La energía solar es una forma de energía renovable que se obtiene del sol y se utiliza para generar electricidad o calentar agua y espacios en los edificios. La física de la energía solar es el estudio de cómo funciona y se aprovecha esta energía. En este artículo, exploraremos los principios básicos de la física de la energía solar y cómo se puede calcular la energía solar en la práctica.
¿Cómo se calcula la energía solar en física?
Para calcular la energía solar en física, es necesario medir la tensión y la corriente generadas por una celda solar. Una celda solar es un dispositivo que convierte la luz solar en electricidad. A través de una serie de investigaciones, se puede determinar la tensión de circuito abierto (Voc) y la corriente de cortocircuito (Isc) de la celda solar.
Investigación 1: Medición de la tensión de circuito abierto (Voc)
En esta investigación, se trabaja en un lugar soleado y se utiliza un multímetro para medir la tensión de circuito abierto de la celda solar. La tensión de circuito abierto es la tensión cuando no hay corriente fluyendo a través de la celda. Se puede observar cómo cambia la tensión de circuito abierto al inclinar la celda solar hacia la luz solar. Por ejemplo, en nuestro experimento, la tensión de circuito abierto fue de 2 voltios en pleno sol.
Investigación 2: Medición de la corriente de cortocircuito (Isc)
En esta investigación, se voltea la celda solar y se observa qué sucede con la lectura del medidor. En nuestro experimento, la lectura fue de 0.16 voltios, lo cual indica que casi no llega luz a los colectores de la celda.
Investigación 3: Medición de la corriente a través de la celda solar
En esta investigación, se vuelve a colocar la celda solar boca arriba para que la luz la ilumine directamente. Se utiliza el multímetro para medir la corriente a través de la celda solar. Se puede observar cómo cambia la corriente al inclinar la celda solar. En nuestro experimento, la corriente de cortocircuito fue de 0.48 amperios en pleno sol.
Investigación 4: Uso de una celda solar para alimentar un motor
En esta investigación, se utiliza una celda solar para alimentar un motor eléctrico. Se observa cómo el eje del motor gira cuando está expuesto al sol. También se mide la tensión y la corriente a través del motor mientras gira. En nuestro experimento, la potencia entregada por la celda solar al motor fue de 0.12 vatios.
Para calcular la potencia de una celda solar, se multiplica la tensión por la corriente. La potencia máxima teórica de una celda solar se calcula multiplicando la tensión de circuito abierto por la corriente de cortocircuito. En nuestro experimento, la potencia máxima teórica fue de 0.58 vatios. La eficiencia de una celda solar se calcula dividiendo la potencia eléctrica entregada por la celda entre la potencia solar incidente. En nuestro experimento, la eficiencia fue de 8%.
¿Qué es el calentamiento solar en física?
El calentamiento solar es el uso de la luz solar para calentar agua o aire en los edificios. Existen dos tipos de calentamiento solar: pasivo y activo. El calentamiento solar pasivo aprovecha el diseño arquitectónico para calentar los edificios. La ubicación, estructura y materiales del edificio se utilizan para maximizar el efecto de calentamiento (y de iluminación) de la luz solar, reduciendo así la necesidad de combustible. Por ejemplo, un edificio bien aislado con una gran ventana de vidrio orientada al sur puede capturar eficazmente el calor en días soleados y reducir la dependencia de gas, petróleo o electricidad. La entrada de luz solar calienta el aire...