martes, 7 de junio de 2011

LA ENERGÍA SOLAR Y SU IMPORTANCIA

En la actualidad, debido a los cambios climáticos y desastres naturales producidos por el incremento de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera, la conciencia medioambiental y el uso de Energías Renovables (EERR) están experimentando un crecimiento necesario e inminente. Entre estas EERR, una de las más importantes es la energía solar.

Es ampliamente conocido que el Sol es la fuente de vida en nuestro planeta; sin los rayos luminosos provenientes del Sol, no existirían las condiciones adecuadas para el sustento de nuestras vidas. Desde la antigüedad, el hombre aprendió a utilizar el calor y la luz solar en beneficio suyo; esto fue motivo de que el Sol sea adorado y considerado como un Dios (por ejemplo, Inti en la cultura andina, Ra en la cultura egipcia o Helios en la cultura griega).

Con el avance de la tecnología, los beneficios que nos otorga “gratuitamente” el sol, han ido en crecimiento. Desde el siglo pasado, vemos a nuestro planeta rodeado de satélites, utilizados para las telecomunicaciones mundiales, cuya energía empleada es la energía solar fotovoltaica, con esos inmensos paneles solares que parecen “alas”.

Además, los datos de irradiación solar mundial indican que si se aprovechara de forma eficiente toda la energía proveniente del sol, se cubrirían todas nuestras necesidades energéticas de sobremanera y no se necesitaría ninguna otra fuente de energía. Este dato fue el inicio para que -a nivel mundial- la energía solar sea motivo de investigación y desarrollo de proyectos, dando como resultado en la actualidad dos formas básicas de energía proveniente del sol: Energía Solar Térmica y Energía Solar Fotovoltaica.


ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
La Energía Solar Térmica es la que aprovecha la luz del sol para convertirla en calor que será empleado en diferentes usos. La forma más conocida de Energía Solar Térmica, en nuestro medio, son los famosos “calefones solares” que captan los rayos luminosos dentro los captadores solares para calentar agua que luego es utilizada en las duchas de las casas, descartando de esta forma el uso de energía eléctrica para este mismo fin. A este tipo de aplicaciones de energía del sol se le denomina Agua Caliente Sanitaria (ACS) y, a partir de la misma, existen diferentes variaciones y aplicaciones casi desconocidas en nuestro medio pero ampliamente conocidas a nivel mundial; entre ellas, tenemos la utilización de esta energía para calefacción o generación de frio, calefacción de piscinas, agua caliente para industrias, etc. 

El principio de funcionamiento para aplicaciones de ACS es sencillo: Imaginemos una placa expuesta al sol, se calienta; pero si además esta placa es negra, la energía radiante del sol es absorbida en mayor medida. Cuando se calienta la placa negra, aumenta su temperatura con lo cual empieza a perder calor por los distintos mecanismos: por Conducción a través de los soportes que lo sujetan, por Convección a través del aire que le rodea y por Radiación. Al colocar un vidrio entre la placa de absorción y el sol, ocurre que, como el vidrio es transparente a la radiación solar pero opaco a la radiación infrarroja, no deja pasar la radiación de mayor longitud de onda que emite la placa al calentarse. De esta forma se produce una “trampa energética de radiaciones” que impide que la energía radiante que ha atravesado el vidrio vuelva a salir. Esta trampa constituye el denominado Efecto Invernadero. Si a la placa se adhiere un serpentín o un circuito de tubos por la que se pueda circular un fluido, se habrá conseguido que el fluido aumente su temperatura al circular por la placa, con lo que se estará evacuando la energía térmica de la placa. El fluido caliente se podrá conducir a través de un circuito hidráulico hasta donde se quiera. Si todo el conjunto anterior se encierra en una caja para sujetar todos los componentes y evitar que se deterioren por los agentes exteriores, se habrá obtenido el captador solar plano.

Dentro de la energía solar térmica, también existe otra aplicación que en los últimos años está cobrando importancia: Es la energía termosolar que consiste en calentar un fluido (por ejemplo, aceite) en una tubería; esta tubería conduce el fluido caliente a un intercambiador de calor, donde cede calor al agua u otro fluido hasta convertirlo en vapor, que es conducido hasta una turbina donde, al girar ésta, se genera energía eléctrica. En pocas palabras, la energía termosolar convierte la luz del sol en calor y, posteriormente, en energía eléctrica.

Existen diferentes métodos para aprovechar la energía termosolar; los más conocidos actualidad son:

     Concentradores lineales: Concentradores de foco lineal con seguimiento en un solo eje,
     Concentradores puntuales: Consisten en un campo de helióstatos que siguen la posición del sol en todo momento y orientan el rayo reflejado hacia el foco colocado en la parte superior de una torre,
     Discos: Pequeñas unidades independientes con reflector parabólico habitualmente conectado a un motor Stirling situado en el foco,
     Torre solar de aire ascendente: Consiste en una chimenea que -durante el día- es calentada por la energía solar, la cual -a su vez- calienta el aire que hay dentro de ella, creando una corriente de aire ascendente dentro de la torre.

