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Copyrigth
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Contenido
Curso de Energía Solar ... 1
Copyrigth ... 2
Introducción ... 4
Módulo 1 ... 5
Lección 1: Elementos de la Física Concepto de Energía ... 5
1.1- Fuentes de Energía Convencionales ... 6
1.2- El Sol, la Tierra y la Energía Solar... 7
1.3- El Hombre y la Naturaleza: Energía y Clima ... 8
1.4- El Cambio Necesario ... 10
1.5- Aparatos para Captar y Aplicar Energía Solar ... 11
1.5.1- Calentador (Calefón) Solar ... 11
1.5.2- Células fotovoltaicas (Paneles Solares) ... 11
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Módulo 1
Lección 1: Elementos de la Física Concepto de Energía
Diariamente escuchamos hablar sobre la energía: que si hoy amanecí enérgico o que la energía eléctrica es cada vez más cara. Pero realmente sabemos con claridad ¿qué es la energía?
Bien, la palabra energía proviene del griego “en”, que significa “dentro”, y “ergon”, que significa “acción o trabajo”. De esta forma, la energía es aquella capacidad para generar trabajo, para generar cambios o de trasformar las cosas a su alrededor. Así podemos imaginar
A tu derecha, James Prescott Joule, investigador y físico inglés a quien en su honor, se bautizó la unidad Joule o Julio, como unidad del sistema internacional de medidas para el trabajo y por ende, la energía, gracias a que pudo comprobar la generación de calor al paso de una corriente eléctrica.
Así, hay energía cuando cargamos las bolsas del supermercado, pues cambiamos su posición, , hay energía en un combustible pues al quemarse produce calor, hay energía cuando el viento derriba un árbol y hay energía cuando un balón cae sobre el agua y la agita.
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1.1- Fuentes de Energía Convencionales
Éstas se refieren a las formas de dónde obtenemos la energía o la capacidad para generar trabajo. Existen las llamadas fuentes convencionales, que no son más que aquellas que se han utilizados durante miles de años y principalmente se han utilizado para dos fines: obtener calor y electricidad.
Se caracterizan por lo siguiente:
• Mayoritariamente, provienen de recursos no renovables, es decir, son limitados en la naturaleza y su uso desmedido provocan que se agoten.
• Los más comunes son todos aquellos que permiten generar una combustión, que es que necesitan quemarse para generar energía. A estos pertenecen el petróleo, el gas, la leña, el carbón.
• Tienen serio impacto ambiental, pues la combustión de estos, generan la producción de gases de efecto invernadero (como el dióxido de carbono, CO2), lo que propicia el aumento del calentamiento global. Abajo, una gráfica que muestra la distribución de producción de CO2 por tipo de combustible.
• La energía hidráulica (que aprovecha la caída o corriente de agua para generar movimiento o electricidad) es considerada como convencional pero solamente por su antigüedad histórica, pues no cuenta con las características antes mencionadas.
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1.2- El Sol, la Tierra y la Energía Solar
Lo vemos diariamente y sabemos que es la estrella que mantiene a todos nuestros hermanos planetas. Pero hay mucho más que saber del Sol pata ayudarnos en el avance de nuestro curso.
El Sol es la estrella más cercana a nuestro planeta. Es un emisor natural de luz y calor, pues cuenta con combustible (en forma de hidrógeno) para producir energía por los máximos 5,000 millones de años.
La energía que irradia desde su superficie (llamada energía solar) tarda ocho minutos en llegar a la Tierra.
Esta energía solar, al manifestarse en forma de luz, nuestros ojos la aprecian como “blanca”, sin embargo, se encuentra constituida por una gama de colores que representan diferentes longitudes de onda, ya que la energía solar se transmite a través de ondas.
Arriba, una representación de una onda, la forma en que se transmite la luz del Sol. A la derecha, las distintas longitudes de onda (medidas en nanómetros, mil millonésima parte de un metro) y los colores que percibe el ojo. A partir de los colores anaranjado y rojo (las longitudes más largas), es donde comienza a transmitirse el calor de manera funcional. Así mismo, después de los 700 nm, se encuentra la luz ultravioleta, que es invisible a simple vista y que conserva la mayor cantidad de energía.
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1.3- El Hombre y la Naturaleza: Energía y Clima
El Sol es probablemente el padre de algunas de las más importantes fuentes de energía conocidas en la Tierra y con las que el hombre ha tenido contacto durante su historia. Para entender de qué manera afecta la energía solar a nuestro planeta, debemos conocer de forma muy sencilla cómo es que llega esta hasta nosotros.
La Tierra está cubierta por una capa de distintos gases (principalmente oxígeno y nitrógeno, indistintamente llamados aire) y se encarga de proteger a los seres vivos absorbe en gran medidas la radiación solar en sus longitudes de onda más largas (rayos ultravioleta) que son destructivos para cualquiera forma de vida.
