Las ventajas de la energía solar incluyen: Energía solar en Rusia: perspectivas y problemas de desarrollo.

Desde la antigüedad, la gente ha hablado del Sol como poderoso y grande, elevándolo en sus religiones a la categoría de objeto animado. La luminaria era adorada, alabada, medía el tiempo y siempre se la consideraba la fuente principal de bendiciones terrenales.

La necesidad de energía solar.

Han pasado milenios. La humanidad ha entrado en una nueva era de su desarrollo y está disfrutando de los frutos del progreso tecnológico en rápido desarrollo. Sin embargo, hasta el día de hoy, es el Sol el que representa la principal fuente natural de calor y, en consecuencia, de vida.

¿Cómo utiliza la humanidad el Sol en sus actividades diarias? Consideremos este tema con más detalle.

"Trabajo" del sol

El cuerpo celeste sirve como única fuente de energía necesaria para la fotosíntesis de las plantas. El sol pone en marcha el ciclo del agua, y sólo gracias a él nuestro planeta dispone de todos los combustibles fósiles conocidos por la humanidad. Y la gente también utiliza el poder de esta brillante estrella para satisfacer sus necesidades de energía eléctrica y térmica. Sin esto, la vida en el planeta sería simplemente imposible.

Principal fuente de energía

La naturaleza se asegura sabiamente de que la humanidad reciba sus dones del cuerpo celeste. La energía solar llega a la Tierra transmitiendo ondas de radiación a la superficie de los continentes y las aguas. Además, de todo el espectro enviado sólo nos llegan:

1. Ondas ultravioleta. Son invisibles para el ojo humano y constituyen aproximadamente el 2% del espectro total.

2. Ondas de luz. Esto es aproximadamente la mitad de la energía del Sol que llega a la superficie de la Tierra. Gracias a las ondas de luz, una persona ve todos los colores del mundo que le rodea.

3. Ondas infrarrojas. Constituyen aproximadamente el 49% del espectro y calientan la superficie del agua y la tierra. Son estas ondas las que tienen mayor demanda en el uso de la energía solar en la Tierra.

Principio de conversión de ondas infrarrojas.

¿Cómo ocurre el proceso de utilización de la energía solar en la Tierra? Como cualquier otra acción similar, se realiza según el principio de transformación directa. Para hacer esto, solo necesitas una superficie especial. Cuando la luz del sol incide sobre él, sufre el proceso de convertirse en energía. Para obtener calor, es necesario involucrar un colector en este circuito. Absorbe ondas infrarrojas. Además, en un dispositivo que utiliza energía solar, ciertamente hay dispositivos de almacenamiento. Para calentar el producto final, se instalan intercambiadores de calor especiales.

El objetivo que persigue la energía solar es obtener el calor y la luz que tanto necesita la humanidad. La nueva industria a veces se llama energía solar. Después de todo, Helios traducido del griego significa sol.

funcionamiento del complejo

En teoría, cada uno de nosotros puede calcular una instalación solar. Después de todo, se sabe que, habiendo recorrido el camino desde la única estrella de nuestro sistema galáctico hasta la Tierra, una corriente de rayos de luz traerá consigo una carga de energía igual a 1367 W por metro cuadrado. Esta es la llamada constante solar, que existe en la entrada de las capas atmosféricas. Esta opción sólo es posible si condiciones ideales, que simplemente no existen en la naturaleza. Después de atravesar la atmósfera, los rayos del sol traerán al ecuador 1020 vatios por metro cuadrado. Pero debido al cambio de día y de noche, podemos obtener tres veces menos valor. En cuanto a las latitudes templadas, aquí no solo cambia la duración de las horas de luz, sino también la estacionalidad. Por lo tanto, la generación de electricidad en lugares alejados del ecuador deberá reducirse en otro factor de dos al realizar el cálculo.

Geografía de las radiaciones del cuerpo celeste.

¿Dónde puede funcionar la energía solar de manera bastante eficiente? Las condiciones naturales para la colocación de plantas juegan un papel importante en esta industria en desarrollo.
La distribución de la radiación solar en la superficie terrestre es desigual. En algunas regiones, el rayo de sol es un invitado raro y muy esperado, en otras puede tener un efecto deprimente en todos los seres vivos.

La cantidad de radiación solar que recibe una zona concreta depende de su latitud. Las mayores dosis de energía luminosa natural las reciben los estados ubicados cerca del ecuador. Pero eso no es todo. El volumen del flujo solar depende de la cantidad. dias claros, que cambian durante la transición de una zona climática a otra. Los flujos de aire y otras características de la región pueden aumentar o disminuir el grado de radiación. Los beneficios de la energía solar son los más familiares:

Los países del noreste de África y algunas regiones del suroeste y centro del continente;
- residentes de la Península Arábiga;
- la costa este de África;
- noroeste de Australia y algunas islas de Indonesia;
- Costa oeste de América del Sur.

En cuanto a Rusia, como muestran las mediciones realizadas en su territorio, las regiones fronterizas con China, así como las zonas del norte, disfrutan de las mayores dosis de radiación solar. ¿Y en qué parte de nuestro país el Sol calienta menos la Tierra? Esta es la región noroeste, que incluye San Petersburgo y sus alrededores.

