Energía solar monografia upds

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Energía solar monografia upds

  1. 1. UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO ENERGÍA SOLAR: UNA ENERGÍA RENOVABLE DOCENTE: LIC. NAOMI FUKAURACARRERA : INGENIERÍA DE LA GESTIÓN PETROLERA MATERIA: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓNALUMNO: FERNANDO AUGUSTO CASTELO BRANCO DE PINHO Santa Cruz- Bolivia 2012
  2. 2. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR1. INTRODUCCIÓNAl ser Bolivia un país subdesarrollado, tiene muchas deficiencias entra las cualesestán los problemas energéticos y que con una visión más amplia de parte de lasautoridades y del pueblo se podría empezar a explotar otras fuentes aparte de laenergía térmica y la hidroeléctrica que son las fuentes que satisfacen la demandaenergética del país.Si en las ciudades ubicadas en zonas de alta incidencia solar, se instrumentannuevas tecnologías aplicadas en la arquitectura y el urbanismo, se puededisminuir la presión existente sobre la explotación y uso del petróleo –con todossus derivados– como casi la única fuente de energía. También se puede conseguirque la sociedad cambie sus hábitos culturales en el consumo de energía. Con elloestaremos trabajando con los principios y criterios establecidos en el paradigmadel desarrollo sustentable, porque estaríamos utilizando la energía de la fuenteprincipal y guardando reservas petrolíferas para que sea usada en su momentopor las generaciones futuras.La humanidad siempre ha vivido en presencia de un océano de energía a nuestroalrededor y en todo momento, la naturaleza trabaja, prodigando energía en talescantidades que apenas aprovechamos una fracción de ella. Los vientos podríandar el doble de electricidad que los ríos. Las mareas, nos podrían satisfacer lamitad de nuestras necesidades.El generador de energía más colosal es el Sol, fuente inimaginablemente, vastaque directa o indirectamente afecta a todo en la tierra. Si todos los combustiblesdel mundo se juntaran y se quemara para igualar la cantidad de energía que el Solestá generando de continuo se consumiría en tres días. Conforme disminuyen losyacimientos de energéticos no renovables, las fuentes punto menos que ilimitadase inagotables de energía que tanto abundan en la naturaleza deberán adaptarse afin de satisfacer con ellas la futuras necesidades de la humanidad (Wilson, 1988). 1
  3. 3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR1.1. AntecedentesLa energía solar es una energía garantizada, desde el punto de vista científico,para los próximos 6.000 millones de años.El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre hautilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestrasnecesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz quecontinuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unoscinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad desu existencia.La idea de utilizar el calor solar es muy antigua, pero el bajo nivel térmico de quedisponía el hombre le impidió usarla de forma efectiva durante mucho tiempo. Noobstante, cuenta una leyenda que en el siglo III a.C., Arquímedes utilizó espejossolares para incendiar la flota enemiga que atacaba su ciudad. No se registraninguna otra utilización de la energía solar hasta el siglo XVIII, cuando comenzó aexperimentarse con hornos solares.En el siglo XIX la conversión de la energía solar en otras formas de energía giróalrededor de la generación de vapor para alimentar máquinas de vapor, aunquetambién adquirió cierto interés la destilación de agua para su potabilización.En los inicios del siglo XX aumenta el interés por esta fuente de energía,registrándose numerosas patentes para calentadores solares de agua domésticosdurante los años 30 y 40. Después de la Segunda Guerra Mundial la energía solaradquiere gran relieve, alcanzando su máximo apogeo en EE.UU. durante ladécada de los 50. Por entonces se desarrollaron desde cocinas solares amáquinas de vapor, y algunos dispositivos eléctricos que utilizaban las entoncesnuevas células solares. Este interés decrece bruscamente en la siguiente década,justo hasta 1973, donde se produjeron eventos importantes en el mercado del 2
  4. 4. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARpetróleo en el mundo, que se manifestaron en los años posteriores en unencarecimiento notable de esta fuente de energía no renovable, resurgieron laspreocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la energía. Resultado deesto, los países consumidores, enfrentados a los altos costos del petróleo y a unadependencia casi total de este energético, tuvieron que modificar costumbres ybuscar opciones para reducir su dependencia de fuentes no renovables.Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como principalenergético, se reconsideró el mejor aprovechamiento de la energía solar y susdiversas manifestaciones secundarias tales como la energía eólica, hidráulica y lasdiversas formas de biomasa; es decir, las llamadas energías renovables.Así, hacia mediados de los años setenta, múltiples centros de investigación en elmundo retomaron viejos estudios, organizaron grupos de trabajo e iniciaron laconstrucción y operación de prototipos de equipos y sistemas operados conenergéticos renovables. Asimismo, se establecieron diversas empresas paraaprovechar las oportunidades que se ofrecían para el desarrollo de estastecnologías, dados los altos precios de las energías convencionales.En la década de los ochenta, aparecen evidencias de un aumento en lasconcentraciones de gases que provocan el efecto de invernadero en la atmósferaterrestre, las cuales han sido atribuidas, en gran medida, a la quema decombustibles fósiles. Esto trajo como resultado una convocatoria mundial parabuscar alternativas de reducción de las concentraciones actuales de estos gases,lo que llevó a un replanteamiento de la importancia que pueden tener las energíasrenovables para crear sistemas sustentables. Como resultado de estaconvocatoria, muchos países, particularmente los más desarrollados, establecencompromisos para limitar y reducir emisiones de gases de efecto de invernaderorenovando así su interés en aplicar políticas de promoción de las energíasrenovables. 3
  5. 5. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARHoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo,muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías renovables hanmadurado y evolucionado, aumentando su confiabilidad y mejorando surentabilidad para muchas aplicaciones. Como resultado, países como EstadosUnidos, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muy acelerado en elnúmero de instalaciones que aprovechan la energía solar de manera directa oindirectamente a través de sus manifestaciones secundarias.1.2. Planteamiento del problema.La energía y todo lo que esté relacionado con su obtención a futuro es un temaque actualmente no se puede esquecer. Estando en un mundo dependiente casipor completo de los combustibles fósiles, el agotamiento de estos se hace cadadía más evidente. Es mismo por esto que muchas disciplinas como la química yfísica han puesto especial énfasis en crear nuevos métodos tanto en la creaciónde nuevas energías.Sim embargo, antes de comenzar este tema, cabepreguntarse de igual manera, ¿cuánta energía es laque estamos consumiendoactualmente y si seremos capazes de utilizar de manera ecológica y responsableel consumo de la misma?1.2.1. Identificación del problema.Considerando lo importante que es reflexionar y tomar consciencia en nuestrosdías al tema energético, es que se presenta en esta monografía una mirada sobrelo que es el problema de la energía, tanto a nivel mundial como a nivel nacional,con el objetivo de poder hacer consciencia y entregar mayores conocimientos a lasituación que diariamente se viver. Al realizar un breve análisis el estudio decidecentrarse en la energía solar. 4
  6. 6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR1.2.2. Pregunta de investigación.¿Qué es la energía solar?¿A quiénes va beneficiar?¿Qué se puede obtener con la energía solar?¿Cómo se puede utilizar?¿La energía solar afecta al medio ambiente?1.3. Objetivos1.3.1. Objetivo General.Investigar y dar a conocer que es la energía solar, cómo se la utiliza, para asígenera conocimiento que permitan mejorar el aprovechamiento de la energíasolar.1.3.2. Objetivos Específicos. Investigar que es la energía solar Indagar en qué lugares de Bolivia se propaga mas la energía solar Conocer y analizar sus beneficios1.4. Justificación.1.4.1. Justificación social.Conocer de qué manera va a beneficiar la energía solar a la población, ya que unode los problemas actualmente existentes es el calentamiento global y lacontaminación que originan el efecto invernadero. 5
  7. 7. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR1.4.2. Justificación científica.Dar a conocer los beneficios que se pueden obtener con la energía solar, ya queesa energía es limpia y renovable a diferencia del gas, aceite o cabron, y nocontamina al medio ambiente porque no utiliza combustible y además ajuda areducir el desarrollo de baterías.1.5. Delimitación.1.5.1. Delimitación temporal. La apresente monografía se desarrolla en el mes de abril del año 20121.5.2. Delimitación espacial.Se tomara como marco para la investigación la ciudad de Santa Cruz de la Sierra– Bolivia e la universidad privada Domingo Savio, carreira de Ingeniería de laGestión Petrolera1.5.3. Delimitación temática. Los ejes temáticos serán: Energía solar Fuentes de la energía solar Maneras de capturar la energía solar 6
