El sol, fuente de energia..!!: 2008

Introducción

Una energía garantizada por los próximos 6000 millones de años
El sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el ser humano ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos a como aprovechar la luz que continuamente derrama sobre el planeta.
Ha brillado en el firmamento 5000 millones de años y se calcula que todavía ha llegado ni a la mitad de su existencia por eso decidimos dar a conocer lo que es la energía solar
Durante este año el sol arrojara sobre la tierra cuatro mil veces más energía de la que vamos a consumir
Seria lógico intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia de el petróleo y otras alternativas poco seguras , contaminantes o, simplemente, no renovables.

Concepto de la energía solar.

La energia 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 en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como energía verde.

Origen de la Energía Solar

El origen de la energía que el sol produce e irradia está en las reacciones nucleares que ininterrumpidamente se realizan en el interior. En ellas los átomos de hidr

ógeno, que es el elemento más abundante en el sol, se combinan entre sí para formar átomos de helio y, al mismo tiempo, una pequeña parte de la masa de dichos átomos se convierte en energía, de acuerdo con la famosa fórmula de Einstein: E=mc^2, la cual fluye desde el interior hasta la superficie y de allí es irradiada hacia el espacio en todas las direcciones. La intensidad de la energía radiante del sol en el exterior de la atmósfera terrestre es de 1353 W/m^2 como promedio anual. Entonces, la potencia solar sería de 1353 W/m^2 x 510000000 Km^2 = 69 x 10^16 W. Pero en realidad, cuando esta energía atraviesa la atmósfera, se reduce a un cuarto de su valor. Esa potencia abastecería al consumo de una población mundial veinte veces más grande que la del año 2000.
Sin embargo, el cálculo tiene limitaciones técnicas y económicas. Para la recolección de la energía solar en gran escala se requieren grandes áreas. Además los mejores lugares de radiación solar en el mundo son los más remotos y desérticos. Otra limitación es la intermitencia de la radiación solar, variable durante el día y los distintos meses del año, siendo nula por la noche.

La energía solar es la fuente principal de vida en la Tierra:

Dirige los ciclos biofísicos, geofísicos y químicos que mantienen la vida en el planeta, los ciclos del oxígeno, del agua, del carbono y del clima. El Sol nos suministra alimentos mediante la fotosíntesis, y como es la energía del sol la que induce el movimiento del viento y del agua y el crecimiento de las plantas.
La energía solar es el origen de la mayoría de fuentes de energía renovables, tanto de la energía eólica, la hidroeléctrica, la biomasa, y la de las olas y corrientes marinas, como de la energía solar propiamente dicha.

¿Qué se puede obtener con la energía solar?

Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad.
El calor se logra mediante los captadores o colectores térmicos, y la electricidad, a través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación.Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año.
También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas .precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de una «fuente cálida», la cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.
Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sist

ema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.
Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.
La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. También es posible inyectar la electricidad generada en la red general, obteniendo un importante beneficio.
Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para la segunda década del siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica.
La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar.

Los beneficios de la energía solar para el ecosistema.

La energía que procede del sol es fuente directa o indirecta de casi toda la energía que usamos. Los combustibles fósiles existen gracias a la fotosíntesis que convirtió la radiación solar en las plantas y animales de las que se formaron el carbón, gas y petróleo. El ciclo del agua que nos permite obtener energía hidroeléctrica es movido por la energía solar que evapora el agua, forma nubes y las lleva tierra adentro donde caerá en forma de lluvia o nieve. El viento también se forma cuando unas zonas de la atmósfera son calentadas por el sol en mayor medida que otras.
El aprovechamiento directo de la energía del sol se hace de diferentes formas:
a) Calentamiento directo de locales por el sol
En invernaderos, viviendas y otros locales, se aprovecha el sol para calentar el ambiente. Algunos diseños arquitectónicos buscan aprovechar al máximo este efecto y controlarlo para poder restringir el us