Plantas de energía

Es difícil imaginar nuestra vida sin utilizar la energía del Sol en la Tierra. ¿Cómo aplicarlo? Los rayos de luz se pueden utilizar para generar electricidad. La necesidad crece cada año y las reservas de gas, petróleo y carbón están disminuyendo a un ritmo rápido. Por eso en las últimas décadas se ha comenzado a construir plantas de energía solar. Al fin y al cabo, estas instalaciones permiten el uso de fuentes de energía alternativas, ahorrando significativamente recursos naturales.

Las plantas de energía solar funcionan gracias a fotocélulas integradas en su superficie. Además, en los últimos años ha sido posible aumentar significativamente la eficiencia de dichos sistemas. Las instalaciones solares comenzaron a producirse a partir de los últimos materiales y el uso de soluciones de ingeniería creativas. Esto aumentó significativamente su poder.

Según algunos investigadores, en un futuro próximo la humanidad puede abandonar los métodos tradicionales existentes de generación de electricidad. Las necesidades de las personas quedarán plenamente satisfechas por el cuerpo celeste.

Las plantas de energía solar pueden tener varios tamaños. Los más pequeños son privados. Estos sistemas tienen sólo unos pocos paneles solares. Las instalaciones más grandes y complejas ocupan superficies que superan los diez kilómetros cuadrados.

Todas las plantas de energía solar se dividen en seis tipos. Entre ellos:

Torre;
- instalaciones con fotocélulas;
- en forma de disco;
- parabólico;
- aspiradora solar;
- mezclado.

El tipo más común de central eléctrica es la torre. Esta es una estructura alta. Exteriormente, parece una torre con un depósito ubicado en ella. El recipiente se llena de agua y se pinta de negro. Alrededor de la torre hay espejos, cuya superficie supera los 8 metros cuadrados. Todo este sistema está conectado a un único panel de control, gracias al cual puedes dirigir el ángulo de los espejos para que reflejen constantemente la luz del sol. Los rayos dirigidos al tanque calientan el agua. El sistema produce vapor, que se utiliza para generar electricidad.

Cuando se operan plantas de energía de tipo fotocélula, se utilizan baterías solares. Hoy en día, estas instalaciones se han vuelto especialmente populares. Después de todo, los paneles solares se pueden instalar en pequeños bloques, lo que permite su uso no sólo en empresas industriales, sino también en hogares privados.

Si tú ves linea entera enormes antenas parabólicas, en adentro Si sabe qué placas de espejo están instaladas, sepa que se trata de centrales eléctricas parabólicas que funcionan con radiación solar. El principio de su funcionamiento es similar al de los mismos sistemas tipo torre. Captan un rayo de luz y calientan el receptor con el líquido. A continuación se genera vapor, que se utiliza para producir electricidad.

Las estaciones parabólicas funcionan de la misma manera que las clasificadas como de torre y parabólicas. Las diferencias radican únicamente en las características de diseño de la instalación. A primera vista, parece un enorme árbol de metal, cuyas hojas son espejos planos y redondos. En ellos se concentra la energía solar.

En una central solar de vacío se utiliza un método inusual para generar calor. Su diseño es un terreno cubierto con un techo circular. En el centro de esta estructura se eleva una torre hueca, en cuya base se instalan turbinas. La rotación de las palas de dicha central eléctrica se produce debido al flujo de aire que se produce debido a las diferencias de temperatura. El techo de cristal deja entrar los rayos del sol. Calientan la tierra. La temperatura del aire interior aumenta. La diferencia en las lecturas del termómetro interior y exterior crea corrientes de aire.

La energía solar también utiliza centrales eléctricas. tipo mixto. Podemos hablar de este tipo de sistemas en los casos en que, por ejemplo, se utilizan fotocélulas adicionales en las torres.

Ventajas y desventajas de la energía solar.

Cada sector de la economía nacional tiene sus lados positivos y negativos. También están disponibles cuando se utilizan flujos de luz. Las ventajas de la energía solar son las siguientes:

Respetuoso con el medio ambiente, porque no contamina ambiente;
- disponibilidad de los componentes principales: fotocélulas, que se venden no solo por aplicaciones industriales, pero también para crear pequeñas centrales eléctricas personales;
- inagotabilidad y autorrenovación de la fuente;
- costos en constante disminución.

Entre las desventajas de la energía solar se encuentran:

La influencia de la hora del día y las condiciones climáticas en el rendimiento de las centrales eléctricas;
- la necesidad de almacenamiento de energía;
- disminución de la productividad en función de la latitud en la que se encuentra la región y la época del año;
- gran calentamiento del aire, que se produce en la propia central eléctrica;
- la necesidad de una limpieza periódica de la contaminación que requiere el sistema de paneles solares, lo que resulta problemático debido a las grandes superficies en las que están instaladas las fotocélulas;
- el coste relativamente elevado de los equipos, que, aunque disminuyen cada año, siguen siendo inaccesibles para el gran consumidor.

Perspectivas de desarrollo

¿Cuáles son otras posibilidades para utilizar la energía solar en la Tierra? Hoy se augura un gran futuro para este complejo alternativo.