  8. 8. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR1.6. Fuentes de información.Gómez Romero, Pedro. "La Re-evolución de la energía" de "EL SECTORENERGÉTICO ANTE UN NUEVO ESCENARIO". España, Comisión Nacional dela Energía, 2010. Páginas 159-188.López, Cayetano. "Retos actuales de la energía" en "FRONTERAS DELCONOCIMIENTO". Venezuela, 2008. Páginas 257-269Galetovic, Alexander; Muñoz, Cristian "Energías renovables no convencionales:¿cuánto nos van a costar?" Chile, Centro de Estudios Públicos, 2008.Nandwani, Shyam S. "Energía solar - Conceptos básicos y su utilización". CostaRica, Universidad Nacional, 2005"III Encuesta de Medioambiente UNAB" en "Diario La Tercera", 27 de diciembredel 2011. Chile, Universidad Andrés Bello, Centro de Investigación para laSustentabilidad. 7
  9. 9. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR2. MARCO TEÓRICOA diferencia del pensamiento general, nosotros utilizamos mucho más que las dosmil kilocalorías necesarias para subsistir metabólicamente, puesto que estamos enuna sociedad que debe mantenerse estructurada y funcional para nuestro propiobeneficio, energía denominada exosomática. Así, la pequeña cifra de 2.000kilocalorías se ve aumentada a 125.000 kilocalorías por persona y día para lasociedad industrial moderna, cifra que representa cincuenta veces el consumoalimenticio realizado. Este gran número, naturalmente está acompañado de unagran cantidad de energía que se está utilizando a nivel mundial, toda derivadaprincipalmente del petróleo y de un aumento del consumo de energía por personaque no tiene intención de detenerse, puesto que el crecimiento poblacional escada vez mayor.2.1. Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de añosEl Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre hautilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestrasnecesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz quecontinuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unoscinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad desu existencia.Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces másenergía que la que vamos a consumir.España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmentefavorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metrocuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifrasimilar a la de muchas regiones de América Central y del Sur. Esta energía puede 8
  10. 10. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARaprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, porejemplo, en electricidad.No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamenteposibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnosdefinitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas pocoseguras, contaminantes o, simplemente, agotables.Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemosafrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política energética solaravanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía estásometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, porejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más lasolemos necesitar.Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología decaptación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir lascondiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.2.2. Calor y electricidad garantizadosEl sol ofrece la posibilidad de generar calor y electricidad de una forma barata,respetuosa con el medio ambiente y proporcionando independencia energética.España es el país europeo que más radiación solar recibe junto a Portugal. Sinembargo, este potencial a penas se aprovecha ni por medio de la energía solartérmica de baja temperatura ni por la solar fotovoltaica, que cuentan, de momentocon una mínima implantación.La expresión "No hay nada nuevo bajo el Sol" deja patente la presencia que elrastro rey lleva ejerciendo desde antaño sobre la Tierra. No es para menos. Y esque se calcula que lleva emitiendo energía a nuestro planeta desde hace más de 9
  11. 11. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR4.000 millones de años. Durante todo este tiempo ha dejado constancia de suimportancia por ser el motor que actúa directa o indirectamente en todas lasmanifestaciones de vida terrestre. Desde hace unos años, cada vez está cobrandomás fuerza el papel que el Sol puede tener para evitar el deterioro del medioambiente. ¿Cómo? Aprovechando la radiación solar que deja caer sobre la Tierracomo fuente energética limpia, gratuita y autónoma.De esta forma, podría sustituir total o parcial-mente a las energías tradicionales -procedentes del petróleo, el gas, o el carbón, productoras de emisiones nocivasque dañan la salud humana y el entorno- y ofrecer, a cambio, una alternativaclaramente beneficiosa. Por supuesto que el potencial que ofrecen los rayossolares no es nuevo. Pero hizo falta que la crisis del petróleo de la década de lossetenta pusiera en entredicho la dependencia energética de nuestro país y lanecesidad de buscar nuevas soluciones para conseguir autonomía en este sector.Este punto de inflexión vino acompañado de la reivindicación de distintos grupossociales que solicitaron un cambio en la política energética para no dañar elentorno a través de las energías renovables.2.3. Historia del modelo energético actual y sus solucionesLa