El uso de la energía solar como fuente alternativa

que es la energia solar

El sol es una estrella, dentro de la cual, de modo continuo, tienen lugar reacciones termonucleares. Como resultado de los procesos en curso, se libera una gran cantidad de energía de la superficie del sol, parte de la cual calienta la atmósfera de nuestro planeta.

La energía solar es una fuente de energía renovable y respetuosa con el medio ambiente.

¿Cómo se puede estimar la cantidad de energía solar

Los expertos utilizan para evaluar un valor como la constante solar. Es igual a 1367 vatios. Esta es la cantidad de energía solar por metro cuadrado del planeta.Alrededor de una cuarta parte se pierde en la atmósfera. El valor máximo en el ecuador es de 1020 vatios por metro cuadrado. Teniendo en cuenta el día y la noche, los cambios en el ángulo de incidencia de los rayos, este valor debe reducirse otras tres veces.

Distribución de la radiación solar en el mapa del planeta

Versiones sobre las fuentes de energía solar se expresaron de manera muy diferente. Por el momento, los expertos aseguran que la energía se libera como resultado de la transformación de cuatro átomos de H2 en un núcleo de He. El proceso continúa con la liberación de una cantidad significativa de energía. A modo de comparación, imagine que la energía de conversión de 1 gramo de H2 es comparable a la que se libera al quemar 15 toneladas de hidrocarburos.

El desarrollo de la energía solar en diferentes países y sus perspectivas

Los tipos alternativos de energía, que incluyen la solar, se están desarrollando más rápidamente en los países tecnológicamente avanzados. Estos son EE. UU., España, Arabia Saudita, Israel y otros países con una gran cantidad de días soleados al año. La energía solar también se está desarrollando en Rusia y los países de la CEI. Es cierto que nuestro ritmo es mucho más lento debido a las condiciones climáticas y los menores ingresos de la población.

En Rusia, hay un desarrollo gradual y el énfasis está en el desarrollo de la energía solar en las regiones del Lejano Oriente. Se están construyendo plantas de energía solar en asentamientos remotos de Yakutia. Esto le permite ahorrar en combustible importado. También se están construyendo centrales eléctricas en la parte sur del país. Por ejemplo, en la región de Lipetsk.

Todos estos datos nos permiten concluir que muchos países del mundo están intentando introducir en la medida de lo posible el uso de la energía solar. Esto es relevante porque el consumo de energía está en constante crecimiento y los recursos son limitados.Además, el sector energético tradicional contamina en gran medida el medio ambiente. Por lo tanto, la energía alternativa es el futuro. Y la energía del sol es una de sus áreas clave.

Excursión a la historia

¿Cómo ha evolucionado la energía solar hasta nuestros días? El hombre ha estado pensando en el uso del sol en sus actividades desde la antigüedad. Todo el mundo conoce la leyenda según la cual Arquímedes quemó la flota enemiga cerca de su ciudad de Siracusa. Usó espejos incendiarios para esto. Hace varios miles de años, en el Medio Oriente, los palacios de los gobernantes se calentaban con agua, que calentaba el sol. En algunos países, evaporamos el agua de mar al sol para obtener sal. Los científicos a menudo realizaban experimentos con dispositivos de calefacción alimentados por energía solar.

Los primeros modelos de tales calentadores se produjeron en los siglos XVII-XVII. En particular, el investigador N. Saussure presentó su versión del calentador de agua. Es una caja de madera con tapa de cristal. El agua en este dispositivo se calentó a 88 grados centígrados. En 1774, A. Lavoisier usó lentes para concentrar el calor del sol. Y también han aparecido lentes que permiten fundir localmente el hierro fundido en pocos segundos.

Científicos franceses crearon baterías que convierten la energía del sol en energía mecánica. A fines del siglo XIX, el investigador O. Musho desarrolló un aislador que enfocaba rayos con una lente en una caldera de vapor. Esta caldera se utilizó para hacer funcionar la imprenta. En los Estados Unidos en ese momento, era posible crear una unidad impulsada por el sol con una capacidad de 15 "caballos".

