En nuestro anterior post, nos centramos en hablar sobre la energía solar, explicando los diferentes usos que se le podían dar.
Ahora que ya sabes cómo podrías beneficiarte de ella, te ilustraremos en detalle sobre el funcionamiento técnico de cada una de sus formas, para que te conviertas en un experto en la materia.
La energía solar no solo es una fuente inagotable de energía limpia y renovable, sino que también representa una solución clave para las empresas industriales en su camino hacia la autosuficiencia y sostenibilidad energética.
¿Qué es la energía solar?
La energía solar representa una fuente de energía limpia y renovable, obtenida directamente del sol, en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta).
Esta energía se puede capturar y aprovechar mediante tecnologías como los paneles solares fotovoltaicos y los colectores solares térmicos, que la transforman en electricidad o la utilizan para calentar agua y aire.
¿Cómo funciona la energía solar?
El proceso de conversión de la energía solar en electricidad o calor utiliza tecnologías específicas que capturan la radiación solar y la transforman en una forma de energía útil.
Este proceso varía dependiendo del tipo de energía solar empleada, pero el principio básico siempre es el mismo: aprovechar la luz del sol para generar energía de forma sostenible.
Tipos de energía solar y cómo funcionan
La energía solar se clasifica en varias categorías, cada una con su mecanismo de funcionamiento específico.
A continuación, exploraremos los principales tipos de energía solar (la fotovoltaica, la térmica, la pasiva y la híbrida), y cómo cada uno contribuye a la generación de energía limpia.
¿Cómo funciona la energía fotovoltaica?
La energía fotovoltaica es uno de los métodos más eficaces y populares para convertir la energía solar en electricidad. Este proceso se basa en el principio del efecto fotovoltaico, un fenómeno físico por el cual los materiales semiconductores son capaces de convertir la luz solar directamente en electricidad. Vamos a explorar en detalle cómo funciona este proceso, desde la captura de la luz solar hasta su transformación en energía utilizable.
Principio del Efecto Fotovoltaico
El efecto fotovoltaico se produce cuando los fotones de la luz solar impactan sobre un material semiconductor, como el silicio, contenido en las células fotovoltaicas de los paneles solares. La energía de estos fotones es absorbida por los electrones del material semiconductor, lo que les proporciona suficiente energía como para liberarse de sus átomos y fluir a través del material, creando así una corriente eléctrica.
Componentes de un Sistema Fotovoltaico
Un sistema fotovoltaico típico incluye varios componentes clave:
- Paneles fotovoltaicos: son los dispositivos que convierten la luz solar en electricidad.
- Inversor: convierte la corriente continua generada por los paneles fotovoltaicos en corriente alterna, que es la corriente que se utiliza en la red eléctrica.
- Baterías: almacenan la electricidad generada por los paneles fotovoltaicos para su uso posterior.
- Montaje: es el soporte que mantiene los paneles fotovoltaicos en su lugar.
Proceso de Conversión Energética
Cuando la luz solar incide sobre un panel solar, las células fotovoltaicas absorben los fotones y liberan electrones, creando una corriente eléctrica. Esta corriente fluye hacia el inversor, donde se transforma en corriente alterna.
La energía eléctrica ya convertida puede ser utilizada de inmediato por los dispositivos eléctricos del hogar o la empresa, o bien ser enviada hacia la red eléctrica.
¿Cómo funciona la energía solar térmica?
La energía solar térmica es una tecnología que aprovecha la radiación solar para producir calor, el cual puede ser utilizado para diversos fines, como la calefacción de espacios, la producción de agua caliente sanitaria y, en aplicaciones más avanzadas, la generación de electricidad.
Este proceso implica convertir la energía del sol en energía térmica, utilizando para ello diferentes tipos de sistemas y tecnologías. A continuación, detallaremos cómo funciona este proceso, abarcando desde la captura de la radiación solar hasta su conversión en calor útil.
Captura de la Energía Solar
El componente principal de un sistema solar térmico es el colector solar, diseñado específicamente para capturar la energía del sol. Existen varios tipos de colectores, siendo los más comunes los colectores planos y los colectores de tubo de vacío.
Transferencia y Almacenamiento de Calor
Una vez que el fluido dentro de los colectores se calienta, es necesario transportarlo hacia un lugar donde el calor pueda ser utilizado o almacenado. Esto se logra mediante un sistema de circulación, que puede ser activo (con bombas que mueven el fluido) o pasivo (aprovechando la convección natural del calor).
El calor capturado puede ser utilizado de manera directa, como en sistemas de calefacción por suelo radiante o para calentar agua de uso doméstico, o almacenado en tanques de almacenamiento térmico para su uso posterior. Estos tanques permiten que el sistema proporcione calor incluso cuando no hay sol, como durante la noche o en días muy nublados.
Clasificación en: baja, media y alta temperatura
Si bien la energía solar térmica se puede clasificar según diferentes criterios, uno de los más comunes es según los rangos de temperatura que cada sistema es capaz de alcanzar y las aplicaciones para las cuales cada uno es más adecuado.
