Energía Solar


ENERGÍA SOLAR

La energía solar es aquella que se obtiene de la radiación solar que llega a la Tierra en forma de luz, calor o rayos ultravioleta.  Dado que el sol es un recurso ilimitado, convierte a la energía solar en una fuente descentralizada, limpia e inagotable que se puede transformar en energía térmica y/o eléctrica.

La energía solar térmica es la que utiliza la radiación del sol para producir calor. La transformación se realiza mediante la utilización de dispositivos llamados colectores térmicos que sirven para aprovechar la energía de la radiación solar, transformándola en energía térmica de baja temperatura para usos domésticos o comerciales (calefacción, agua caliente y climatización de piscinas, fundamentalmente).
El sistema solar térmico de tubo de vacío es uno de los tipos de colectores solares más populares que existe en funcionamiento.  El colector está formado por hilera de tubos de vidrio aislados que pueden ser huecos para la circulación  de agua a través de los mismos, o tener varillas de cobre en su núcleo. También pueden contar con una resistencia eléctrica para asegurar el suministro de agua caliente en cualquier condición climática.  Este tipo de sistemas pueden utilizarse para alimentar los consumos de la vivienda ya sea en forma directa o indirecta, funcionando como pre-calentadores para otros sistemas como termotanques a gas/eléctricos o calderas. Las ventajas de esta tecnología, es que es más económica y  posee un mayor rendimiento en zonas de baja radiación solar. Pero al mismo tiempo son más frágiles, menos estéticos, en zonas de muy bajas temperaturas tienen riesgo de congelamiento y en el caso que se rompa un tubo, si bien se pueden conseguir y cambiar fácilmente, se descargará todo el termo tanque quedando fuera de servicio. Estos equipos pueden ser:
  • Atmosféricos: que poseen tubos de vidrio (sin varilla de cobre),  se necesita que el tanque de la casa esté a 1 metro por encima, como mínimo para darle presión.
¿Como funciona?  El agua fría baja del tanque principal hacia el dispositivo solar,  entra por la parte de inferior del termotanque solar, circula dentro de los tubos de vacío donde se calienta y por diferencia de densidad (el agua caliente es más liviana que la fría) sube y se almacena en el tanque aislado, saliendo por la parte superior hacia la vivienda.  Estos equipos llevan un caño de venteo, que tiene que quedar por encima del nivel del tanque de agua de la casa.
  • Presurizados: Para este caso sus tubos de vidrio tienen en su interior una varilla de cobre y se necesita que la instalación de agua esté presurizada.
¿Como funciona? Se produce un intercambio de calor indirecto: El agua fría que ingresa al tanque del equipo solar se calienta por el contacto con la varilla de cobre en el interior del tanque al que van insertas a su vez los bulbos de cobre de los tubos de vacío de vidrio. La ventaja es que son  recomendados para zonas con agua dura (se evita la incrustación de sarro en los tubos) y en el caso de rotura de un tubo, no hay pérdida de agua. La forma cilíndrica de los tubos permite que pueden recoger la luz del sol durante todo el día y en todo momento del año. Son más fáciles de instalar ya que son livianos, compactos y pueden transportarse individualmente al techo. Además, los tubos se pueden reemplazar individualmente si uno falla, evitando la necesidad de reemplazar todo el colector. Es un sistema eficiente y duradero con una capacidad de vacío dentro de los tubos del colector que ha demostrado durar más de 20 años. El recubrimiento reflectante en el interior del tubo tampoco se degradará a menos que se pierda el vacío.
Los componentes principales de un sistema de placa plana son una placa de absorción de calor y un tanque de almacenamiento para el agua caliente.  Estos equipos pueden tener una resistencia eléctrica para asegurar el suministro de agua caliente en cualquier condición climática.  También pueden utilizarse para alimentar los consumos de la vivienda en forma directa o indirecta, funcionando como pre-calentadores para otros sistemas como termotanques a gas/eléctricos o calderas. Si bien suelen ser más caros y pueden presentar un menor rendimiento en zonas de baja radiación solar, las ventajas de estos dispositivos es que son más robustos, tienen una mejor estética y por lo general una mejor aislación térmica en el tanque. Dentro de esta tecnología encontarmos los Directos: donde se produce el intercambio de calor en forma directa, es decir que el agua fría circula por los colectores, se calienta, sube por diferencia de densidad y se almacena en el tanque aislado. Y los Indirectos, donde el agua de consumo, ingresa fría al tanque y se calienta por contacto con un intercambiador en el que circula el fluido que se calienta en los colectores. Además el circuito de los colectores se llena con una solución de agua y glicol, que lo hace resistente a las heladas.  Esta tecnología de energía solar puede funcionar bien en todos los climas y tener una expectativa de vida superior a los 30 años.
La energía solar eléctrica, también conocida cmo fotovoltaica, es la que utiliza la radiación del sol para producir electricidad.  La transformación se produce mediante un efecto fotoeléctrico, que se lleva a cabo cuando la luz del sol impacta sobre las celdas fotovoltaicas de silicio, es decir, semiconductores sensibles a la luz solar que provocan una circulación de corriente eléctrica entre sus 2 caras. El conjunto de celdas conectadas entre sí, componen módulos o paneles solares fotovoltaicos. 
Una celda fotovoltaiva o fotoeléctrica, también conocida como fotocélula o célula, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica del sol en energía eléctrica a través de un efecto fotoeléctrico, generando energía solar fotovoltaica. Están compuestas de un material que presenta efecto fotoeléctrico absorbiendo fotones de luz y emitiendo electrones.   Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. La eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente y que se producen a partir de silicio monocristalino, ronda el 16 %, pero dependiendo de la tecnología que se utilice, puede variar desde el 6% en las células de silicio amorfo y hasta un 22 % en las células de silicio monocristalino. También existen células multicapa, normalmente de arseniuro de galio, que son más eficientes y pueden alcanzar hasta un 30 %.  En laboratorio se ha superado el 46 % pero aun estas células son experimentales. La vida útil media a máximo rendimiento ronda los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye por debajo de un valor considerable. Al grupo de células fotoeléctricas para generar energía solar se le conoce como panel fotovoltaico.
Un panel solar o panel fotovoltaico, es un grupo de células fotoeléctricas que permite generar energía eléctrica a partir de la transformación de la energía solar. Los paneles o módulos fotovoltaicos (placas fotovoltaicas) llamados comúnmente paneles solares, o placas solares, están formados por un conjunto de células fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la luz del sol que incide sobre ellos mediante el efecto fotoeléctrico. Los paneles fotovoltaicos, en función del tipo de célula que los forman, se dividen en, Cristalinos y Amorfos. Los cristalinos a su vez se dividen en monocristalinos que se componen de secciones de un único cristal de silicio (Si) y que son reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se puede apreciar en la imagen, son curvos, debido a que es una célula circular recortada, y los policristalinos cuando están formados por pequeñas partículas cristalizadas. En cuanto a los amorfos son aquellos en los que el silicio no se ha cristalizado. Su eficiencia es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y costo. El rendimiento de las monocristalinos puede alcanzar el 22 % mientras que el de los policristalinos puede no llegar al 10 %, sin embargo, su costo y peso es muy inferior. El costo comercial de los paneles fotovoltaicos ha ido bajando en forma constante a lo largo del tiempo desde que se fabricaron las primeras células solares y su costo medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en cada vez más países.