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Energía solar
La Energía Solar es aquella energía que se obtiene mediante la captura de la luz y el calor que emite el sol.Esa energía que emana del sol, los seres humanos la podemos convertir en
energía útil, es decir, ya sea para calentar algo o bien para producir electricidad,
entre las aplicaciones más comunes y relevantes que se realizan con ella.
Según diferentes estudios, cada año, el sol produce 4 mil veces más energía de la que los seres humanos somos capaces de consumir, por lo cual su
potencial es realmente ilimitado y una de las energías renovables más
desarrolladas y empleadas en casi todo el mundo
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica consiste en el aprovechamiento de la luz del sol para
producir energía eléctrica por medio de células fotovoltaicas. La célula fotovoltaica
es un dispositivo electrónico basado en semiconductores de silicio, que genera
una corriente eléctrica de forma directa al recibir luz solar, por medio del efecto
fotoeléctrico.
Las células fotovoltaicas se combinan en serie, para aumentar la tensión (V) o en
paralelo, para aumentar la corriente, dando lugar a los paneles comerciales que
suelen incorporar varias decenas de células individuales encapsuladas en un
mismo marco consistente. Los paneles a su vez pueden combinarse en serie y
paralelo para conseguir los voltajes y potencias adecuados a cada necesidad.
El conjunto de paneles solares fotovoltaicos conectados se denomina “campo
fotovoltaico”. Lo que obtenemos de un campo fotovoltaico al incidir la luz, es un
voltaje y una corriente eléctrica continua.
Energía solar fotovoltaica conectada a la red
Mediante un dispositivo electrónico de potencia, denominado inversor, podemos
acondicionar la potencia eléctrica obtenida del campo fotovoltaico y modificarla de
manera que sea igual que la que circula por las líneas de baja tensión que
alimentan nuestras viviendas, industrias y servicios.
Conectando la salida del inversor a la red eléctrica, inyectamos esa potencia para
que la consuma cualquiera que lo demande en ese momento, convirtiéndonos en
productores de energía eléctrica y obteniendo unos beneficios económicos. Para
ello ubicamos un contador antes de la conexión a la red y facturamos la energía
producida a la compañía eléctrica correspondiente.
Este tipo de actividad está regulada, existiendo un marco legal estable para esta
actividad.
Elementos de instalación
La instalación está compuesta por los paneles fotovoltaicos, su estructura de
soporte, el inversor de conexión a red, y se completa con el cableado y
protecciones.
Inversor de Conexión a la red El inversor es la pieza clave de la generación fotovoltaica. De hecho su potencia
es la que marca la potencia de la instalación completa. Su misión es transformar la
corriente continua generada en el campo fotovoltaico en corriente alterna lista para
ser consumida. A pesar de esa importante misión su tamaño es reducido y su
precio no suele llegar al 10% de proyecto completo.
Sin embargo es preciso seleccionar un equipo que cumpla con todas las medidas
de seguridad que exige la legislación, que disponga de los correspondientes
certificados, y que tenga el mayor rendimiento.
Estructura Es la encargada de fijar el campo fotovoltaico a lugar donde esté ubicada sea,
terreno, tejado, etc. y protegerlo de las inclemencias meteorológicas como el
viento o la nieve.
A menudo en las instalaciones se tiende a quitar importancia a la estructura sin
darse cuenta de que tiene que aguantar el paso del tiempo con igual calidad que
los módulos, es decir, durante 25 años como mínimo.
Por ello es importante utilizar como material acero galvanizado en caliente o
incluso acero inoxidable.
Seguridad y Cableado
La instalación se completa con protecciones, cableado, toma de tierra y
contadores.
Se instala un cuadro eléctrico en el cual van ubicadas las protecciones e
interruptores necesarios y el contador de energía. Además La instalación debe
disponer de su propia toma de tierra.
Seguidores solares
Un tipo de instalación especial es la que no está fija sobre el suelo sino que gira
siguiendo el movimiento del sol en el arco celeste, mediante un girasol mecánico
denominado “seguidor solar”.
