de energía radiante solar en calor o energía térmica.
La energía solar térmica se encarga de calentar el agua de forma directa, alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40º y 50º, gracias a la utilización de paneles solares. El agua caliente queda almacenada para su posterior consumo: calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefacción de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración, etc.
3. Transmisión de la energía
Los paneles solares constituyen uno de los métodos más simples que se pueden usar para convertir la energía del sol en energía eléctrica aprovechable, sin que esta transformación produzca subproductos peligrosos para el medio ambiente. Parten de una fuente de energía virtualmente inagotable: la energía que emite el sol, la cual llega con una cantidad tal, que si toda ella pudiera ser aprovechada, bastaría media hora de un día para satisfacer la demanda energética mundial durante todo un año. Aunque esto, como ya se sabe, no ocurre en el plano teórico y es imposible de realizar de forma práctica.
3.1. Conceptos elementales de astronomía en cuanto a la posición solar
En el estudio del funcionamiento de las instalaciones solares fotovoltaicas es importante conocer ciertos conceptos básicos relacionados con el sol y con el movimiento de la tierra respecto al mismo.
El Sol
El Sol es una inmensa fuente de energía inagotable, con un diámetro de 1.39 × 109 m, situado a la distancia media de 1.5 × 1011 m respecto de la Tierra. Esta distancia se denomina Unidad Astronómica (UA).
Algunos datos significativos acerca del Sol, son:
1 Su masa es 300.000 veces la masa de la Tierra.
2 Su diámetro es de 1.400.000 km.
3 Su temperatura superficial es de 5.600 ºK.
4 Su vida estimada es de 5.000 millones de años.
5 La distancia Tierra-Sol es de 150 millones de km.
6 La luz solar tarda 8 minutos en llegar a la Tierra.
7 El Sol genera su energía mediante reacciones nucleares de fusión, que se llevan a cabo en su núcleo.
Sabía que...
La generación de energía proviene de la pérdida de masa del Sol, la cual se convierte en energía de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein: E = m · c2, donde “E” es la cantidad de energía liberada cuando desaparece la masa (m), y “c” es la velocidad de la luz (3 × 108 m/s).
El movimiento Tierra-Sol
La Tierra orbita alrededor del Sol con dos movimientos diferentes que se producen a la vez:
1 Uno de rotación alrededor de un eje que pasa por los polos, llamado “eje polar”, y con una velocidad aproximada de una vuelta por día.
2 Y otro de traslación alrededor del Sol, describiendo una órbita elíptica. El plano que contiene esta órbita se denomina “plano de la elíptica”, y la Tierra tarda un año en recorrerlo.
El eje polar o eje de rotación terrestre, sobre el que gira la Tierra, mantiene una dirección casi constante, formando un ángulo de 23.45º con el plano de la elíptica, denominado “oblicuidad de la elíptica”. Debido a esta oblicuidad, el ángulo formado por el plano ecuatorial de la Tierra con la elíptica, es decir, la recta imaginaria que une los centros de la Tierra y el Sol, cambia permanentemente entre +23.45º y −23.45º. Este ángulo se conoce como “declinación solar” ( δ ).
En un día, la declinación solar solo puede variar como máximo en 0.5º, aunque, para facilitar ciertos cálculos, se considera constante para cada día del año.
3.2. Conversión de la energía solar
La energía eléctrica generada en las instalaciones fotovoltaicas se obtiene mediante un proceso de conversión de energía: radiación-electricidad.
Aprovechamiento de la energía solar
La radiación solar que incide en la tierra puede aprovecharse de diferentes formas, tal y como se ve a continuación.
Calentamiento directo de locales por el sol
En invernaderos, viviendas y demás emplazamientos, se aprovecha el sol para calentar el ambiente. Algunos diseños arquitectónicos se realizan de forma que consigan aprovechar al máximo este efecto y controlarlo, para poder prescindir del uso de calefacción o de aire acondicionado.
Acumulación del calor solar
Se consigue con paneles o estructuras especiales colocadas en lugares expuestos al sol (tejados), en los que un fluido se calienta, almacenando calor en depósitos. Se usa, sobre todo, para calentar agua.
Sabía que...
La acumulación de calor solar puede suponer un importante ahorro energético, ya que, en un país desarrollado, más del 5 % de la energía consumida se usa para calentar agua.
Generación de electricidad
Se puede generar electricidad a partir de la energía solar por varios procedimientos. En el sistema térmico (energía solar térmica), la energía solar se puede usar para convertir agua en vapor, en dispositivos especiales. En algunos casos, se usan espejos cóncavos que concentran el calor sobre tubos que contienen aceite. El aceite alcanza temperaturas de varios cientos de grados, con este se calienta agua hasta la ebullición y con el vapor se genera electricidad en turbinas clásicas.
La luz del sol también se puede convertir directamente en electricidad, usando el efecto fotoeléctrico mediante las denominadas “células fotovoltaicas”. Estas células no tienen rendimientos muy altos y la eficiencia media en la actualidad es de un 10 a un 15 %, aunque algunos prototipos experimentales logran eficiencias de hasta el 30 %. Por esto, se necesitan grandes extensiones si se quiere producir energía en grandes cantidades.
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por metales, cuando se les somete a una radiación electromagnética (luz). Este proceso tiene dos características fundamentales:
1 Cada material tiene una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética, por debajo de la cual no se emiten electrones.
2 La emisión de electrones aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación incidente
