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Solar Energy Review (Informe Energía Solar)

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  • 1. UNIVERSIDAD DEL VALLE ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA CARBÓN Y MEDIO AMBIENTE PROFESORA: CARMEN ROSA FORERO ENERGÍA SOLAR Diego Fernando González Castillo Código: 0831746 1. INTRODUCCIÓNLa energía solar, energía radiante del sol recibida en la tierra, es una fuente de energíaque tiene importantes ventajas sobre otras y que, para su aprovechamiento, tambiénpresenta varias dificultades. Entre sus ventajas se destacan principalmente su naturalezainagotable, renovable y su utilización libre de polución. Pero, para su utilización, esnecesario tener en cuenta su naturaleza intermitente, su variabilidad fuera del control delhombre y su baja densidad de potencia. Estas dificultades conllevan entonces lanecesidad de transformarla a otra forma de energía para su almacenamiento y posterioruso. La baja densidad de potencia resulta en que es una fuente extensiva: para mayorpotencia, mayor extensión de equipos de conversión. La ingeniería solar precisamentese ocupa de asegurar el suministro confiable de energía para el usuario teniendo encuenta estas características.La energía solar se transforma en la naturaleza en otras formas de energía, comobiomasa y energía eólica, pero también se puede transformar a otras formas de energíacomo calor y electricidad. Las aplicaciones más difundidas en Colombia son elcalentamiento de agua, para uso doméstico, industrial y recreacional (calentamiento deagua para piscinas) y la generación de electricidad a pequeña escala. Otras aplicacionesmenos difundidas son el secado solar de productos agrícolas y la destilación solar deagua de mar u otras aguas no potables.
  • 2. TABLA DE CONTENIDO1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 12. OBJETIVOS.............................................................................................................. 3 2.1. Objetivo General ................................................................................................ 3 2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 33. GENERALIDADES.................................................................................................. 34. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR ................................................................................. 5 4.1. Energía solar térmica ......................................................................................... 5 4.2. Energía solar fotovoltaica .................................................................................. 65. IMPACTO AMBIENTAL ........................................................................................ 7 5.1. Ventajas de la energía solar ............................................................................... 7 5.2. Desventajas de Energía Solar............................................................................. 86. SITUACIÓN MUNDIAL ......................................................................................... 9 6.1. Datos de interés. ................................................................................................. 97. SITUACIÓN COLOMBIANA ............................................................................... 118. CONCLUSIONES .................................................................................................. 129. REFERENCIAS ...................................................................................................... 1310. CIBERGRAFÍA .................................................................................................. 13
  • 3. 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo GeneralRealizar un estudio bibliográfico acerca de las generalidades de la Energía Solarabordando temas como historia, impacto ambiental y situación actual de esta energíarenovable. 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. GENERALIDADESLa energía solar es el calor y la luz que irradia el sol, controla el clima de la Tierra ypermite la existencia de seres vivos en nuestro planeta. La energía solar se refiereespecíficamente a la conversión de la luz solar en electricidad a través de celdas océlulas fotovoltaicas.Cada día el sol irradia enormes cantidades de energía, irradia más energía en unsegundo que lo que toda la humanidad ha utilizado desde el principio de los tiempos. Laenergía que constantemente se irradia desde el sol viene del sol mismo. Tal como otrasestrellas, el sol es una gran masa de gases, en su mayoría hidrógeno y helio. Los átomosde hidrógeno en el núcleo del sol se combinan para formar helio y generan energía através de un proceso llamado fusión nuclear.Durante la fusión nuclear, la alta presión y temperatura del sol causan que los átomos dehidrógeno se separen, y que sus núcleos se combinen. Cuatro núcleos de hidrógeno secombinan para formar un átomo de helio. El átomo de helio contiene menos masa quelos cuatro átomos de hidrógeno que se fusionaron, es por ello que cierta cantidad demasa se pierde durante la fusión nuclear. Esta materia perdida se emite hacia el espacioen forma de energía radiante.Toma millones de años para que la energía en el núcleo del sol llegue a la superficiesolar, y tan solo 8 minutos en recorrer 149 millones de kilómetros hasta la tierra. La
