Los Pilares de la Energía – El Sol

publicado el 30 Abr, 2013 Blog Tecnología energética

  Vivimos en un bonito planeta que pertenece a un sistema planetario llamado Sistema Solar. En él, todos y cada uno de los ocho planetas que lo componen, orbitan alrededor de un enorme objeto celeste común a todos los sistemas planetarios, una estrella, en nuestro caso, el Sol. Este elemento es indispensable para la vida en la Tierra, ya que el calor que emite, viaja a través del espacio, para que animales y plantas puedan sobrevivir en un rango de temperaturas adecuado. Pero además, el Sol es fuente primera de toda energía terrestre, ya que todas las fuentes de energía conocidas, tanto renovables como no renovables, son producidas directa o indirectamente por la radiación solar. La energía eólica,  es producida por el movimiento de las masas de aire a diferente temperatura que se desplazan desde zonas de alta a baja presión, los combustibles fósiles proceden de la biomasa formada a lo largo de millones de años, o el propio aprovechamiento de energía solar per se. De ahí, la gran importancia de la energía solar.

En este artículo vamos a hablar de cómo los seres humanos pueden explotar directamente la energía solar que cada día recibe nuestro planeta. De hecho, deben hacerlo, para construir un sistema energético que proteja un medio ambiente tan dañado por el uso de otros tipos de fuentes de energía. Y más aún sabiendo que toda la energía solar que recibe la Tierra, serviría para satisfacer diez mil veces la demanda planetaria energética.

Comencemos viendo una clasificación general de los diferentes modos de aprovechamiento de la energía solar, en función de la tecnología actual (imagen 1).

  Podemos apreciar en el mapa conceptual que, a través del uso de la Tecnología Termosolar, podemos obtener calor (ya sea aire para climatizar, o agua caliente sanitaria para uso doméstico) (Termosolar de baja temperatura), y electricidad (Termosolar de alta temperatura). Debido al carácter generalista de este análisis, vamos a centrarnos en la conversión de energía solar en electricidad.

  Es un hecho conocido que la irradiación solar que llega a nuestro planeta tiene un valor constante, de unos 1300 vatios por metro cuadrado (W/m2) (imagen 2). Sin embargo, la totalidad de esta energía no puede ser aprovechada, debido a diferentes factores atenuantes que aparecen en su camino desde el Sol hasta la superficie terrestre (nubes, sombras de edificios, etc). Esto hace que la cantidad de energía solar aprovechable sea de unos 900 W/m2, por lo que se hace necesario el uso de elementos concentradores para obtener las temperaturas que se requieren para la generación de electricidad.

  Ahora bien, hemos visto que hay dos formas de generar electricidad a partir de la energía solar: directamente a través de Células Fotovoltaicas, e indirectamente través de la Tecnología Termosolar de alta temperatura. Veamos las primeras.

El principio de funcionamiento de una Célula Fotovoltaica es a través del Efecto Fotoeléctrico, explicado formalmente por Albert Einstein en un revolucionario artículo escrito en 1905 que le valió del Premio Nobel de Física en 1921. Veamos una explicación sintetizada de este efecto. La luz solar está compuesta por fotones, los cuales tienen energías diferentes en función de las longitudes de onda del espectro solar. De este modo, en el proceso de absorción de luz por la célula, si un electrón de dicha célula absorbe una cierta energía de un fotón, superior a un valor límite (denominada frecuencia umbral), el electrón es arrancado de un determinado material, produciendo corriente eléctrica. Por el contrario, si la energía del fotón fuera demasiado baja, el electrón no sería capaz de escapar de la superficie de dicho material.

De esta forma, al conectar eléctricamente entre sí un conjunto de células fotovoltaicas obtenemos un módulo fotovoltaico o panel solar (imagen 3) listo para satisfacer las demandas de la red eléctrica o necesidades aisladas donde no haya cobertura eléctrica.