Las perspectivas para la energía solar son brillantes. Después de todo, ya se está realizando un trabajo a gran escala en esta dirección. Cada año aparecen en diferentes países del mundo más y más plantas de energía solar, cuyo tamaño sorprende por sus soluciones técnicas y su escala. Además, los especialistas de esta industria no dejan de realizar investigaciones científicas, cuyo objetivo es multiplicar el coeficiente. acción útil fotocélulas utilizadas en este tipo de instalaciones.

Los científicos han hecho un cálculo interesante. Si se instalaran fotocélulas en el territorio del planeta Tierra, que estaría ubicado en siete centésimas partes de su territorio, entonces, incluso con una eficiencia del 10%, proporcionarían a toda la humanidad el calor y la luz que necesita. Y ésta no es una perspectiva tan lejana. Al fin y al cabo, las fotocélulas que se utilizan hoy en día tienen una eficiencia del 30%. Al mismo tiempo, los científicos esperan aumentar este valor hasta el 85%.

El desarrollo de la energía solar avanza a un ritmo bastante rápido. La gente está seriamente preocupada por el problema del agotamiento de los recursos naturales y está buscando fuentes alternativas de calor y luz. Una solución así evitará la inevitable crisis energética para la humanidad, así como la inminente catástrofe medioambiental.

En los últimos años, los científicos se han interesado especialmente por las fuentes de energía alternativas. El petróleo y el gas se acabarán tarde o temprano, por lo que ahora tenemos que pensar en cómo sobreviviremos en esta situación. En Europa se utilizan activamente turbinas eólicas, alguien está intentando extraer energía del océano y hablaremos de energía solar. Después de todo, la estrella que vemos en el cielo casi todos los días puede ayudarnos a salvar y mejorar la situación medioambiental. Es difícil sobreestimar la importancia del sol para la Tierra: proporciona calor, luz y permite que funcione toda la vida en el planeta. Entonces, ¿por qué no encontrarle otro uso?

Una pequeña historia

A mediados del siglo XIX, el físico Alexandre Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico. Y a finales de siglo, Charles Fritts creó el primer dispositivo capaz de convertir la energía solar en electricidad. Para ello se utilizó selenio recubierto con una fina capa de oro. El efecto fue débil, pero es este invento el que a menudo se asocia con el comienzo de la era de la energía solar. Algunos científicos no están de acuerdo con esta formulación. Llaman al científico de fama mundial Albert Einstein el fundador de la era de la energía solar. En 1921 recibió el Premio Nobel por su explicación de las leyes del efecto fotoeléctrico externo.

Parecería que la energía solar es un camino prometedor de desarrollo. Pero existen muchos obstáculos para su entrada en todos los hogares, principalmente económicos y medioambientales. Descubriremos a continuación cuál es el coste de los paneles solares, qué daños pueden causar al medio ambiente y qué otros métodos existen para generar energía.

Métodos de ahorro

La tarea más urgente asociada con la domesticación de la energía del sol no es sólo su recepción, sino también su acumulación. Y esto es precisamente lo más difícil. Actualmente, los científicos han desarrollado sólo 3 métodos para controlar completamente la energía solar.

El primero se basa en el uso de un espejo parabólico y es un poco como jugar con una lupa, algo que todos conocemos desde la infancia. La luz pasa a través de la lente y converge en un punto. Si pones un trozo de papel en este lugar, se incendiará, ya que la temperatura de los rayos del sol cruzados es increíblemente alta. Un espejo parabólico es un disco cóncavo que se asemeja a un cuenco poco profundo. Este espejo, a diferencia de una lupa, no transmite, sino que refleja la luz del sol, recogiéndola en un punto, que suele estar dirigido a un tubo negro con agua. Este color se utiliza porque absorbe mejor la luz. El agua de la tubería se calienta con los rayos del sol y puede utilizarse para generar electricidad o para calentar casas pequeñas.

Calentador plano

Este método utiliza un sistema completamente diferente. El receptor de energía solar parece una estructura multicapa. El principio de su funcionamiento se ve así.

Al atravesar el cristal, los rayos inciden en el metal oscurecido, que absorbe mejor la luz. La radiación solar se transforma y calienta el agua que se encuentra debajo de la placa de hierro. Entonces todo sucede como en el primer método. El agua calentada se puede utilizar para calentar espacios o para producir energía eléctrica. Es cierto que la eficacia de este método no es tan alta como para poder utilizarlo en todas partes.

Por regla general, la energía solar así obtenida es calor. Para generar electricidad, se utiliza con mucha más frecuencia el tercer método.

Células solares

Estamos más familiarizados con este método de obtención de energía. Implica el uso de varias baterías o paneles solares, que se pueden encontrar en los tejados de muchas casas modernas. Este método es más complicado que el descrito anteriormente, pero mucho más prometedor. Esto es lo que hace posible convertir el sol en electricidad a escala industrial.

Los paneles especiales diseñados para captar los rayos están hechos de cristales de silicio enriquecidos. La luz del sol que los golpea saca al electrón de su órbita. Otro inmediatamente intenta ocupar su lugar, creando así una cadena en movimiento continuo, que crea una corriente. Si es necesario, se utiliza inmediatamente para alimentar dispositivos o se acumula como electricidad en baterías especiales.

