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La energía solar se obtiene mediante la captación de la radiación emitida por el sol. La cantidad de radiación solar recibida depende de numerosos factores aunque nuestro país se encuentra en una situación ventajosa respecto a otros por su especial climatología con un elevado número de horas de sol percibidas anualmente. Las condiciones climáticas son idóneas, 4kWh/m2 de energía solar de media por año.
A pesar de ello, es necesario destacar que la emisión de radiaciones solares es un proceso con grandes variaciones, en muchas ocasiones no previsibles, que conllevan cambios bruscos. Además las necesidades de calor son inversamente proporcionales a la cantidad de radiación solar emitida, con exceso de radiación en verano y escasez en invierno, que es cuando la necesidad de calor es mayor.
Para que el uso de la energía solar sea una alternativa energética viable es preciso garantizar el suministro necesario mediante una mejora de los sistemas de captación, acumulación y distribución. El nivel técnico actual de dichos sistemas es muy elevado habiéndose desarrollado grandes avances en todos los campos. Se puede afirmar que las posibilidades técnicas de la energía solar están en un orden muy superior al aprovechamiento actual que se está haciendo de este tipo de energía. Además, la energía solar puede perfectamente ser complementada con otras energías renovables o convencionales lo que haría que se redujesen las necesidades de acumulación en períodos de escasa radiación solar.
La energía solar se puede aprovechar de dos formas diferentes, o bien de una manera directa, aprovechando la generación de calor mediante captadores o colectores térmicos , o bien transformándola en energía eléctrica gracias a los paneles fotovoltaicos. Estas dos formas de aprovechamiento determinan los dos tipos de energía solar : Energía Solar Térmica y Energía Solar fotovoltaica..
Estos dos tipos de energía solar tienen procesos de desarrollo muy diferentes tanto en lo que se refiere a la tecnología empleada como en lo relativo a su aplicación posterior en los edificios.
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La energía solar térmica aprovecha directamente la energía emitida por el sol. Su calor es recogido en colectores líquidos o de gas que son expuestos a la radiación solar absorbiendo su calor y transmitiéndolo al fluido utilizado. Este calor acumulado se puede utilizar directamente o puede ser empleado para la generación de electricidad, esta diferencia en el proceso nos permite distinguir entre los dos tipos de
Energía Solar Térmica, dependiendo de si utilizan o no elementos mecánicos para conseguir el efecto térmico.
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La energía solar térmica pasiva nos permite producir energía sin necesidad de utilizar ningún medio mecánico. El proceso térmico pasivo es un proceso totalmente natural en el que el sol se emplea para el calentamiento del agua circulante por conductos o placas que posteriormente es utilizada para la climatización de ambientes o el agua caliente sanitaria, tanto a nivel doméstico como industrial. El agua caliente se aprovecha directamente o se almacena en un depósito para su posterior uso.
La energía solar térmica es uno de los pilares de la Arquitectura Bioclimática que utiliza los recursos solares combinados con parámetros de diseño y elección de materiales para conseguir el máximo confort ambiental con el menor consumo de energía.
El costo de la instalación de este tipo de energía no resulta elevado (puede suponer un 10% de sobre costo en la instalación) y se amortiza en poco tiempo debido al gran ahorro energético que supone (hasta un 70% durante su vida útil). Es la energía renovable con menor impacto en el medioambiente. En el horizonte del año 2010 se proyecta duplicar la utilización de la energía solar pasiva y se sigue investigando a todos los niveles para aplicación en los edificios.
Aplicaciones: • Calefacción
• Agua Caliente Sanitaria • Refrigeración
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La energía solar térmica activa obtiene electricidad a partir de una serie de tecnologías que permiten la transformación del calor obtenido por la radiación solar. La radiación solar directa se concentra por diversos métodos en las centrales solares obteniéndose calor a media o alta temperatura.
El funcionamiento consiste en concentrar la luz solar mediante espejos (helióstatos), cilindros o discos parabólicos para alcanzar altas temperaturas (más de 400 º C), que se utilizan para generar vapor y activar una turbina que produce electricidad por medio de un alternador. En este proceso no se producen las emisiones contaminantes de las centrales térmicas
convencionales. Existe la posibilidad de almacenar el calor solar recogido durante el día para que durante la noche o cuando está nublado se pueda continuar generando electricidad.
Aplicaciones:
• Obtención de agua caliente • Combustible de calefacción
La energía solar es la energía obtenida
directamente del sol. La radiación solar incidente en la tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o directamente a través del aprovechamiento de la radiación sobre dispositivos ópticos o de otro tipo.
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es superior a los 1.000 W/m2 en la superficie terrestre.
La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas; la radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones.
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La energía solar fotovoltaica se basa en el efecto fotovoltaico que transforma la energía solar en energía eléctrica por medio de células solares, elemento base. Esta transformación se produce sin mecanismos móviles, sin ciclos termodinámicos y sin reacciones químicas, se podría afirmar que es una de las energías renovables con más proyección de futuro por su sencillez técnica.