Aislante O. Musho

En los años treinta del siglo pasado, el académico de la URSS A.F. Ioffe propuso el uso de fotocélulas semiconductoras para convertir la energía solar.La eficiencia de la batería en ese momento era inferior al 1%. Pasaron muchos años antes de que se desarrollaran células solares con una eficiencia del 10 al 15 por ciento. Luego, los estadounidenses construyeron paneles solares de tipo moderno.

Fotocélula para batería solar

Vale la pena decir que las baterías basadas en semiconductores son bastante duraderas y no requieren calificaciones para cuidarlas. Por lo tanto, se utilizan con mayor frecuencia en la vida cotidiana. También hay plantas enteras de energía solar. Por regla general, se crean en países con una gran cantidad de días soleados al año. Estos son Israel, Arabia Saudita, el sur de los EE. UU., India, España. Ahora hay proyectos absolutamente fantásticos. Por ejemplo, plantas de energía solar fuera de la atmósfera. Allí la luz del sol aún no ha perdido energía. Es decir, se propone que la radiación sea capturada en órbita y luego convertida en microondas. Entonces, de esta forma, la energía será enviada a la Tierra.

Tipos de paneles

Hay diferentes tipos de paneles solares en uso hoy en día. Entre ellos:

1. Poli y monocristal.
2. Amorfo.

Los paneles monocristalinos se caracterizan por su baja productividad, pero son relativamente económicos, por lo que son muy populares. Si es necesario equipar un sistema de suministro de energía adicional para el suministro de corriente alternativo cuando el principal está apagado, entonces la compra de dicha opción está totalmente justificada.

Los policristales se encuentran en una posición intermedia en estos dos parámetros. Dichos paneles se pueden usar para proporcionar un suministro de energía centralizado en lugares donde no hay acceso a un sistema estacionario por ningún motivo.

En cuanto a los paneles amorfos, demuestran la máxima productividad, pero esto aumenta significativamente el costo del equipo. El silicio amorfo está presente en dispositivos de este tipo. Vale la pena señalar que aún no es realista comprarlos, ya que la tecnología se encuentra en la etapa de aplicación experimental.

¿Qué son las fuentes de energía no tradicionales?

Una tarea prometedora en el complejo energético del siglo XXI es el uso e implementación de fuentes de energía renovables. Esto reducirá la carga sobre el sistema ecológico del planeta. El uso de fuentes tradicionales afecta negativamente al medio ambiente y conduce al agotamiento del interior de la tierra. Éstos incluyen:

1. No renovable:

• carbón;
• gas natural;
• aceite;
• Urano.

2. Renovables:

• madera;
• hidroelectricidad

La energía alternativa es un sistema de nuevas formas y métodos de obtención, transmisión y uso de la energía, que son mal aprovechados, pero son beneficiosos para el medio ambiente.

Las fuentes alternativas de energía (AES) son sustancias y procesos que existen en el medio natural y que permiten obtener la energía necesaria.

Condiciones de trabajo y eficiencia

Es mejor confiar el cálculo y la instalación del sistema solar a profesionales. El cumplimiento de la técnica de instalación asegurará la operatividad y obtendrá el rendimiento declarado. Para mejorar la eficiencia y la vida útil, se deben tener en cuenta algunos matices.

Válvula termostática. En los sistemas de calefacción tradicionales, rara vez se instala un elemento termostático, ya que el generador de calor se encarga de regular la temperatura. Sin embargo, al organizar un sistema solar, no se debe olvidar la válvula protectora.

Calentar el tanque a la temperatura máxima permitida aumenta el rendimiento del colector y le permite usar el calor solar incluso cuando está nublado

La ubicación óptima de la válvula es a 60 cm del calentador. Cuando se encuentra cerca, el "termostato" se calienta y bloquea el suministro de agua caliente.

Ubicación del tanque de almacenamiento. El depósito de inercia de ACS debe instalarse en un lugar accesible.

Cuando se coloca en una habitación compacta, se presta especial atención a la altura de los techos.

