Energía solar para niños
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Biomasa |
La energía solar es un tipo de energía renovable que se obtiene directamente de la radiación electromagnética que nos llega del Sol.
Desde hace mucho tiempo, las personas han usado la luz y el calor del Sol. Hoy en día, existen tecnologías avanzadas para aprovechar esta energía. Podemos usar captadores especiales, como las células fotoeléctricas, para convertir la luz solar en electricidad.
Las tecnologías solares se dividen en dos grupos: pasivas y activas. Las activas usan aparatos como paneles solares y colectores térmicos para recoger la energía. Las pasivas, en cambio, aprovechan el Sol de forma natural, por ejemplo, diseñando edificios para que reciban más luz o calor.
La Agencia Internacional de la Energía ha dicho que desarrollar tecnologías solares limpias y económicas trae muchos beneficios. Ayuda a los países a tener su propia energía, reduce la contaminación y ayuda a combatir el cambio climático. Por eso, invertir en energía solar es una inversión importante para el futuro.
Actualmente, la energía solar fotovoltaica es la tecnología solar más desarrollada. Según Greenpeace, esta energía podría dar electricidad a gran parte de la población mundial para el año 2030. Gracias a los avances y a que se produce en grandes cantidades, el costo de la energía solar ha bajado mucho. Esto hace que sea una opción cada vez más competitiva frente a otras fuentes de energía.
Contenido
La energía que viene del Sol
La Tierra recibe una enorme cantidad de energía del Sol. Aproximadamente el 30% de esta energía vuelve al espacio. El resto es absorbido por las nubes, los océanos y la tierra. La luz solar que llega a la superficie terrestre está compuesta principalmente por luz visible y rayos infrarrojos, con una pequeña parte de radiación ultravioleta.
La cantidad de energía solar que recibimos varía según la hora del día, el clima y la ubicación. En un día soleado, la potencia puede ser de unos 1000 vatios por metro cuadrado en la superficie. Esta potencia se llama irradiancia.
La energía solar se puede aprovechar de dos formas:
- Radiación directa: Es la luz que llega directamente del Sol, sin obstáculos. Se puede concentrar con espejos.
- Radiación difusa: Es la luz que se dispersa en la atmósfera por las nubes y otros elementos. No se puede concentrar.
La energía solar absorbida por los océanos y la tierra calienta el planeta. Este calor ayuda a que el agua se evapore y suba a la atmósfera, formando nubes y causando fenómenos como el viento. La energía solar también es vital para la fotosíntesis de las plantas, que producen alimento y biomasa.
| Flujo Solar Anual y Consumo de energía humano | |
|---|---|
| Solar | 3 850 000 EJ |
| Energía eólica | 2250 EJ |
| Biomasa | 3000 EJ |
| Uso energía primario (2005) | 487 EJ |
| Electricidad (2005) | 56,7 EJ |
Se calcula que la energía total que la Tierra absorbe del Sol cada año es gigantesca. En solo una hora, la energía solar que llega a la Tierra es equivalente a todo lo que el mundo consume en un año. La fotosíntesis captura una pequeña parte de esta energía para crear biomasa. La cantidad de energía solar que recibimos anualmente es el doble de toda la energía que se ha producido con combustibles fósiles como el petróleo y el carbón.
Historia y avance de la energía solar
Los inicios de la tecnología solar
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Desarrollo de la energía solar
Capacidad en GW por tecnología
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
2006
2009
2012
2015
2018
2021
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| Desarrollo mundial de la energía solar entre 2006 y 2021. Energía solar termoeléctrica (CSP) |
El interés por la energía solar comenzó en la década de 1860, cuando se pensaba que el carbón se agotaría pronto. Sin embargo, a principios del siglo XX, el desarrollo de la energía solar se detuvo porque el carbón y el petróleo eran más fáciles de conseguir y más baratos.