  Como puntos a favor de este tipo de instalaciones podemos destacar que es simple, silenciosa, posee una elevada duración y fiabilidad, apenas requiere mantenimiento y no produce contaminación ambiental. Sin embargo, solo produce electricidad mientras haya luz, las células todavía poseen muy bajo rendimiento, y además su coste es elevado por lo que el periodo de amortización de una instalación es muy alto.

  Por otro lado, tenemos la Tecnología Termosolar o más conocida internacionalmente como Concentrating Solar Power (CSP), de la que podemos distinguir entre cuatro tipos (imagen 4):

  De izquierda a derecha y de arriba abajo, tenemos: Concentración en Torre Central con Campo de Heliostatos, Colectores Cilindro-Parabólicos, Discos Parabólicos con Motor Stirling y Colectores Lineales Fresnel.

La tecnología de Discos Parabólicos con Motor Stirling funciona concentrando los rayos procedentes del Sol en el foco del disco, situado en la normal al centro del disco. En este punto se sitúa un motor Stirling que, a través de la expansión y contracción de un fluido de trabajo, transforma directamente y de manera autónoma, el calor recolectado en electricidad.

Las tres restantes tecnologías se basan principalmente en la concentración de los rayos solares en un receptor lineal o puntual para conseguir elevadas temperaturas que, posteriormente son usadas para generar vapor. Dicho vapor es expansionado en una turbina para mover un alternador que a su vez, produce electricidad. Por último, el fluido a la salida de la turbina (vapor húmedo) se condensa primero y se comprime después, para volver a iniciar el ciclo termodinámico sucesivamente.

Lógicamente al provenir la energía del sol, y al igual que sucede con la fotovoltaica y discos Stirling, este tipo de tecnología también ve restringida su generación eléctrica a las horas solares. Sin embargo, a diferencia de las primeras, se puede seguir generando electricidad durante las horas nocturnas, mediante el almacenamiento de energía térmica en depósitos de sales fundidas. Dichas sales, al ser un excelente fluido caloportador, guardan una parte del calor extraído durante el día para devolverlo al ciclo durante la noche, consiguiendo así extender la generación eléctrica.

  En líneas generales, podemos destacar de la Tecnología Termosolar que posee una buena eficiencia y que, actualmente sus costes están bajando camino de ser competitivos. Además, la posibilidad de almacenar energía térmica para seguir produciendo electricidad durante las horas de máxima demanda, como el atardecer o la noche, la hacen de máximo interés.  Por contrapartida, se necesitan sistemas de seguimiento solar y las superficies reflectantes suelen perder sus propiedades con el tiempo, por lo que es necesario un mantenimiento continuo de limpieza.

  En definitiva, hemos visto que el aprovechamiento de la energía solar lejos queda de costosas utopías inalcanzables, y que a día de hoy es una opción clara y factible de compromiso con la sostenibilidad del planeta para así, dejar a futuras generaciones un mundo mejor.

Bibliografía:
García Garrido S., Remke S., Zarza Moya E., Domínguez Autrán T., Arias S., Sánchez Martín R., Fernández García-Revillo J., Fernández Quero V.: «Guía Técnica de la Energía Solar Termoeléctrica». Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid (2012).
 
Recursos electrónicos:
Web de Agencia Andaluza de la Energía: www.agenciaandaluzadelaenergia.es
Web de British Petroleum  (Stadistical Review of World Energy 2012): www.bp.com

1 comentario

  1. albertohs dice:

    Dos artículos muy interesante de D. Baldó. Según el primero nos vemos abocados al aumento de los precios de las energias convencionales para hacer competitivas las renovables y limpias. Si nuestra civilización occidental más desarrollada y sus políticos no toman/mos medidas de reducción de emisión de CO2, seguro que no lo harán aquellos países en vías de desarrollo, con lo cual una crisis energética sobrevendrá temprano o tarde. Según este segundo artículo la energía solar será cada vez más factible en función de la reducción de costes de producción y también en función de la incentivación y visión de futuro que tengan los poderes públicos….!ahí está el problema!