martes, 9 de noviembre de 2010

Energía Solar: La Transformación Eléctrica más Cara

Concepto Físico

La energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética procedente del Sol, en donde es generada por un proceso de fusión nuclear.
En el Sol se producen constantemente reacciones nucleares de fusión: los átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a un átomo de helio, liberando una gran cantidad de energía. La pequeña parte que llega a la Tierra, es además parcialmente reflejada hacia el espacio exterior por la presencia de la atmósfera terrestre.


La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes:
• Incidiendo sobre las áreas iluminadas (radiación directa).
• Por reflexión de la radiación solar absorbida por el aire y el polvo atmosférico (radiación difusa).


Aplicación Tecnológica: Centrales Solares
El aprovechamiento de la energía solar puede hacerse por dos vías: térmica y fotovoltaica.

a) Centrales Solares Térmicas
Transforman la energía proveniente del Sol en energía calorífica.
Esta transformación puede darse a baja, media y alta temperatura.

a.1) Transformación a Baja Temperatura
La transformación a baja temperatura se emplea, generalmente, para calefacción doméstica, climatización de locales, calentamiento de agua en hospitales, piscinas.... Se utilizan unos colectores planos que alojan un circuito con un fluido que absorbe la radiación solar y lo transmite en forma de calor al sistema de calefacción. Estos sistemas aprovechan la energía solar a temperaturas que oscilan entre 35 ºC y 90 ºC, siendo actualmente la principal aplicación de la energía solar térmica en España.

a.2) Transformación a Media Temperatura
En las instalaciones que trabajan a media temperatura, entre 90 ºC y 200 ºC, utilizan un conjunto de colectores de concentración de distintas formas:
a) Cilíndrico-parabólica: recogen la energía solar y la transmiten a un fluido (aceite térmico) en forma de calor.
b) Heliostatos: formados generalmente por espejos orientables de forma que la radiación incidente sea reflejada en un punto fijo. Las aplicaciones de este tipo de instalaciones son fundamentalmente industriales.

a.2) Transformación a Alta Temperatura
Las instalaciones a alta temperatura son las centrales termoeléctricas con temperaturas superiores a 400 ºC. Están formadas por una amplia superficie de heliostatos sostenidos por soportes que reflejan la radiación solar y la concentran en un pequeño punto receptor. Este receptor transmite la radiación solar en forma de calor a un fluido (agua, aire, metales líquidos) que circula por un circuito primario. En un generador de vapor se transmite esa energía a un segundo circuito,
produciendo el vapor de agua capaz de accionar un grupo turbina-alternador productor de la energía eléctrica. El rendimiento de estas instalaciones es aproximadamente del 20%.




b) Centrales Solares Fotovoltaicas
Los sistemas solares fotovoltaicos están formados por un conjunto de células solares o fotovoltaicas dispuestas en paneles que transforman directamente la energía solar en energía eléctrica.

La luz solar transporta la energía en forma de un flujo de fotones. Cuando estos fotones inciden en determinado tipo de materiales y bajo ciertas condiciones, provocan una corriente eléctrica. Es lo que se conoce como efecto fotovoltaico.
Las células solares o fotovoltaicas son pequeños elementos fabricados con un elemento cristalino semiconductor dopado, silicio-germanio (Si-Ge). Al incidir sobre ellas, los fotones producen un movimiento de electrones en el interior de la célula y aparece entre sus extremos una diferencia de potencial que los convierte en un pequeño generador eléctrico.

El coste actual de estas células es muy elevado, su rendimiento es bajo (10-15%) y su fabricación muy contaminante.

El desarrollo de estos sistemas está ligado a la técnica de los satélites artificiales. En una primera etapa, debido a la fiabilidad de su funcionamiento, su reducido peso y sus escasas necesidades de mantenimiento, estos sistemas fueron utilizados para cubrir las necesidades energéticas de los satélites.

Este tipo de centrales se están instalando en países donde el transporte de energía eléctrica se debería realizar desde mucha distancia, y hasta ahora su empleo es básicamente para iluminación, alimentación de equipos de campo que suministran información a sistemas de control y algunas aplicaciones domésticas.




