Los Diferentes Tipos de Energias Alternativas
El Sol es de las fuentes de energía a la que se le prestó una primera atención, y en la que se centró gran parte de la investigación en materia de energías alternativas,
Javier Alvarez
19 de January · 1456 palabras.
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🕘 Resumen
La energía solar es una de las fuentes de energía renovable más estudiadas debido a su característica de ser una fuente de energía limpia y renovable en un 100%. Sin embargo, la aplicación práctica de esta energía tiene limitaciones técnicas, y no todas las regiones del mundo tienen las mismas oportunidades para aprovecharla. La forma desigual en que el Sol ilumina la Tierra, con distintos ángulos e intensidades según la región terrestre, la estación del año y el ciclo día/noche, hace que no todos los lugares puedan aprovecharla eficientemente. Los sistemas de captación de energía solar se enfocan en la superficie captadora y en la capacidad de seguimiento del Sol en su trayectoria, así como en la concentración de la radiación para alcanzar altas temperaturas. La energía obtenida necesita ser almacenada durante el periodo de ausencia del Sol, lo que requiere de recursos energéticos auxiliares para mantener los sistemas o redes conectados a ella. Las aplicaciones de la energía solar están relacionadas con sistemas térmicos para la producción de agua caliente y la calefacción de edificios, así como también en sistemas fotovoltaicos utilizados en la generación de electricidad. La energía solar se presenta como una alternativa eficiente y amigable con el medio ambiente para cubrir parte de la demanda energética.La aplicación práctica de la energía solar tiene no obstante sus limitaciones técnicas, generalmente relacionados con el rendimiento obtenido, además de que no todos los habitantes de nuestro planeta tienen las mismas oportunidades para su aprovechamiento.
El Sol ilumina la Tierra de forma desigual, y con diferente ángulo e intensidad según la región terrestre de que se trate, la estación del año y el ciclo día/noche. Lo ideal es disponer de una zona que se encuentre iluminada durante la mayor parte del año, eso implica que determinados lugares quedan al margen de su aprovechamiento, tal es el caso de los países nórdicos, en detrimento de los más próximos al Ecuador, que se ven altamente beneficiados.
Captación y acumulación de la energía del sol
Los sistemas de captación de la energía del sol se centran, generalmente, en su superficie captadora, así como en la capacidad para el seguimiento del Sol en toda su trayectoria. Igualmente, en la concentración de la radiación para alcanzar altas temperaturas, que permitan un rendimiento aceptable para su procesamiento por los elementos transformadores.
Otro punto de importancia está referido al sistema de acumulación de la energía obtenida; hay que señalar que durante el periodo de ausencia del Sol, es preciso almacenar esa energía, a la vez que deben entrar en funcionamiento otros recursos energéticos de carácter auxiliar, que permitan mantener en funcionamiento los sistemas o redes conectados a él.
Sus aplicaciones
Las aplicaciones de la energía solar suelen estar relacionadas con el empleo de sistemas térmicos, tales como producción de agua caliente, calefacción industrial, generación de vapor, generación de electricidad y otros usos variados.
Energía fotovoltaica
Los sistemas de energía fotovoltaica permiten la transformación de la luz solar en energía eléctrica, es decir, la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica).
Panel de células fotoeléctricas
El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común). Los paneles solares están constituidos por cientos de estas células, que conexionados adecuadamente suministran voltajes suficientes para, por ejemplo, la recarga de unas baterías. Tienen utilidad en múltiples campos, desde el ámbito doméstico, hasta los satélites artificiales.
Cómo se construye una célula fotoeléctrica
Para construir una célula fotoeléctrica se utiliza arena común con alto contenido en silicio; se obtiene inicialmente una barra de silicio sin estructura cristalina (amorfo), una vez separados sus dos componentes básicos, y que acoge gran cantidad de impurezas.
Mediante un proceso electrónico, que también permite eliminar las impurezas, la barra de silicio amorfo es transformada en una estructura monocristalina, la cual posee características de aislante eléctrico, al estar formada por una red de uniones atómicas altamente estables.
Antes de proceder al cortado del material hay que asegurarse de que está totalmente ausente de impurezas, pues una sola impureza entre un millón lo hace inservible. A continuación se corta el material en obleas (finas láminas de sólo una décima de milímetro). Las obleas son entonces fotograbadas en celdillas con polaridades positiva y negativa; la polaridad positiva se consigue a base de introducir lo que electrónicamente hablando se denominan huecos, es decir, impurezas que están compuestas por átomos que en su capa de valencia sólo tienen tres electrones (les falta un electrón para completar los cuatro que precisa para ser estable, por eso se dice que tienen un hueco). Por su parte, en la zona negativa se sigue un proceso similar al de la zona positiva, pero en este caso las impurezas que se inyectan son átomos que en su capa de valencia tienen cinco electrones, es decir, en la estructura de cristal sobra un electrón (existe un electrón libre, por eso se dice que es una carga negativa).
