Energia Solar

Universidad Tecnológica Metropolitana. Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y Medio Ambiente. Departamento de Química. Química Industrial.

ENERGÍA SOLAR

Integrantes:

Karen Alarcón Jeannette Calderón Camila Pastenes

Profesor:

Norberto Platero

INTRODUCCIÓN

La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio de captadores que mediante diferentes tecnologías (células fotovoltaicas, helióstatos, colectores térmicos) pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias. 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 radiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiancia. 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 las direcciones. La irradiancia directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1366 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²). Según informes de Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

HISTORIA DE LA ENERGIA SOLAR

Se remonta a épocas antiguas, en donde por si la misma agricultura no se podría concebir sin la utilización constante que provenía del sol. Para ser más específicos, mediante mecanismos más elaborados se puede mencionar el año 212 a.C, cuando Arquímedes atacó mediante un rayo de luz a una flota romana en Siracusa quemando algunas de sus naves. Así también se puede hacer referencia al uso de la energía o luz solar en calendarios ó instrumentos para calcular el tiempo. Más tarde sería el físico francés Edmond Becquerel el descubridor del llamado efecto fotovoltaico en 1839, además este científico a la edad de 19 años descubrió que algunos materiales generaban pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando se exponían a la luz. Posteriormente Heinrich Hertz en 1870 estudió el efecto en los sólidos, fabricando celdas fotovoltaicas que transformaban la luz en electricidad con una eficiencia de entre 1% al 2%. Entre los tipos de celdas, se destacan las celdas de Selenio que tuvieron aplicaciones en el área militar a finales del siglo IXX, ya en 1940 se desarrolló el procedimiento Czochralski que permitió generar cristales de silicio de alta pureza. En 1954 los laboratorios Bell utilizaron esta nueva técnica de producir cristales para fabricar una celda de silicio con un 4% de eficiencia. Existen además otras técnicas de generación de energía solar que no implican la generación de energía eléctrica a partir del calor o la luz. Ya que existen sistemas donde los colectores solares son dispuestos para usar concentradores y espejos con lentes para enfocar los rayos del sol y así concentrar el calor que luego es transmitido por una máquina de vapor donde se utilizará el principio básico de generación de la electricidad.

Fechas y hechos importantes en el desarrollo de la energía solar

1839: Edmund Becquerel descubrió el efecto Fotovoltaico, que es una celda electroquímica compuesta de dos electrodos metálicos sumergidos en una solución conductora, en donde la generación de energía aumentaba al exponer la solución a la luz. 1873:

Willoughby Smith descubre la fotoconductividad del Selenio.

1877: W.G. Adams y R.E. Day observan el efecto fotovoltaico en Selenio sólido. Construye la primera celda de Selenio. 1904:

Albert Einstein publica su trabajo acerca del efecto fotovoltaico.

1954: Los investigadores de los Laboratorios Bell (Murray Hill, NJ) D.M. Chapin, C.S. Fuller, y G.L. Pearson publican los resultados de su descubrimiento de celdas solares de silicio con una eficiencia del 4.5%.

1955: Se comercializa el primer producto fotovoltaico, con una eficiencia del 2% al precio de $25 cada celda de 14 mW. 1958: El 17 de marzo se lanza el Vanguard I, el primer satélite artificial alimentado parcialmente con energía fotovoltaica. El sistema FV de 0.1 W duró 8 años. 1963:

En Japón se instala un sistema fotovoltaico de 242 W en un faro.

1973: La universidad de Delaware construye “Solar One”, una de las primeras viviendas con Efecto Foto Voltáico (EFV). En donde las placas fotovoltaicas instaladas en el techo tienen un doble efecto: generar energía eléctrica y actuar de colector solar (calentando el aire bajo ellas, para luego llevar el aire a un intercambiador de calor para acumularlo). 1974- 1977: Se fundan las primeras compañías de energía solar. El Lewis Research Center ( LeRC) de la NASA coloca las primeras aplicaciones en lugares aislados. La potencia instalada de EFV supera los 500 kW. 1978: El NASA LeRC instala un sistema FV de 3.5 kWp en la reserva india Papago (Arizona). Es utilizado para bombear agua y abastecer a 15 casas (iluminación, bombeo de agua, refrigeración, lavadora…). Es utilizado hasta la llegada de las líneas eléctricas en 1983, a partir de entonces se dedica exclusivamente al bombeo de agua. 1980: La empresa ARCO Solar es la primera en producir más de 1 MW en módulos fotovoltaicos en un año. 1981: Se instala en Jeddah, Arabia Saudita, una planta desalinizadora por ósmosisinversa abastecida por un sistema fotovoltaico de 8 kW. 1982: La producción mundial de EFV supera los 9.3 MW. Entra en funcionamiento la planta ARCO Solar Hisperia en California de 1 MW. 1983: La producción mundial de EFV supera los 21.3 MW, y las ventas superan los 250 millones de dólares. ARCO Solar construye una planta de EFV de 6MW en California, conectado a la red eléctrica general que suministra energía para 2000 a 2500 casas.

CONDICIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR

La instalación solar térmica para calentamiento de agua con un colector de aproximadamente 2m para una familia de cuatro personas, evita, por año, la emisión de más de una tonelada de CO2 a la atmósfera y, además, no contribuye al efecto de calentamiento global, por no utilizar combustibles fósiles. Por su parte, para la construcción de los sistemas solares térmicos hay que usar materiales de cobre, aluminio, hierro, vidrio y aislantes que pueden producir efectos ambientales negativos durante su fabricación; sin embargo, todos esos procesos son mucho menos contaminantes y peligrosos que las fuentes energéticas “convencionales”, a saber, aquellas cuya base son combustibles fósiles. Principalmente:  No debe afectar ningún espacio de interés natural.  No existir en el terreno algún yacimiento de interés arqueológico  Se debe incorporar el mantenimiento de una capa herbácea en el proyecto  Se debe garantizar la restauración del terreno  Se debe ubicar una valla perimetral de seguridad alejada de los caminos  No se debe construir con material susceptible a producir contaminación  El terreno no debe ser un espacio protegido medioambientalmente, ni ser una zona susceptible a inundaciones  El cerco debe detener el paso de la fauna del sector VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA CENTRAL VENTAJAS: Al emplear la energía del Sol, siendo ésta un tipo de energía renovable presenta un reducido impacto ambiental, respecto a las tecnologías que emplean combustibles fósiles. Uno de los principales beneficios de estas energías renovables es la reducción de emisiones asociadas con la producción de la electricidad. Estas emisiones incluyen los gases de efecto invernadero y aquellos que producen la lluvia ácida de las plantas que utilizan combustibles fósiles y la radioactividad asociada con el ciclo de combustible nuclear. Otros beneficios medioambientales de las renovables son el ahorro de agua, mejora de la calidad del suelo y el agua, el tratamiento de residuos, la reducción de la polución en el transporte y otras como; la seguridad en el suministro energético, el empleo, la reestructuración del mercado energético y la mejora de la economía de los países menos desarrollados. Las fuentes de energías renovables presentan, también, una dimensión social y económica; es una apuesta por fuentes de energías descentralizadas, gratuitas, generadoras de empleo en mayor proporción que las convencionales y cuyo disfrute queda garantizado por todos mediante tecnologías simples y de fácil acceso. Dichas tecnologías suponen un importante impulso para la generación de empleo.

Resumidamente, las ventajas de las centrales solares son las siguientes: 

Una vez realizada la instalación y hecha la inversión inicial, no se originan gastos posteriores (a excepción del mantenimiento); el consumo de energía eléctrica es totalmente gratuito.

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No usa combustibles, eliminando la incomodidad de tener que aprovisionarse y el peligro de su almacenamiento.

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Impacto ambiental nulo: la energía solar no produce desechos, ni residuos, basuras, humos, polvos, vapores, ruidos, olores, etc.

INCONVENIENTES: 

Necesidad de instalar la central en zonas donde se perciba la radiación solar durante más horas diarias y más días al año.

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Menor rendimiento que otros sistemas.

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Mayor complejidad mecánica que otros sistemas de aprovechamiento de energías renovables.

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Peligro por las altas temperaturas que se alcanzan.

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Necesidad del empleo de acumuladores de calor para cuando no exista la suficiente radiación solar.

PROCESO

FUNCIONAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR

Existen dos sistemas principales para obtener la energía solar: sistemas térmicos y sistemas fotovoltaicos. Ambos sistemas se diferencian en sus distintas formas de almacenamiento y, por sus diferentes aplicaciones. Sistema Térmico: es el que se utiliza en sistemas de calefacción o en la obtención de agua caliente. En este sistema los paneles absorben el calor del sol, el colector que es normalmente plano, transforma el calor en energía térmica, mediante el “efecto invernadero”. El calor se almacena manteniendo la temperatura alta del agua que se utilizará cuando sea necesaria. Los elementos básicos para una instalación térmica son los siguientes:  

Captador solar térmico: capta la energía solar para transformarla en energía térmica, con el aumento de temperatura del fluido de trabajo que circula por la instalación. Acumulador (depósito de agua): almacenamiento de la energía térmica en un depósito de acumulación para su posterior utilización.

El intercambiador, las bombas de circulación y el sistema de regulación y control dependen del tipo de instalación. No pudiendo olvidar la parte de fontanería como son: las llaves de corte, válvulas antirretorno, depósito de vaciado del primario, vaso de expansión, caudalímetro, manómetro, válvula de seguridad, válvula de llenado o vaciado y purgadores, son elementos sin los cuales el funcionamiento y mantenimiento de la instalación no sería el correcto.

1.- Colectores 2.- Acumulador solar 3.- Sistema auxiliar 4.- Estación solar 5.- Usuario

El funcionamiento de la captación de energía solar térmica se basa en lo siguiente: el primer paso es captar los rayos solares mediante colectores o paneles solares, después a través de este panel solar hacemos pasar agua u otro fluido de características similares, de esta manera una parte del calor absorbido por el panel solar es transferido al agua y de esta forma ya puede ser directamente usada o almacenada para que hagamos uso de el cuándo lo necesitemos. Sistema Fotovoltaico: este tipo de mecanismo puede ser de dos tipos: aislado y conectado a la red. 