La gran ventaja de los seguidores solares consiste en que la radiación solar es
siempre perpendicular a los módulos llegando a generar un 30% -35 % más de
energía que la misma instalación sobre superficie fija.
Los inconvenientes de los seguidores son el sobre costo, y el mantenimiento que
debe ser realizado para evitar averías mecánicas.
Con los seguidores solares se maximiza la inversión pero a costa de perder
seguridad ya que los seguidores pueden perjudicar toda la inversión, si no se
consigue que aguanten 25 años perfectamente operativos. En resumen, mas
ingresos pero con más riesgos.
Energía entregada a red El cálculo de la energía entregada a la red eléctrica es en principio sencillo, y
fácilmente estimable con una hoja de cálculo. Sin embargo, la experiencia y las
investigaciones de reconocidas instituciones o investigadores demuestran que
existen más pérdidas en una instalación fotovoltaica de las que aparecen a simple
vista.
• Pérdidas por baja irradiancia efectiva
• Pérdidas por temperatura.
• Pérdidas de calidad en el módulo.
• Caídas de tensión en el cableado
• Eficiencia del inversor
• Pérdidas en el inversor por niveles altos o bajos de tensión.
Todos estos factores, dependen unos de otros y su determinación no es sencilla.
Sin embargo es necesario saber la energía que se va a generar, sobre todo
cuando se va a realizar una fuerte inversión de capital.
Seguros y Mantenimientos Para que la instalación fotovoltaica obtenga el esperado rendimiento económico
durante los 25 años de vida de la instalación es necesario la existencia de dos
pequeños gastos, el seguro y el mantenimiento.
Seguro La gran mayoría de aseguradoras dispone ya de productos específicos para
instalaciones fotovoltaicas. En ellos existe una cobertura básica, una extendida y
otra que cubre incluso la pérdida de beneficios por siniestro.
Lo más habitual es contratar una cobertura de incendio, robo, vandalismo y
riesgos meteorológicos. Con un producto de este tipo se puede disponer de una
inversión en energía solar con el mínimo de riesgo.
Mantenimiento El mantenimiento de estas instalaciones es muy simple, y suele consistir en una
visita anual con inspecciones visuales y limpieza de paneles. Puede realizarlo uno
mismo o contratar el servicio, que no resulta gravante respecto a la instalación.
Precio de la Instalación El precio de la instalación fotovoltaica depende fuertemente, y como es natural del
tamaño de la misma, ya que lo más costoso con diferencia son los paneles
solares. A pesar de ello existen unos costos fijos que son independientes del
tamaño o tipo de instalación como son la ingeniería, la tramitación, trasporte, etc.
Gastos Como se ha comentado anteriormente dos son los gastos anuales en que
incurre la instalación, el seguro y el mantenimiento.
El costo de la póliza de seguro depende del riesgo que se contrate y del
tamaño de la instalación pero por lo general no suele superar los 250 €
anuales.
El costo del mantenimiento puede ser de unos 100 € anuales, aunque hay
instalaciones pequeñas que no disponen de mantenimiento, porque por
ejemplo se encuentran en lugares visibles donde hay gente durante todo el
año, y su funcionamiento está controlado.
Energía fotovoltaica aislada
Las viviendas o explotaciones agropecuarias que no disponen de electricidad
pueden aprovechar la energía solar fotovoltaica
También denominada doméstica, casera o de autoconsumo. Se trata de instalar
un sistema fotovoltaico para consumir la electricidad sin necesidad de solicitar
conexión a la red eléctrica nacional. La instalación es sencilla y cómoda, y ofrece
la posibilidad de consumir la energía gratuita del Sol, liberándonos del molesto
ruido del generador y de los costos del gasóleo.
Electricidad de la red o fotovoltaica aislada: ventajas y desventajas
De hecho, la electricidad que genera la energía solar fotovoltaica tanto puede ser
vendida a la red eléctrica como, también, alimentar zonas aisladas de la red
eléctrica nacional, y es especialmente útil para usos agrícolas, viviendas rurales e
incluso comunidades de vecinos o bloques de viviendas.