Las células solares están elaboradas a base de silicio puro, material cristalino semiconductor, con adición de impurezas de ciertos elementos químicos; dispositivos sólidos excitables al recibir la luz solar y que son capaces de generar pequeñas cantidades de electricidad debido al flujo de electrones del interior de los materiales y la diferencia de potencial. Las células reaccionan tanto con luz solar directa como con luz difusa por lo que pueden seguir produciendo electricidad en días nublados.
Las células se montan en serie sobre paneles o módulos solares para conseguir un voltaje adecuado a las aplicaciones eléctricas; los paneles se orientan hacia el sur para un mayor aprovechamiento de la energía solar que, una vez captada, se transforma en energía eléctrica en forma de corriente continua con conexión a un sistema de almacenamiento (baterías).
Actualmente existen dos formas de utilización de la energía fotovoltaica: • Autoconsumo - La instalación es un
elemento no conectado a la red pública y sirve para abastecer a una vivienda aislada utilizándose la producción eléctrica para el autoconsumo. El usuario accede a su propia energía de manera independiente con sus propias baterías acumuladoras para períodos de no radiación.
• Integración en la red eléctrica - La instalación solar se conecta a la red
eléctrica pública permitiendo esta conexión el intercambio de energía con la red eléctrica con la aportación de excesos a la misma y su utilización en períodos de menor producción.
Algunas ventajas de las instalaciones de energía solar fotovoltaica
La tendencia actual es a una mejora de los rendimientos de las células energéticas con una creciente disminución de los costos por lo que resulta una alternativa viable a otras fuentes energéticas.
Es previsible un aumento a nivel mundial de este tipo de energía por sus demostradas ventajas a todos los niveles. Pasamos a enumerar algunas de ellas:
• Gran durabilidad, resultan prácticamente inalterables al paso del tiempo. • No requieren mantenimiento.
• No producen contaminación atmosférica ni hacen ruido. • Son limpias.
• No consumen combustible, se alimentan del sol. Funcionan con luz directa y difusa, por lo que siguen funcionando aunque exista nubosidad.
• Se pueden utilizar de forma independiente o integrada en la red eléctrica pública.
• El silicio, base de las células solares, se encuentra en la arena por lo que hay abundancia del mismo.
• Su facilidad de instalación permite su integración en zonas urbanas sobre edificios ya construidos.
Los diversos estudios y avances científicos, se han centrado en el desarrollo de distintos materiales y tecnologías de fabricación que permitan obtener niveles crecientes de potencia y eficiencia a partir del tratamiento de materiales semiconductores, principalmente el silicio, con el objeto de conseguir la explotación industrial y comercial de esta forma de energía.
En este tipo de celdas, la corriente eléctrica circula entre dos capas de semiconductores al ponerlos en contacto uno con el otro y ser expuestos a la luz.
Conectando un número suficiente de estas celdas entre sí, se apreciará que se produce una diferencia de potencial eléctrico útil. A causa de sus propiedades eléctricas, los módulos fotovoltaicos producen corriente continua.
En Chile, la energía solar es utilizada preferentemente en la zona norte del país, en donde existe uno de los niveles de radiación más altos del mundo. De acuerdo a la información disponible en el archivo solarimétrico nacional elaborado por la Universidad Técnica Federico Santa María, las radiaciones solares diarias para las regiones del país son las siguientes:
Región Radiación Solar
(Kcal/(m2/día)) I 4.554 II 4.828 III 4.346 IV 4.258 V 3.520 VI 3.676 VII 3.672 VIII 3.475 IX 3.076 X 2.626 XI 2.603 XII 2.107 RM 3.570 Antártica 1.563
Las evaluaciones de tales registros demuestran que el norte de Chile presenta condiciones extraordinariamente favorables para la utilización de la energía solar. Específicamente entre las regiones I y IV, el potencial de energía solar puede clasificarse entre los más elevados del mundo.
El desarrollo de la tecnología fotovoltaica en nuestro país incluye los siguientes tipos de usos: aplicaciones efectuadas por empresas de telecomunicaciones, aplicaciones en retransmisión de televisión en sectores aislados, sistemas de iluminación de faros con paneles fotovoltaicos y electrificación rural.
En el marco del Programa de Electrificación Rural (PER), municipalidades, Gobiernos Regionales y particulares, han instalado estos sistemas para alumbrado y electrificación de viviendas. Entre 1992 y 2000 se han instalado cerca de 2.500 soluciones individuales con sistemas fotovoltaicos, para abastecer de energía eléctrica a viviendas rurales, escuelas y postas.
Actualmente la Comisión Nacional de Energía, dentro del PER, está desarrollando diversas iniciativa para promover e implementar el uso de estas tecnologías.
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