Pero las crisis del petróleo en 1973 y 1979 cambiaron la forma en que los países veían la energía. Esto hizo que la energía solar volviera a ser importante. Se crearon programas de apoyo y centros de investigación en países como Estados Unidos, Japón y Alemania. Entre 1970 y 1983, las instalaciones solares crecieron mucho, pero la bajada del precio del petróleo en los años 80 frenó un poco este crecimiento.
Desde 1998 hasta hoy
A mediados de los años 90, la energía solar fotovoltaica en tejados y grandes plantas empezó a crecer rápidamente. Esto se debió a la preocupación por el suministro de petróleo y gas natural, y por el cambio climático. Además, la energía solar se hizo más barata y competitiva.
A principios del siglo XXI, muchos países empezaron a dar ayudas y a crear leyes para apoyar las energías renovables. Esto hizo que la energía solar fotovoltaica creciera de forma impresionante, primero en Europa y luego en el resto del mundo. La energía solar termoeléctrica también ha mejorado, pero su contribución es menor.
Cómo funciona y se usa la energía solar
La energía solar se clasifica según la tecnología y su uso:
- Energía solar activa: Usa aparatos para capturar el calor del Sol. Puede ser de baja temperatura (para calentar agua en casas), media temperatura (hasta 300 °C) o alta temperatura (hasta 2000 °C, usando espejos que concentran los rayos solares).
- Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del Sol de forma natural, sin necesidad de máquinas. Por ejemplo, el diseño de un edificio para que reciba más luz.
- Energía solar térmica: Se usa para producir agua caliente para ducharse, calefacción o incluso para generar electricidad. También puede usarse para sistemas de refrigeración que usan calor en lugar de electricidad.
- Energía solar fotovoltaica: Produce electricidad directamente de la luz solar usando células especiales hechas de materiales semiconductores.
- Energía termosolar de concentración: Genera electricidad calentando un líquido a muy alta temperatura con espejos concentradores, y luego usando ese calor para mover una turbina.
- Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra fuente de energía, que puede ser renovable (como biomasa o energía eólica) o no renovable (como combustibles fósiles).
- Energía eólico solar: Funciona calentando el aire con el Sol, que luego sube por una chimenea donde hay generadores que producen electricidad.
Energía solar pasiva
La tecnología solar pasiva consiste en aprovechar la energía del Sol directamente, sin transformarla en otro tipo de energía y sin usar sistemas mecánicos. Se usa de inmediato o se almacena de forma natural.
Algunas técnicas de energía solar pasiva incluyen:
- Diseñar edificios para que reciban más luz y calor del Sol.
- Usar materiales que absorban y liberen calor lentamente.
- Diseñar espacios para que tengan ventilación natural.
- Usar cocinas solares o chimeneas solares.
La arquitectura bioclimática es un ejemplo de esto. En lugar de usar aparatos, los propios materiales y el diseño del edificio absorben la energía del Sol durante el día y la liberan por la noche, manteniendo una temperatura agradable.
Energía solar térmica
La energía solar térmica, o termosolar, usa la energía del Sol para producir calor. Este calor se puede usar para:
- Cocinar alimentos.
- Calentar agua para ducharse (agua caliente sanitaria) o para la calefacción.
- Generar energía mecánica y, a partir de ella, energía eléctrica.
- Alimentar sistemas de refrigeración que usan calor en lugar de electricidad para enfriar espacios.
Los colectores de energía solar térmica se clasifican por la temperatura que alcanzan:
- Colectores de baja temperatura: Calientan el agua a menos de 65 °C. Se usan para piscinas, agua caliente doméstica o procesos industriales que no necesitan mucho calor.
- Colectores de temperatura media: Concentran la radiación solar para calentar líquidos entre 100 y 300 °C. Usan espejos que dirigen la luz a un receptor más pequeño. Solo funcionan bien con luz solar directa.
- Colectores de alta temperatura: Operan a más de 500 °C. Se usan para generar electricidad en grandes centrales, especialmente en lugares con mucho sol.
Energía solar térmica de baja temperatura
Una instalación solar térmica de baja temperatura tiene varias partes: captadores solares, tuberías, un tanque para almacenar el agua caliente y otros componentes. Si el sistema funciona por termosifón, el agua caliente sube naturalmente. Si es un sistema forzado, necesita una bomba para mover el líquido.
