto de luz con más energía de la necesaria para su generación (luz verde), se forma un par, pero el exceso de energía simplemente no irá a ninguna parte. Con la luz azul y ultravioleta (cuya energía es muy alta), es posible que el cuanto no tenga tiempo de alcanzar las profundidades de la unión p-n.
Para que la luz del sol no se refleje en la superficie de la batería solar, se le aplica un recubrimiento antirreflectante especial (dicho recubrimiento también se aplica a las lentes de las lentes fotográficas). La textura de la superficie se vuelve desigual (en forma de peine). En este caso, el flujo de luz, reflejado una vez desde la superficie, regresa nuevamente.
La eficiencia de las fotocélulas se incrementa combinando fotocélulas basadas en diferentes semiconductores y con diferentes energías necesarias para generar un par electrón-hueco. Para las fotocélulas de silicio de tres etapas, se logra una eficiencia del 44% e incluso superior. El principio de funcionamiento de una fotocélula de tres etapas se basa en el hecho de que primero se coloca una fotocélula que absorbe eficazmente la luz azul y transmite la luz roja y verde. La segunda fotocélula absorbe verde, la tercera absorbe IR. Sin embargo, las células fotovoltaicas de tres etapas son muy caras hoy en día, por lo que se utilizan ampliamente fotocélulas de una sola etapa más baratas que, por su precio, están por delante de las de tres etapas en Watt / $.
China está desarrollando a un ritmo gigantesco la producción de células solares de silicio, por lo que se reduce el coste de un vatio. En China, cuesta alrededor de 0,5 dólares por vatio.
Los principales tipos de células solares de silicio son:
monocristalino
policristalino
La eficiencia de las células solares monocristalinas, que son más caras, es ligeramente mayor (sólo un 1%) que la eficiencia de las policristalinas. Las células solares de silicio policristalino ofrecen hoy en día el coste más barato por vatio de electricidad generada.
Las células solares de silicio no pueden durar para siempre. Tras 20 años de funcionamiento en un entorno agresivo, los más avanzados pierden hasta el 15 por ciento de su potencia original. Hay motivos para creer que se ralentiza una mayor degradación de los paneles solares.
Fotocélula de silicio y espejo parabólico.
Inventores de todo el mundo están haciendo todo tipo de intentos para aumentar la viabilidad económica de las plantas de energía solar. Si, por ejemplo, tomamos una pequeña fotocélula de silicio eficiente y un espejo parabólico (fotovoltaica concentrada), podemos alcanzar una eficiencia del 40% en lugar del 16, mientras que el espejo es mucho más barato que una batería solar. Pero para seguir al sol se necesita una mecánica fiable. Un enorme plato giratorio de espejo debe fijarse de forma segura y protegerse de fuertes ráfagas de viento y factores ambientales agresivos. El segundo problema es que los espejos parabólicos no pueden enfocar la luz dispersa. Si el sol se pone incluso detrás de unas nubes finas, la generación de energía del sistema parabólico se reducirá a cero. En los paneles solares convencionales, en estas condiciones, la generación de energía térmica también se reduce seriamente, pero no a cero. Los paneles solares con espejos parabólicos son demasiado caros en términos de coste de instalación y costosos de mantener.
Células solares redondas en tejados
La empresa estadounidense Solyndra, con el apoyo del gobierno, diseñó células solares con forma redonda. Estaban montados sobre techos pintados de blanco. Los paneles solares circulares se fabricaron pulverizando una capa conductora (en el caso de Solyndra, se utilizó (di)seleniuro de cobre, indio y galio) sobre tubos de vidrio. La eficiencia real de las baterías redondas fue de aproximadamente el 8,5%, cifra inferior a la de las de silicio más baratas. Solyndra, que recibió garantías estatales para un préstamo enorme, quebró. En tecnología, cuya rentabilidad era muy dudosa desde el principio, la economía estadounidense ha invertido mucho dinero. El lobby “exitoso” de tecnologías ineficientes no es sólo el know-how ruso.
¡El gran problema de la energía solar!
Se sabe que las plantas de energía solar generan electricidad durante el día, mientras que por la noche surge una gran necesidad de electricidad. Esto significa que sin baterías las plantas de energía solar no serán efectivas. Durante el pico de consumo de electricidad de la tarde, será necesario utilizar fuentes de electricidad alternativas (clásicas). Durante el día, algunas centrales eléctricas tradicionales deberán apagarse y otras se mantendrán en espera en caso de mal tiempo. Si las nubes se ciernen sobre la planta de energía solar, la electricidad que falta debe ser proporcionada por el respaldo. Como resultado, las capacidades de generación clásicas quedan en reserva y pierden ganancias.
Hay otra manera. Esto se refleja en el proyecto Desertec: la transmisión de electricidad de África a Europa. Con la ayuda de líneas eléctricas, en el pico vespertino de consumo eléctrico, es posible transmitir electricidad desde plantas de energía solar, que se encuentran en aquellas zonas del mundo donde en ese momento el sol está en su apogeo. Pero este método, antes de pasar a los superconductores, requiere enormes costes financieros, así como todo tipo de acuerdos entre diferentes estados.
Uso de la batería
Descubrimos que el costo promedio por vatio producido por un panel solar es de $0,50. Durante el día (8 horas), la batería es capaz de generar 8 Wh. Esta energía debe conservarse hasta el pico de consumo eléctrico de la tarde.