Esto da lugar a tres categorías (alta, media y baja temperatura), que se refiere básicamente a los rangos de temperatura que cada sistema es capaz de alcanzar y las aplicaciones para las cuales cada uno es más adecuado. A continuación, te explicamos cada categoría:
- Baja temperatura: Ideal para calentar agua en viviendas o piscinas.
- Media temperatura: Se aplica en ciertos procesos industriales y calefacción de espacios más grandes.
- Alta temperatura: Utilizada en centrales termoeléctricas para generar electricidad a gran escala.
¿Cómo funciona la energía solar pasiva?
La energía solar pasiva es una estrategia de diseño que aprovecha la luz y el calor del sol de manera directa para mantener los edificios confortables térmicamente, reduciendo o eliminando la necesidad de calefacción y refrigeración mecánica.
Este enfoque se basa en la correcta orientación del edificio, el diseño de su envolvente, la selección de materiales y la integración de elementos arquitectónicos que colectivamente capturan, almacenan y distribuyen la energía solar durante las diferentes estaciones del año.
A diferencia de los sistemas solares activos, que utilizan dispositivos mecánicos para convertir o distribuir el calor, la energía solar pasiva se centra en el diseño inteligente y la interacción natural con el entorno.
Es por ello que estos son algunos de los elementos que debemos tener en cuenta, si queremos aprovecharnos de esta fuente energética.
Principios de la Energía Solar Pasiva
- Orientación y diseño del edificio: la orientación hacia el sur (en el hemisferio norte) de las áreas vidriadas maximiza la captura de luz solar directa en invierno, cuando el sol está más bajo en el horizonte. Durante el verano, cuando el sol está alto, se diseñan aleros o se plantan árboles para proporcionar sombra y reducir la ganancia de calor.
- Materiales con masa térmica: los materiales como el hormigón, la piedra o el ladrillo tienen la capacidad de absorber, almacenar y liberar calor. Colocados estratégicamente dentro del edificio, estos materiales pueden almacenar el calor del sol durante el día y liberarlo lentamente durante la noche, ayudando a mantener una temperatura interior más constante.
- Aislamiento y estanqueidad: un buen aislamiento reduce la pérdida de calor en invierno y la ganancia de calor en verano. La estanqueidad al aire previene las corrientes de aire no deseadas, manteniendo el confort térmico y reduciendo la demanda energética para calefacción y refrigeración.
- Ventilación natural: la estrategia de enfriamiento pasivo también puede incluir la ventilación natural, aprovechando las corrientes de aire para enfriar los espacios durante la noche o en los períodos más frescos del día, especialmente en las estaciones intermedias.
¿Cómo funciona la energía solar híbrida?
La energía solar híbrida representa una solución innovadora que combina las tecnologías fotovoltaica y térmica en un único sistema integrado, con el objetivo de maximizar la eficiencia en la captación y utilización de la energía solar.
Esto permite generar tanto electricidad como calor a partir de la misma superficie de captación, optimizando el espacio y los recursos disponibles, especialmente en aplicaciones residenciales, comerciales, e industriales donde tanto el calor como la electricidad son demandados simultáneamente.
Principios de Funcionamiento de la Energía Solar Híbrida
El sistema híbrido solar combina paneles fotovoltaicos, que convierten la luz solar directamente en electricidad, con un componente térmico que aprovecha el calor generado por estos paneles para producir agua caliente o para procesos de calefacción.
Los paneles híbridos, también conocidos como paneles fotovoltaicos térmicos, integran ambas funcionalidades en una única unidad, lo que representa un avance significativo en términos de eficiencia y versatilidad comparado con los sistemas que solo ofrecen una de estas funcionalidades.
Componentes Clave del Sistema Solar Híbrido
- Paneles Fotovoltaicos Térmicos: estos son el corazón del sistema híbrido. Incorporan células fotovoltaicas para la producción de electricidad, rodeadas por un sistema de captación térmica que recoge el calor excedente generado por las células. Este diseño permite que el panel opere con mayor eficiencia, ya que la refrigeración activa de las células mejora su rendimiento eléctrico mientras se captura calor útil para aplicaciones térmicas.
- Sistema de Circulación: un sistema de circulación de fluido (generalmente agua o una mezcla de agua y anticongelante) transporta el calor desde los paneles hacia un intercambiador de calor o hacia un sistema de almacenamiento térmico. Este fluido puede ser utilizado directamente para calefacción o puede alimentar un intercambiador de calor para diferentes aplicaciones, como el calentamiento de agua o el soporte a sistemas de calefacción por suelo radiante.
- Controlador del Sistema: el controlador gestiona tanto la producción eléctrica como la térmica, optimizando el sistema para alcanzar la máxima eficiencia. Regula el flujo del fluido de circulación según la demanda de calor y puede integrarse con otros sistemas del edificio para una gestión energética más eficiente.
- Sistema de Almacenamiento Térmico: se trata de un tanque de almacenamiento térmico almacena el calor capturado para su uso cuando sea necesario. Esto permite una mayor flexibilidad en el uso de la energía térmica, haciendo posible su utilización durante las noches o en días nublados.
