12Monografías deComunicación Científica

Edición realizada co patrocinio de: Entidades colaboradoras:

Museos Científ icos Coruñeses

Museos Científ icos Coruñeses

enerxía solar

U n h a i n f o r m a c i ó n e l a b o r a d a p o r

n Que relación ten o cambioclimático co consumo deenerxía?

Desde o descubrimento do lume o serhumano recurríu á queima de com-

bustibles para xerar enerxía. A combus-tión de carbón, petróleo e gas (cen-trais enerxéticas, motores de com-bustión, etc) xera máis do 80% dasemisións mundiais de dióxido decarbono, que se acumula na atmosfera.O problema é que o consumo enerxéticomundial non deixa de aumentar e este gas éun dos que provocan o quecemento do planeta.

n Podería usarse a enerxía solar paramover os automóbiles?

Si, pero fundamentalmente a través da produción eléctrica quese xera nas centrais solares. De feito, cada vez existen máis auto-

móbiles eléctricos e espérase que a partir do próximo ano todas as marcascomecen a comercializar modelos deste tipo. Tamén existen prototipos quese moven só coa enerxía eléctrica que xeran nos seus paneis solares, peroaínda quedan moitos problemas técnicos por resolver (baterías moi pesa-das, deseños pouco eficientes, etc).

preocupación polo cambioclimático e o encarecementodos combustibles fósilesdirixiu o interese dapoboación cara a fontes de

enerxía pouco contaminantes. E,especialmente, cara a aquelas queestán baseadas en recursos naturaisrenovables, como son a radiaciónsolar e o vento. O desenvolvementoque tiveron en España sitúana comounha das grandes potenciasmundiais en fontes de enerxíasrenovables.

A Algúns autores afirman que asenerxías alternativas se-

rían as non tradicionais (solar,eólica, xeotérmica, etc) men-tres que outros sosteñen quedeberían considerarse así asque non queiman combustiblesfósiles; é dicir, que entre as ener-xías alternativas incluirían a nu-clear e a hidroeléctrica. As ener-xías renovables ou sostiblesson aquelas que se obteñen defontes practicamente inesgo-

tables para o consumo humano,ben porque son moi abundantes(como a solar ou a eólica) ou porquese rexeneran de forma natural (bio-masa). O uso dalgunhas fontesrenovables, como a combustión debiomasa, implica a emisión degases contaminantes.

n É o mesmo enerxías alternativas querenovables?

A enerxía solar, ademais demanter a vida terrestre (biomasa) através da fotosíntese, é a causa dacirculación atmosférica (enerxíaeólica) e do ciclo da auga(hidroelectricidade)

Significado dos prefixosKKiilloo ((kk)) mmiillllaarr 11..000000MMeeggaa ((MM)) mmiillllóónn 11..000000..000000GGiiggaa ((GG)) mmiill mmiillllóónnss 11..000000..000000..000000TTeerraa ((TT)) bbiillllóónn 11..000000..000000..000000..000000

Parece que si. Segundo a Admi-nistración de Información Ener-

xética de EUA, a potencia máxima deelectricidade que se demanda nomundo nun momento determinado éduns 12,5 billóns de vatios (12,5 TW).Esta mesma axencia afirma que pe-se ao incremento de medidas de afo-

rro e eficiencia enerxética, para o ano2030 necesitaranse 16,9 TW. Como apotencia aproveitable de enerxía so-lar no mundo é de 580 TW, esta fontede enerxía podería fornecer máis decorenta veces a potencia máxima deelectricidade que se demanda ac-tualmente.

n Sería posible o uso de enerxía solarcomo fonte principal de enerxía para aprodución de electricidade?

A maior parte da electricidadeque consumimos no noso país

xérase en centrais onde sequeiman combustibles fósiles(carbón, fuel, gas) que liberan

á atmosfera dióxido de carbono

n É rendible a enerxía solar en países poucosolleiros ou que están próximos aos polos?