Mecanismo aislado: están compuestos por generadores fotovoltaicos, que producen la energía a partir de la que recibe del sol, y acumuladores que la almacenan hasta el momento de su utilización.

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Mecanismo conectado a la red: está integrado por los siguientes elementos

Placas solares: capta los rayos del sol y tiene la función de un generador. Reguladores de carga: previene que se genere una sobrecarga en los acumuladores. Acumuladores: son los proveedores de la energía que consumimos. Inversor: transforma la electricidad acumulada en corriente alterna. Dos contadores: uno de ellos contabiliza la energía que se aporta a la red y el otro mide el consumo. Es necesario que en ambos mecanismos los rayos del sol incidan perpendicularmente en los paneles. Así, al incidir en la superficie, producen el voltaje que se aprovechará.

El proceso de transformación de energía solar en energía eléctrica se produce un elemento semiconductor que se denomina célula fotovoltaica. Cuando la luz del sol incide sobre una célula fotovoltaica, los fotones de la luz solar transmiten su energía a los electrones del semiconductor para que así puedan circular dentro del sólido. La tecnología fotovoltaica consigue que parte de estos electrones salgan al exterior del material semiconductor generándose así una corriente eléctrica capaz de circular por un circuito externo. La conexión de células fotovoltaicas y su posterior encapsulado y enmarcado da como resultado la obtención de los conocidos paneles o módulos fotovoltaicos de utilización doméstica e industrial como elementos generadores eléctricos de corriente continua.

EN CHILE ACTUALMENTE: Extracto de artículo de: http://www.prensaminera.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=7126:presentanproyecto-para-construir-mayor-planta-solar-de-chile&catid=48:energia&Itemid=70

MIÉRCOLES, 28 MARZO 2012

Presentan proyecto para construir mayor planta solar de Chile

EL MERCURIO DE ANTOFAGASTA.- Una inversión de US$2.610 millones representará la construcción en la Región de Antofagasta del mayor proyecto de energía solar presentado hasta ahora en Chile, el que corresponde a la planta termosolar "Pedro de Valdivia". La iniciativa, a cargo de Ibereólica Solar Atacama S.A., perteneciente al grupo español Ibereólica, estará emplazada en la comuna de María Elena con una potencia de 360 MW, que serán inyectados al Sistema Interconectado del Norte Grande (Sing). La planta estará compuesta por 2 fases de 180 MW, denominadas Fase I y Fase II. Cada una de ellas se compondrá a su vez por 2 plantas independientes contiguas de 90 MW. El proyecto considera además la construcción de dos líneas de transmisión de 220 kV de doble circuito que discurren en paralelo y poseen una longitud de 5,5 kms. cada una, una subestación eléctrica localizada a 5,3 kms. de la planta termosolar, y líneas de interconexión entrada-salida al Sing. De acuerdo con la empresa que presentó la iniciativa al Sistema de Evaluación Ambiental (SEA), éste se constituirá en el proyecto termosolar de mayor envergadura que se desarrollará en el país, y utilizará tecnología de punta. El proyecto apuesta por un modelo de generación sustentable, dado que la energía solar termoeléctrica es capaz de producir electricidad con total ausencia de procesos de combustión de combustibles contaminantes, como petróleo diésel y carbón, lo que contribuye a la reducción de emisiones perjudiciales para la salud, sin emisiones a la atmósfera de CO2 que agraven el cambio climático. Con la planta "Pedro de Valdivia", la inversión acumulada de los proyectos de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) presentados al SEA en la Región de Antofagasta, suma US$6.587 millones (el último conteo arrojaba US$3.977 millones). INTEGRACIÓN De acuerdo con Ibereólica, las tecnologías termosolares se pueden integrar fácilmente en plantas térmicas convencionales de vapor o de ciclo combinado, nuevas o ya existentes, con un bajo costo adicional. "Con almacenamiento térmico o combustible auxiliar, este tipo de plantas pueden suministrar electricidad sin interrupción y atender la demanda eléctrica asegurando la capacidad de potencia. La tecnología a utilizar se encuentra completamente validada y demostrada, con más de 25 años de explotación en California".

CONCLUSION

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Si bien la energía solar en nuestro país aún no tiene un auge relevante, debido a que tenemos gran cantidad de energía solar que está presente en el norte de nuestro país se podría explotar esa energía que irradia el sol y transformarla a energía eléctrica, con el fin de abastecer de una mejor forma a Chile y el resto de sus regiones.

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Esta es una energía limpia, ya que no genera contaminación al ambiente, esto la hace una energía fantástica para la actualidad ya que es necesario cuidar nuestro planeta.

BIBLIOGRAFÍA 

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20%20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf



http://www.casasrestauradas.com/energia-solar-iii-energia-solar-termica/



http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/10756/1/PFC%20Ixtebe%20Portabella%2 020100830.pdf