Energías renovables (II): La energía solar

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La radiación solar

La energía solar es aquella que se obtiene de la radiación electromagnética procedente del sol y que llega a la Tierra en forma de luz, calor o rayos ultravioleta. Es un tipo de energía limpia y renovable, pues su fuente es un recurso ilimitado.

(1 PW = 1 petavatio = 1015 vatios)

  • Radiación solar absorbida por tierra y océanos: 179PW-90PW= 89PW
  • Radiación devuelta por la tierra: 88 PW

Casi toda la energía recibida en la superficie terrestre se devuelve al espacio.

Se empezó a iniciar el aprovechamiento de la radiación solar en los años 90 debido al temor a una escasez de petróleo y a una mayor preocupación por el cambio climático.
Actualmente la energía solar es la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y eólica.

En España, la potencia instalada solar se situó a finales del 2019 en 11.217 MW (8.913 MW corresponde a solar fotovoltaica y 2.304 MW a solar térmica), lo que representa alrededor del 10 % del total de la potencia instalada y el 5,5% de la generación eléctrica nacional (3,5 % para la fotovoltaica y 2,0 % para la solar térmica). Las energías renovables en el sistema eléctrico español – 2019 (REE)

Técnicas para aprovechar la energía solar

La energía solar puede clasificarse como pasiva o activa, según la forma en que sea capturada, convertida y utilizada. Su captación puede llevarse a cabo mediante el uso de distintas técnicas.

Energía solar pasiva (viviendas/edificios)

Una casa pasiva permite conseguir un ahorro energético de hasta un 90% de reducción en gastos de gas o electricidad.
La energía solar pasiva es una técnica que se encarga de aprovechar la energía proveniente del sol de forma directa sin necesidad de transformarla: consiste en implementar técnicas de arquitectura bioclimática diseñadas para captar la energía solar y utilizarla. Las ventanas, paredes y suelos están hechos para recolectar, almacenar y distribuir la energía solar en forma de calor durante el invierno y atenuar el calor del verano. (fuente: ejemplos y técnicas)

Nuevas construcciones:

Se trata de incluir en la construcción de un edificio nuevo unos materiales con una masa térmica que permite almacenar calor y proporcionar «inercia» contra las fluctuaciones de temperatura: hormigón, ladrillos, piedra o azulejos son algunos de los materiales que mejores resultados ofrecen para viviendas solares pasivas.
Los edificios han de contar con un sistema de ventilación eficiente, filtración del aire y aprovechamiento de la luz natural.

Reformas de edificios:
En reformas de edificios se usan técnicas para mejorar el aislamiento térmico de muros, tejados y ventanas y se ha de instalar un sistema de ventilación mecánica para obtener una buena renovación del aire.

Principales beneficios de la energía solar pasiva

  • medidas de implantación de bajo coste.
  • mantenimiento mínimo.
  • no se producen emisiones de gases contaminantes.
  • ahorro de hasta un 90% del consumo de energía.

Energía solar activa

Dos sistemas:

  • Térmica por medio de colectores solares.
  • Fotovoltaica: energía solar para suministrar electricidad.

I.- Energía térmica

Colectores de calor: para calentar agua, calefacción, cocinar, enfriamiento de locales, refrigerar
Existen varios tipos de colectores para obtener temperaturas baja (65º), media (100-300º) y alta,
Normalmente se utiliza para la calefacción del agua de las viviendas. Una de las principales ventajas de esta técnica es el ahorro en el consumo de energía eléctrica.

El horno solar es otro ejemplo de la utilización de la energía solar que gracias a un sistema de reflectores que concentran la radiación recibida permite cocinar en exteriores sin utilizar combustibles que emiten CO2.

Central térmica solar: Energía termosolar de concentración [Concentrated Solar Power CSP]

La captación de esta energía solar se realiza por medio de colectores. Estos colectores pueden ser espejos o lentes para concentrar una gran cantidad de luz solar sobre una superficie pequeña. La energía eléctrica es producida cuando la luz concentrada es convertida en calor, que impulsa un motor térmico, usualmente una turbina de vapor, conectado a un generador de electricidad. La energía térmica producida tiene la posibilidad de poder almacenarse para poder estar disponible en los periodos de tiempo en los que no se obtenga radiación solar.

II.- Energía fotovoltaica

La irradiación solar es una fuente ilimitada de energía y puede ser transformada en energía eléctrica mediante paneles solares. El efecto fotoeléctrico es el fundamento de la conversión de energía solar en electricidad: al incidir la radiación del sol sobre una de las caras de las células fotoeléctricas, los componentes del panel, se produce una diferencia de potencial eléctrico entre ambas caras que hace que los electrones salten de un lugar a otro, generando así corriente eléctrica. (wikipedia)

Uso doméstico

En España el Real Decreto 244/2019, de 5 de abril, regula las condiciones administrativas, técnicas y económicas del autoconsumo de energía eléctrica.

