Energía solar

 

El astro rey del sistema solar, mejor conocido como sol, ha sido de suma importancia para el desarrollo de la vida en el planeta Tierra. Las plantas se alimentan gracias al sol y , con sus nutrientes, otros animales pueden alimentarse de ellas sea por ellas directamente o por alguna clase de fruto. Pero, no todo es cuestión de alimentación, pues el sol mismo provee otros beneficios que nos ayudan en una gran cantidad de actividades en distintas dimensiones, desde a nivel micro a nivel macro.

Figura 1: Paneles solares para aprovechar la luz del sol.

Con tanto que obtenemos del sol ¿Qué más podríamos pedirle? Tal vez, generar energía limpia y barata, pero ¿es posible? Sí, sí lo es y a través de varios procesos físicos, la energía obtenida del sol (conocida como energía solar) es, por lejos, la energía con más aplicaciones y a través de esta sección veremos todo los beneficios que conlleva el uso de la misma.

Concepto de energía solar

Hay muchas maneras de definir lo que es la energía solar, esto dependerá del uso específico de la misma [1] (tenemos por ejemplo solar térmica, solar fotovoltaica , etc) así que se dará una definición un tanto más general de lo que es la energía solar:

"La energía solar se refiere a cualquier forma de obtener un trabajo útil proveniente del sol. Es decir, energía aprovechada del sol en sus diversas aplicaciones"

 Como su definición lo indica, cualquier trabajo útil sacado de un proceso solar es aprovechar la energía solar y, como se menciono con anterioridad, tenemos tres maneras fundamentales de ellas

 Solar térmica

Este tipo de aprovechamiento se fundamenta en aprovechar la energía solar mediante su luz y, posteriormente, captar esa energía en forma de calor. Sus aplicaciones son diversas, sea para aprovechar que se caliente algún fluido y usarlo tal cual (captadores de bajas temperaturas) o servir como un generador eléctrico, cediendo mucha energía calorífica y transfiriendo este calor a energía cinética y finalmente a electricidad (colector de media y alta temperatura).

¿Qué es un colector solar? Es aquel arreglo de elementos dedicados a captar la luz solar, almacenar su energía en forma de calor (con ayuda de algún material) y, posteriormente, usar ese calor almacenado en otro sistema.

Figura 2: Colector solar animado (Imagen creada en Canva)

 Solar fotovoltaica

Sin duda, este es el tipo de aplicación más conocida y con una infinidad de maneras de aplicar su aprovechamiento como fuente generadora de energía eléctrica.

Todos hemos visto los famosos paneles solares o, más técnico, se le conoce como paneles fotovoltaicos[1], son los encargados de hacer la conversión de energía en forma de luz a energía eléctrica. Todo esto se basa en el fenómeno físico conversión fotovoltaica, explicaremos este fenómeno en un aspecto general sin meterse de lleno a toda la física que hay en ello (entender como divulgación es lo primordial aquí).

La luz está compuesta de minúsculas partículas llamadas fotones [3], las cuales carecen de masa, pero sí contienen una energía, deducida por Max Planck y está dada de la siguiente manera[2]:

E = hʋ

Donde E es la energía, h es la constante de Planck, cuyo valor es de 6.626 x10^-34 J*s [3] y ʋ “nu”, es la frecuencia.

Los fotones impactan sobre el material (típicamente un semiconductor dadas sus propiedades) y son absorbidos por el mismo. Este proceso excita a los electrones del material, ya que absorben la energía de los fotones y tienden a liberarse del nivel al que están sometidos. Con ello, se generan electrones libres que son capaces de moverse de un lado a un nodo positivo y así generar una corriente eléctrica.

Para aprovechar al máximo este proceso es necesario contar un un área eficiente (área del panel) y una buena radiación solar incidente.

Figura 3: Instalación de paneles solares

Otras aplicaciones de la energía solar

Con ayuda del sol podemos hacer muchas cosas y a continuación mostramos unas aplicaciones extras de lo que podemos hacer:

• Estanque solar. Funcionan de manera similar a los captadores solares, la diferencia es que su uso es exclusivamente para el almacenamiento de agua caliente y usarla después. Este proceso se lleva a cabo gracias a la convección.

•  Limpieza de agua. Otro uso es procesar el agua para hacerla potable y apta para el consumo humano. La limpieza consiste en la eliminación de microorganismos (por ejemplo, bacterias) y quitar sales disueltas en el agua. Esto se realiza con arreglos que nos permiten calentar el agua y con ello, mediante otros procesos de filtración, dejar el agua lista para usarse.

•  Refrigeración solar. Otro uso resulta ser un poco curioso dado a que normalmente la energía solar se usa para aprovechar su energía y calentar cosas. En un principio, esto también consiste en calentar un recipiente (el captador) conectado a otro (condensador) que contiene algún líquido para regular la temperatura. Este arreglo está unido mediante válvulas por las cuales se transporta el fluido.

 Conclusiones

Cualquier manera de aprovechar al máximo un recurso es una manera de ser sustentable, buscar diversas técnicas para beneficiarse del sol es una excelente manera de fomentar la sostenibilidad. En mi opinión como autor, soy de los que apoyan mucho la energía solar. Sin embargo, no podemos negar que todo tiene sus pros y contras. Afortunadamente, los pros es que existe una forma más para conseguir satisfacer las necesidades energéticas de una manera limpia y es con ello que debemos continuar (comunidades científicas y sociedad) en implementar cada vez mejores formas de promover un desarrollo sustentable.Lo importante es seguir siempre por el camino del avance, un avance que verdaderamente nos lleve a un futuro donde sepamos apreciar la maravilla que es la naturaleza y que, si bien se busca, usaremos los recursos que se nos brindan adecuadamente.

Referencias

[1] Guillén Solís, O. (2004). Energías Renovables. Una perspectiva ingeniefil. Editorial Trillas. (Obra original publicada en 2004)

[2]Peña, L. D. L. (2010, 25 febrero). Introducción a la mecánica cuántica (Ediciones Científicas Universitarias / Scientific Publishing University) (Spanish Edition) (1.^a ed.). Fondo de Cultura Económica.

[3] Beiser, A. (2002, 8 marzo). Concepts of Modern Physics (6.^a ed.). McGraw-Hill Science/Engineering/Math.

[4] https://es.wikipedia.org/wiki/Luz (Accedido el 16 de Septiembre de 2022)