El espacio libre mínimo por encima del tanque es de 60 cm. Este espacio libre es necesario para el mantenimiento de la batería y la sustitución del ánodo de magnesio.

Instalación de un tanque de expansión. El elemento compensa la expansión térmica durante el período de estancamiento. La instalación del tanque encima del equipo de bombeo provocará el sobrecalentamiento de la membrana y su desgaste prematuro.

El lugar óptimo para el tanque de expansión es debajo del grupo de bombas. El efecto de la temperatura durante esta instalación se reduce significativamente y la membrana conserva su elasticidad por más tiempo.

Conexión del circuito solar. Al conectar tuberías, se recomienda organizar un bucle. "Thermoloop" reduce la pérdida de calor, impidiendo la salida del líquido calentado.

Versión técnicamente correcta de la implementación del "bucle" del circuito solar. El descuido del requisito provoca una disminución de la temperatura en el tanque de almacenamiento de 1-2 ° C por noche

La válvula de retención. Evita el "vuelco" de la circulación del refrigerante. Ante la falta de actividad solar, la válvula de retención evita que el calor acumulado durante el día se disipe.

Desarrollo de la energía solar.

Como ya se ha señalado, las cifras que reflejan hoy las características del desarrollo de la energía solar son cada vez mayores.El panel solar hace tiempo que dejó de ser un término para un círculo reducido de especialistas técnicos, y hoy no solo hablan de energía solar, sino que también obtienen ganancias de los proyectos terminados.

En septiembre de 2008 finalizó la construcción de una planta de energía solar ubicada en el municipio español de Olmedilla de Alarcón. La potencia pico de la central de Olmedilla alcanza los 60 MW.

Estación solar Olmedilla

En Alemania, se opera la estación solar Waldpolenz, que se encuentra en Sajonia, cerca de las ciudades de Brandis y Bennewitz. Con una potencia máxima de 40 MW, esta planta es una de las plantas de energía solar más grandes del mundo.

Estación solar Waldpolenz

Inesperadamente para muchos, las buenas noticias comenzaron a complacer a Ucrania. Según el BERD, Ucrania puede convertirse pronto en un líder entre las economías verdes de Europa, especialmente en relación con el mercado de la energía solar, que es uno de los mercados de energía renovable más prometedores.

Las plantas de energía solar operan en

• Región de Oremburgo:
  "Sakmarskaya im. A. A. Vlaznev, con una capacidad instalada de 25 MW;
  Perevolotskaya, con una capacidad instalada de 5,0 MW.
• República de Bashkortostán:
  Buribaevskaya, con una capacidad instalada de 20,0 MW;
  Bugulchanskaya, con una capacidad instalada de 15,0 MW.
• República de Altai:
  Kosh-Agachskaya, con una capacidad instalada de 10,0 MW;
  Ust-Kanskaya, con una capacidad instalada de 5,0 MW.
• República de Jakasia:
  "Abakanskaya", con una capacidad instalada de 5,2 MW.
• Región de Bélgorod:
  “AltEnergo”, con una capacidad instalada de 0,1 MW.
• En la República de Crimea, independientemente del Sistema Energético Unificado del país, hay 13 plantas de energía solar con una capacidad total de 289,5 MW.
• Además, una estación opera fuera del sistema en la República de Sakha-Yakutia (1,0 MW) y en el Territorio Trans-Baikal (0,12 MW).

Las centrales eléctricas se encuentran en etapa de desarrollo de proyectos y construcción