Aunque son muchos, de entre nuestros clientes, los que se interesan por una
instalación aislada con la intención de hacerse independientes de la compañía
eléctrica, las circunstancias del mercado, los elevados costes y la comodidad de
uso y el mantenimiento desaconsejan este tipo de instalación si ya se dispone de
una conexión a la red.
¿Cuáles son los usos realmente útiles de la energía solar fotovoltaica aislada?
Principalmente, viviendas unifamiliares aisladas en zonas rurales, sean de uso
continuo o de fin de semana, instalaciones agrícolas que requieran poner en
marcha aparatos eléctricos, como bombas hidráulicas, y en fin, todos aquellos
casos en los que sea necesario el uso de electricidad en zonas aisladas no
urbanizadas.
A menudo suele ser interesante la combinación de paneles fotovoltaicos con
aerogeneradores eólicos o un sistema mini hidráulico, según las circunstancias. Es
especialmente aconsejable el primer caso, ya que la energía eólica y la
fotovoltaica se complementan debido a que lo que son condiciones climáticas
adversas en una, suelen ser positivas en otra.
Energía solar térmica
Energía solar térmica estanques solares
Un Estanque Solar es un recibidor de energía solar de gran escala con depósitos
de agua con sal, en los cuales la concentración de esta última aumenta con la
profundidad. Este fenómeno se presenta en forma natural, debido a que la sal del
agua, por ser más densa, tiende a irse al fondo del estanque.
Usos y aplicaciones.
Se pueden utilizar en varias aplicaciones tales como:
Calentamiento
desalinización de agua del océano
refrigeración
Generación eléctrica basada en energía solar.
Características.
Son lagos o estanques donde penetra la radiación solar, calentando el agua, el
agua caliente al tener menor densidad que el resto del líquido, asciende por
convección, y en la superficie es mayor que el fondo y se enfría.
Estos fenómenos tienen lugar por convección, que es el modo más común de
transporte de calor en los fluidos. Si se logra impedir la convección, la zona de
agua caliente no podrá ascender ni descender en la masa del líquido.
Consiguiendo de esta forma almacenar agua caliente.
Composición del tanque solar.
Un tanque solar se divide en tres etapas.
La capa superficial, que es convectiva a causa de la lluvia, viento,
evaporación…
La capa intermedia, que no es convectiva y es donde se acumula el agua
caliente
La capa inferior, que es convectiva, transmitiendo calor al fondo del
estanque o lago.
Niveles de agua en el estanque.
Hay 3 distintos.
El nivel más alto tiene un contenido bajo de sal.
El nivel más bajo que tiene un contenido alto de sal.
Un nivel intermedio aislante con un gradiente de densidad de sal que
previene el intercambio de calor por convección natural.
Anulación de convección.
Se diluye sal cuya solubilidad no varía con la temperatura (sal común). El agua se
distribuye por capas de salinidad, menor conforme este más en la superficie.
Teniendo un estanque o lago con la superficie de agua dulce y el fondo saturado
de sal. Por lo tanto la densidad del agua es mayor a mayor profundidad. Ahora al
recibir la radiación solar, el agua salada se calienta más que el resto que le rodea.
Al calentarse, disminuye su densidad, con lo que tendría tendencia a ascender.
Pero como las capas superiores tienen densidades menores, no existen fuerzas
ascensionales. La zona de agua caliente permanece inmóvil. Lo mismo ocurre al
enfriarse.
Colectores solares
Los colectores solares son dispositivos diseñados para captar la radiación solar,
transformarla en energía térmica y así elevar la temperatura de un fluido. Esto nos
facilita, por ejemplo, calentar agua para su posterior aprovechamiento a nivel
doméstico o comercial.
Colectores de placa planaEstos colectores se caracterizan por no poseer métodos de concentración, ser
más económicos y resultar eficientes para obtener agua caliente sanitaria.
