El funcionamiento de la energía solar puede explicarse así. La cantidad de luz solar que incide en la superficie de la Tierra en tan solo una hora, más o menos, es más que suficiente para cubrir el consumo energético del mundo completo durante un año sin interrupción.
Así pues, las tecnologías solares convierten la luz del astro en energía eléctrica. Todo ello mediante paneles fotovoltaicos o mediante espejos que concentran la radiación solar. Esta energía puede utilizarse para generar electricidad o almacenarse en baterías o acumuladores térmicos para su uso posterior.
Funcionamiento de la energía solar; ¿cómo se obtiene?
Para empezar a explicar el funcionamiento de la energía solar, es preciso que entiendas primero algunos conceptos básicos. Estos conceptos te ayudarán a entender cómo llega la energía procedente del sol y cómo se transforma en electricidad.
Energía proveniente del sol
Para empezar, los rayos del astro llegan a la Tierra en forma de radiación o luz. También conocida como radiación electromagnética, la cual emite el sol. Aunque todas las zonas geográficas de la Tierra reciben algo de luz solar en todo el año. La cantidad de radiación que llega a cualquier punto de la superficie terrestre varía un poco. Por esta razón, las tecnologías solares recolectan esta radiación y la convierten en formas útiles de energía.
Radiación solar
La radiación solar es un término generalizado que se utiliza para nombrar la radiación electromagnética. La cual es emitida por la estrella más cercana que tiene el planeta. De esta manera, la radiación solar puede capturarse y transformarse en formas de energía. Tales como el calor y la electricidad, mediante diversas tecnologías aplicadas para ello.
No obstante, la viabilidad técnica y el funcionamiento económico de estas tecnologías en un lugar concreto, dependen enteramente del recurso solar disponible. Lo que quiere decir que la incidencia del sol es el principal motor de arranque para el aprovechamiento de este tipo de energía.
Algunos principios básicos que debes conocer
Para empezar, todas las zonas del planeta reciben luz solar al menos una parte de todos los 365 días del año. Por norma general, la cantidad de radiación solar que llega a cualquier punto del planeta. Varía según algunos aspectos fundamentales, tales como:
- Ubicación geográfica. Depende del país o la región del mundo en donde te encuentres.
- Hora del día. Si es de día o de noche en donde no hay incidencia solar directa o indirecta.
- Estación del año. Si es primavera, verano, otoño o invierno.
- El paisaje local. Si vives en lugares en donde hay montañas, valles, entre otros aspectos.
- Clima local. Si en donde vives hace mucho frío, calor o temperaturas medias entre estos 2 extremos.
Dado que el planeta tiene una forma geoide o es lo más parecido a una esfera, el sol incide en la superficie en diferentes ángulos. Estos ángulos van desde los 0 grados; justo por encima del horizonte, hasta los 90 grados, directamente sobre tu cabeza. Del mismo modo, cuando los rayos solares son verticales, la superficie de la Tierra recibe toda la energía posible.
Cuanto más inclinados están los rayos del sol, más tiempo viajan a través de la atmósfera terrestre, volviéndose más dispersos y difusos. Debido a la forma del planeta, las regiones polares frías nunca reciben sol en su máximo esplendor y, debido al eje de rotación inclinado, estas zonas no reciben rayos solares durante parte del año; sobre todo en el invierno.
Traslación del planeta
La Tierra gira alrededor del sol, haciendo una órbita elíptica y está más cerca del mismo durante alguna parte del año terrestre. Cuando el planeta está más cerca de la estrella, la superficie recibe un poco más de energía solar. Así, el planeta está más cerca del sol cuando es verano en el hemisferio sur y cuando es invierno en el hemisferio norte.
No obstante, la presencia de vastos océanos modera los veranos más calurosos y los inviernos más fríos que cabría esperar en el hemisferio sur. Todo ello como resultado de esta diferencia de estaciones.
Ahora bien, la inclinación del eje de rotación de la Tierra es un aspecto vital a la hora de calcular la cantidad de luz solar que incide sobre la misma. Todo ello en un lugar determinado. Esto debido a que la inclinación hace que los días sean más largos en el hemisferio norte desde el equinoccio de primavera hasta el equinoccio de otoño.
De igual manera, hace los días más largos en el hemisferio sur durante los otros 6 meses. Los días y las noches duran exactamente 12 horas en los equinoccios, los cuales se producen cada año en torno al 23 de marzo y al 22 de septiembre.
Diversos países del globo, situados en latitudes medias, reciben más energía solar en verano no solo debido a que los días son más largos. También se debe a que el sol está casi encima, de forma perpendicular. Es por ello que los rayos solares inclinados de forma considerable durante los días más cortos, en los meses de invierno. Algunas ciudades ubicadas en este espacio geográfico reciben casi 3 veces más energía solar en el mes de junio que en el mes de diciembre.
Rotación del planeta
La rotación del planeta también es responsable de las variaciones horarias de la luz del sol. A primera hora de la mañana y a la última hora de la tarde, el sol está puede verse tenuemente en el cielo. Por lo que sus rayos viajan más lejos a través de la atmósfera que en horas del mediodía. Que es cuando el sol está en su punto más alto.
En un día claro, la mayor cantidad de energía solar llega a un recolector solar alrededor del mediodía, la hora de más incidencia de radiación.