  • 4. energía solar viaja hacia la tierra a una velocidad de 186,000 millas por segundo, lavelocidad de la luz.Sólo una muy pequeña cantidad de la energía que se irradia de desde el sol hasta elespacio llega a la tierra, dos mil millonésimas partes. Aun así esta cantidad de energía essuficiente, la energía solar que llega a la tierra en un sólo día sería suficiente paraabastecer a nuestro planeta por un año y medio, esto si la aprovecháramoseficientemente.Alrededor del 15 % de la energía del sol que llega a la tierra se refleja de regreso alespacio. Un 30% se utiliza para evaporar agua, que al elevarse a la atmósfera producelluvia. La energía solar también la absorben las plantas y los océanos.El resto de la energía solar es la que tenemos disponible para cubrir nuestrasnecesidades 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 tancalientes que podían encender llamas en la madera.Hace más de 100 años, en Francia, un científico utilizo el calor del sol para producirvapor y echar a andar un motor de vapor.A principios del siglo pasado, gran cantidad de científicos e ingenieros comenzaron ainvestigar diferentes maneras para aprovechar la energía solar. Un desarrollo importantefue un calentador solar para agua inventado por Charles Greeley Abbott, un astrofísiconorteamericano, en 1936.
  • 5. El calentamiento de agua con energía solar tuvo popularidad en las regiones del surestede Estados Unidos desde los años veintes. Fue hasta después de la Segunda GuerraMundial que se empezó a crecer la investigación en el campo de la energía solar. Estecrecimiento duró hasta mediados de los años cincuenta, cuando el bajo costo del gasnatural lo convirtió en el principal combustible para calentar hogares.La población y los gobiernos permanecieron indiferentes a las posibilidades de laenergía solar, hasta la escasez de petróleo de los años setenta. En nuestros días laspersonas utilizan la energía solar para calentar edificios y agua, y para generarelectricidad.Si se utiliza la energía solar, no se genera contaminación de aire o agua, y es unaenorme y gratis fuente de energía. 4. TIPOS DE ENERGÍA SOLAR 4.1. Energía solar térmicaLa energía solar térmica o energía termo solar consiste en el aprovechamiento de laenergía del Sol para producir calor, que puede aprovecharse para cocinar alimentos opara la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya seaagua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir deella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquinade refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producirfrío con el que se puede acondicionar el aire de los locales. Figura 2. Energía Solar Térmica.
  • 6. 4.2.Energía solar fotovoltaicaLa energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-deteccióncuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálicasemiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre unsustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos.Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casasaisladas y para producir electricidad para redes de distribución.Éstos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramientoinferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexioneseléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es unplástico al que se le suelen añadir unas láminas finas y transparentes que se funden paracrear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto.La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puedetransformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor einyectar en la red eléctrica (para venta de energía) o bien en la red interior (paraautoconsumo).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. Enplantas de potencia inferior a 100kW se inyecta la energía directamente a la red dedistribución en baja tensión (230V). Y para potencias superiores a los 100kW se utilizaun transformador para elevar la energía a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en lasredes de transporte.En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red esdifícil, como señalización de vías públicas, estaciones meteorológicas o repetidores decomunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamenteviable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuentaque aproximadamente una cuarta parte de la población mundial todavía no tiene accesoa la energía eléctrica. Figura 3. Energía Solar Fotovoltaica.