La popularidad de este método se justifica por el hecho de que permite obtener más de 120 W con tan solo un metro cuadrado de batería solar. Al mismo tiempo, los paneles tienen un espesor relativamente pequeño, lo que permite colocarlos prácticamente en cualquier lugar.

Tipos de paneles de silicio

Existen varios tipos de paneles solares. Los primeros están fabricados con silicio monocristalino. Su eficiencia es aproximadamente del 15%. Estos son los más caros.

La eficiencia de los elementos fabricados a partir de silicio policristalino alcanza el 11%. Cuestan menos porque el material para ellos se obtiene mediante tecnología simplificada. El tercer tipo es el más económico y tiene una eficiencia mínima. Se trata de paneles fabricados con silicio amorfo, es decir, no cristalino. Además de la baja eficiencia, tienen otro inconveniente importante: la fragilidad.

Para aumentar la eficiencia, algunos fabricantes utilizan ambos lados del panel solar: el frontal y el posterior. Esto le permite capturar luz en grandes volúmenes y aumenta la cantidad de energía recibida entre un 15 y un 20%.

productores nacionales

La energía solar en la Tierra está cada vez más extendida. Incluso en nuestro país hay interés en estudiar esta industria. A pesar de que en Rusia el desarrollo de energías alternativas no es muy activo, se han logrado algunos éxitos. Actualmente, varias organizaciones se dedican a la creación de paneles para generar energía solar, principalmente institutos científicos de diversos campos y fábricas para la producción de equipos eléctricos.

1. NPF "Quark"
2. Planta mecánica OJSC Kovrov.
3. Instituto Panruso de Investigación para la Electrificación de la Agricultura.
4. ONG Mashinostroeniya.
5. JSC VIEN.
6. Planta de dispositivos metal-cerámicos de OJSC Ryazan.
7. JSC Pravdinsky Planta Experimental de Fuentes de Energía "Posit".

Ésta es sólo una pequeña parte de las empresas que participan activamente en el desarrollo de alternativas.

Impacto medioambiental

El abandono de las fuentes de energía del carbón y del petróleo no se debe sólo al hecho de que estos recursos tarde o temprano se agotarán. El hecho es que dañan enormemente el medio ambiente: contaminan el suelo, el aire y el agua, contribuyen al desarrollo de enfermedades en las personas y reducen la inmunidad. Por eso las fuentes de energía alternativas deben ser seguras desde el punto de vista medioambiental.

El silicio, que se utiliza para producir células solares, es seguro en sí mismo porque es materiales naturales. Pero después de limpiarlo quedan residuos. Pueden causar daños a los seres humanos y al medio ambiente si se utilizan incorrectamente.

Además, en una zona completamente llena de paneles solares, la iluminación natural puede verse alterada. Esto conducirá a cambios en el ecosistema existente. Pero, en general, el impacto medioambiental de los dispositivos diseñados para convertir la energía solar es mínimo.

Económico

Los costos más altos están asociados con el alto costo de las materias primas. Como ya hemos descubierto, se crean paneles especiales con silicona. A pesar de que este mineral se encuentra muy extendido en la naturaleza, su extracción plantea grandes desafíos. El hecho es que el silicio, que constituye más de una cuarta parte de la masa de la corteza terrestre, no es adecuado para la producción de células solares. Para estos fines, sólo es adecuado el material más puro obtenido industrialmente. Desafortunadamente, es extremadamente difícil obtener silicio puro a partir de arena.

El precio de este recurso es comparable al del uranio utilizado en las centrales nucleares. Por este motivo, el coste de los paneles solares se mantiene actualmente en un nivel bastante alto.

Tecnologías modernas

Los primeros intentos de controlar la energía solar aparecieron hace bastante tiempo. Desde entonces, muchos científicos han estado buscando activamente el equipo más eficaz. No sólo debería ser rentable, sino también compacto. Su eficiencia debe tender al máximo.

Los primeros pasos hacia un dispositivo ideal para recibir y convertir energía solar se dieron con la invención de las baterías de silicio. Por supuesto, el precio es bastante elevado, pero los paneles se pueden colocar en los techos y paredes de las casas, donde no molestarán a nadie. Y la eficacia de este tipo de baterías es innegable.

Pero La mejor manera aumentar la popularidad de la energía solar: hacerla más barata. Los científicos alemanes ya han propuesto sustituir el silicio por fibras sintéticas que puedan integrarse en tejidos u otros materiales. La eficiencia de una batería solar de este tipo no es muy alta. Pero una camiseta intercalada con fibras sintéticas puede al menos proporcionar electricidad a un teléfono inteligente o a un reproductor. También se trabaja activamente en el campo de la nanotecnología. Es probable que permitan que el sol se convierta en la fuente de energía más popular en este siglo. Los especialistas de Scates AS de Noruega ya han afirmado que la nanotecnología reducirá el coste de los paneles solares a la mitad.

Energía solar para el hogar

Probablemente mucha gente sueña con una vivienda que pueda mantenerse por sí misma: sin dependencia de la calefacción central, sin dificultades para pagar las facturas y sin daños al medio ambiente. Ya en muchos países se están construyendo activamente viviendas que consumen únicamente energía obtenida de fuentes alternativas. Un ejemplo sorprendente es la llamada casa solar.