Funcionamiento de la energía solar a través de la radiación
El funcionamiento de la energía solar depende directamente de la radiación que la Tierra absorbe de la estrella. Ahora bien, cuando dicha radiación atraviesa la atmósfera, parte de ella es absorbida, dispersada y reflejada por las moléculas de aire, el vapor de agua, nubes, polvo, elementos contaminantes, incendios forestales, volcanes, entre otros.
Por ello, a esto se llama radiación solar difusa. La radiación solar que llega a la superficie terrestre inversamente, se llama radiación solar directa. Pasa saber cuánta radiación total llega al planeta, hay que sumar la radiación solar difusa y la directa, obteniendo como resultado la radiación solar global. Las condiciones de la atmósfera pueden reducir la radiación directa en un 12% en los días claros y secos. Por el contrario, pueden reducirla en un 100% en los días densos y nublados.
¿Cómo es la medición de la radiación solar?
Para ello, los especialistas miden la cantidad de luz solar que incide en lugares específicos y en diferentes momentos del año. Acto seguido, estiman la cantidad de luz solar que incide en regiones de la misma latitud con climas similares a la muestra. Con ello, las mediciones de la energía solar se expresan normalmente como radiación total sobre una superficie horizontal o como radiación total sobre una superficie que sigue al sol.
Los datos de radiación para los sistemas eléctricos solares o fotovoltaicos, suelen representarse como kilovatios – hora por metro cuadrado (kWh / m2). Del mismo modo, las estimaciones directas de la energía solar también pueden expresarse como vatios por metro cuadrado (W / m2).
Funcionamiento de la energía solar y su Distribución
El recurso solar en algunos países es más ventajoso para los sistemas fotovoltaicos, debido a que utilizan tanto la luz solar directa como la dispersa. Así pues, otras tecnologías pueden ser más limitadas. No obstante, la cantidad de energía generada por cualquier tecnología solar en un lugar concreto, depende de la cantidad de dicha energía que a dicha zona. De este modo, las tecnologías solares funcionan con mayor eficacia en los lugares en donde reciben la mayor cantidad de radiación solar.
¿Cómo producen electricidad los paneles solares?
Para un correcto funcionamiento de la energía solar fotovoltaica, hay que prestar atención al funcionamiento de los paneles solares y la incidencia de la radiación solar sobre los mismos. Esto debido a que la eficiencia en la distribución de la energía depende de cuánto han recibido los paneles solares y cuál es el pico máximo de luz solar en una localidad.
Activación de los paneles a través de la luz solar
Cada panel individual está construido con una capa de células de silicio, un marco metálico, una carcasa de vidrio rodeada de una película especial y el cableado. Así, para obtener el máximo efecto de radiación, los paneles se agrupan en una serie ordenada y se ponen en los tejados residenciales o en grandes espacios exteriores. Generalmente, las células solares, también llamadas fotovoltaicas, absorben la radiación del sol durante las horas de luz.
Las células de los paneles solares producen corriente eléctrica
Dentro de cada célula solar, se encuentra una lámina semiconductora, que es muy fina. La cual está formada por dos capas de silicio. Una capa está cargada positivamente y la otra negativamente, formando un campo eléctrico.
Cuando la energía solar incide en una célula solar fotovoltaica, la carga de energía y hace que los electrones se desprendan de los átomos de la lámina semiconductora. Esos electrones empiezan a moverse por el campo eléctrico que está rodeando el panel. Es por ello que este movimiento desarrolla una corriente eléctrica.
Conversión de la energía eléctrica
Ahora, los paneles solares funcionan eficazmente para transformar la luz solar en electricidad. Pero la misma que se genera, se llama electricidad de corriente continua. Esta no es el tipo de electricidad que va a la mayoría de las casas. La cual es llamada electricidad de corriente alterna.
Por fortuna, la electricidad de corriente continua puede convertirse fácilmente en electricidad de corriente alterna mediante un equipo llamado inversor. Es por ello que en los sistemas solares modernos, estos inversores pueden configurarse como un solo inversor para todo el sistema o como microinversores individuales colocados detrás de los paneles.
La electricidad convertida alimenta tu casa
Una vez que la energía solar se ha convertido exitosamente, pasa por el cuadro eléctrico y se distribuye por tu casa para alimentar los electrodomésticos. Además, funciona exactamente igual que la energía eléctrica que se produce a través de la red por las compañías eléctricas. Por lo que no es necesario cambiar nada dentro del hogar.
Como sigues conectado a tu empresa eléctrica convencional, puedes extraer electricidad adicional de forma automática. Esto se hace para complementar cualquier falta de energía solar de la red.
Un contador de red eléctrica se encarga de medir el consumo
En los días nublados y durante las noches, es posible que los paneles solares no puedan captar suficiente luz solar para utilizarla. En otro orden de ideas, en las horas pico del día y cuando nadie está en el hogar. Pueden recoger un excedente de energía, más de la necesaria para el funcionamiento de tu casa.
Por ello, se utiliza un contador para medir la electricidad que fluye en ambas direcciones, hacia y desde la casa. Asimismo, la empresa eléctrica suele conceder créditos por el excedente de energía que se envía a la red eléctrica convencional. La energía solar es una excelente fuente que produce electricidad sin contaminar. ¿Quieres saber más sobre ella? Pues con el Máster en Energías Renovables y Proyectos Energéticos podrás conocer a fondo todo lo relacionado con este tipo de energía renovable.