o de calefacción o de aire acondicionado.
b) Acumulación del calor solar
Se hace con paneles o estructuras especiales colocadas en lugares expuestos al sol, como los tejados de las viviendas, en los que se calienta algún fluido que se almacena el calor en depósitos. Se usa, sobre todo, para calentar agua y puede suponer un importante ahorro energético si tenemos en cuenta que en un país desarrollado más del 5% de la energía consumida se usa para calentar agua.
c) Generación de electricidad
Se puede generar electricidad a partir de la energía solar por varios procedimientos. En el sistema termal la energía solar se usa para convertir agua en vapor en dispositivos especiales. Con el vapor se genera electricidad en turbinas clásicas. Con algunos dispositivos de estos se consiguen rendimientos de conversión en energía eléctrica del orden del 20% de la energía calorífica que llega a los colectores.
La luz del sol se puede convertir directamente en electricidad usando el efecto fotoeléctrico. Las células fotovoltaicas no tienen rendimientos muy altos. 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.

* Uno de los problemas de la electricidad generada con el sol es que sólo se puede producir durante el día y es difícil y cara para almacenar. Para intentar solucionar este problema se están investigando diferentes tecnologías. Una de ellas usa la electricidad para disociar el agua, por electrólisis, en oxígeno e hidrógeno. Después el hidrógeno se usa como combustible para regenerar agua, produciendo energía por la noche.
La producción de electricidad por estos sistemas es más cara, en condiciones normales, que por los sistemas convencionales. Sólo en algunas situaciones especiales compensa su uso, aunque las tecnologías van avanzando rápidamente y en el futuro pueden jugar un importante papel en la producción de electricidad. En muchos países en desarrollo se están usando con gran aprovechamiento en las casas o granjas a los que no llega el suministro ordinario de electricidad porque están muy lejos de las centrales eléctricas.

Tipos de energía solar y sus usos.

Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.

Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se excitan con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico)
Energía solar híbrida: Combina la energía solar con la combustión de biomasa, combustibles fósiles, Energía eólica o cualquier otra energía alternativa.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.

La instalación de centrales de energía solar en ciertas zonas especificas en el mapa podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo incluyendo la proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores indican la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).

Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:

Huerta solar
Central térmica solar,
Potabilización de agua
Cocina solar
Destilación
Evaporación
Fotosíntesis
Secado
Arquitectura sostenible
Cubierta Solar
Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones
Calentamiento de agua
Calefacción doméstica
Iluminación
Refrigeración
Aire acondicionado
Energía para pequeños electrodomésticos

¿Cómo se puede aprovechar la energía solar?

La energía solar se puede aprovechar pasivamente , es decir sin la utilización de ningún dispositivo o aparato intermedio, mediante la adecuada ubicación, diseño y orientación de los edificios, empleando correctamente las propiedades fisicoquímicas de los materiales y los elementos arquitectónicos de los mismos: aislamientos, tipo de cubiertas, protecciones, etc.
Mediante la aplicación de criterios de arquitectura bioclimática se puede reducir significativamente, e incluso eliminar, la necesidad de climatizar los edificios, así como la necesidad de iluminarlos durante el día. También se puede aprovechar activamente, captando energía térmica o generando electricidad.

¿Qué ventajas tienen las instalaciones de energía solar fotovoltaica?

La tecnología fotovoltaica convierte directamente la radiación procedente del Sol en electricidad. La energía que nos regala el Sol es limpia, renovable y tan abundante que la cantidad que recibe la