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
Es la otra forma de energía aprovechable del sol, que genera energía eléctrica directamente de los rayos luminosos, gracias el efecto fotovoltaico que altera el campo eléctrico existente entre dos capas de semiconductores, produciendo corriente continua. Esta generación de energía ocurre dentro de los paneles solares fotovoltaicos cuyos tamaños, formas y potencias son diversas en el mercado.

Los paneles solares fotovoltaicos pueden estar hechos de diferentes materiales pero el silicio es el más utilizado. Se usa este material (arena) porque es muy abundante, lo cual ayuda a que el precio de los paneles no sea más elevado. Así, el silicio usado para construir las células fotovoltaicas de los paneles solares puede ser de tres formas: Monocristalino, Policristalino y Amorfo.

Los dos primeros tipos de células fotovoltaicas se generan creando una barra de silicio, monocristalino o policristalino, que después es cortada en finas láminas para formarlas. Mientras tanto, el silicio amorfo se aplica directamente a determinadas superficies que pueden, incluso, ser flexibles.

Con el avance de las investigaciones en cuanto a paneles solares, actualmente se encuentran en desarrollo los módulos CIGS de película delgada (thin film), que no están hechos en base a células de silicio convencionales, sino que se basan en micro estructuras CIGS (Cobre, Indio, Galio, Selenio) incrustadas en soportes flexibles y ligeros, que permiten multitud de usos: ventanas, celulares, computadoras portátiles, autos, etc. Por otra parte, se tiene las Películas Orgánicas Fotovoltaicas (OPV), que se fabrican a partir de polímeros orgánicos que tienen la propiedad de reaccionar a la luz solar; las OPV pueden imprimirse o pintarse sobre superficies, metálicas como las paredes exteriores de un edificio o un tejado.

ENERGÍA SOLAR EN BOLIVIA
En nuestro país, existen pocas empresas dedicadas a la energía solar térmica; en el estudio denominado: “Desarrollo del mercado para productos térmicos solares en Bolivia occidental/Altiplano” se menciona que el crecimiento de la cantidad de instalaciones de este tipo de energía es de 500 instalaciones al año en todo el país. Este crecimiento, evidentemente es demasiado lento, pese a que Bolivia ya cuenta con su mapa de irradiación solar donde se ve que el potencial es favorable en comparación con otros países, los cuales –irónicamente- tienen menos irradiación solar pero la aprovechan más.

En cuanto a la energía fotovoltaica, se ve en las noticias que -poco a poco- se va abriendo campo en nuestro medio, principalmente en las comunidades alejadas donde la red eléctrica no llega; existen proyectos, ya desarrollados o en ejecución, que consisten en instalar paneles fotovoltaicos que generen electricidad para ser almacenada en acumuladores o baterías; esta electricidad es utilizada en las noches para iluminación o cualquier otro beneficio que da la energía.

En la siguiente gráfica, se muestra una estimación de la cantidad de instalaciones solares fotovoltaicas realizadas cada año en nuestro país; se ve que la cantidad de instalaciones mantiene un crecimiento a medida que pasa el tiempo y es previsible que, a finales del año 2010, se hayan ejecutado aproximadamente unas 5000 nuevas instalaciones en Bolivia.

CANTIDAD DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS

Por otro lado, de acuerdo a datos de la ONG Energética, un 83.4% de las instalaciones solares fotovoltaicas existentes son de uso domiciliario, un 16.3% son de uso social (postas sanitarias, unidades educativas, iglesias, centros de adultos, sindicatos) y un 0.3% son de uso productivo (centros de hilado, centros artesanales, sistemas de bombeo). La mayor cantidad de instalaciones están ubicadas en los Departamentos de Cochabamba, Potosí y Oruro.

Es importante mencionar que, actualmente, Bolivia no cuenta con normativas y legislaciones acerca de instalaciones solares. Un ejemplo importante, y necesario de mencionar, es lo que ocurrió en España que, en actualidad, es uno de los países líderes en cuanto a energía solar; hace algunos años la cantidad de instalaciones solares en ese país no era significativa, hasta que el gobierno español decidió subirse al “tren” de las energías renovables, normando estas instalaciones, y lo más importante, estableciendo varios sistemas de ayuda e incentivo económico a las instalaciones solares fotovoltaicas; esto permitió un gran desarrollo y crecimiento de este tipo de instalaciones; a su vez, se tradujo en una reducción de sus emisiones de gases de Efecto Invernadero, menor dependencia de combustibles de origen fósil, generación de empleo y movimiento económico.

Cabe mencionar, a modo de ejemplo y comparación, que la cantidad de energía que en promedio llega diariamente a la cuidad de Madrid es de 1565 kWh y a Cochabamba es de 2021 kWh, es decir, aproximadamente un 30% más.

Para finalizar, resulta inevitable hacer la siguiente reflexión:

Es imprescindible para cada uno subirnos al “tren” de las EERR, en especial al de la energía solar, o seguir siendo dependientes de fuentes de energías NO renovables que además de subir de precio cada día más, contaminan el planeta y ocasionan cambios climáticos perjudiciales para la humanidad y, en especial, para nuestras futuras generaciones.

Fuente


Este es mi primer artículo que escribí y se público en el Journal Boliviano de Ciencias (Febrero 2011)
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