sociedad previa a este período tenía como fuente primaria de energía la leña,el transporte terrestre era mediante animales y el marítimo a través de barcos quefuncionaban gracias al viento. Pero gracias a la creación de las máquinas a vapor,surge un nuevo protagonista dentro de las fuentes primarias de energía que hastael día de hoy pisará fuerte: el carbón. Más adelante, con el surgimiento y evoluciónde los automóviles, se sumará un segundo actor, y que cumpliría mucho más quela función de ser un fluido que permite el funcionamiento de estos vehículos: elpetróleo. Y finalmente, el tercer involucrado, el gas natural, comenzará a tomarimportancia cuandose descubran sus usos en generación de electricidad yprincipalmente, en producción de calor tanto a nivel industrial como doméstico. 10
  12. 12. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAREstos tres combustibles, coincidentemente provienen de la corteza terrestre,formando depósitos orgánicos acumulados por millones de años. Este mismohecho les hace conocidos como combustibles fósiles. Ahora, la evolución que hasurgido la implementación de estas energías ha llegado a tal punto de seroriginaria del 81% de la energía primaria globalTambién podemos observar que la electricidad, energía prácticamenteindispensable en la sociedad actual, proviene igualmente en un alto porcentaje decombustibles fósiles (67%), por lo que nuevamente volvemos a reflexionar sobre elcambio que debe realizarse con respecto a este modelo energético, que si bien esincreíblemente efectivo en nuestros días, nos pasará las cuenta en unas cuantasdécadas más. Ahora, solo hace falta preguntarse, ¿de qué otros tipos de energíadisponemos para salvar nuestro modelo energético?Con tantos tipos de energías disponibles de variadas naturalezas y fuentes, surgela idea de crear un nuevo modelo energético basado en la integridad de variadostipos de energías, el cual ayudaría más que a erradicar la utilización de loscombustibles fósiles, si ayudar a su disminución progresiva en cuanto a su uso,generando también una menor emisión de contaminantes y gases invernadero.Gómez Romero, en su trabajo "La re-evolución de la energía", presenta cuatrograndes categorías para organizar esta reinvención de un nuevo modelo:• Combustibles más limpios• Fuentes primarias de energías sostenibles• Almacenamiento de energía• Ahorro y eficiencia energéticosEn el desarrollo de esta monografía, el énfasis se desarrollará en las fuentesprimarias de energías sostenibles, el cual se verá más adelante con el estudio endetalle de las celdas solares; pero por un sentido de integración y desarrollo delproblema energético que tanto hemos estado remarcando, haremos igualmente un 11
  13. 13. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARbreve punteo de las otras categorías, presentando así los variados usos de lasdistintas energías que tenemos a nuestra disposición.Sabiendo que de los combustibles fósiles el petróleo es el que actualmente másproblemas trae por su constante utilización en vehículos (y por consiguiente, susaltas producciones de CO2), una idea para reemplazarlo consiste en la utilizaciónde la biomasa como biocombustible, enfatizándose en el bioetanol. Si bienactualmente el bioetanol no está siendo del todo viable por los recursosalimentarios que se utilizan para su producción (maíz, principalmente, junto conotros cereales), el avance enfoca hacia la utilización de los desechos originadosen la producción del maíz, dando paso así a los biocombustibles de segundageneración. Otro detalle importante, radica en el almacenamiento de éstas, lo cualha ido de la mano con la evolución de las baterías en electrodomésticos,haciéndolas cada vez más efectivas. Una mejora es esperada igualmente en losvehículos, con baterías que permitan a los autos funcionar eléctricamente, juntoademás con la presencia de supercondensadores que permitan otorgarle a labatería una alta potencia de funcionamiento y a la vez una gran energía específicade almacenamiento.Finalmente, un último punto a abordar para completar este nuevo modelo, hacereferencia al buen suministro de la energía y su cuidado en los procesos deproducción, consumo de bienes y servicios; incluyendo también investigaciones enLEDs para una iluminación más sana y eficiente.2.4. ¿Y porqué la energía solar?Es la primera pregunta que nos invade al pensar en este recurso. Una de lasprimeras respuestas que puede darse a la incógnita es bastante simple, y es queBolivia cuenta con grandes extensiones de desierto y altiplanos que permitirían lainstalación y desarrollo de una central basada en energía solar sin ningúnproblema. Pero hay unas cuantas otras razones que hay que considerar. 12