Tierra en 30 minutos es equivalente a toda la energía eléctrica consumida por la humanidad en un año.
Una instalación de tecnología fotovoltaica se caracteriza por su simplicidad, silencio, larga duración, requerir muy poco mantenimiento, una elevada fiabilidad. La recuperación del consumo energético realizado en la fabricación de los paneles se rentabiliza en 2-3 años de funcionamiento y no produce daños al medio ambiente.
A diferencia de los combustibles fósiles y la energía nuclear, la energía fotovoltaica no contamina. No obstante, ninguna fuente de energía es absolutamente inocua. En el caso de la fotovoltaica, aunque su uso no origina ningún impacto, la fabricación de las células requiere el uso de elementos tóxicos, por lo que los fabricantes deben reducir el consumo de esos compuestos, reutilizarlos y reciclarlos siempre que sea posible, y evitar el vertido incontrolado de sus residuos.
A pesar de esto, considerando el ciclo de vida completo de la tecnología solar fotovoltaica el impacto sobre la naturaleza es incomparablemente menor que las tecnologías basadas en combustibles fósiles o nucleares.
Por otro lado, la tecnología fotovoltaica tiene el valor añadido de generar puestos de trabajo y emplear recursos autóctonos, disminuyendo la dependencia energética del exterior, y de utilizar una fuente de energía inagotable: el Sol.
Una instalación de energía solar fotovoltaica puede situarse casi en cualquier lugar y en instalaciones de diferente tamaño. Se trata de una tecnología renovable de generación de electricidad fácilmente instalable y cuya producción puede distribuirse directamente en los puntos de consumo de nuestros pueblos y ciudades, donde y cuando se consume la mayoría de la electricidad del país. De esta forma, cualquier edificio puede convertirse en una pequeña central generadora de electricidad.

Ventajas y Desventajas de la Energía Solar

Ventajas

Es energía no contaminante
Proviene de una fuente de energía inagotable.
Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (campo, islas), o es dificultoso y costoso su traslado (conviene a mas de 5 Km.).
Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento el costo disminuye a medida que la tecnología va avanzando (el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez hay menos).

Desventajas

El nivel de radiación fluctúa de una zona a otra y de una estación del año a otra, en nuestra zona varía un 20% de verano a invierno).
Para recolectar energía solar a gran escala se requieren grandes extensiones de terreno.
Requiere gran inversión inicial.
Se debe complementar este método de convertir energía con otros.
Los lugares donde hay mayor radiación, son lugares desérticos y alejados, (energía que no se aprovechara para desarrollar actividad agrícola o industrial, etc.).

¿Cómo usar energía solar para sacar hidrógeno del agua?

De funcionar podría revolucionar los métodos de generación de energía en el Planeta. Se ha descubierto un método económico para sacar hidrógeno del agua usando energía solar. El desarrollo de este descubrimiento podría generar una nueva fuente de energía renovable para todos.
Hasta ahora, este desarrollo estaba estancado porque resultaba demasiado costoso y difícil usar la electricidad generada por energía solar para descomponer el agua e

n oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, el nuevo método se basa en el descubrimiento de unos catalizadores que aceleran la conversión de agua en combustible de alta intensidad energética.
En este sentido, este descubrimiento podría eliminar uno de los principales obstáculos que han impedido que la energía solar sea ampliamente aceptada como una alternativa viable a los combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural. Esta fotosíntesis artificial podría permitirnos obtener un hidrógeno limpio que podría ser usado en nuestros hogares dentro de diez años.
Se trata de añadir estos catalizadores al agua antes de aplicarle unos electrodos para descomponerla (es lo que se conoce como electrólisis). Así, la reacción química resulta energéticamente favorable: se gasta menos en conseguir el hidrógeno que lo que se obtiene luego al quemarlo. Además, para que todo sea más limpio, se usa energía solar para las electrólisis. De esta manera, todo el ciclo se convierte en un proceso menos contaminante.

La rentabilidad de la energía solar fotovoltaica

La energía solar es una de las fuentes de abastecimiento energético más respetuosa con el medio ambiente. Constituye actual

mente una de las opciones en la lucha contra los graves problemas medio ambientales que a nivel global se intentan solucionar. Los sistemas fotovoltaicos convierten la luz solar en energía eléctrica.
La energía fotovoltaica es rentable en muchas aplicaciones y en contra de la creencia popular en lugares en los que el tiempo no es soleado, esto se confirma viendo que curiosamente Alemania es el mayor productor de energía eléctrica de origen solar en Europa. Con una inversión de 36.000 euros, la rentabilidad será de 4.000 euros al año.Los paneles producen energía en cuanto amanece y su potencia aumenta o disminuye a lo largo del día en función de la cantidad de radiación solar que les llega.