• En el Territorio de Altai, se planea poner en funcionamiento 2 estaciones con una capacidad de diseño total de 20,0 MW en 2019.
• En la región de Astrakhan, se planea poner en funcionamiento 6 estaciones con una capacidad de diseño total de 90,0 MW en 2017.
• En la región de Volgogrado, se planea poner en funcionamiento 6 plantas con una capacidad de diseño total de 100,0 MW en 2017 y 2018.
• En el Territorio Trans-Baikal, se planea poner en funcionamiento 3 estaciones con una capacidad de diseño total de 40,0 MW en 2017 y 2018.
• En la región de Irkutsk, se planea poner en funcionamiento 1 estación con una capacidad proyectada de 15,0 MW en 2018.
• En la región de Lipetsk, se planea poner en funcionamiento 3 estaciones con una capacidad de diseño total de 45,0 MW en 2017.
• En la región de Omsk, se planea poner en funcionamiento 2 estaciones con una capacidad proyectada de 40,0 MW en 2017 y 2019.
• En la región de Oremburgo, se prevé que la séptima estación, con una capacidad diseñada de 260,0 MW, entre en funcionamiento en 2017-2019.
• En la República de Bashkortostán, se planea poner en funcionamiento 3 estaciones con una capacidad proyectada de 29,0 MW en 2017 y 2018.
• En la República de Buriatia, se planea poner en operación 5 plantas con una capacidad proyectada de 70,0 MW en 2017 y 2018.
• En la República de Daguestán, se planea poner en funcionamiento 2 estaciones con una capacidad proyectada de 10,0 MW en 2017.
• En la República de Kalmykia, se planea poner en funcionamiento 4 plantas con una capacidad proyectada de 70,0 MW en 2017 y 2019.
• En la región de Samara, se planea poner en operación 1 estación con una capacidad proyectada de 75,0 MW en 2018.
• En la región de Saratov, se planea poner en funcionamiento 3 estaciones con una capacidad proyectada de 40,0 MW en 2017 y 2018.
• En el Territorio de Stavropol, se planea poner en funcionamiento 4 estaciones con una capacidad proyectada de 115,0 MW en 2017-2019.
• En la región de Chelyabinsk, se planea poner en funcionamiento 4 estaciones con una capacidad proyectada de 60,0 MW en 2017 y 2018.

La capacidad total proyectada de plantas de energía solar en desarrollo y construcción es de 1079.0 MW.
Los generadores termoeléctricos, los colectores solares y las plantas termosolares también son muy utilizados en las plantas industriales y en la vida cotidiana. La opción y el método de uso son elegidos por cada uno por sí mismo.

La cantidad de dispositivos técnicos que utilizan energía solar para generar energía eléctrica y térmica, así como la cantidad de plantas de energía solar en construcción, su capacidad, hablan por sí mismas: en Rusia, las fuentes de energía alternativas deben ser y desarrollarse.

Transmisión de energía solar a la Tierra

La energía solar de un satélite se transmite a la Tierra usando un transmisor de microondas a través del espacio y la atmósfera y se recibe en la Tierra por una antena llamada rectena. Una rectena es una antena no lineal diseñada para convertir la energía del campo de la onda que incide sobre ella.

transmisión láser

Los desarrollos recientes sugieren el uso del láser con láseres de estado sólido recientemente desarrollados que permiten una transferencia de energía eficiente. En unos pocos años, se puede lograr un rango de eficiencia del 10% al 20%, pero aún se necesita más experimentación para tener en cuenta los posibles peligros que esto puede causar a los ojos.

microondas

En comparación con la transmisión por láser, la transmisión por microondas es más avanzada y tiene una mayor eficiencia de hasta un 85 %. Los rayos de microondas están muy por debajo de los niveles de concentración letales, incluso con una exposición prolongada. Entonces, un horno de microondas con una frecuencia de onda de microondas de 2,45 GHz con cierta protección es completamente inofensivo. La corriente eléctrica generada por las células fotovoltaicas pasa a través de un magnetrón, que convierte la corriente eléctrica en ondas electromagnéticas. Esta onda electromagnética pasa a través de la guía de ondas, que forma las características de la onda electromagnética. La eficiencia de la transmisión de energía inalámbrica depende de muchos parámetros.

Información tecnológica importante

Si consideramos en detalle la batería solar, el principio de funcionamiento es fácil de entender. Secciones separadas de la placa fotográfica cambian la conductividad en secciones separadas bajo la influencia de la radiación ultravioleta.

Como resultado, la energía solar se convierte en energía eléctrica, que puede usarse inmediatamente para electrodomésticos o almacenarse en medios autónomos extraíbles.