  • 7. 5. IMPACTO AMBIENTALA continuación se muestra una lista de los pros y los contras de la energía solar. Estasventajas y desventajas cubren áreas como la energía solar para el hogar, y el usoindustrial de la energía solar. Figura 4. La energía solar y su impacto ambiental. 5.1. Ventajas de la energía solarLos paneles solares no emiten contaminación, la contaminación sólo se producecomo resultado de la fabricación de los paneles solares en sus las fábricas, el transportede las mercancías, y la instalación.La producción de energía por el uso de combustibles fósiles y algunos combustiblesrenovables (turbinas eólicas) puede ser ruidoso, pero la energía solar produceelectricidad en nivel muy bajo.Una de las grandes ventajas de la energía solar es la capacidad de aprovechar laelectricidad en lugares remotos que no están vinculados a una red nacional. Un buenejemplo de esto es en el espacio, donde los satélites son alimentados por células solaresde alta eficiencia.La instalación de paneles solares en lugares remotos, por lo general es mucho másrentable 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 nuevastecnologías permiten una producción de energía más eficiente en los días nublados /apagado.
  • 8. Los paneles solares pueden ser instalados en la parte superior de los techos, lo queelimina el problema de encontrar el espacio necesario para la colocación de panelessolares. 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 célulassolares 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 menosdependiente de los suministros de combustibles fósiles mundos. 5.2. Desventajas de Energía SolarEl 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 encimade USD 1000, y algunos hogares pueden necesitar más de uno. Esto hace que lainstalación inicial de paneles solares sea muy costosa.La energía solar sólo es capaz de generar electricidad durante el día. Esto significaque alrededor de la mitad de cada día los paneles solares no producen ninguna energíapara su hogar.El clima puede afectar la eficiencia de células solares.Los niveles de contaminación puede afectar a la eficiencia de células solares, esto seríauna problema importante para las empresas o industrias que deseen instalar panelessolares en zonas muy contaminadas como los son algunas ciudades.
  • 9. 6. SITUACIÓN MUNDIALLos inversionistas continúan buscando posibilidades para invertir el dinero y lograrinigualables resultados, en épocas en donde los productos tradicionales bancarios noaseguran un llamativo fundamental debido a los bajos intereses que se perciben. Poresto, surgen los comodities y dentro de estos, la oportunidad de invertir en la energíasolar, un procedimiento natural, aparentemente inagotable e infinito, que se obtienesencillamente y sin desvíos del sol. En fundamental cuando ya se empieza a pensar quelas 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 lacaptación de procedimientos hacia las energías renovables como la solar, si existe granactividad en las empresas que cotizan en la bolsa y que se relacionan con estetrascendente y novedoso procedimiento natural energético que se continuaperfeccionando e investigando, para que sus aplicaciones de uso se hagan másaccesibles al público. La prueba es que ya existen cargadores de energía para aparatosde uso doméstico, edificios que se benefician de paneles de energía solar para su energíacotidiana, autos y otros medios de uso cotidiano.De acuerdo con lo anterior, es notable que la situación mundial de la energía solar estáen mejora debido a su gran acogida por muchos países y por la creciente concienciaambiental 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 yEspaña, seguidas de Japón, Italia y los Estados Unidos. Este es el panorama inicial delos países donde se encuentran inigualables oportunidades de inversión en energía solar.Adicionalmente se unen República Checa, Francia, Corea, China y Bélgica. Por otrolado 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 secontinua perfeccionando a lo largo y ancho del planeta, que deja llegar a regionesapartadas con situaciones difíciles de acceso a la energía tradicional, más y másempresas se continúan perfeccionando para generar energía eléctrica, las cuales precisande procedimientos y de capital de trabajo, por el cual están dispuestas a rembolsaratrayentes intereses de rentabilidad. Para esto, se generan fondos de inversión, por
  • 10. ejemplo en la Gran Bretaña “Abundance” te vende planes de inversión desde cantidadesmenores de un solo dígito hasta grandes cantidades de libras esterlinas, obteniendorentabilidades cercanas al 10%.ActualidadAlemania se situó durante agosto pasado como el líder mundial en energía solar, al serel país con la mayor capacidad de aprovechamiento de la radiación electromagnéticaprocedente del Sol, de más de 30 Gigawatts pico (GWp).De acuerdo con el informe “El mercado fotovoltaico en Alemania 2012-2013” realizadopor analistas de Germany Trade & Invest, tan solo el mes pasado en el país germano seinstalaron aproximadamente 320 Megawatts pico (MWp) de capacidad adicional deenergía solar.Con lo anterior, Alemania cuenta ahora con más potencia solar instalada que el resto deEuropa combinada, de acuerdo con datos de Germany Trade & Invest y que estánsiendo anunciados en el marco de la 27 Conferencia Europea de Energía SolarFotovoltaica 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, TobíasRotchacher, explicó que la evolución positiva del mercado y los cambios en curso de laindustria ponen a Alemania como “el favorito mundial en energía solar”.Expuso que las instalaciones de energía solar han crecido en Alemania, aun cuando loslegisladores han regateado más de lo esperado las reducciones de la tarifa TIF, a travésde la cual los consumidores de poder subsidian el costo de las instalaciones de energíasolar.Desde luego, debido a este incremento en la industria fotovoltaica, los costos de energíasolar en Alemania son mucho más bajos que en otros lugares del mundo, como EstadosUnidos. Figura 6. Energía Solar en Alemania.
