La energía solar se define como la radiación solar que es capaz de crear calor, activar procesos químicos o generar electricidad. La cantidad total de energía solar incidente en la Tierra supera con creces las necesidades energéticas presentes y futuras del entorno. Esta fuente ampliamente distribuida tiene la capacidad de satisfacer todas las demandas energéticas futuras si se explota adecuadamente. La energía solar se predice que se volverá más atractiva como fuente de energía renovable en el siglo XXI debido a su suministro ilimitado, su naturaleza no contaminante y su facilidad de instalación de paneles solares y diseño solar, en contraste con los combustibles fósiles finitos como el carbón, el petróleo y el gas natural.
El Sol es una fuente de energía enormemente poderosa y la luz solar es, con mucho, la fuente de energía más importante recibida por la Tierra, aunque su intensidad en la superficie terrestre es bastante modesta. Esto se debe principalmente a la dispersión radial masiva de la radiación desde el Sol distante. La atmósfera y las nubes de la Tierra absorben o dispersan hasta el 54 por ciento de la luz solar entrante, lo que resulta en una pérdida adicional comparativamente pequeña. La luz solar que llega a la Tierra contiene aproximadamente la mitad de luz visible, la mitad de radiación infrarroja y pequeñas cantidades de radiación ultravioleta y otros tipos de radiación electromagnética.
El potencial de la energía solar es enorme, ya que la Tierra recibe alrededor de 200,000 veces la capacidad total de generación eléctrica diaria del entorno en forma de radiación solar todos los días. Desafortunadamente, aunque la energía solar es gratuita, el alto costo de recolectar, convertir y almacenarla restringe su uso en muchas regiones. La radiación solar puede transformarse en energía térmica (calor) o en energía eléctrica, siendo la primera de las dos la más sencilla.
¿Cómo se distribuye la energía solar en la Tierra?
El motor de calor de la Tierra no solo transmite el calor de una sección de la superficie a otra, sino que también devuelve el calor al espacio desde la superficie de la Tierra y la baja atmósfera. Este flujo de energía que entra y sale se conoce como el balance energético de la Tierra. Las nubes, las partículas atmosféricas y las superficies brillantes como el hielo marino y la nieve reflejan aproximadamente el 29 por ciento de la energía solar que llega a la parte superior de la atmósfera de vuelta al espacio. Esta energía no tiene efecto en el sistema climático de la Tierra. El vapor de agua, el polvo y el ozono absorben alrededor del 23% de la energía solar entrante, mientras que el 48% restante atraviesa la atmósfera y es absorbido por la Tierra. Como resultado, el sistema de la Tierra absorbe alrededor del 71% de toda la energía solar entrante.
Los 340 vatios por metro cuadrado de radiación solar que caen sobre la Tierra son reflejados de nuevo al espacio por las nubes, pero también por otras superficies brillantes y la propia atmósfera. Aproximadamente el 23% de la energía entrante se absorbe en la atmósfera por los gases, el polvo y otras partículas. El 48% restante se absorbe en la superficie.
Debido a que la atmósfera y la superficie de la Tierra absorben el 71 por ciento de la radiación solar entrante, deben radiar esa misma cantidad de energía de vuelta al espacio para que la temperatura promedio del planeta se mantenga estable. Sin embargo, las contribuciones proporcionales de la atmósfera y la superficie a cada proceso (absorción de la luz solar versus emisión de calor) son asimétricas. La atmósfera absorbe el 23% de la luz solar entrante, mientras que la superficie absorbe el 48% restante. La atmósfera irradia el 59 por ciento de la luz solar entrante, mientras que la superficie irradia solo el 12 por ciento. En otras palabras, la mayoría del calentamiento solar ocurre en la superficie, mientras que la mayoría del enfriamiento radiativo ocurre en la atmósfera. ¿Cómo ocurre esta redistribución de energía entre la superficie y la atmósfera?
La generación distribuida se refiere a una variedad de tecnologías que producen energía en o cerca del lugar donde se utilizará, como paneles solares y sistemas combinados de calor y energía. La generación distribuida puede servir a un edificio individual, como una casa o una empresa, o puede formar parte de una microrred (una red más pequeña que también está conectada al sistema de entrega de energía más grande), como en un complejo industrial importante, un puesto militar o un gran campus universitario. Cuando se conecta a las líneas de distribución de voltaje más bajo de la compañía de servicios eléctricos, la generación distribuida puede ayudar a respaldar el suministro de energía limpia y confiable a nuevos consumidores y reducir las pérdidas de energía a lo largo de las líneas de transmisión y distribución.