Durante el proceso de construcción requerirá mayores inversiones que la tradicional. Pero después de varios años de funcionamiento, se recuperarán todos los costes: no tendrá que pagar la calefacción, agua caliente y electricidad. En una casa solar, todas estas comunicaciones están vinculadas a paneles fotovoltaicos especiales colocados en el techo. Además, los recursos energéticos obtenidos de esta manera no solo se gastan en las necesidades actuales, sino que también se acumulan para su uso nocturno y en tiempo nublado.

Actualmente, la construcción de este tipo de casas se lleva a cabo no solo en países cercanos al ecuador, donde es más fácil extraer energía solar. También se están construyendo en Canadá, Finlandia y Suecia.

Ventajas y desventajas

El desarrollo de tecnologías que permitan el uso generalizado de la energía solar podría llevarse a cabo de forma más activa. Pero hay ciertas razones por las que esto todavía no es una prioridad. Como dijimos anteriormente, la producción de paneles produce sustancias nocivas para el medio ambiente. Además, el equipo terminado contiene galio, arsénico, cadmio y plomo.

La necesidad de reciclar paneles fotovoltaicos también plantea muchas preguntas. Después de 50 años de funcionamiento dejarán de ser aptos para el servicio y tendrán que ser destruidos de alguna manera. ¿No causará esto un daño colosal a la naturaleza? También vale la pena considerar que la energía solar es un recurso voluble, cuya eficiencia depende de la hora del día y del clima. Y este es un inconveniente importante.

Pero, por supuesto, también hay ventajas. La energía solar se puede producir prácticamente en cualquier lugar de la Tierra, y el equipo para obtenerla y convertirla puede ser tan pequeño que cabe en la parte trasera de un teléfono inteligente. Lo que también es importante es que es un recurso renovable, lo que significa que la cantidad de energía solar seguirá siendo la misma durante al menos miles de años.

Perspectivas

El desarrollo de tecnologías de energía solar debería conducir a menores costes de creación de células. Ya están apareciendo paneles de vidrio que se pueden instalar en las ventanas. El desarrollo de la nanotecnología ha hecho posible inventar una pintura que se rociará sobre los paneles solares y podrá sustituir la capa de silicio. Si el coste de la energía solar realmente disminuye varias veces, su popularidad también aumentará muchas veces.

La creación de pequeños paneles para uso individual permitirá a las personas utilizar la energía solar en cualquier entorno: en casa, en el coche o incluso fuera de la ciudad. Gracias a su distribución, se reducirá la carga en las redes eléctricas centralizadas, ya que las personas podrán cargar sus pequeños aparatos electrónicos por sí mismas.

Los expertos de Shell creen que para 2040, aproximadamente la mitad de la energía mundial se generará a partir de recursos renovables. Ya en Alemania el consumo de energía solar está creciendo activamente y la capacidad de las baterías supera los 35 Gigavatios. Japón también está desarrollando activamente esta industria. Estos dos países son los líderes en consumo de energía solar en el mundo. Probablemente Estados Unidos pronto se unirá a ellos.

Otras fuentes de energía alternativas

Los científicos continúan preguntándose qué más se puede utilizar para generar electricidad o calor. Pongamos ejemplos de las fuentes de energía alternativas más prometedoras.

Hoy en día se pueden encontrar turbinas eólicas en casi todos los países. Incluso en las calles de muchas ciudades rusas se instalan faroles que se abastecen de electricidad mediante energía eólica. Seguramente su coste sea superior a la media, pero con el tiempo compensarán esta diferencia.

Hace bastante tiempo se inventó una tecnología que permite obtener energía aprovechando la diferencia de temperatura del agua en la superficie del océano y en las profundidades. China está planeando activamente desarrollar esta área. En los próximos años planean construir la mayor central eléctrica con esta tecnología frente a las costas de China. Hay otras formas de utilizar el mar. Por ejemplo, en Australia planean crear una central eléctrica que genere energía a partir de la fuerza de las corrientes.

Hay muchos otros o calor. Pero en comparación con muchas otras opciones, la energía solar es una dirección verdaderamente prometedora en el desarrollo de la ciencia.

Energía solar- Esta es la energía que produce el sol en forma de calor y luz. Es una de las fuentes de energía más renovables y de fácil acceso. El hecho de que la luz solar y el calor estén disponibles gratuitamente, en grandes cantidades y no sean propiedad de nadie, los convierte en una de las fuentes de energía alternativas más importantes. La energía solar ha sido utilizada por el hombre desde la antigüedad: según la leyenda, el gran científico griego Arquímedes utilizó un sistema de espejos para quemar la flota enemiga que asediaba Siracusa.

La energía luminosa se puede utilizar para convertirla en energía térmica o eléctrica. Mediante una célula solar fotovoltaica, la radiación solar se convierte en corriente continua, que se utiliza para alimentar relojes, calculadoras o semáforos. La energía solar térmica se puede utilizar para alimentar varios dispositivos.

Sistemas solares pasivos y activos.