Ventajas e Inconvenientes

Las ventajas de la energía solar son:
• Es una fuente energética inagotable a escala humana y no contaminante.
• Mediante tecnologías que logran su concentración, se pueden alcanzar temperaturas de hasta 3.000 ºC, que en principio permiten poner en marcha ciclos termodinámicos de alto rendimiento.
Los inconvenientes de esta fuente de energía son:
• No puede ser almacenada, por lo que tiene que ser transformada inmediatamente en otra forma de energía (calor, electricidad, biomasa o bombeo de agua a los embalses).
• Su aprovechamiento exige disponer de sistemas de captación que ocupan grandes superficies de terreno y algunos de sus principales componentes son muy costosos.
• Es discontinua y aleatoria por la variabilidad de la insolación. No garantiza el suministro energético continuo, pero sí puede resultar una importante ayuda para disminuir el empleo de otras energías contaminantes.
Por tanto la energía solar que llega a la Tierra es gratuita, pero su transformación en energía útil es muy costosa y, en muchos casos, está en fase de experimentación.



Costes de Generación Eléctrica mediante Centrales Solares

Los costes de generación eléctrica mediante centrales solares son muy superiores a los de la energía producida por centrales que utilizan energías no renovables.

Como referencia,  los siguientes datos están tomados del Ministerio de Industria, Red Eléctrica de España y Unesa (Asociación Española de la Industria Eléctrica):
  • Costes por MWh:
    • Energía nuclear: 36 euros.
    • Energía hidráulica: 45 euros
    • Por quema de carbón: 52 euros
    • Quema de gas: 60 euros
    • Energía eólica: 84 euros
    • Energía solar fotovoltaica: 430 euros
Las instalaciones solares fotovoltaicas pueden ser muy útiles para cubrir demandas en zonas aisladas: Granjas agropecuarias, viviendas rurales, equipamiento de sistemas de control, etc. En estos casos resulta más barato instalar este tipo de energía que extender la red eléctrica hasta ese punto o instalar un transformador, para una demanda eléctrica menor.
Sin embargo, la aportación al mix eléctrico genera déficit de tarifa debido a las primas a la producción de energía renovable, de acuerdo a la siguiente tabla:


La Energía Solar en España: Datos Relevantes

España ha apostado por las energías eólica y solar en los últimos años, aumentando la potencia instalada y la energía producida mediante estas fuentes. Como consecuencia de ello, los costes del mix eléctrico han aumentado y se ha producido un encarecimiento progresivo en la tarifa eléctrica.

Las principales centrales solares (en términos de potencia instalada) se encuentran en Castilla La Mancha, Andalucía y Extremadura. Su aportación todavía no es significativa, pero su impacto es alto, en términos económicos.

A nivel europeo, sólo Alemania se ha decantado por la energía solar al nivel de España, con la diferencia de que Alemania es productor tecnológico del equipamiento de mayor valor añadido de las centrales.






Superficie de Captación Térmica en la UE: Evolución por Países

Potencia Solar Fotovoltaica en la UE: Evolución por Países

2 comentarios:

  1. Una pregunta..sin ser experto en la materia: tenemos un índice de radiación solar mucho más alto que el de Alemania (cultura a quien por cierto, siempre ponemos de ejemplo de seriedad y de profesionalidad) sin embargo, según sus datos, en el 2008 casi nos dobla la potencia instalada en energía fotovoltaica. ¿Que explicación podría ofrecer?. Gracias
    http://mallorcaverd-e.ning.com

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  2. En mi opinión, no hay más explicación que Alemania ha apostado por una energía cara y está deshaciendo posiciones en las nucleares, ya que es un país donde los partidos políticos "verdes" ejercen mucha presión, y estos, incompresiblemente, siempre han tenido aversión a la energía nuclear. Significa que su energía la va a costar más cara que a los franceses.

    Sin embargo, Alemania es una gran fabricante de bienes de equipo relacionados con la energía fotovoltaica.

    Gracias por su intervención, en cualquier caso
    jl72

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