Los captadores solares son los que recogen la luz del Sol y la convierten en calor. Los más comunes son los de placa plana con una cubierta de vidrio. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, que calientan unos tubos metálicos oscuros. Estos tubos transfieren el calor a un líquido.
El vidrio no solo protege el captador, sino que también ayuda a mantener el calor, creando un efecto invernadero que mejora su eficiencia.
Los colectores solares tienen:
- Cubierta: Una capa transparente (generalmente de vidrio) que minimiza la pérdida de calor.
- Canal de aire: Un espacio entre la cubierta y la placa absorbente.
- Placa absorbente: La parte que absorbe la energía solar y la pasa al líquido. Es oscura para absorber más calor.
- Tubos o conductos: Por donde circula el líquido que se calienta y va al tanque de almacenamiento.
- Capa aislante: Rodea el sistema para evitar que el calor se escape.
Energía solar térmica de media temperatura
Las instalaciones de temperatura media pueden tener diferentes diseños. Algunos usan líquidos a presión o sistemas que se vacían para evitar la congelación. Se están desarrollando nuevas técnicas para que estos colectores duren más tiempo.
Energía solar térmica de alta temperatura
Para generar electricidad de manera eficiente, se necesitan temperaturas muy altas. Las plantas de energía termosolar de concentración (CSP) usan espejos o lentes para concentrar la luz solar y alcanzar estas altas temperaturas. Esto hace que las plantas sean más eficientes y necesiten menos espacio.
A medida que la temperatura aumenta, se pueden usar diferentes tecnologías para convertir el calor en electricidad. Por ejemplo, las turbinas de vapor son eficientes hasta los 600 °C. A temperaturas más altas, las turbinas de gas pueden ser más eficientes.
Una ventaja importante de las plantas CSP es que pueden almacenar el calor antes de convertirlo en electricidad. Esto significa que pueden producir electricidad incluso cuando no hay sol, como por la noche. Así, la energía solar se convierte en una fuente de energía más confiable.
Almacenamiento y uso del calor
El almacenamiento de calor permite que las centrales solares térmicas generen electricidad durante las horas sin sol o por la noche. Esto es muy útil porque pueden funcionar como una fuente de energía constante, reemplazando a las centrales que usan combustibles fósiles. Además, almacenar el calor reduce el costo de la electricidad generada.
El calor se guarda en un material especial dentro de un depósito aislado durante el día. Luego, se recupera para generar electricidad por la noche. Algunos materiales que se usan para almacenar calor son el vapor a presión, el hormigón y sales fundidas.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica produce electricidad directamente de la radiación solar. Esto se logra con un dispositivo semiconductor llamado célula fotovoltaica o con una capa delgada de metales sobre una superficie, conocida como célula solar de película fina.
Paneles solares fotovoltaicos
Un panel fotovoltaico está hecho de varias células solares. Estas células están protegidas por capas de plástico especial, vidrio y un marco de aluminio. El marco le da resistencia y facilita su instalación.
Las células más comunes en los paneles solares son de silicio. Hay tres tipos principales:
- Células de silicio monocristalino: Hechas de un solo cristal de silicio. Son de color azul oscuro uniforme y muy eficientes.
- Células de silicio policristalino: Hechas de varios cristales de silicio. Son un poco menos eficientes que las monocristalinas y tienen un color azul más intenso.
- Células de silicio amorfo: Son menos eficientes pero más económicas. Se usan en aparatos pequeños como relojes o calculadoras.
La potencia de un panel fotovoltaico se mide en "potencia pico". Esta es la máxima potencia que puede generar bajo condiciones específicas: 1000 W/m² de radiación y 25 °C de temperatura en la célula.
La eficiencia de las células de silicio policristalino suele ser del 14% al 20%, y las monocristalinas del 15% al 21%. Los colectores solares térmicos de baja temperatura pueden alcanzar hasta un 70% de eficiencia en la transferencia de energía.
Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reutilizar (aunque se investigan paneles híbridos). Son ideales para llevar electricidad a zonas rurales sin red eléctrica o para instalaciones sencillas en tejados para el autoconsumo fotovoltaico.
Crecimiento de la energía solar fotovoltaica en el mundo
La demanda de energías renovables ha impulsado mucho la fabricación de células solares y las instalaciones fotovoltaicas. Tradicionalmente, la energía solar fotovoltaica se usaba para aparatos autónomos o para dar electricidad a casas aisladas. Pero en los últimos años, se ha usado cada vez más para producir electricidad a gran escala, conectándose a la red eléctrica o para el autoconsumo en hogares.
Alemania, Japón, China y Estados Unidos son algunos de los países donde la energía fotovoltaica ha crecido más rápido. A finales de 2015, se habían instalado casi 230 GW de potencia fotovoltaica en todo el mundo. Esto la convierte en la tercera fuente de energía renovable más importante, después de la hidroeléctrica y la eólica. En la Unión Europea, cubre en promedio el 3.5% de la demanda de electricidad, llegando al 7% en los momentos de mayor producción.
Alemania, con una gran cantidad de energía solar instalada (38 GW en 2014), ha logrado récords. En junio de 2014, la energía solar produjo hasta el 50.6% de toda la electricidad del país en un solo día.
Autoconsumo fotovoltaico y paridad de red
| Paridad de red alcanzada antes de 2014 Paridad de red alcanzada sólo para precios pico Paridad de red alcanzada después de 2014 Estados de EE. UU. que alcanzarán la paridad de red próximamente |
El autoconsumo fotovoltaico es cuando una persona o una casa produce su propia electricidad con paneles solares para su propio uso. Esto se puede combinar con el balance neto, que permite compensar la electricidad consumida de la red con la que se produce de más. Muchos países ya usan este sistema con éxito.
Para que la energía solar sea tan barata como otras fuentes de energía (lo que se llama paridad de red), existen ayudas que garantizan un precio fijo de compra para la electricidad solar. Esto ha hecho que los costos de la energía fotovoltaica sean más bajos que el precio de venta de la electricidad tradicional en muchos lugares.
La energía del futuro
Según informes de Greenpeace, la energía fotovoltaica podría dar electricidad a dos tercios de la población mundial para el año 2030. Y un estudio del Consejo Mundial de Energía sugiere que para el año 2100, el 70% de la energía que se consuma será de origen solar.
Algunos lugares, como Tokelau, un archipiélago en el océano Pacífico, ya obtienen toda su electricidad del Sol. Para ellos, usar combustibles fósiles sería mucho más caro y difícil. La instalación de Tokelau es un ejemplo para otros países de Oceanía, como las Islas Cook y Tuvalu, que también quieren usar solo energías renovables para el año 2020.
Balance neto y costos
El autoconsumo fotovoltaico es cuando produces tu propia electricidad a pequeña escala con paneles solares. Esto puede complementarse con el balance neto o ayudar a la independencia energética si no estás conectado a la red.
El balance neto te permite enviar a la red eléctrica la electricidad que produces de más. Así, cuando necesitas más electricidad de la que generas, la compañía eléctrica te descuenta de tu factura lo que ya habías aportado.
En los últimos años, muchos países como Alemania, Italia, Dinamarca, Japón, Australia, Estados Unidos, Canadá y México han regulado el autoconsumo con balance neto. Esto se debe a que el costo de los paneles solares ha bajado mucho. Además, muchos países ofrecen ayudas y beneficios fiscales para que las personas y empresas puedan instalar estos sistemas.
En 2013, el precio de los paneles solares había bajado un 80% en cinco años. Esto hizo que la energía solar fuera competitiva con el precio de la electricidad tradicional en muchos países soleados. El costo de generar electricidad con energía solar fotovoltaica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en muchos lugares, especialmente durante el día, cuando la electricidad suele ser más cara. Se espera que los costos sigan bajando, lo que representa un desafío para las fuentes de energía basadas en combustibles fósiles. Con el tiempo, las tecnologías renovables suelen ser más baratas, mientras que las energías fósiles se encarecen.