Aprimeira aproveita a calor doSol mentres que a segunda

converte a luz en electricidade. Atérmica emprégase fundamentalmen-te para quentar un fluído, que á súavez serve para a produción de augaquente sanitaria, para quentar pisci-nas, para a climatización de edificiose para outras aplicacións industriais.Tamén pode empregarse para moverturbinas que xeran electricidade;España é un referente mundial neste

aproveitamento, pois ten 17 centraisactivas (xeran case 800 MW) ás que seesperan engadir outras 43 nos próxi-mos anos. A electricidade de orixefotovoltaica serve para alimentarmotores, outros aparellos eléctricosou para vertela á rede eléctrica. Unhadiferenza importante é que a térmicaalmacénase en depósitos de auga ououtris fluídos, mentres que a fotovol-taica en baterías, que son máis carase menos eficientes.

n Que diferenza hai entre a enerxía solartérmica e a fotovoltaica, cal é mellor?

n Pódese dispor de toda a enerxía necesariapara unha vivenda a partires da enerxíasolar?

En 2010 a produción eléctrica solar enEspaña foi algo máis de 7.200 GWh,

segundo informe de Rede Eléctrica deEspaña. O consumo doméstico medio anualdunha familia de catro membros é duns 4.000kWh, polo que a enerxía solar producida opasado ano daría para abastecer a aoredor de 1.800.000 fogares. De todos osxeitos hai que recordar que, durante o ano2010, a electricidade xerada a partir das insta-lacións solares tan só cubriu o 2,6 % da con-sumida no noso país (no verán chegou ao 4%).

n Cantas familias podenabastecerse coaprodución actual deenerxía solar en España?

As placas están formadas por moitas célu-las solares, cada unha das cales ten uns

poucos centímetros de tamaño. Adoitan estarformadas por silicio, aínda que nalgunhasse substitúe por outras sustancias semicon-dutoras como telururo de cadmio ouarseniuro de galio; na construción taménse pode empregar cobre e aluminio.Ademais, para protexelas do ambiente(saraiba, etc) cóbrense con vidro pola partesuperior, mentres que pola inferior fíxanse aun soporte.

n De que material estánfeitas as placas solares?

As cociñas solaresfixéronse tan

populares que xaexisten encontros e

concursos sobre elas

80N

60N

20N

20S

0

40S

60S

Tecnicamente si, pero na actua-lidade sería moi caro. Por pór un

exemplo, unha vivenda eficiente, concociña e calefacción eléctrica, ten unconsumo medio de 12 kWh por día, enecesitaría unha instalación fotovoltaicacunha potencia de 8 kWp (a p significapico, e alude á máxima potencia quepoden xerar os paneis), o que implicaría

unha superficie de polo menos 50 m2.Ademais habería que engadir o custodun sistema de acumulación de enerxíapara empregar polas noites e duranteos días anubrados. Doutra banda, unhainstalación solar térmica de 4 m2, pen-sada para unha vivenda típica, podeachegar entre o 60 e 80% da enerxíanecesaria para auga quente.

Mapa mundial de insolación

40N

S i, pero as instalacións teñen que estar adaptadas á baixa insola-ción. Alemaña, Noruega e Canadá son exemplos de países que, aínda que

están lonxe das zonas terrestres que reciben maior insolación, utilizan estaenerxía. O 80% do aproveitamento doméstico de enerxía solar en Alemaña dedí-case a producir auga quente sanitaria. Unha cuestión relacionada coa rendibili-dade é que moitos países subvenciónanas para fomentar o uso e aforrar a cons-trución doutras infraestruturas enerxéticas, ou ben penalizan o consumo decombustibles fósiles.

n Como funciona un panel solar?

En 1887 Hertz descubriu quealgúns materiais podían

emitir electróns ao ser ilumi-nados. En 1905 Einsteinpublicou un artigo revolu-cionario no que explicabaeste feito, chamado efec-to fotoeléctrico. Os paneissolares aproveitan estapropiedade para crear

unha diferenza de potencial eléc-trico, o que desencadea unhapequena corrente eléctrica.

n Por que é tan cara a enerxíasolar?

n Contaminan as placas solares candodeixan de funcionar? Cada canto tempohai que cambialas?