  • 11. 7. SITUACIÓN COLOMBIANADurante los últimos años el impacto ambiental mundial ha provocado una reacción encadena de los diferentes actores contribuyentes al aumento de temperatura. Es por estoque los países alrededor del mundo se han visto en la obligación de regular estasvariaciones y ver en las energías renovables una alternativa para la lograr una mayorsostenibilidad.Colombia ingresó recientemente a la Agencia Internacional de Energías Renovables(Irena), de la cual hacen parte 50 países, ratificando su posición como país gestor dedesarrollo de tecnologías de producción limpias y amigables con el ambiente. Laagencia, fue creada con el objetivo de promover las energías renovables en todo elmundo y proporcionar asesoría y logística a los estados asociados.Las energías renovables se convierten en el camino para lograr que el consumo deenergía se reduzca en el mundo. Entidades como la Unep (United Nations EnvironmentProgramme) prevé que en los próximos dos años, más de un 50% de la inversión deenergía será en fuentes alternativas. Colombia está incrementando su potencialrenovable con proyectos en diferentes áreas del país, para posicionarse como líder en lamateria en Sur América.Actualmente, la necesidad mundial es generar electricidad con fuentes nocontaminantes, que preserven tanto los recursos secundarios (carbón, petróleo, madera ygas), como la capa de ozono, el medio ambiente y la naturaleza en general. Para esto seestán buscando alternativas en la producción de energía eléctrica, para todos losprocesos tanto industriales como domésticos.Colombia tiene un gran potencial en energías primarias, una prueba de esto es que másdel 70% de la producción eléctrica proviene de la hidroelectricidad, por la cantidad deagua que existe en el territorio nacional. Pero si se mira profundamente, Colombia esprivilegiada por la posición geográfica en diferentes tipos de explotación de energíasalternativas, una de estas la solar.Nuestro país está ubicado en la zona ecuatorial, lo que permite contar con radiaciónsolar constante en determinadas zonas del territorio, uno de los elementos claves paraconvertirse 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 enÁfrica. La radiación media es de 4.5 kWh/m2, y el área con mejor recurso solar es laPenínsula de la Guajira, con 6kWh/m2 de radiación. De los 6 MW de energía solarinstalados en Colombia (equivalente a aproximadamente 78,000 paneles solares), 57%está distribuido para aplicaciones rurales y 43 % para torres de comunicación yseñalizaciones de tránsito. Los paneles solares, íconos de la energía solar, se hanconvertido en una herramienta vital para el acceso a la energía que claramente tienen
  • 12. dos tipos de aplicaciones: la producción en hogares y edificaciones y como segundainstancia la producción en masa o granjas solares.La primera modalidad permite la implementación de paneles para cubrir todas lasnecesidades energéticas de un hogar. Su comercialización se ha visto beneficiada por ladisminución en los precios de las placas solares, que junto con las legislaciones de lospaíses 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.
  • 13. Colombia ratifica su posición 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

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