En general, dependiendo de cómo se recoja y utilice la energía solar, los sistemas de energía solar se pueden clasificar en activos o pasivos. Los sistemas solares activos utilizan equipos mecánicos y eléctricos como células fotovoltaicas, colectores solares térmicos, bombas y ventiladores para convertir la energía solar en energía térmica. En los sistemas solares pasivos no existen equipos mecánicos; ventanas, paredes, árboles, la orientación del propio edificio y otros se utilizan para convertir la energía solar en energía térmica. métodos simples Dirigir y capturar la luz solar y el calor. La calefacción solar pasiva es una excelente manera de conservar energía y maximizar su uso. Un coche en un caluroso día de verano es un ejemplo de calefacción solar pasiva.

Impacto medioambiental

Aunque la energía solar es un recurso renovable y se considera una de las fuentes de energía más limpias disponibles, tiene un impacto en el medio ambiente. Para generar electricidad a partir de energía solar se utilizan células fotovoltaicas, que utilizan silicio, cuya producción implica la producción de residuos. La manipulación inadecuada de estos materiales puede crear un riesgo de exposición peligrosa para los seres humanos y el medio ambiente. La instalación de plantas de energía solar puede requerir una gran superficie y proteger la superficie terrestre puede afectar a los ecosistemas existentes. Sin embargo, cuando se convierte en electricidad, la energía solar no contamina el aire y la propia energía solar llega a la Tierra en abundancia, especialmente en los países cálidos.

El futuro de la energía solar

En el futuro, gracias a nuevos desarrollos que deberían conducir a menores costes y mayor eficiencia, la tecnología solar será mucho más importante de lo que es ahora. Cada vez aparecen más cargadores solares para equipos móviles, lo que resulta realmente muy cómodo. En todo el mundo, cada vez más arquitectos utilizan sistemas activos y pasivos. sistemas solares y aprenda a incorporarlos en los diseños de edificios. En algunas zonas, desde el punto de vista económico, los sistemas solares de agua caliente pueden competir con los sistemas convencionales.

Shell predice que para 2040, el 50% de la energía mundial procederá de fuentes renovables. Alemania y Japón, gracias a buenos incentivos financieros, se han convertido en líderes mundiales en energía solar. , y es probable que los paneles solares pronto suministren más de la mitad de las necesidades eléctricas del país. También se espera que millones de hogares en todo el mundo comiencen a utilizar energía solar en los próximos años, especialmente en Estados Unidos y Japón.

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El sol es una de las fuentes de energía alternativas renovables. Hoy en día, las fuentes de calor alternativas se utilizan ampliamente en la agricultura y para las necesidades domésticas de la población.

El uso de la energía solar en la Tierra juega un papel importante en la vida humana. Utilizando su calor, el sol, como fuente de energía, calienta toda la superficie de nuestro planeta. Gracias a su poder térmico soplan vientos, mares, ríos, lagos se calientan y toda la vida en la tierra existe.

La gente empezó a utilizar fuentes de calor renovables hace muchos años, cuando tecnologías modernas aún no existía. El sol es hoy en día el proveedor de energía térmica más accesible de la Tierra.

Áreas de uso de la energía solar.

Cada año el uso de la energía solar gana cada vez más popularidad. Hace apenas unos años se utilizaba para calentar agua para casas de campo y duchas de verano, y ahora se utilizan fuentes de calor renovables para generar electricidad y suministrar agua caliente a edificios residenciales e instalaciones industriales.

Hoy en día, las fuentes de calor renovables se utilizan en las siguientes áreas:

• en agricultura, para el suministro de energía y calefacción de invernaderos, hangares y otros edificios;
• para el suministro eléctrico de instalaciones deportivas e instituciones médicas;
• en el campo de la industria aeronáutica y espacial;
• en iluminación de calles, parques y otras instalaciones de la ciudad;
• para electrificación de zonas pobladas;
• para calefacción, electricidad y suministro de agua caliente de edificios residenciales;
• para las necesidades del hogar.

Características de la aplicación

La luz que el sol emite sobre la Tierra se convierte en energía térmica mediante sistemas tanto pasivos como activos. Los sistemas pasivos incluyen edificios en cuya construcción se utilizan materiales de construcción que absorben de manera más efectiva la energía de la radiación solar. A su vez, los sistemas activos incluyen captadores que convierten la radiación solar en energía, así como fotocélulas que la convierten en electricidad. Echemos un vistazo más de cerca a cómo utilizar correctamente las fuentes de calor renovables.

Sistemas pasivos

Estos sistemas incluyen edificios solares. Se trata de edificios construidos teniendo en cuenta todas las características de la zona climática local. Para su construcción se utilizan materiales que permiten aprovechar al máximo toda la energía térmica para calefacción, refrigeración e iluminación de locales residenciales e industriales. Estos incluyen las siguientes tecnologías y materiales de construcción: aislamiento, suelos de madera, superficies absorbentes de luz y la orientación del edificio hacia el sur.

Estos sistemas solares permiten el máximo aprovechamiento de la energía solar y amortizan rápidamente los costes de su construcción reduciendo los costes energéticos. Son respetuosos con el medio ambiente y también le permiten crear independencia energética. Es por esto que el uso de tales tecnologías es muy prometedor.