  14. 14. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARLa energía proveniente del Sol en una hora (4,3x1020 J) es superior a toda laenergía que se consume mundialmente en un año (4,1x1020 J para el 2001). Deigual manera, este recurso nos es ilimitado, puesto que la vida del Sol estáestimada en unos 5.000 millones de años, por lo que problemas de escasez nohabrían. Entonces, ¿qué es lo que nos detiene? El simple hecho de que laradiación solar sea tan alta, hace de la energía solar una energía muy abundante,pero a la vez difusa. Y al momento de ser difusa, es cuanto entran a fallar losmecanismos de captura y conversión. Para esto, es necesario que entremos endetalle en cómo se utiliza actualmente la energía solar. Inicialmente, podemosdividir en dos grupos las formas de utilización de la energía del Sol, conocidascomo energía solarfotovoltaica y energía solar termoeléctrica:2.5. Energía solar fotovoltaicaEsta energía consiste en la transformación directa de la energía del Sol aelectricidad. Para aquello, se utilizan dispositivos fotovoltaicos consistentes enplacas o paneles (principalmente compuestos de silicio) que transforman laenergía de los fotones solares en energía de electrones en un conductor. Esto eslogrado mediante la posición de dos capas de silicio (positivo y negativo), lascuales, al estar unidas, generan una diferencia de potencial, formando así unacelda solar.Al momento de recibir la luz solar, una de las placas que posee algunos átomos desilicio reemplazados por átomos de fósforo (placa semiconductora N) lograexcitarse y trasladar sus electrones hasta la segunda placa, con átomos de boroentre medio de los de silicio (placa semiconductora P), lo cual produce unacorriente eléctrica. La conexión de muchas celdas solares, ya sea en serie o enparalelo, originan lo que nosotros conocemos como paneles solares.Como puede observarse, funcionalmente es un método bastante efectivo yfácilmente podría utilizarse como una fuente de energía primaria, pero al igual que 13
  15. 15. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARtodas las energías renovables, ésta presenta graves problemas en materiales eintermitencia.Lejos, la mejora más esperada en las celdas fotovoltaicas, es la reducción decostos en la formación de estas celdas. Si bien el silicio es el segundo materialmás abundante de la corteza terrestre, los procesos que debe sufrir para llegar asu forma elemental y funcionar de manera adecuada para lograr la conversiónfotovoltaica son increíblemente elevados.Es por esto, que las mejoras deben radicar en el descubrimiento de un materialque sea tan eficiente como el silicio, pero a menor precio; o bien, abaratar loscostos de la obtención y purificación del silicio. Otra cara de la moneda expresatambién el desarrollo de láminas más delgadas de silicio, junto a otros materialesque ayudarían a esta conversión fotoeléctrica. También, la eficiencia de lospaneles es bastante baja, alrededor del 10 al 15% de energía que se deposita enla superficie es convertida en electricidad, por lo que se han desarrolladotecnologías que buscan generar una disposición multicapa, la cual, mediante lasuperposición de distintos materiales, permita una captación más específica de lasdiversas frecuencias del espectro electromagnético solar, aumentando así elrendimiento total.En cuanto a la intermitencia, debemos recordar que la energía del Sol sufre ciclosde día-noche, por lo que mientras no haya un método efectivo de almacenamientode la energía captada en el día, será prácticamente imposible depender de laenergía solar como fuente de energía primaria, por lo que el primer avance seesperaría en el desarrollo de baterías lo suficientemente baratas y capaces dealmacenar la energía producida por los paneles.Otra alternativa que surge para este problema es la creación de unalmacenamiento mecánico, utilizando turbinas que reciban esta energía eléctricapara el movimiento de agua mediante subidas y bajadas. Si bien es un método 14
  16. 16. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARbarato y ampliamente utilizado en almacenamiento de energía, en esta situaciónen particular no es del todo conveniente, puesto que es complicado estarcargando y descargando las turbinas cada 24 horas de tal manera que se puedacumplir con el ciclo día-noche. Así, podemos ver que los avances para la energíasolar fotovoltaica deberán estar enfocados principalmente en el abaratamiento decostos en la construcción de paneles solares, ya sea produciendo silicio másbarato, o encontrando un material más rentable e igual de efectivo.2.6. Energía solar termoeléctricaAhora, en vez de tener una trasformación directa desde la energía del Sol parageneral electricidad mediante los fotones solares, ocurre una transformación deenergíasolar radiante a energía térmica y posterior a esto, la generación deelectricidad. Por lo mismo, es que la energía termoeléctrica se basa en lautilización de fluidos como medio. Así es como a diferencia de los paneles solaresestán los colectores solares, puesto que la luz solar impacta sobre espejosdispuestos a lo largo de grandes superficies (campos solares) que la recogen y laconcentran en este caso sobre un receptor, el cual posee un fluido que