Solar Energy Review (Informe Energía Solar)

Solar Energy Review (Informe Energía Solar)

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  UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARBÓN Y MEDIO AMBIENTE PROFESORA: CARMEN ROSA FORERO ENERGÍA SOLAR Diego Fernando González Castillo Código: 0831746 1. INTRODUCCIÓN La energía solar, energía radiante del sol recibida en la tierra, es una fuente de energía que tiene importantes ventajas sobre otras y que, para su aprovechamiento, también presenta varias dificultades. Entre sus ventajas se destacan principalmente su naturaleza inagotable, renovable y su utilización libre de polución. Pero, para su utilización, es necesario tener en cuenta su naturaleza intermitente, su variabilidad fuera del control del hombre y su baja densidad de potencia. Estas dificultades conllevan entonces la necesidad de transformarla a otra forma de energía para su almacenamiento y posterior uso. La baja densidad de potencia resulta en que es una fuente extensiva: para mayor potencia, mayor extensión de equipos de conversión. La ingeniería solar precisamente se ocupa de asegurar el suministro confiable de energía para el usuario teniendo en cuenta estas características. La energía solar se transforma en la naturaleza en otras formas de energía, como biomasa y energía eólica, pero también se puede transformar a otras formas de energía como calor y electricidad. Las aplicaciones más difundidas en Colombia son el calentamiento de agua, para uso doméstico, industrial y recreacional (calentamiento de agua para piscinas) y la generación de electricidad a pequeña escala. Otras aplicaciones menos difundidas son el secado solar de productos agrícolas y la destilación solar de agua de mar u otras aguas no potables.
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  TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 3 2.1. Objetivo General ................................................................................................ 3 2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 3 3. GENERALIDADES.................................................................................................. 3 4. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR ................................................................................. 5 4.1. Energía solar térmica ......................................................................................... 5 4.2. Energía solar fotovoltaica .................................................................................. 6 5. IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................ 7 5.1. Ventajas de la energía solar ............................................................................... 7 5.2. Desventajas de Energía Solar............................................................................. 8 6. SITUACIÓN MUNDIAL ......................................................................................... 9 6.1. Datos de interés. ................................................................................................. 9 7. SITUACIÓN COLOMBIANA ............................................................................... 11 8. CONCLUSIONES .................................................................................................. 12 9. REFERENCIAS ...................................................................................................... 13 10. CIBERGRAFÍA .................................................................................................. 13
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  2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General Realizar un estudio bibliográfico acerca de las generalidades de la Energía Solar abordando temas como historia, impacto ambiental y situación actual de esta energía renovable. 2.2 Objetivos Específicos Definir el concepto de la energía solar definiéndola de forma técnica y profundizando en su aplicación como recurso energético. Definir los conceptos de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica. Explorar las ventajas y desventajas de la energía solar desde el punto de vista ambiental. Identificar la situación actual de la energía solar en el mundo y su posición en Colombia. 3. GENERALIDADES La energía solar es el calor y la luz que irradia el sol, controla el clima de la Tierra y permite la existencia de seres vivos en nuestro planeta. La energía solar se refiere específicamente a la conversión de la luz solar en electricidad a través de celdas o células fotovoltaicas. Cada día el sol irradia enormes cantidades de energía, irradia más energía en un segundo que lo que toda la humanidad ha utilizado desde el principio de los tiempos. La energía que constantemente se irradia desde el sol viene del sol mismo. Tal como otras estrellas, el sol es una gran masa de gases, en su mayoría hidrógeno y helio. Los átomos de hidrógeno en el núcleo del sol se combinan para formar helio y generan energía a través de un proceso llamado fusión nuclear. Durante la fusión nuclear, la alta presión y temperatura del sol causan que los átomos de hidrógeno se separen, y que sus núcleos se combinen. Cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un átomo de helio. El átomo de helio contiene menos masa que los cuatro átomos de hidrógeno que se fusionaron, es por ello que cierta cantidad de masa se pierde durante la fusión nuclear. Esta materia perdida se emite hacia el espacio en forma de energía radiante. Toma millones de años para que la energía en el núcleo del sol llegue a la superficie solar, y tan solo 8 minutos en recorrer 149 millones de kilómetros hasta la tierra. La
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  energía solar viajahacia la tierra a una velocidad de 186,000 millas por segundo, la velocidad de la luz. Sólo una muy pequeña cantidad de la energía que se irradia de desde el sol hasta el espacio llega a la tierra, dos mil millonésimas partes. Aun así esta cantidad de energía es suficiente, la energía solar que llega a la tierra en un sólo día sería suficiente para abastecer a nuestro planeta por un año y medio, esto si la aprovecháramos eficientemente. Alrededor del 15 % de la energía del sol que llega a la tierra se refleja de regreso al espacio. Un 30% se utiliza para evaporar agua, que al elevarse a la atmósfera produce lluvia. La energía solar también la absorben las plantas y los océanos. El resto de la energía solar es la que tenemos disponible para cubrir nuestras necesidades energéticas (luz, electricidad, calor, etc). Figura 1. Balance de la Energía Solar que entra a la Tierra. Los seres humanos han aprovechado la energía solar por siglos. Desde el siglo VII a.C., las personas utilizaban lupas magnificadoras para concentrar la luz del sol en rayos tan calientes que podían encender llamas en la madera. Hace más de 100 años, en Francia, un científico utilizo el calor del sol para producir vapor y echar a andar un motor de vapor. A principios del siglo pasado, gran cantidad de científicos e ingenieros comenzaron a investigar diferentes maneras para aprovechar la energía solar. Un desarrollo importante fue un calentador solar para agua inventado por Charles Greeley Abbott, un astrofísico norteamericano, en 1936.