El conjunto de ambos materiales (positivos y negativos) forman un diodo; este dispositivo tiene la característica de dejar pasar la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el otro, y aunque los diodos son utilizados generalmente para rectificar la corriente eléctrica, en este caso, permitiendo la entrada de luz en la estructura cristalina del diodo permitiremos que se produzca movimiento de electrones dentro del material, por eso este diodo es denominado más concretamente fotodiodo o célula fotoeléctrica.
Colectores solares
Así como los sistemas de célula fotoeléctrica aprovechan la energía electromagnética del sol que nos llega en forma luz, para después ser transformada en energía eléctrica, los sistemas de colector solar utilizan su potencia calorífica para calentar un líquido, que posteriormente será empleada generalmente en suministrar calefacción.
Existen sistemas de colector solar con y sin concentración. Los que no utilizan concentración reciben el Sol directamente, sin ningún elemento auxiliar, como los rotores que permiten el seguimiento en todo su ciclo. Aunque con menor rendimiento, tienen sin embargo la ventaja de su simplicidad, facilidad de construcción y menor mantenimiento, gracias a que su posibilidad de presentar fallos técnicos también es menor.
Horno solar de torre central
El horno solar de torre central es un sistema más complejo de colector solar con concentración. Con esta tecnología se pueden conseguir elevadas temperaturas, del orden de 2000 grados centígrados, con los que se puede obtener energía calorífica aplicable a la transformación en energía mecánica, que no pueden realizar otros sistemas de concentración más sencillos.
El dispositivo consta de una torre central de altura comprendida entre 60 y 100 metros, el cual aloja el horno solar en su parta más alta. La base de la torre posee una columna vertical en la que se encuentran situados un conjunto de heliostatos (paneles reflectantes de entre 20 y 50 metros cuadrados de superficie), que son orientados en acimut y elevación mediante unos servos. El número de paneles varía entre 100 y 300, pero en determinadas instalaciones llegar a los 2000 elementos. Pueden ocupar una superficie de terreno de una hectárea.
La orientación de los paneles reflectores se encarga a un ordenador que determina el ángulo que deberá tomar cada uno de ellos, dependiendo de la incidencia de la luz en su superficie; de esta forma todos los heliostatos proyectan el máximo de luz sobre la zona de la torre donde se encuentra ubicado el elemento a calentar.
La energía eólico-solar
Este sistema, también llamado columna ciclónica artificial, utiliza realmente la energía del Sol para transformarla en viento, por lo que podría definirse como un sistema de energía solar.
El dispositivo consta de una columna hueca de entre 100 y 200 metros de altura, denominada columna Venturi (similar a una chimenea), alrededor de la cual se extiende una cubierta de plástico transparente cubriendo una basta superficie de terreno. Dentro de la columna, en su parte superior, se instala un rotor cuyas palas serán movidas por las corrientes de aire caliente que ascenderán por la columna.
¿Cómo funciona?
Para que el sistema funcione se precisa que primero se forme el efecto invernadero bajo la cubierta de plástico, por efecto del caldeamiento que produce el Sol. Como el plástico es opaco a los rayos infrarrojos de las moléculas del aire caliente, éste no puede escapar al exterior a través de el, generándose una considerable temperatura en su interior.
Puesto que la única salida del aire es a través de la columna, y que éste tiende a ascender cuando está caliente, se produce un efecto ciclón al moverse grandes cantidades de aire a gran velocidad a través del estrecho tubo que forma la columna, haciendo girar el generador que se encuentra en su parte superior.
Este sistema es realmente simple, proporcionando gran fiabilidad, pues solamente utiliza una pieza móvil, la del generador eléctrico de la columna, que no precisa además ningún tipo de orientación hacia el sol, pues la iluminación se realiza sobre el plano horizontal del terreno. Sin embargo, para su efectividad se precisan grandes superficies de terreno, que permitan a su vez grandes volúmenes de aire; además de dotarse de una torre de considerable altura.
Este dispositivo puede proporcionar potencias del orden de los 100 kilovatios, pero con bajo rendimiento, pues para una potencia similar se puede disponer de otros dispositivos que precisan de superficies de terreno mucho menores.
fuente: energias alternativas
energias alternativas