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El Sol, fuente básica de energía

Casi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. Él es la causa de los vientos, de la evaporación de las aguas superficiales, de la formación de nubes, de las lluvias y, por consiguiente, de los saltos de agua. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones químicas indispensables para el desarrollo de los vegetales y de los animales que con el paso de los siglos han originado combustibles fósiles como el carbón o el petróleo. La radiación solar tiene otra importancia capital: otras formas de energía renovable, como el viento, las olas o la biomasa no son más que manifestaciones indirectas de ésta.

La radiación solar interceptada por la Tierra constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance. La cantidad de energía solar captada por la Tierra anualmente es aproximadamente de 5,4 x 1024 J, una cifra que representa 4.500 veces la energía que se consume.

La Tierra recibe la radiación electromagnética del Sol y reirradia de nuevo al espacio una cantidad de calor igual a la radiación incidente. Por tanto, la utilización de la radiación solar no es otra cosa que su conversión en energía útil para la humanidad. Sin embargo, el resultado neto de dicho aprovechamiento es el mismo que si no hubiera habido interferencia en el proceso de reirradiación al espacio, pues solamente se ha producido un desfase o retraso en este proceso, como resultado de la disposición humana o como parte de los procesos naturales.

La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes: incidiendo en los objetos iluminados por el Sol, denominada radiación directa, o por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico, llamada radiación difusa. La primera es aprovechable de forma directa, mientras que las células fotovoltaicas aprovechan la segunda.

La energía solar se capta a través de células fotovoltaicas

La energía solar se capta a través de
células fotovoltaicas

A pesar de su abundancia, el aprovechamiento de la energía solar está condicionado principalmente por tres aspectos: la intensidad de la radiación solar recibida por la Tierra, los ciclos diarios y anuales a los que está sometida y las condiciones climatológicas de cada lugar. La utilización provechosa de la radiación solar como fuente de energía está directamente ligada a la situación geográfica del lugar escogido para aprovecharla y de las variaciones temporales.

En general, el término de radiación solar se refiere a los valores de irradiación solar, es decir, la cantidad de energía recibida por unidad de superficie en un tiempo determinado. Estos valores normalmente expresan la energía que proviene de la radiación directa del disco solar y la radiación difusa que, esparcida por la atmósfera, proviene del resto del cielo. La proporción entre radiación directa y difusa varía según las condiciones climáticas, y, en días nublados, la radiación difusa puede llegar a anularse.

La radiación solar es una forma de energía de baja concentración, ya que fuera de la atmósfera la intensidad de radiación solar que recibe la Tierra oscila entre los 1.300 y los 1.400 W/m2 aproximadamente. Las pérdidas a la atmósfera por reflexión, absorción y dispersión reducen este valor alrededor de un 30%, con una intensidad de radiación por parte de la Tierra de alrededor de los 1.000 W/m2. Estos valores pueden variar dependiendo en las condiciones climatológicas. Por ejemplo, en un día sin sol, los valores de intensidad de radiación se pueden reducir hasta los 150 o 50 W/m2. Esta baja densidad de radiación y el efecto negativo de determinadas condiciones climátológicas obliga a utilizar superficies de captación grandes si se quieren conseguir valores significativos de aprovechamiento energético.

La radiación incidente sobre una superficie se suele medir a través de solarímetros. A partir de series temporales de medidas de radiación se elaboran mapas de radiación solar, a partir de los cuales se pueden realizar estimaciones de la radiación solar incidente sobre territorios determinados, durante periodos de tiempo limitados, simplemente multiplicando los valores leídos en el mapa por la superficie de la zona y por el período de tiempo dado.

Radiación solar

También a partir de series de medidas se confeccionan manuales que reúnen tablas de valores de radiación sobre superficies con una determinada orientación e inclinación para diferentes microclimas. A través de éstos se obtienen estimaciones de la radiación solar incidente sobre una superficie plana con una orientación e inclinación dadas.

La forma más usual para representar las variaciones temporales de radiación solar incidente sobre una superficie es a partir de las distribuciones de frecuencia de los valores diarios y las curvas de duración de potencia, que no son otra cosa que la acumulación de los valores de las distribuciones de frecuencia.

Sitemas de aprovechamiento solar

Respecto al aprovechamiento de la energía solar, se puede hablar de dos tipos de sistemas: los que convierten la radiación solar en electricidad mediante tecnología fotovoltaica y los que se utilizan para la producción de energía térmica. También cabe considerar la posibilidad de hacer un uso más global de la radiación solar, la luz natural y las condiciones climatológicas concretas de cada emplazamiento en la construcción de edificios mediante lo que se ha llamado arquitectura bioclimática.

La energía solar fotovoltaica se capta a través de unas células fotovoltaicas que convierten los rayos solares en energía eléctrica. Esta modalidad de aprovechamiento de la energía solar es la más recientemente desarrollada entre los diferentes tipos de energías renovables y tiene un campo de aplicación muy amplio: desde la utilización en productos de consumo, como relojes y calculadoras, hasta la electrificación de zonas sin suministro convencional, como casas aisladas o instalaciones agrícolas y ganaderas, pasando por las señalizaciones terrestres y marítimas, las comunicaciones o el alumbrado público.

La transformación directa de la energía solar en electricidad mediante la conversión fotovoltaica presenta ventajas claras, teniendo en cuenta su sencillez, autonomía, fiabilidad y operabilidad y están relacionadas con la elevada cantidad energética de la electricidad producida y la ausencia de impacto medioambiental y de ruidos en el proceso energético.

A pesar de todo, de momento, la participación actual de la energía fotovoltaica en el balance energético europeo es todavía marginal. Su coste de inversión es por ahora más elevado que el de las alternativas convencionales, pero experimenta una rápida reducción y se espera que en los próximos años el mercado europeo crezca a un ritmo de entre un 15 y un 25% anual.

La energía solar térmica se puede obtener, activamente, a través de unos elementos específicos por los que circula un fluido que absorbe la energía radiada del Sol, o, pasivamente, a través de una serie de aplicaciones conocidas como bioclimatismo. En este último caso, su uso está relacionado con un aspecto que se está popularizando mucho: la optimización de diseño de los edificios para disminuir hasta donde sea posible las necesidades de calefacción y de refrigeración adicionales. Esta aplicación puede ser muy útil en los hogares, pero también en piscinas, hoteles y polideportivos.

El uso de sistema activo se orienta principalmente a cubrir parte de las necesidades térmicas de un edificio, como la producción de agua caliente sanitaria y calefacción. Este conjunto de aplicaciones es lo que se llama energía solar activa de baja temperatura.

En los últimos años, la energía solar térmica ha conseguido un grado de madurez que la convierte en una buena opción técnica y económicamente. En este sentido, la aplicación de la energía solar para producir agua caliente sanitaria es una de las posibilidades que ofrece una rentabilidad más atractiva. Los últimos avances y líneas de investigación se han centrado en la mejora de los materiales y elementos de control, regulación y seguimiento del funcionamiento de las instalaciones.

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