alcalentarse, transfiere su calor mediante energía térmica hacia una turbina que lorecibe y al activarse, genera electricidad. Puesto que este sistema es másconocido y manejado que el sistema de la energía solar fotovoltaica, presenta unconsiderable desarrollo tecnológico a lo largo del tiempo. El avance ha sido tal,que de los variados colectores existentes, dos han sido los predominantes en elúltimo tiempo: diferenciados por su forma y sus receptores presentes.El primer colector es denominado como colector cilindro-parabólico. Como sunombre lo dice, consiste en un colector compuesto por un espejo parabólico y unreceptor con forma de tubo ubicado al centro de la parábola que tiene circulandoun fluido, el cual por lo principal suele ser un aceite mineral con condicionestérmicas que le permitan la correcta acumulación de calor. El fluido se calientahasta unos 400° C, generando vapor y presión mediante un intercambiador de 15
  17. 17. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARcalor, los cuales activan la turbina en la que se encuentran, y por consiguiente, lageneración de electricidad.Uno de los avances mejor desarrollados en este campo, y en los cuales se esperamayor perfeccionamiento, hace referencia al almacenamiento, puesto que el calores mucho más fácil de almacenar que la electricidad.En el caso de tener una planta con almacenamiento, además de existir unaalimentación para los colectores encargados de la producción de la electricidadmediante el calor acumulado y las turbinas durante el día, de manera simultánea,una fracción de aquella alimentación es otorgada a dispositivos dealmacenamiento térmico especializados. Así, en la noche, y con la demanda deenergía aún alta, se utilizan las reservas ya acumuladas en estos dispositivos paraseguir generando electricidad.Esto naturalmente es bastante beneficioso para la energía solar en si, por elconstante problema que existe de la intermitencia y la casi nula capacidad dealmacenamiento que presentaban los paneles solares, y es por lo mismo que losestudios han ido mucho más afondo con este tipo de energía solar, observándoseahora la experimentación y utilización de sales (nitratos principalmente) queelevan su temperatura para acumular calor, y se enfrían para liberarlo. El únicoinconveniente que puede dificultar las cosas con este sistema, es la exponencialcantidad de sales que se deben utilizar para lograr todo este almacenamiento decalor, pero para aquello también existen algunas investigaciones sobrealmacenamiento en materiales con cambio de fase, lo cual evita que el calor seasensible únicamente a diferencias de temperatura.Otra mejora también tratada, enfocada en abaratamiento de costos, trata sobre eltipo de fluido que se utiliza como intermediario para la formación de electricidadmediante la energía calórica: al ser un aceite mineral que se descompone con encalor, impide el aumento de la temperatura de trabajo, lo que se relaciona 16
  18. 18. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARdirectamente con la cantidad de calor que se está acumulando. Y de igual manera,el fluido en sí es algo complicado de manejar y contaminante, por lo que lasevoluciones apuntan al reemplazo de este aceite por un fluido como agua, o gas,que permita el aumento de la temperatura de trabajo, y al mismo tiempo,abaratamiento de costos al haber una simplificación en las plantas. Dentro de estamisma área, se considera también el descubrimiento de materiales absorbentesselectivos encarados de una mayor absorción que implique todo el rango delespectro solar, lo cual otorga estabilidad térmica y por consecuencia, bajo coste.El segundo y último colector, no tan desarrollado como el primero y recientementeestudiado, el es de torre o receptor central, en el cual se dispone un receptorcentral en la parte superior de una torre que recibe la energía solar mediante elreflejo de espejos distribuidos alrededor de esta (heliostatos), extrayéndose elcalor generado gracias afluidos líquidos o gaseosos.En cuanto a conveniencia, es mucho más caro que los colectores cilindro-parabólicos, pero se siguen estudiando puesto que presentan mayorestemperaturas de trabajo, y pueden adaptarse a terrenos más irregulares, factoresque son increíblemente importantes para una buena estabilización de la energíasolar. Sus principales mejoras consideran también el sistema de almacenamientodescrito en los colectores cilindro-parabólicos, pero dado que este tipo de colectordepende principalmente del estado de los espejos para que estos reflejen laenergía solar correctamente a la torre central, es que el énfasis deberíaconcentrarse en el desarrollo de recubrimientos autolimpiables basados en lananotecnología, lo que minimiza el mantenimiento de los espejos, y por ende,reduce costos.Resumiendo, el avance principal para la energía solar termoeléctrica debe estarbasado en un mayor desarrollo y expansión de plantas con dispositivos dealmacenamiento por la simple utilización de la energía térmica, seguido de lasmejoras en abaratamiento de costos; caso diferente al de la energía solar 17