Además, nos ofrecen la ventaja de usar una orientación fija y de aprovechar tanto
la radiación directa como la difusa.
Estos colectores de placa plana se componen de cuatro elementos principales: la
cubierta transparente (vidrio o similar), la placa captadora (superficie negra que va
absorber la luz solar), el aislante y la carcasa (contenedor de todo lo anterior).
1. Cubierta transparente:Es la encargada de dejar pasar la radiación solar, evitar que el calor emitido por la
placa captadora se vaya del sistema y reducir las pérdidas por convección.
Estamos logrando el efecto invernadero con una cubierta de vidrio o plástico y de
esta forma aumentando la eficiencia del colector.
2. Placa captadora:Tiene por misión absorber de la forma más eficiente posible la radiación solar y
transformarla en energía térmica utilizable mediante su transferencia al fluido calo
portador (agua, aceite, aire, etc.). Existen diferentes modelos, siendo los más
usuales:
a) Dos placas metálicas separadas unos milímetros entre las cuales circula el
fluido calo portador.
b) Placa metálica sobre la cual están soldados o embutidos los tubos por los
que circula el fluido calo portador. En lugar de una placa metálica se puede
dotar de unas aletas de aluminio a los tubos de cobre.
c) Dos láminas de metal unidas a gran presión excepto en los lugares que
forman el circuito del fluido calo portador.
d) Placas de plásticos, usadas exclusivamente en climatización de piscinas.
3. Aislamiento:
La placa captadora está protegida en su parte posterior y lateral por un aislamiento
que evita las pérdidas térmicas hacia el exterior.
Las características de estos aislantes han de ser:
Resistir altas temperaturas sin deteriorarse, lo que muchas veces se
consigue colocando entre la placa y el aislante, una capa reflectante, que
impida que el aislante reciba directamente la radiación.
Desprender pocos vapores al descomponerse por el calor y en caso de
ocurrir que no se adhieran a la cubierta.
No degradarse por el envejecimiento u otro fenómeno a la temperatura
habitual de trabajo.
Soportar la humedad que se pueda producir en el interior de los paneles sin
perder sus cualidades.
Los materiales más usados son lana de vidrio, espuma rígida de poliuretano y
poliestireno expandido.
4. Carcasa:
Es la encargada de proteger y soportar los elementos que constituyen el colector
solar, además de servir de enlace con el edificio por medio de los soportes.
Debe cumplir los siguientes requisitos:
Rigidez y resistencia estructural que asegure la estabilidad. Estas
cualidades son de suma importancia ya que debe resistir la presión del
viento.
Resistencia de los elementos de fijación: mecánica para los esfuerzos a
transmitir, y química para soportar la corrosión.
Resistencia a la intemperie, a los efectos corrosivos de la atmósfera y a la
inestabilidad química debido a las inclemencias del tiempo.
Aireación del interior del colector para evitar que allí se condense el agua.
Evitar toda geometría que permita la acumulación de agua hielo o nieve en
el exterior del colector.
Facilitar el desmontaje de la cubierta para poder tener fácil acceso a la
placa captadora.
Colectores solares parabólicos
El principio de los colectores concentradores es concentrar mediante
procedimientos ópticos la energía que irradia el sol antes de su transformación en
calor. Así, una radiación solar que entra a un colector concentrador a través de
una superficie determinada es reflejada, refractada o absorbida por una superficie
menor, para luego ser transformada en energía térmica.
La ventaja importante de este tipo de colector es ante todo la reducción de las
pérdidas térmicas en el receptor, pues al ser éste de menor superficie habrá
menos área para la radiación del calor y por lo tanto el líquido que circula por el
receptor puede calentarse a mayores temperaturas con un rendimiento razonable
y a un costo menor.
Existen diferentes tipos de colectores concentradores:
a) Concentradores de enfoque: tienen un mecanismo de seguimiento para el sol.
b) Concentradores fijos o semifijos: no necesitan del mecanismo para seguir al sol,
se modifica su posición algunas veces por año.