Ejemplos de generación distribuida:
En el sector residencial:
- Paneles fotovoltaicos solares
- Pequeñas turbinas eólicas
- Celdas de combustible de gas natural
- Generadores de respaldo de emergencia, generalmente alimentados con gasolina o diesel
En los sectores comercial e industrial:
- Sistemas combinados de calor y energía
- Paneles fotovoltaicos solares
- Energía eólica
- Energía hidroeléctrica
- Combustión o cofiring de biomasa
- Incineración de residuos sólidos municipales
- Celdas de combustible alimentadas con gas natural o biomasa
- Motores de combustión alternativa, incluidos generadores de respaldo, que pueden ser alimentados con petróleo
La generación distribuida de energía solar es un enfoque para proporcionar recursos de energía solar mediante la implementación de herramientas y tecnologías en proximidad a los usuarios finales de la energía. El sistema de producción de energía puede instalarse en los techos de viviendas y edificios comerciales que utilizarán la energía. Este enfoque difiere de la producción centralizada, en la cual la energía solar se genera en una gran instalación y luego se suministra a los usuarios a través de la red eléctrica. Además, el exceso de energía generada por propietarios privados (a través de la energía solar) puede venderse a empresas de electricidad.
La energía solar en los techos está ganando rápidamente popularidad en comparación con otros tipos de fuentes de energía renovable, ya que es ampliamente accesible y puede ser localizada y personalizada para satisfacer las demandas de los usuarios. Para finales de 2019, la capacidad total de instalación de energía solar en los techos en India habrá alcanzado los 4 GW.
Configuración estándar del sistema de generación distribuida de energía solar:
Panel solar:
La radiación solar total al mediodía en un día soleado varía según la ubicación, pero solo el 15-20% se convierte en energía por los paneles solares. Para generar suficiente energía en un día, se colocan paneles policristalinos o monocristalinos en los techos, terrenos abiertos o paredes con la parte frontal orientada hacia el sol.
Estructura de montaje:
La estructura de montaje utilizada para la instalación contribuye a la belleza de la unidad. Es importante asegurarse de que la estructura de montaje sea segura y cumpla con los estándares del gobierno local.
Batería de almacenamiento:
La radiación solar recibida por los paneles solares se almacena en un sistema en serie o paralelo de baterías, que suministra energía según sea necesario. La cantidad de baterías necesarias y la capacidad de cada batería se determinan de antemano teniendo en cuenta el patrón de carga de 24 horas.
Controlador de carga:
La salida de los paneles solares varía en respuesta a los cambios en la radiación solar. Un controlador de carga actúa como una interfaz entre las baterías de almacenamiento y los paneles solares, asegurando que las baterías de ciclo profundo no se sobrecarguen durante el día y que la energía no se revierta a los paneles solares durante la noche, agotando las baterías. El sistema incluye controladores de Maximum Power Point Transfer (MPPT) y Pulse Width Modulation (PWM).
Inversor:
La electricidad todavía está en forma de corriente continua (CC), pero los enchufes de la casa están en corriente alterna (CA). Aquí es donde entra el inversor: transforma la corriente continua (CC) de las baterías en corriente alterna (CA) para su uso en los circuitos domésticos. Los inversores a menudo utilizan arreglos de conmutación para controlar la entrega de energía a la carga.
Ventajas de los sistemas de energía solar distribuida:
- Se genera energía sin la generación de residuos peligrosos.
- Una solución de bajo costo que permite más ahorros.
- Se deben mantener al mínimo las pérdidas de transmisión y distribución.
- No es necesario utilizar tierra adicional.
- Sistemas modulares, descentralizados y adaptables.
- En caso de emergencia, habrá una red de respaldo.
- Fácil de implementar y mantener.
- Menor riesgo y mayores ahorros.
- Genera oportunidades de empleo.
Conclusión:
Los estudios en los últimos años han demostrado que el cambio climático significativo es ahora inevitable y presenta un gran peligro tanto para la existencia diaria de la humanidad como para el planeta que nos rodea. La forma en que el entorno adquiere energía es clave para resolver este dilema, y aunque ha habido una necesidad urgente de actuar, hasta ahora el progreso ha sido lento y limitado en su impacto.
Cada día, más energía solar golpea el planeta de la que la población actual puede utilizar en un año. Sigamos trabajando juntos para aprovechar este inmenso poder y ponerlo en buen uso. Con la mejora de la eficiencia, la reducción de costos a diario y la prueba de nuevas tecnologías, será interesante ver dónde estaremos en el sector solar en los próximos años. ¿Qué crees que depara el futuro?