  19. 19. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARfotovoltaica, donde la prioridad es la reducción de costes de los paneles solares.Esto da a pensar que mediante la utilización simultánea de ambos tipos deenergía solar, podría generarse una fuente energética sustentable a largo plazo,por lo que es importante seguir avanzando en el campo de investigación de laenergía solar.2.7. el estudio de la energía solarHabiendo visto factores tanto positivos como negativos de la energía solar, yrevisando las "negaciones" antes realizadas sobre las pocas energías renovablesque sabemos que se están produciendo, es inevitable el no preguntarse si estanueva energía expuesta nos sirve de algo. Pero mucho antes de eso, lo primeroque deberíamos saberes, ¿la gente está dispuesta a un cambio en sus energías?Una encuesta realizada por la Universidad Andrés Bello, y publicada en el diarioLa Tercera el 27 de Diciembre del 2011, nos puede dar cuenta de aquello. Uno delos primeros valores que llega a sorprender, es un 80% correspondiente a laprohibición del uso de leña en el hogar, proveniente de los encuestados en laRegión Metropolitana. Sin embargo, al realizarse la misma pregunta en la VIIIregión, esta recibe solo un 18% de aprobación. Caso similar ocurre con laampliación de la restricción vehicular: los encuestados de la Región Metropolitanase pronuncian con un 61% de aprobación mientras que en la V región, esteporcentaje aumenta a 84%. Llega a ser algo decepcionante considerando lo activoque fue el 2011 con respecto a la manifestación de las personas por un mejormedioambiente. Ahora, podemos observar también que este fenómeno sepresenta principalmente cuando son las personas las que tienen que sustentar loscambios energéticos, en vez de hacerlo el Estado o empresas externas del rubro.Claro ejemplo de esto es el reciclaje: el 70% de los encuestados admite que sibien ya ha realizado al menos un proceso de reciclaje, no lo adquiere como unhábito al considerarlo engorroso. Por lo que en este sentido, la "conscienciaecológica" surge con más firmeza cuando el cambio medioambiental trae como 18
  20. 20. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARconsecuencia un ahorro de tiempo o dinero: nuevamente con un ejemplo, el 90%de los encuestados admite el uso de ampolletas de ahorro en casa, y de ellos,solo el 10% lo hace con consciencia de que es amigable para el medio ambiente;el 89% lo hace por el ahorro del dinero.Pareciera que el problema energético, no estuviera radicado en la falta de estudiose investigaciones sobre el tema, si no que también influencia mucho el cuandispuesta está la gente a sobre todo, pagar por esta nueva energía, quenaturalmente en un principio tendría un valor más elevado que la convencional porlos recursos utilizados en su producción; pero a medida que se fuerandesarrollando más centrales renovables, el valor de la energía bajaría hastaquedara un nivel aceptable. Es en este mismo punto, donde no sería necesario elcuestionarse si la energía solar tendría o no cabida en nuestro país, ya que loprimero que habría que mejorar como nación, sería comenzar a lidiar con laaceptación de la gente.2.8. ¿Qué hacer?Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtenercalor y electricidad.El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a través de losllamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, nien cuanto a su tecnología ni en su aplicación.Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogidoen los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Porejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, obien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc.Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte delaño. 19
  21. 21. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARTambién, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedorasaplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas.precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hacefalta disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen enunos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes yafuncionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares puedenobtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolasconsumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citarotro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguassin consumir ningún tipo de combustible.Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad enlos primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solucióndefinitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otrasalternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmenteinalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido enabsoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, yaunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto quecaptan la luz que se filtra a través de las nubes.La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplopara sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien seralmacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso esposible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importantebeneficio.Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándosesu fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de siglo, una 20