Las baterías de litio desarrolladas en China cuestan aproximadamente 0,4 dólares por Wh, por lo que para un panel solar de 0,5 dólares se necesitarían baterías de 3,2 dólares por vatio, lo que supone seis veces el coste de la batería en sí. Teniendo en cuenta que una batería de litio está diseñada para un máximo de 2000 ciclos de carga y descarga, lo que equivale a entre tres y seis años, podemos concluir que una batería de litio es una solución extremadamente cara.
Las baterías más baratas son las de plomo-ácido. El precio mayorista de estos sistemas que no son los más respetuosos con el medio ambiente es de aproximadamente 0,08 dólares por Wh. Las baterías de plomo-ácido, así como las de litio, están diseñadas para funcionar entre 3 y 6 años. La eficiencia de una batería de plomo es del 75%. Esta batería pierde una cuarta parte de su energía en el ciclo de carga-descarga. Para ahorrar la producción de energía solar de un día, necesitarás comprar baterías de plomo-ácido por $0,64. Vemos que esto también es más que el coste de las propias baterías.
Para las modernas plantas de energía solar se han desarrollado centrales de almacenamiento por bombeo. Durante el día, se les bombea agua y por la noche funcionan como centrales hidroeléctricas ordinarias. Pero la construcción de estas centrales eléctricas (90% de eficiencia) no siempre es posible y es extremadamente costosa.
Podemos sacar una conclusión decepcionante. Hoy en día, las baterías son más caras que las propias plantas de energía solar. Para las grandes plantas de energía solar, no se proporcionan. A medida que se genera electricidad, las grandes plantas de energía solar la venden a las redes de distribución. Por la tarde y por la noche, la electricidad se genera mediante centrales eléctricas convencionales.
Energía solar: ¿cuál es su precio hoy?
Tomemos, por ejemplo, Alemania, líder mundial en el uso de energía solar. Un kilovatio de energía solar generado (incluso durante el día, y esa electricidad es más barata) se compra en este país a un precio de entre 12 y 17,45 céntimos de euro por kWh. Dado que las centrales eléctricas de gas en Alemania todavía están en construcción, en funcionamiento o en espera, las centrales solares en este país en realidad sólo contribuyen a ahorrar gas ruso.
El precio actual del gas ruso es de 450 dólares por cada mil metros cúbicos. A partir de este volumen de gas (eficiencia de generación 40%), se pueden generar aproximadamente 4,32 GW de electricidad. En consecuencia, por 1 kWh de electricidad generada a partir del sol, el gas ruso se ahorra 0,104 dólares o 7,87 céntimos de euro. Aquí está el valor razonable de la generación solar no regulada. Así, actualmente en Alemania la energía solar está subvencionada en un 50% por el Estado. Aunque cabe señalar que Alemania está reduciendo rápidamente el coste de generar electricidad a partir del sol.
Sacar conclusiones
La electricidad solar más económica (0,5 dólares por 1 vatio) se produce hoy en día con la ayuda de baterías solares policristalinas. Todos los demás métodos de generación de electricidad mediante energía solar son mucho más caros.
El problema clave de la energía solar no es la eficiencia de los paneles solares, ni el precio, ni el TRE, que teóricamente es infinito. El principal problema es reducir el coste de los métodos de generación de energía solar recibida durante el día y ahorrar esta energía para el consumo máximo de la noche. De hecho, en la actualidad, los sistemas de baterías, cuya vida útil es de tres a seis años, son varias veces más caros que los propios paneles solares.
La generación solar a gran escala se considera hoy sólo como una forma de ahorrar una pequeña parte de los combustibles fósiles tradicionales durante el día. La energía solar todavía no es capaz de asumir plenamente la carga durante las horas punta de consumo de energía de la tarde y reducir el número de centrales nucleares, de carbón, de gas e hidroeléctricas, que deberían permanecer en reserva durante el día y asumir un carga de energía significativa por la noche.
Si, como resultado del endurecimiento de las tarifas (que, por ejemplo, sería rentable para los productores de hidrógeno y aluminio comenzar su producción de electrólisis durante el día), el pico de consumo de electricidad se desplaza hacia las horas del día, entonces la energía solar tendrá más serias perspectivas de desarrollo.
El coste de la generación solar, que "no está regulada", es incomparable con el coste de generar electricidad en las centrales eléctricas convencionales, que son libres de generarla en cualquier momento cuando sea necesario.
El coste de la electricidad solar no debería exceder el coste de los combustibles fósiles ahorrados con su ayuda. Si, por ejemplo, el gas en Alemania cuesta 450 dólares, entonces el precio de la generación solar en este país no debería exceder los 0,1 dólares por kilovatio hora, de lo contrario la energía solar en este país no sería rentable. Mientras los combustibles fósiles sigan siendo baratos y fácilmente disponibles, la generación de energía solar no será económicamente viable.
Actualmente, el uso de energía solar y costosos sistemas de baterías solares se justifica económicamente sólo en aquellas regiones y objetos donde no hay otras opciones para conectarse a la red eléctrica. Por ejemplo, en una estación celular remota y solitaria.
Sin embargo, no olvide los siguientes factores importantes que inspiran optimismo a la hora de considerar la energía solar:
1. El costo de los combustibles fósiles aumenta constantemente a medida que disminuye su oferta.
2. Una política gubernamental razonable hace que el uso de plantas de energía solar sea más rentable.
3. ¡El progreso no se detiene! La eficiencia de las plantas de energía solar está aumentando, se están desarrollando nuevas tecnologías en la generación y acumulación de electricidad.
Por lo tanto, me gustaría creer que en 3-5 años será posible escribir una reseña mucho más positiva de este sector energético.