Sistemas activos

Este grupo incluye colectores, baterías, bombas, tuberías para suministro de calor y suministro de agua caliente en el hogar. Los primeros se instalan directamente en los tejados de las viviendas, y el resto se ubican en sótanos para su uso como suministro de agua caliente y calefacción.

Fotocélulas solares

Para aprovechar de manera más eficiente toda la energía solar, se utilizan fuentes de energía solar como las fotocélulas o, como también se les llama, células solares. En su superficie tienen semiconductores que, cuando se exponen a los rayos del sol, comienzan a moverse y generan así corriente eléctrica. Este principio de generación actual no contiene reacciones químicas, lo que permite que las fotocélulas funcionen durante mucho tiempo.

Estos convertidores fotovoltaicos como fuentes de energía solar son fáciles de usar, ya que son livianos, fáciles de mantener y también son muy eficientes en el uso de la energía solar.

Hoy en día, los paneles solares, como fuente de energía solar en la Tierra, se utilizan para generar agua caliente, calefacción y electricidad en países cálidos como Turquía, Egipto y países asiáticos. En nuestra región, el sol se utiliza como fuente de energía para suministrar electricidad a sistemas de energía autónomos, electrónica de bajo consumo y propulsión de aviones.

Colectores solares

El aprovechamiento de la energía solar por parte de los colectores consiste en que convierten la radiación en calor. Se dividen en los siguientes grupos principales:

• Colectores solares planos. Son los más comunes. Son convenientes de usar para las necesidades de calefacción doméstica, así como para calentar agua para el suministro de agua caliente;
• Colectores de vacío. Se utilizan para necesidades domésticas cuando se necesita agua. alta temperatura. Consisten en varios tubos de vidrio, a través de los cuales los rayos del sol los calientan, y estos, a su vez, desprenden calor al agua;
• Colectores solares aéreos. Se utilizan para instalaciones de calentamiento de aire, recuperación de masa de aire y secado;
• Colectores integrados. lo mas modelos simples. Se utilizan para precalentar agua, por ejemplo, en calderas de gas. En la vida cotidiana, el agua calentada se recoge en un tanque especial (tanques de almacenamiento) y luego se utiliza para diversas necesidades.

El aprovechamiento de la energía solar por parte de los colectores se realiza acumulándola en los denominados módulos. Se instalan en los tejados de los edificios y constan de tubos y placas de vidrio pintados de negro para absorber más luz solar.

Los colectores solares se utilizan para calentar agua para el suministro de agua caliente y la calefacción de edificios residenciales.

Ventajas de las instalaciones solares

• son completamente gratuitos e inagotables;
• son completamente seguros de usar;
• autónomo;
• económico, ya que los fondos se gastan únicamente en la compra de equipos para las instalaciones;
• su uso garantiza la ausencia de sobretensiones, así como la estabilidad en el suministro de energía;
• durable;
• facil de usar y mantener.

El uso de energía solar mediante este tipo de instalaciones está ganando popularidad cada año. Los paneles solares permiten ahorrar mucho dinero en calefacción y suministro de agua caliente, además, son respetuosos con el medio ambiente y no dañan la salud humana.

La energía solar como fuente de energía alternativa se ha utilizado durante miles de años. Lo único que cambia es la tecnología y eficiencia de los dispositivos utilizados. La energía solar es una fuente renovable, lo que significa que se puede restaurar naturalmente, sin intervención humana. Las ventajas incluyen respeto al medio ambiente, posibilidades ilimitadas, seguridad y eficiencia de uso única.

Se ha demostrado que 1 m 2 de “disco de fuego” libera casi 63 kW de energía, lo que equivale a la potencia de un millón de bombillas. En general, el Sol proporciona a la Tierra 80 billones de kW, lo que es varias veces mayor que la potencia de todas las centrales eléctricas que existen en el planeta. Por este motivo, la aplicación práctica de la energía solar es uno de los principales desafíos de la sociedad moderna.

Funciones de conversión

El defecto de la ciencia moderna es la incapacidad de consumir directamente energía solar. Por este motivo, se han desarrollado dispositivos especiales para convertir la energía solar en energía eléctrica o térmica. La primera mención se refiere a las baterías y la segunda a los coleccionistas.

Hoy en día, se han desarrollado varias opciones de conversión:

• Energía térmica del aire. Se basa en el aprovechamiento de la energía solar para producir un flujo de aire dirigido a un turbogenerador. Se están volviendo populares las centrales eléctricas de tipo globo, en las que se genera vapor de agua calentando la superficie del globo con un revestimiento especial. La ventaja de la técnica es la capacidad de acumular el volumen de vapor necesario para garantizar el funcionamiento del sistema incluso en la oscuridad, en ausencia de luz solar.
• Fotovoltaica. La peculiaridad de la técnica es el uso de paneles especiales con base fotovoltaica. Los representantes son paneles solares. Los productos están hechos a base de silicio y el espesor de la superficie de trabajo es de varias décimas de milímetro. Las estructuras se pueden colocar en cualquier lugar. La condición principal es la máxima ingesta de rayos.

Además de las placas fotográficas, se pueden utilizar paneles de película delgada que son más delgados para convertir la energía solar. Su principal desventaja es su baja eficiencia.