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  El calentamiento deagua con energía solar tuvo popularidad en las regiones del sureste de Estados Unidos desde los años veintes. Fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial que se empezó a crecer la investigación en el campo de la energía solar. Este crecimiento duró hasta mediados de los años cincuenta, cuando el bajo costo del gas natural lo convirtió en el principal combustible para calentar hogares. La población y los gobiernos permanecieron indiferentes a las posibilidades de la energía solar, hasta la escasez de petróleo de los años setenta. En nuestros días las personas utilizan la energía solar para calentar edificios y agua, y para generar electricidad. Si se utiliza la energía solar, no se genera contaminación de aire o agua, y es una enorme y gratis fuente de energía. 4. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR 4.1. Energía solar térmica La energía solar térmica o energía termo solar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor, que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales. Figura 2. Energía Solar Térmica.
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  4.2.Energía solar fotovoltaica Laenergía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica - voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-detección cuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos. Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución. Éstos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones eléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es un plástico al que se le suelen añadir unas láminas finas y transparentes que se funden para crear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto. La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor e inyectar en la red eléctrica (para venta de energía) o bien en la red interior (para autoconsumo). El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380- 800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. En plantas de potencia inferior a 100kW se inyecta la energía directamente a la red de distribución en baja tensión (230V). Y para potencias superiores a los 100kW se utiliza un transformador para elevar la energía a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte. En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como señalización de vías públicas, estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial todavía no tiene acceso a la energía eléctrica. Figura 3. Energía Solar Fotovoltaica.
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  5. IMPACTO AMBIENTAL Acontinuación se muestra una lista de los pros y los contras de la energía solar. Estas ventajas y desventajas cubren áreas como la energía solar para el hogar, y el uso industrial de la energía solar. Figura 4. La energía solar y su impacto ambiental. 5.1. Ventajas de la energía solar Los paneles solares no emiten contaminación, la contaminación sólo se produce como resultado de la fabricación de los paneles solares en sus las fábricas, el transporte de las mercancías, y la instalación. La producción de energía por el uso de combustibles fósiles y algunos combustibles renovables (turbinas eólicas) puede ser ruidoso, pero la energía solar produce electricidad en nivel muy bajo. Una de las grandes ventajas de la energía solar es la capacidad de aprovechar la electricidad en lugares remotos que no están vinculados a una red nacional. Un buen ejemplo de esto es en el espacio, donde los satélites son alimentados por células solares de alta eficiencia. La instalación de paneles solares en lugares remotos, por lo general es mucho más rentable que la colocación de los cables de alta tensión necesaria. La energía solar puede ser muy eficiente en una amplia zona del globo, y las nuevas tecnologías permiten una producción de energía más eficiente en los días nublados / apagado.
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  Los paneles solarespueden ser instalados en la parte superior de los techos, lo que elimina el problema de encontrar el espacio necesario para la colocación de paneles solares. Figura 5. Paneles Solares sobre el techo de una casa. Otro gran pro de la energía solar es el costo. Aunque la inversión inicial de las células solares es alta, una vez instaladas, proporcionan una fuente gratuita de energía eléctrica, que dará sus frutos en los próximos años. El uso de la energía solar para producir electricidad permite al usuario ser menos dependiente de los suministros de combustibles fósiles mundos. 5.2. Desventajas de Energía Solar El mayor problema de la energía solar es el costo inicial de las células solares. Actualmente, los precios de las células solares de alta eficiencia puede estar por encima de USD 1000, y algunos hogares pueden necesitar más de uno. Esto hace que la instalación inicial de paneles solares sea muy costosa. La energía solar sólo es capaz de generar electricidad durante el día. Esto significa que alrededor de la mitad de cada día los paneles solares no producen ninguna energía para su hogar. El clima puede afectar la eficiencia de células solares. Los niveles de contaminación puede afectar a la eficiencia de células solares, esto sería una problema importante para las empresas o industrias que deseen instalar paneles solares en zonas muy contaminadas como los son algunas ciudades.