Ventajas

  • Es una energía no contaminante.
  • Existe la posibilidad de obtener unos beneficios fiscales por subvenciones al autoconsumo.
  • No presenta ningún peligro para el usuario.
  • La vida útil de un panel es muy superior a los 25 años; si el panel es de buena calidad su vida útil puede alcanzar los 40 años.
  • La vida útil de una batería oscila entre los 4 y 6 años.
  • El coste de instalación de paneles solares fotovoltaicos se ha reducido de forma constante en los últimos años.
    • Precios aproximados actuales (2020) según potencia generada:
      • 2kw 5.000€
      • 3kw 7.000€
      • 4kw 9.500€
      • 5kw 12.000€

Desventajas

  • Esta fuente de energía depende de factores como el clima o el número de horas de sol al año: se puede solucionar esta situación con el uso de baterías, una conexión a la red eléctrica, o bien combinar varias fuentes de energía renovable (por ejemplo con un aerogenerador).
  • Los paneles solares fotovoltaicos están diseñados para resistir granizo hasta cierta intensidad y diferentes tipos de golpes pero no resisten golpes fuertes.
  • Existen unas limitaciones en el rendimiento de los paneles y la capacidad de producción de electricidad.
  • Es necesario realizar un mantenimiento periódico de los paneles solares y de las baterías. La suciedad acumulada sobre un panel solar puede generar una pérdida de eficiencia de hasta el 30%.
  • Si se produce un excedente de la energía producida, se puede almacenar mediante baterías, verterse a la red eléctrica o no utilizarse mediante un sistema antivertido.

Una buena solución para obtener los mejores resultados al menor coste es la de realizar una combinación de energías activas y pasivas en edificios y viviendas.

Huerto solar

El huerto solar se refiere a instalaciones individuales de pequeños productores con la intención de producir energía a pequeña escala para venderla a la red eléctrica.

Parque solar

Un parque solar es una central solar y se refiere a una instalación de gran tamaño compuesta por varias plantas solares que requieren una sala de control centralizada y transformadores de alta tensión.
La producción de energía depende de la radiación solar y para aprovecharla al máximo, se utilizan unos «seguidores solares» que permiten orientar los paneles según la posición de sol.

energía solar fotovoltaica

Parque solar flotante

Una planta solar flotante puede instalarse en grandes superficies acuáticas como lagos o embalses.

La central de Huainan, en China, ocupa parte de un embalse formado sobre una antigua mina de carbón. Consta de 166.000 placas solares.

planta de energía solar flotante (Huainan)

Electricidad fotovoltaica de concentración [CPV, del inglés: Concentrated Photovoltaics]

En la CPV, la luz solar concentrada es convertida directamente en electricidad mediante el efecto fotoeléctrico.
La energía solar fotovoltaica de concentración, CPV, es un tipo de energía solar fotovoltaica que utiliza lentes, espejos curvados y otros tipos de ópticas para concentrar una gran cantidad de radiación solar en una pequeña área de células fotovoltaicas para generar electricidad. En comparación con las tecnologías fotovoltaicas convencionales, los sistemas CPV permiten ahorrar costes en las células solares, dado que un área menor de material fotovoltaico es requerido. (wikipedia)

ANEXO: estudio de la huella del carbono en la fabricación de un panel solar térmico y comparativo frente a la de un panel fotovoltaico.

[Fuente: Estudio de la huella de carbono de la energía solar térmica]

El informe aporta datos sobre la huella de carbono producida a lo largo del ciclo de vida de un captador solar térmico y lo compara con la de un panel fotovoltaico.
Se tiene en cuenta la extracción de materias primas, la minería, el procesamiento, el transporte a la fábrica y el proceso de fabricación incluyendo los consumos de energía (electricidad, gas), y los residuos generados.

El estudio ha dado los siguientes resultados:

  • valor medio de huella de carbono en la fabricación por captador solar térmico: 112,5 kg CO2
  • valor medio de huella de carbono en la fabricación por panel solar fotovoltaico 498 kg CO2.

Si durante 30 años, la energía producida por un captador solar térmica es de 56.290 kwh y la energía producida por un panel solar fotovoltaico es de 16. 710 kwh, por kWh generado:

  • la energía solar térmica emite 2,1 gr CO2
  • la energía solar fotovoltaicas emite 30 gr CO2

Comparando con el uso de gas o electricidad en lugar de la energía solar:

  • cada kWh de gas quemado produce 180 gr CO2
  • cada kWh de electricidad de la red produce 308 gr CO2 (referencia española).

Las emisiones de CO2 se ven pues considerablemente reducidas con la utilización de paneles solares, especialmente si proceden de la energía solar térmica.

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