Oenvellecemento das placasfotovoltaicas fai que deixen de

ser eficientes cara aos 25anos. Os materiais cos que sefabrican, silicio, vidro, cobre, alu-minio, chumbo, telururo de cad-mio, arseniuro de galio, podencontaminar se non se tratan axei-tadamente. Unha gran parte dos

compoñentes das placas solarespoden reutilizarse, e de feito,empresas do sector crearon en2007 unha asociación para a reco-llida e reciclaxe de paneis solares.A reciclaxe non só diminúe oimpacto ambiental destes resi-duos, senón que permite aforrarenerxía do proceso de fabricación.

UUn panel fotovoltaico de 1 m2, formado porcélulas de silicio cristalino, pode xerar

unha potencia eléctrica duns 150 W en fun-ción da intensidade de luz recibida. Pero acapacidade para converter luz solar en electricidadedepende do material do que estea construída a cela.Por exemplo, mentres que as celas de arseniuro degalio alcanzan unha eficacia do 30%, as mellores desilicio non superan o 20%. Tamén sucede que as detelururo de cadmio son capaces de aproveitar a luzdifusa dun día anubrado mentres que o silicio requi-re luz directa.

Heinrich Hertz (1857-1894)

Efecto fotoeléctrico

2.200-2.500

Insolación mediaanual (en kWh/m2)

1.900-2.200

1.600-1.900

1.300-1.600

1.00-1.300

700-1.000

400-700

n Canta enerxía eléctricaproduce como media unhaplaca solar?

Principalmente polo alto custo da fabricacióndas láminas de silicio, o compoñente básico

das células solares dunha placa fotovoltaica. Esteproceso implica a utilización de tecnoloxía comple-xa e un gasto enerxético elevado. De todos os xeitosunha parte da investigación diríxese cara á o desen-volvemento de paneis máis eficientes e de menorcusto. Actualmente, as instalacións fotovoltaicasconectadas á rede eléctrica custan entre 5.500 e7.000 euros por kWp, mentres que as illadas entre12.000 e 13.000 euros por kWp.

Albert Einstein (1879-1955)luz solar

electróns

átomos

n Por que non é obrigatorio pórpaneis solares nas casas de novaconstrución para reducir o consumode enerxía?

OCódigo Técnico da Edificación, aprobado polo Consello deMinistros o 17 de marzo de 2006, obriga a introducir sis-

temas de enerxía solar térmica, fotovoltaica ou outrassemellantes. Tamén esixe utilizar materiais e técnicas de cons-trución nos edificios novos e nos que vaian rehabilitarse, de xeitoque cubran entre o 30 e 70% das necesidades de auga quentesanitaria. Para as vivendas xa construídas existen axudas públi-cas que en Galicia se xestionan a través do Instituto Enerxético deGalicia (Inega).

n É certo que a enerxía eólica xanos proporciona máis enerxíaque a nuclear?

Só en determinadosmomentos. Segundo

Red Eléctrica Española,durante o ano 2010 a ener-xía de orixe nuclear cubriuen España o 21% do consu-mo, mentres que a eólica

chegou ao 16%. Pero comoa enerxía de orixe eólicadepende moito das condi-cións meteorolóxicas,houbo algún día no quesuperou á nuclear. Porexemplo, o 9 de novembrode 2010 cubriu o 43% doconsumo total no nosopaís, mentres que o 26 dexuño tan só chegou a for-necer o 1%. Máis recente-mente, e por primeira vezno noso país, a electricida-de de orixe eólica xeradadurante o mes de marzo de2011, foi maior que a pro-ducida por outras tecnolo-xías (nuclear, ciclo combi-nado de gas, etc).

n Cal é aenerxíarenovable conmáis futuro?