  22. 22. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLARbuena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga suorigen en la conversión fotovoltaica.La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energíasconvencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas deacumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente ycalefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctricoque únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la «factura de laluz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalaciónsolar. 21
  23. 23. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR3. CONCLUSIONESLa aplicación de la energía solar choca con una serie de barreras o condicionantesque no han permitido hasta ahora alcanzar todo el desarrollo que debería habertenido este tipo de energía. Los condicionantes que más influyen son loseconómicos financieros, falta de información y concienciación social hacia estetipo de tecnologías y la falta de cierta normativa específica.Las ventajas de la energía solar eléctrica son grandes frente a los inconvenientessuperables, se puede destacar como ventajas el aprovechamiento gratuito de lasradiaciones solares, es una energía completamente renovable e inagotable,emplea materiales de larga duración, se consume donde se produce, sinnecesidad de grandes instalaciones concentradas, ayuda a la independenciaenergética.En la energía solar encontramos una solución real para disponer de energía sintransportarla ni contaminar con emisiones perniciosas en su generación.Con esta energía evitaremos riesgos excesivos ocasionados por otras fuentes deenergía aparentemente más baratas. 22
  24. 24. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR4. BIBLIOGRAFÍAGómez Romero, Pedro. "La Re-evolución de la energía" de "EL SECTORENERGÉTICO ANTE UN NUEVO ESCENARIO". España, Comisión Nacional dela Energía, 2010. Páginas 159-188.López, Cayetano. "Retos actuales de la energía" en "FRONTERAS DELCONOCIMIENTO". BBVA, 2008. Páginas 257-269Lewis, Nathan S. and Nocera, Daniel G. "Poweringtheplanet: Chemicalchallengesin solar energyutilization". Proceedings of theNationalAcademy of Sciences, 2006.Galetovic, Alexander; Muñoz, Cristian "Energías renovables no convencionales:¿cuánto nos van a costar?" Chile, Centro de Estudios Públicos, 2008.Nandwani, Shyam S. "Energía solar - Conceptos básicos y su utilización". CostaRica, Universidad Nacional, 2005"III Encuesta de Medioambiente UNAB" en "Diario La Tercera", 27 de diciembredel 2011. Chile, Universidad Andrés Bello, Centro de Investigación para laSustentabilidad. 23
  25. 25. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR5. ANEXOS 24
  26. 26. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 25
  27. 27. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR INDICE Pág.2. INTRODUCCIÓN 15.1. Antecedentes 25.2. Planteamiento del problema. 45.2.1. Identificación del problema. 45.2.2. Pregunta de investigación. 55.3. Objetivos 55.3.1. Objetivo General. 55.3.2. Objetivos Específicos. 55.4. Justificación. 55.4.1. Justificación social. 55.4.2. Justificación científica. 65.5. Delimitación. 65.5.1. Delimitación temporal. 65.5.2. Delimitación espacial. 65.5.3. Delimitación temática. 65.6. Fuentes de información. 76. MARCO TEÓRICO 86.1. Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años 86.2. Calor y electricidad garantizados 96.3. Historia del modelo energético actual y sus soluciones 106.4. ¿Y porqué la energía solar? 126.5. Energía solar fotovoltaica 136.6. Energía solar termoeléctrica 156.7. el estudio de la energía solar 186.8. ¿Qué hacer? 197. CONCLUSIONES 228. BIBLIOGRAFÍA 239. ANEXOS 24 26
  28. 28. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR AGRADECIMIENTOS A Dios por la vida e inteligencia, oportunidad de poder estudiar esta carrera, ese ser supremo que nada me niega y todo me da, mi fuente de luz y consuelo, mi guía y señor A mis padres, por todo su apoyo, que me ilumina y me insta a seguir adelante A nuestrasfamilias por apoyarnos en esos momentos difíciles, dándonos una mano para seguir adelante en los caminos de la vida sin flaquear y llegar a mi objetivo. 27
  29. 29. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR DEDICATORIA A la Lic. Naomi Fukaura, por su inmensurable consideración dedicada a un extranjero, demostrando un espíritu de cordialidad internacional entre culturas y a mi novia por todo lo que ha hecho para ayudarme en esta jornada, tanto profesional como de vida. 28

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