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  6. SITUACIÓN MUNDIAL Losinversionistas continúan buscando posibilidades para invertir el dinero y lograr inigualables resultados, en épocas en donde los productos tradicionales bancarios no aseguran un llamativo fundamental debido a los bajos intereses que se perciben. Por esto, surgen los comodities y dentro de estos, la oportunidad de invertir en la energía solar, un procedimiento natural, aparentemente inagotable e infinito, que se obtiene sencillamente y sin desvíos del sol. En fundamental cuando ya se empieza a pensar que las energías tradicionales eléctricas y provenientes del petróleo, obtendrán tener un fin, no en el corto término, aunque si en algún instante. Aunque no existen fondos de inversión específicos que se asocien y emprendan la captación de procedimientos hacia las energías renovables como la solar, si existe gran actividad en las empresas que cotizan en la bolsa y que se relacionan con este trascendente y novedoso procedimiento natural energético que se continua perfeccionando e investigando, para que sus aplicaciones de uso se hagan más accesibles al público. La prueba es que ya existen cargadores de energía para aparatos de uso doméstico, edificios que se benefician de paneles de energía solar para su energía cotidiana, autos y otros medios de uso cotidiano. De acuerdo con lo anterior, es notable que la situación mundial de la energía solar está en mejora debido a su gran acogida por muchos países y por la creciente conciencia ambiental que poco a poco se está apropiando en el mundo. 6.1. Datos de interés. ¿Cuáles son los primordiales países productores de energía solar? Dos países europeos lideran la producción de energía solar en el planeta, Alemania y España, seguidas de Japón, Italia y los Estados Unidos. Este es el panorama inicial de los países donde se encuentran inigualables oportunidades de inversión en energía solar. Adicionalmente se unen República Checa, Francia, Corea, China y Bélgica. Por otro lado se unen en América latina, México, Brasil, Perú, Chile, Colombia, Nicaragua, Panamá, Costa Rica, Guatemala y Uruguay. ¿Beneficios de invertir en energía solar? Por ser la energía solar un procedimiento que se accede del sol en forma libre, que se continua perfeccionando a lo largo y ancho del planeta, que deja llegar a regiones apartadas con situaciones difíciles de acceso a la energía tradicional, más y más empresas se continúan perfeccionando para generar energía eléctrica, las cuales precisan de procedimientos y de capital de trabajo, por el cual están dispuestas a rembolsar atrayentes intereses de rentabilidad. Para esto, se generan fondos de inversión, por
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  ejemplo en laGran Bretaña “Abundance” te vende planes de inversión desde cantidades menores de un solo dígito hasta grandes cantidades de libras esterlinas, obteniendo rentabilidades cercanas al 10%. Actualidad Alemania se situó durante agosto pasado como el líder mundial en energía solar, al ser el país con la mayor capacidad de aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol, de más de 30 Gigawatts pico (GWp). De acuerdo con el informe “El mercado fotovoltaico en Alemania 2012-2013” realizado por analistas de Germany Trade & Invest, tan solo el mes pasado en el país germano se instalaron aproximadamente 320 Megawatts pico (MWp) de capacidad adicional de energía solar. Con lo anterior, Alemania cuenta ahora con más potencia solar instalada que el resto de Europa combinada, de acuerdo con datos de Germany Trade & Invest y que están siendo anunciados en el marco de la 27 Conferencia Europea de Energía Solar Fotovoltaica y Expo, que se celebra del 24 al 28 de septiembre en Frankfurt. Al respecto, el experto en la industria fotovoltaica de Germany Trade & Invest, Tobías Rotchacher, explicó que la evolución positiva del mercado y los cambios en curso de la industria ponen a Alemania como “el favorito mundial en energía solar”. Expuso que las instalaciones de energía solar han crecido en Alemania, aun cuando los legisladores han regateado más de lo esperado las reducciones de la tarifa TIF, a través de la cual los consumidores de poder subsidian el costo de las instalaciones de energía solar. Desde luego, debido a este incremento en la industria fotovoltaica, los costos de energía solar en Alemania son mucho más bajos que en otros lugares del mundo, como Estados Unidos. Figura 6. Energía Solar en Alemania.