A incorporación de paneissolares aos edificios, comoeste de Londres, podeintegrarse no deseñoarquitectónico para melloraro seu impacto estético

O futuro pasa poradaptar a fonte

enerxética a cadauso, actividade e

lugar

En 2009 inaugurouse en Sevilla unhaenorme central solar de torre. Estáformada por un campo con 1.225helióstatos (cada un é un espello de120 metros cadrados) que reflicten aluz do sol sobre unha torre de 165metros de altura. A calor emprégasepara producir o vapor que acciona asturbinas onde se xera a enerxíaeléctrica

n Poderemos cubrir no futuro asnosas necesidades enerxéticas coasenerxías renovables?

Moi probablemente si encanto ás necesidades de

enerxía eléctrica. No 2009 asenerxías renovables propor-cionaron no noso país o 29% detoda a electricidade consumi-da, mentres que en 2010 estaporcentaxe ascendeu ao 35%.Espérase que para o 2030 o75% da produción eléctricamundial proceda de enerxías

renovables. Con todo, hai queter en conta que a electri-cidade só supón ao redordo 14% de toda a enerxíaque se comercializa. Unhadas nosas necesidades ener-xéticas máis importantes é ade combustibles fósiles (petró-leo) para a locomoción.

Aresposta é difícil porque continuamente estanse produ-cindo avances tecnolóxicos. Os expertos calcularon que

a potencia solar aproveitable no mundo é de 580TW; con todo, tan só temos instalacións para captar0,008 TW. Esta diferenza ofrece unha enorme marxe decrecemento.

S i. Ademais do impacto que implican as obras para asúa construción (apertura de vías de comunicación,

construción de instalacións, produción de residuos, etc)as máis importantes están relacionadas co encoro daauga, pois xera inundación de espazos e modificación docaudal do río. Isto altera as características dochan, vexetación, fauna, clima e poboaciónhumana do lugar onde se instale. As presas, porexemplo, son barreiras que impiden o libre despraza-mento dalgúns peixes cara ao nacemento dos ríos, queé onde se reproducen.

n Todos os chans de Galicia serviríanpara a enerxía xeotérmica?

DESEÑO E MAQUETACIÓN

Presa dunha central hidroeléctrica

n Que enerxíapodemos extraer dasondas do mar?

Aenerxía xeotérmica aprovei-ta a calor interna do planeta.

Nalgúns lugares, como os queestán próximos a volcáns, géise-res e outras fontes de calor, estaenerxía pódese empregar paraquentar fluídos que, á súa vez,sirvan para mover turbinas exerar electricidade. As zonasgalegas con máis potencialestán en Lugo e Ourense. Outra

forma de aproveitar a enerxíaxeotérmica, e que se pode-ría utilizar en calqueraterreo, está baseada nunsistema coñecido como“bomba de calor”. Estasmáquinas aproveitan que a tem-peratura do chan, a partir duns10-15 metros de profundidade, éconstante ao longo do ano, emantense entre 7 e 14 graos.

n As centrais hidroeléctricascausan algún impactoambiental no ecosistema ondese constrúen?

Museos Científ icos Coruñeses

Museos Científ icos Coruñeses

Museos Científ icos Coruñeses

A s ondas e as mareas úsansepara xerar electricidade. No

caso das ondas (enerxía undimotriz ouondamotriz) aprovéitase o movemento eaxitación das augas mariñas, e existendiferentes procedementos. Por exem-plo, o pulo das ondas pode empregarsepara comprimir aire que, á súa vez,empurraría unhas turbinas que xeraríanelectricidade. Estímase que, aínda quepode ter gran futuro, esta enerxía levauns dez anos de atraso respecto dou-tras renovables. Galicia é a comunidadeautónoma con maior potencial para oseu aproveitamento.

Alternador

Turbina

Ondas

Ar

Diferentes formas de aproveitar a enerxía das ondas

Esquema dunha centralondamotriz

Os movementosverticais dun

flotadorabsorben a

enerxía da ondaUn brazo fixo

oscila como unpéndulo ao ser

empurrado polaondada

Elementoflotante que se

flexiona en función dasdiferenzas de altura

da superficiemariña