Para comprender este proceso con más detalle, es necesario evaluar varios aspectos importantes:

1. Una batería solar es un sistema especial de convertidores fotovoltaicos que forman una estructura común y están conectados en una secuencia determinada.
2. Hay dos capas en la estructura de los fotoconvertidores, que pueden diferir en el tipo de conductividad.
3. Se utilizan obleas de silicio para fabricar estos convertidores.
4. El fósforo también se agrega al silicio en la capa de tipo n, lo que provoca un exceso de electrones con un índice de carga negativa.
5. La capa de tipo p está hecha de silicio y boro, lo que conduce a la formación de los llamados "agujeros".
6. En última instancia, ambas capas se ubican entre electrodos con diferentes cargas.

¿Dónde se utiliza la energía solar?

El uso de la energía solar aumenta cada año. No hace mucho tiempo, la energía del sol se utilizaba para calentar el agua de la casa de campo en la lluvia de verano. Y hoy, ya se utilizan varias instalaciones para calentar casas particulares, en torres de enfriamiento. Los paneles solares generan la electricidad necesaria para alimentar pequeños pueblos.

Características del uso de la energía solar.

La fotoenergía de la radiación solar se convierte en células fotovoltaicas. Esta es una estructura de dos capas que consta de 2 semiconductores de diferentes tipos. El semiconductor de abajo es de tipo p y el de arriba es de tipo n. El primero tiene una falta de electrones, y el segundo tiene un exceso.

Los electrones en un semiconductor de tipo n absorben la radiación solar, lo que hace que los electrones en él salgan de órbita. La fuerza del pulso es suficiente para transformarse en un semiconductor de tipo p. Como resultado, se produce un flujo de electrones dirigido y se genera electricidad. El silicio se utiliza en la producción de células solares.

Hasta la fecha, se producen varios tipos de fotocélulas:

• Monocristalino. Se producen a partir de monocristales de silicio y tienen una estructura cristalina uniforme.Entre otros tipos, se destacan con la mayor eficiencia (alrededor del 20 por ciento) y mayor costo;
• Policristalino. La estructura es policristalina, menos uniforme. Son más baratos y tienen una eficiencia del 15 al 18 por ciento;
• Película delgada. Estas células solares se fabrican pulverizando silicio amorfo sobre un sustrato flexible. Estas fotocélulas son las más económicas, pero su eficiencia deja mucho que desear. Se utilizan en la producción de paneles solares flexibles.

eficiencia de los paneles solares

¿En qué se convierte la energía solar y cómo se produce?

La energía solar pertenece a la categoría de alternativa. Se está desarrollando dinámicamente, ofreciendo nuevos métodos para obtener energía del sol. Hasta la fecha, se conocen tales métodos para obtener energía solar y su posterior transformación:

• método fotovoltaico o fotoeléctrico - la recolección de energía usando celdas fotovoltaicas;
• aire caliente: cuando la energía del sol se convierte en aire y se envía al turbogenerador;
• método solar térmico - calentamiento por rayos de una superficie que acumula energía térmica;
• "vela solar": un dispositivo del mismo nombre, que opera en el vacío, convierte los rayos del sol en energía cinética;
• método del globo: la radiación solar calienta el globo, donde debido al calor se genera vapor, que sirve para generar electricidad de respaldo.

La recepción de energía del Sol puede ser directa (a través de celdas solares) o indirecta (utilizando la concentración de energía solar, como es el caso del método solar térmico).Las principales ventajas de la energía solar son la ausencia de emisiones nocivas y la reducción de los costes de electricidad. Esto anima a un número cada vez mayor de personas y empresas a recurrir a la energía solar como alternativa. La energía alternativa más activa se utiliza en países como Alemania, Japón y China.

Paneles solares, dispositivo y aplicación.

Más recientemente, la idea de obtener electricidad gratis parecía fantástica. Pero las tecnologías modernas están mejorando constantemente y también se están desarrollando energías alternativas. Muchos comienzan a utilizar nuevos desarrollos, estando alejados de la red eléctrica, ganando plena autonomía y sin perder el confort urbano. Una de esas fuentes de electricidad son los paneles solares.
El alcance de dichas baterías está destinado principalmente al suministro de energía de casas de campo, casas y casas de verano, que se encuentran lejos de las líneas eléctricas. Es decir, en lugares donde se requieran fuentes adicionales de energía eléctrica.