Experimento:

CELDA SOLAR DE LÁMINA DE COBRE

Una celda solar es un dispositivo que convierte la energía lumínica del sol en electricidad. Las celdas solares que se usan en las casas de campo y otros están hechos de silicio y requieren mucha tecnología para construirlos. Esta es una celda solar muy simple que no es tan eficiente, pero que te servirá. Su construcción lleva como una hora. Esta celda solar está hecha de oxido cuproso en ves de silcio. El óxido cuproso es uno de los primeros materiales que mostraron el llamado efecto fotoeléctrico en el cual la luz hace que la electricidad fluya en un material determinado. Albert Einsten trató de explicar el efecto fotoeléctrico, lo que le hizo ganar el premio Novel y lo llevó a descubrir la Teoría de la Relatividad.

Materiales:

Un trozo de lámina de cobre de 30 por 30 cm, que no sea ni muy grueso ni muy delgado. Aunque funcionará con lo que encuentres.
Dos clips tipo "quijada de caimán".
Un tester bien sensible o un microamperímetro. Puedes usar los medidores de corriente de los radiorreceptores antiguos.
Una hornilla eléctrica que cuando se caliente, su resistencia se vuelva roja.
Una botella de plástico descartable o un frasco de vidrio de boca ancha. Sal de mesa.
Agua limpia.
Papel de lija o cepillo de cerdas de alambre para taladro eléctrico.
Tijeras para cortar metal.

¿Cómo se construye la celda solar?

Pasos:

Se puede usar una hornilla: El primer paso es cortar un trozo de cobre del tamaño de la hornilla. Nos lavamos las manos para no dejar manchas de grasa en la lámina. Luego lavamos la lámina para quitar todo rastro de grasa y finalmente lijamos cualquier trazo de corrosión o suciedad. Luego colocamos la lámina sobre el calentador y hacemos que caliente al máximo. Al calentarse el cobre se observan bellas figuras producidas por la oxidación. El cobre se cubrirá con los colores rojo, naranja y púrpura. Al calentarse más el cobre, los colores son reemplazados con una capa obscura de óxido cúprico. Este no es el óxido que buscamos, pero luego se descascara mostrando los colores rojo, naranja y púrpura del óxido cuproso que se encuentra por abajo. Los últimos rastros de color desaparecen al calentarse la cocina tomando un color rojo. Cuando el calentador de la cocina está al rojo vivo, la lámina de cobre se cubrirá con una capa de óxido cúprico. Deja calentando por media hora, para que la capa negra sea gruesa. Esto es importante porque una capa gruesa se descascara muy bie

n, mientras que una capa delgada se quedará colada al cobre. Después de media hora apaga la hornilla y deja la lámina sobre ésta para que se enfríe lentamente. Si haces enfriar muy rápidamente el óxido negro se quedara pegado al cobre. Al enfriarse el cobre, se encoge, lo mismo que el óxido, pero en forma diferente, lo que hace que el óxido salte en forma de escamas. Cuando el cobre ha enfriado a la temperatura ambiente (unos 20 minutos) la mayor parte del óxido negro se habrá separado. Frota un poco con las manos debajo de agua corriente para separar los trozos pequeños. Resiste la tentación de quitar todas las manchas negras raspando fuerte o doblando el cobre. Esto podría dañar la delicada capa roja de óxido cuproso que hace que funcione la celda solar. Cómo se ensambla. Corta otra lámina de cobre del mismo tamaño que la anterior, dobla ambas piezas suavemente de manera que quepan dentro de la botella o frasco sin tocarse. La capa de óxido debe apuntar hacia el exterior de la botella. Coloca dos clips "quijada de caimán", uno a cada lámina. Conecta el clip de la lámina sin tratar al terminal positivo del tester o microamperímetro. El clip de la lámina con óxido debe ir al terminal negativo. Ahora vierte agua salada (usa unas tres cucharas de sal) en la botella, cuidando que el agua no llegue a los clips, deja unos 3 cm de espacio entre el agua y los clips. Estos no deben mojarse. La foto de arriba muestra la celda solar en la sombra, nota que el tester indica 6 microamperios de corriente. La celda solar es una batería, aún en la obscuridad. Debido al agua salada que la hace funcionar como una pila electroquímica.