El ángulo con el que los rayos del Sol llegan al planeta influye en la cantidad de calor que se absorbe. Es por eso que en el ecuador terrestre (plano perpendicular al eje de rotación y que divide en dos partes al planeta), el clima es más cálido, pues los rayos entran de forma directa. Así, cada vez que nos alejamos del ecuador, acercándonos a los polos, comienza a ser mucho más frío el clima, pues en estas zonas sólo se alcanza a absorber cerca del 5% del calor.
Así es como el hombre ha identificado las distintas estaciones del año, pues la Tierra rota sobre un eje con un ángulo inclinado 23.5°, por lo que al orbitar alrededor del Sol, se
9 diferencia el clima dependiendo en qué hemisferio se encuentre (norte o sur). El hombre
ha organizado su vida, su desarrollo y sus actividades desde tiempos ancestrales con base al pasar del tiempo en la Tierra, referenciado por las estaciones del año.
Como mencionamos, el Sol calienta e ilumina a la Tierra, a través de energía irradiada en forma de ondas. El calor que llega al planeta genera distinta cambios de temperatura en el aire, y por lo tanto, en la presión, lo que da lugar al viento. Esto es el origen de la energía eólica a partir del Sol.
Así también, cuando el agua se evapora, y gracias a la presión generada por los cambios de temperatura, se generan las nubes y posteriormente la lluvia, pieza fundamental en la energía hidráulica.
De esta manera, queda claro como la energía solar, que incide de manera fundamental en el clima de la Tierra, ha determinado la forma de vida de los seres vivos y sobre todo, de la humanidad.
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1.4- El Cambio Necesario
Ya estamos conociendo de forma importante el gran impacto de la energía solar en nuestro planeta y nuestras vidas, pero es más importante poder conocer el potencial de cómo usarla a nuestro favor, pues ya conocemos los efectos adversos para la naturaleza y lo limitados que son las fuentes de energía convencionales. Por eso, mencionemos razones concretas para lograr este cambio al verdadero uso de la energía solar en nuestras vidas.
1. Mencionamos que el Sol cuenta con combustible para 5,000 millones de años, por lo que es una fuente energética prácticamente inagotable para el ser humano. 2. Aún no existen derechos gestionados sobre la propiedad del Sol (y esperemos que
nunca suceda) por lo que la energía solar es gratuita.
3. La energía solar, salvo los daños inherentes que generan los rayos ultravioleta, es
amigable con el ambiente, pues no genera gases de efecto invernadero (CO2), ni
gases tóxicos ni genera ruido en su proceso de trasformación a energía eléctrica. 4. Los sistemas de paneles fotovoltaicos (producen electricidad a partir de rayos
solares) son de sencillo mantenimiento, como el limpiado y ajuste de sus piezas, de una sencilla instalación que no afecta la arquitectura de los edificios, con una vida útil aproximada a los 30 años y sobre todo, cada vez son más económicos. Además de que los materiales con los que son fabricados, son reutilizables o reciclables. 5. Proporciona un suministro seguro de energía eléctrica, pues se recarga y almacena
por el día, y por la noche es posible utilizar a energía eléctrica generada.
6. Los resultados de ahorro en facturas eléctricas son inmediatos y a largo plazo, por lo que la recuperación de la inversión está asegurada.
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1.5- Aparatos para Captar y Aplicar Energía Solar
Actualmente existen distintos dispositivos para poder aprovechar la energía solar para, como lo mencionamos anteriormente, poder generar calor o electricidad. A continuación conoceremos los principales:
1.5.1- Calentador (Calefón) Solar
Este dispositivo por lo general se utiliza en los techos de los edificios o patios bien despejados. Permite absorber la energía solar y transferirla a conductos donde se caliente agua o aire, conduciéndolo a una depósito donde se almacena y distribuye. Su principio fundamental es el efecto invernadero
1.5.2- Células fotovoltaicas (Paneles Solares)
Estas son placas compuestas por silicio (muy abundante en la Tierra) que se arman en paneles comúnmente de 40 placas. Cuando los rayos de luz impactan con las moléculas de silicio, estas generan una corriente eléctrica que es capturada por conductores y transmitida.
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1.6- Construcción de un Encendedor Solar
Para poder llevar a cabo este encendedor solamente necesitamos una lámpara reflectora que es posible encontrar en cualquier tienda de electrodomésticos, jardinería o construcción. Debe ser similar a la siguiente:
Así, desarmaremos la lámpara y nos quedaremos solamente con el reflector parabólico.
Es muy importante que tenga la forma anterior. Un reflector parabólico se encarga de concentrar toda la luz y energía en un punto central, llamado foco, creando un rayo concentrado de energía solar.
De esta forma, colocaremos aquello que deseemos encender (un cigarrillo, un pedazo de madera, papel, etc.) en el centro de reflector por el orificio posterior correspondiente al foco de la lámpara.