• energía heliotremal- una dirección cuya esencia es la absorción de la luz por una superficie con la posterior concentración del calor para calentarla. En el ámbito doméstico, este tipo de conversión de energía solar se utiliza para calefacción. En la industria, esta técnica se utiliza para generar electricidad mediante motores térmicos.

¿Cómo se puede utilizar la energía solar?

El aprovechamiento de la energía solar es posible mediante dos tipos de sistemas: pasivos y activos. Echemos un vistazo más de cerca.

Pasivo- sistemas que no prevén transformaciones complejas. Un ejemplo es un recipiente de metal pintado de negro y lleno de agua. Los rayos del sol inciden en la superficie, calientan el metal y con él el líquido del interior. También existen métodos más avanzados de uso pasivo de la energía, destinados al diseño de estructuras, la selección de materiales de construcción, el control climático y otras tareas. Los sistemas pasivos se utilizan con mayor frecuencia para enfriar, calentar o iluminar edificios.

Activo- dispositivos en los que se utilizan colectores especiales para convertir la energía solar. La peculiaridad de este último es la absorción de los rayos del sol y su posterior conversión en calor, que, con la ayuda de un refrigerante, proporciona calefacción a los edificios o al agua. Hoy en día, los colectores solares se utilizan en muchas áreas de actividad: agricultura, hogar y otros sectores donde se requiere calor.

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El principio de funcionamiento de un colector solar es fácil de comprobar en la práctica: basta con colocar un objeto en el alféizar de la ventana y asegurarse de que los rayos del sol caigan sobre él. El producto se calienta incluso a temperaturas exteriores bajo cero. Ésta es la peculiaridad de utilizar energía solar mediante un colector.

El dispositivo se basa en una placa con aislamiento térmico fabricada con material conductor de calor. esta cubierto por arriba pintura oscura. Los rayos del sol atraviesan el elemento intermedio, calientan la placa y luego la energía térmica acumulada se utiliza para calentar el edificio. La dirección del flujo cálido es posible mediante un ventilador o de forma natural.

La desventaja del sistema es la necesidad de costes adicionales para la compra e instalación de un ventilador. Además, los colectores solares sólo son eficaces durante las horas del día, por lo que no es posible sustituir por completo la fuente de calefacción principal. Para aumentar la eficiencia del dispositivo, es necesario instalar el colector en la fuente principal de ventilación o calor.

Hay dos tipos de coleccionistas de este tipo:

1. Departamento. Dichos dispositivos constan de absorbedores de energía solar, un revestimiento (se utiliza vidrio con un bajo contenido de partículas metálicas), una capa de aislamiento térmico y una tubería. El coleccionista atrapa rayos de sol y produce energía térmica. Lugar de instalación: techo. En este caso, la batería puede integrarse en la superficie o tomar la forma de un elemento independiente.
2. Vacío. La peculiaridad de los colectores solares es su versatilidad y capacidad de uso durante todo el año. Se basan en tubos de vacío de vidrio de borosilicato. Se aplica un revestimiento especial en el interior de la pared para mejorar la percepción de la luz solar. El propósito de este diseño es minimizar el reflejo de los rayos. Para mayor eficiencia, existe un vacío en los espacios entre los tubos, que es mantenido por un distribuidor de gas tipo bario. La ventaja de los colectores de vacío es que pueden funcionar en climas fríos y nublados. En este último caso absorben la energía de los rayos infrarrojos.

La mayor demanda en la industria y en la vida cotidiana son los paneles solares, que convierten la energía del sol en calor. Estos dispositivos se basan en convertidores fitoeléctricos.

Ventajas- simplicidad de diseño, facilidad de instalación, requerimientos mínimos al mantenimiento, así como al aumento de recursos. No se requiere espacio adicional para instalar un panel solar. La condición principal para el funcionamiento normal es la apertura a la luz y la ausencia de sombras. El recurso dura décadas, lo que explica la popularidad de los productos.

Las baterías que utilizan energía solar también presentan una serie de desventajas:

• Mayor sensibilidad a la contaminación. Por esta razón, las baterías están instaladas en un ángulo de 45 grados para permitir que la nieve y la lluvia ayuden a despejar la superficie.
• Evite el calentamiento excesivo. Si la temperatura alcanza los 100-125 grados Celsius, el dispositivo puede apagarse debido a un aumento en la temperatura permitida. En tal situación, será necesario un sistema de refrigeración especial.
• Precio alto. Este inconveniente no se puede considerar completo, porque la batería solar tiene a largo plazo servicio, y los costos de su compra e instalación se recuperan en varios años.

Resultados

La sociedad moderna sabe dónde se utiliza la energía solar y aplica activamente en la práctica la experiencia acumulada. Las capacidades del “disco de fuego” son necesarias para generar energía eléctrica, calentar y enfriar habitaciones y proporcionar ventilación. Con el creciente costo del petróleo y el gas, hay una transición gradual hacia fuentes alternativas y más asequibles. Por ejemplo, en Alemania casi la mitad de las casas están equipadas con colectores solares para calentar agua. Muchos estados tienen programas especiales destinados al uso de energía solar. Y esta tendencia no hace más que ganar impulso cada año.