¿Cómo funciona?

El óxido cuproso es un material llamado semiconductor. Un semiconductor, como indica su nombre está entre un conductor, donde la electricidad puede fluir libremente y un aislante, donde los electrones se encuentran unidos firmemente a sus átomos y no fluy

en fácilmente. Cuando la luz del sol llega a los electrones del óxido cuproso, algunos de los electrones ganan suficiente energía como para pasar de un nivel de energía (u órbita) a otro y se convierten en electrones libres. Los electrones libres se mueven por el agua salada, luego van a la lámina de cobre, van por el cable, llegan al tester y vuelven al óxido cuproso. Los electrones son los que hacen mover a la aguja del tester o miliamperímetro. Cuando no hay mucha luz, no hay suficientes electrones para hacer un trabajo que haga mover a la aguja del tester.

Conclusión.

· La energía solar son las energías que más debemos explotar, ya que son energías renovables y por lo tanto son gratuitas, inagotables, y una de las cosas más importantes es que no contaminan, el medio ambiente y no provocan, la lluvia ácida, ni el efecto Smog, ni el efecto invernadero...
· El sol a mas de energía solar solar produce otros tipos de energía como son; energía eólica, corrientes marinas que generan la energía hidroeléctrica.
· El sol también produce la fotosíntesis y la energía más importante e inagotable como es la energía solar.

Recomendacion.

Nosotros al estudiar este tema recomendamos usar esta energía, ya que con esta energía más limpia podemos tener los mismos benéficos que la energía que utilizamos.
Con esta energía podemos tener una calidad de vida mejor, y ayudaríamos al planeta a que este menos contaminado, ya que esta contaminación la hemos producido el propio hombre, por no saber con utilizar los beneficios que nos ha dado la naturaleza.

Glosario.

Fórmula de Einstein: E=mc2
Radiación: Energía ondulatoria o partículas materiales que se propagan a través del espacio.
Tester: sirve de gran ayuda para valorar los parámetros fundamentales de la corriente eléctrica, tensión, resistencia e intensidad, tanto en instalaciones cómo para resolver problemas de funcionamiento de utensilios eléctricos.
Energía Térmica: es la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza, mediante la combustión de algún combustible fósil.
Energía: se define como la capacidad para realizar un trabajo.
Climatizar: Dar a un espacio cerrado las condiciones de temperatura, humedad del aire y a veces también de presión, necesarias para la salud o la comodidad de quienes lo ocupan.
Fotosíntesis: Proceso metabólico específico de ciertas células de los organismos autótrofos, por el que se sintetizan sustancias orgánicas a partir de otras inorgánicas, utilizando la energía luminosa.

Fotovoltaico: Perteneciente o relativo a la generación de fuerza electromotriz por la acción de la luz.
Inocua: Que no hace daño
Watts: es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Su símbolo es W.
Biofísico: Estudio de los fenómenos vitales mediante los principios y los métodos de la física.
Geofísico: Parte de la geología que estudia la física terrestre.
Energía eólica: es la energía obtenida del viento, o sea, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. Óptico: es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones.
Hidroeléctrica: Energía eléctrica obtenida por fuerza hidráulica.
Biomasa: Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen.
Renovable: Que puede renovarse.
Toxico: Perteneciente o relativo a un veneno o toxina.
h20: agua
H2: hidrogeno molecular
O2: oxigeno
Calefacción: Acción y efecto de calentar o calentarse.
Electroquímica: es una rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica y la energía química.
Ecosistema: Comunidad de los seres vivos cuyos procesos vitales se relacionan entre sí y se desarrollan en función de los factores físicos de un mismo ambiente
Polarización: Modificar los rayos luminosos por medio de refracción o reflexión, de tal manera que queden incapaces de refractarse o reflejarse de nuevo en ciertas direcciones.

Bibliografía.