Cuanto más baja el costo de la energía solar fotovoltaica, más competitiva se vuelve frente a otras fuentes de energía. Esto la hace más atractiva para los usuarios de electricidad en todo el mundo. La energía fotovoltaica a pequeña escala puede ser más económica que la mayoría de otros tipos de generación, incluso las que usan gas natural barato. Los menores costos de los paneles solares también aumentan la demanda de los consumidores, para quienes el costo de la energía fotovoltaica ya es favorable en comparación con los precios finales de la electricidad convencional.
En 2011, el costo de la energía fotovoltaica ya era mucho menor que el de la energía nuclear, y se espera que siga disminuyendo. Para grandes instalaciones, los precios han bajado considerablemente. En algunas regiones, la energía fotovoltaica ha alcanzado la paridad de red, lo que significa que sus costos de producción son iguales o menores que los precios de electricidad que paga el consumidor final. La energía fotovoltaica se genera en un momento del día cercano al pico de demanda, lo que es muy útil. La tendencia es que los precios sigan bajando a medida que la producción de componentes fotovoltaicos se vuelve más industrial.
Centros de investigación sobre la energía solar
- Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).
- Plataforma Solar de Almería (PSA).
- Instituto de Energía Solar, de la Universidad Politécnica de Madrid.
- Photovoltaic Institute Berlin en Alemania.
- Institut für Solare Energiesysteme ISE en Alemania.
- Renewable Energy Laboratory NREL en Estados Unidos.
- Centro de Estudios de las Energías Renovables en México.
- Procédés, Matériaux et Énergie Solaire PROMES en Francia.
Asociaciones
- ISES – Sociedad Internacional de Energía Solar.
- ASADES – Asociación Argentina de Energías Renovables y Ambiente.
- Unión Española Fotovoltaica, la principal asociación del sector fotovoltaico en España.
- Asociación Nacional de Energía Solar de México.
- Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA).
Véase también
En inglés: Solar energy Facts for Kids
- Calentador solar
- Comités internacionales de normalización de energía solar fotovoltaica
- EERE
- Energía alternativa
- Producción de electricidad a partir de la luz solar
- Energía solar en China
- Energía solar en los Estados Unidos
- Energía solar en Japón
- Energía solar en India
- Energía solar en España
- Energía solar en México
- Energía solar en África
- Energía solar espacial
- Frío solar
- Refrigeración por absorción
- Suelo radiante
- Temperatura sol-aire
- Vehículo solar
Galería de imágenes
-
Un disco solar parabólico que concentra la radiación solar sobre un elemento calefactor de un motor Stirling. Toda la unidad actúa como un seguidor solar.
-
Espejos cilindro-parabólicos utilizados en una central termoeléctrica solar situada en Estados Unidos.
-
La central solar de torre central del "Solar Two", perteneciente a El Proyecto Solar.
-
Casa solar ecológica, situada en la île Sainte-Hélène (Montreal, Canadá), diseñada en el marco de la competición internacional Solar Decathlon.
-
Marquesina fotovoltaica situada en el aparcamiento de la Universidad Autónoma de Madrid (Madrid, España).
-
El telescopio espacial Hubble, equipado con paneles solares, es puesto en órbita desde la bodega del transbordador Discovery en 1990.
-
El ganador de la edición 2009 del Global Green Challenge, el "Tokai Challenger", del Solar Car Team de la Universidad de Tokai (Japón).
-
El Helios, prototipo de avión solar no tripulado desarrollado por la NASA, en vuelo.
-
El avión solar tripulado Solar Impulse, preparado para el despegue.
-
Pérgola Fotovoltaica del Fórum de las Culturas de Barcelona (2004).
-
Planta solar de 45 MW en Filipinas.
-
Módulos solares de capa fina, en una planta del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos.
-
Planta solar de Broken Hill, Nueva Gales del Sur.
-
Planta solar de 321 MW en Brasil.
-
Proyecto de energía solar flotante en Florida.
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