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  7. SITUACIÓN COLOMBIANA Durantelos últimos años el impacto ambiental mundial ha provocado una reacción en cadena de los diferentes actores contribuyentes al aumento de temperatura. Es por esto que los países alrededor del mundo se han visto en la obligación de regular estas variaciones y ver en las energías renovables una alternativa para la lograr una mayor sostenibilidad. Colombia ingresó recientemente a la Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena), de la cual hacen parte 50 países, ratificando su posición como país gestor de desarrollo de tecnologías de producción limpias y amigables con el ambiente. La agencia, fue creada con el objetivo de promover las energías renovables en todo el mundo y proporcionar asesoría y logística a los estados asociados. Las energías renovables se convierten en el camino para lograr que el consumo de energía se reduzca en el mundo. Entidades como la Unep (United Nations Environment Programme) prevé que en los próximos dos años, más de un 50% de la inversión de energía será en fuentes alternativas. Colombia está incrementando su potencial renovable con proyectos en diferentes áreas del país, para posicionarse como líder en la materia en Sur América. Actualmente, la necesidad mundial es generar electricidad con fuentes no contaminantes, que preserven tanto los recursos secundarios (carbón, petróleo, madera y gas), como la capa de ozono, el medio ambiente y la naturaleza en general. Para esto se están buscando alternativas en la producción de energía eléctrica, para todos los procesos tanto industriales como domésticos. Colombia tiene un gran potencial en energías primarias, una prueba de esto es que más del 70% de la producción eléctrica proviene de la hidroelectricidad, por la cantidad de agua que existe en el territorio nacional. Pero si se mira profundamente, Colombia es privilegiada por la posición geográfica en diferentes tipos de explotación de energías alternativas, una de estas la solar. Nuestro país está ubicado en la zona ecuatorial, lo que permite contar con radiación solar constante en determinadas zonas del territorio, uno de los elementos claves para convertirse en generador de energía solar. Este efecto puede durar las 12 horas al día, registrando incluso los índices más altos a nivel mundial, junto con los registrados en África. La radiación media es de 4.5 kWh/m2, y el área con mejor recurso solar es la Península de la Guajira, con 6kWh/m2 de radiación. De los 6 MW de energía solar instalados en Colombia (equivalente a aproximadamente 78,000 paneles solares), 57% está distribuido para aplicaciones rurales y 43 % para torres de comunicación y señalizaciones de tránsito. Los paneles solares, íconos de la energía solar, se han convertido en una herramienta vital para el acceso a la energía que claramente tienen
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  dos tipos deaplicaciones: la producción en hogares y edificaciones y como segunda instancia la producción en masa o granjas solares. La primera modalidad permite la implementación de paneles para cubrir todas las necesidades energéticas de un hogar. Su comercialización se ha visto beneficiada por la disminución en los precios de las placas solares, que junto con las legislaciones de los países occidentales, han impulsado la utilización de este tipo de energía. Figura 7. Energía Solar, Bogotá - Colombia. 8. CONCLUSIONES La energía solar se posiciona como la energía renovable del futuro, por su variabilidad de usos y aplicaciones, tanto industriales como hogareñas. La energía solar no emite contaminación, la contaminación sólo se produce como resultado de la fabricación de los paneles solares en sus las fábricas, el transporte de las mercancías, y la instalación. La situación mundial de la energía solar está en mejora debido a su gran acogida por muchos países y por la creciente conciencia ambiental que poco a poco se está apropiando en el mundo.
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  Colombia ratifica suposición como país gestor de desarrollo de tecnologías de producción limpias y amigables con el ambiente, implementando su visión en la implantación de energías renovables. 9. REFERENCIAS “Un Blog Verde”, Medio Ambiente y Calentamiento Global, Copyright © 2012. “Energía Solar” Wikipedia®, Fundación Wikimedia, Inc.2012. “Ciencias De La Tierra Y Del Medio Ambiente”, Libro electrónico, Energía Solar, 2012. “World Consumption of Primary Energy by Energy Type and Selected Country Groups, 1980-2004”. Energy Information Administration. 2008. Informe Marzo 2012 Comisión Nacional de la Energía (CNE). 10. CIBERGRAFÍA http://www.greenpeace.org/espana/es/news/la-energ-a-solar-puede-dar-ele/ http://files.epia.org/files/Global-Market-Outlook-2016.pdf http://www.wikipedia.org/energiasolar