¿Qué es una batería de energía solar? Estos son numerosos conductores y fotocélulas conectados en un sistema que convierte la energía recibida de los rayos del sol en corriente eléctrica. La eficiencia de este sistema alcanza una media del cuarenta por ciento, pero para ello se requieren condiciones climáticas adecuadas.

Tiene sentido instalar sistemas solares solo en aquellas áreas donde el clima es soleado la mayor parte de los días del año. También vale la pena considerar la ubicación geográfica de la casa. Pero básicamente, en condiciones favorables, las baterías reducen significativamente el consumo de electricidad de la red general.

Eficiencia de las baterías solares

Una fotocélula, incluso al mediodía con tiempo despejado, produce muy poca electricidad, suficiente solo para hacer funcionar una linterna LED.

Para aumentar la potencia de salida, varias celdas solares se combinan en paralelo para aumentar el voltaje constante y en serie para aumentar la corriente.

La eficiencia de los paneles solares depende de:

• la temperatura del aire y la propia batería;
• selección correcta de la resistencia de carga;
• el ángulo de incidencia de los rayos del sol;
• presencia / ausencia de revestimiento antirreflectante;
• potencia de salida de luz.

Cuanto más baja es la temperatura exterior, más eficientes funcionan las fotocélulas y la batería solar en su conjunto. Todo es simple aquí. Pero con el cálculo de la carga, la situación es más complicada. Debe seleccionarse en función de la salida actual del panel. Pero su valor varía dependiendo de factores climáticos.

Los paneles solares se producen con la expectativa de un voltaje de salida que es un múltiplo de 12 V; si se van a suministrar 24 V a la batería, entonces se deberán conectar dos paneles en paralelo.

Monitorear constantemente los parámetros de la batería solar y ajustar manualmente su funcionamiento es problemático. Para hacer esto, es mejor usar el controlador de control, que ajusta automáticamente la configuración del panel solar para lograr el máximo rendimiento y los modos de funcionamiento óptimos.

El ángulo ideal de incidencia de los rayos del sol sobre la celda solar es recto. Sin embargo, cuando se desvía dentro de los 30 grados de la perpendicular, la eficiencia del panel cae solo alrededor del 5%. Pero con un aumento adicional en este ángulo, se reflejará una proporción creciente de radiación solar, reduciendo así la eficiencia de la celda solar.

Si se requiere que la batería produzca la máxima energía en el verano, entonces debe orientarse perpendicularmente a la posición promedio del Sol, que ocupa en los equinoccios de primavera y otoño.

Para la región de Moscú, esto es aproximadamente 40-45 grados hasta el horizonte. Si se necesita el máximo en invierno, entonces el panel debe colocarse en una posición más vertical.

Y una cosa más: el polvo y la suciedad reducen considerablemente el rendimiento de las fotocélulas. Los fotones a través de una barrera tan "sucia" simplemente no los alcanzan, lo que significa que no hay nada que convertir en electricidad. Los paneles deben lavarse regularmente o colocarse de manera que el polvo se lave solo con la lluvia.

Algunos paneles solares tienen lentes incorporados para concentrar la radiación en la celda solar. En tiempo despejado, esto conduce a un aumento de la eficiencia. Sin embargo, con una gran nubosidad, estas lentes solo causan daño.

Si un panel convencional en tal situación continúa generando corriente, aunque en volúmenes más pequeños, entonces el modelo de lente dejará de funcionar casi por completo.

Lo ideal es que el sol ilumine uniformemente una batería de fotocélulas. Si una de sus secciones se oscurece, las células solares sin iluminación se convierten en una carga parásita. No solo no generan energía en tal situación, sino que también la toman de los elementos de trabajo.

Los paneles deben instalarse de manera que no haya árboles, edificios y otros obstáculos en el camino de los rayos del sol.