Energia solar

12Monografías deComunicación Científica

Edición realizada con el patrocinio de: Entidades colaboradoras:

Museos Científ icos Coruñeses


energía solar

U n a i n f o r m a c i ó n e l a b o r a d a p o r

ENERGIA SOLAR ESP 9/6/11 18:24 Página 3

n ¿Qué relación tiene el cambioclimático con el consumode energía?

Desde el descubrimiento del fuego elser humano ha recurrido a la quema

de combustibles para generar energía.La combustión de carbón, petróleoy gas (centrales energéticas,motores de combustión, etc)genera más del 80% de las emisio-nes mundiales de dióxido de carbo-no, que se acumula en la atmósfera. Elproblema es que el consumo energéticomundial no deja de aumentar y este gas es unode los que provocan el calentamiento del planeta.

n ¿Podría usarse la energía solar paramover los automóviles?

Sí, pero fundamentalmente a través de la producción eléctrica quese genera en las centrales solares. De hecho, cada vez existen más

automóviles eléctricos y se espera que a partir del próximo año todas las mar-cas comiencen a comercializar modelos de este tipo. También existen prototi-pos que se mueven sólo con la energía eléctrica que generan en sus panelessolares, pero aún quedan muchos problemas técnicos por resolver (bateríasmuy pesadas, diseños poco eficientes, etc).

a preocupación por elcambio climático y elencarecimiento de loscombustibles fósiles hadirigido el interés de la

población hacia fuentes de energíapoco contaminantes. Y,especialmente, hacia aquellas queestán basadas en recursosnaturales renovables, como son laradiación solar y el viento. Eldesarrollo que han tenido en Españala sitúan como una de las grandespotencias mundiales en fuentes deenergías renovables.

L Algunos autores afirman que lasenergías alternativas serían

las no tradicionales (solar, eóli-ca, geotérmica, etc) mientrasque otros sostienen que deberí-an considerarse así a las que noqueman combustibles fósiles;es decir, que entre las energíasalternativas incluirían la nuclear y lahidroeléctrica. Las energías reno-vables o sostenibles son aque-llas que se obtienen de fuentesprácticamente inagotables para

el consumo humano, bien porqueson muy abundantes (como la solaro la eólica) o porque se regeneran deforma natural (biomasa). El uso dealgunas fuentes renovables, como lacombustión de biomasa, implica laemisión de gases contaminantes.

n ¿Es lo mismo energías alternativas querenovables?

La energía solar, además demantener la vida terrestre(biomasa) a través de lafotosíntesis, es la causa de lacirculación atmosférica (energíaeólica) y del ciclo del agua(hidroelectricidad)

Significado de los prefijosKKiilloo ((kk)) mmiillllaarr 11..000000MMeeggaa ((MM)) mmiillllóónn 11..000000..000000GGiiggaa ((GG)) mmiill mmiilllloonneess 11..000000..000000..000000TTeerraa ((TT)) bbiillllóónn 11..000000..000000..000000..000000

Parece que sí. Según la Admi-nistración de Información Ener-

gética de EE.UU., la potencia máximade electricidad que se demanda en elmundo en un momento determinadoes de unos 12,5 billones de vatios(12,5 TW). Esta misma agencia afir-ma que pese al incremento de medi-

das de ahorro y eficiencia energética,para el año 2030 se necesitarán 16,9TW. Como, la potencia aprovechablede energía solar en el mundo es de580 TW, esta fuente de energía po-dría suministrar más de cuarenta ve-ces la potencia máxima de electrici-dad que se demanda actualmente.

n ¿Sería posible el uso de energía solarcomo fuente principal de energía para laproducción de electricidad?

La mayor parte de laelectricidad que consumimos en

nuestro país se genera encentrales donde se queman

combustibles fósiles (carbón,fuel, gas) que liberan a la

atmósfera dióxido de carbono


n ¿Es rentable la energía solar en países pocosoleados o que están próximos a los polos?

L a primera aprovecha el calordel Sol mientras que la

segunda convierte la luz enelectricidad. La térmica se empleafundamentalmente para calentar unfluido, que a su vez sirve para la pro-ducción de agua caliente sanitaria,para calentar piscinas, para la cli-matización de edificios y para otrasaplicaciones industriales. Tambiénpuede emplearse para mover turbi-nas que generan electricidad;

España es un referente mundial en

este aprovechamiento, pues tiene 17centrales activas (generan casi 800MW) a las que se esperan añadirotras 43 en los próximos años. Laelectricidad de origen fotovoltaicosirve para alimentar motores, otrosaparatos eléctricos o para ser vertidaa la red eléctrica. Una diferenciaimportante es que la térmica sealmacena en depósitos de agua uotros fluídos, mientras que la foto-voltaica en baterías, que son máscaras y menos eficientes.

n ¿Qué diferencia hay entre la energía solartérmica y la fotovoltaica, cuál es mejor?

n ¿Se puede disponer de toda la energíanecesaria para una vivienda a partir de laenergía solar?

En 2010 la producción eléctrica solar enEspaña fue algo más de 7.200 GWh,

según informe de Red Eléctrica de España. Elconsumo doméstico medio anual de unafamilia de cuatro miembros es de unos 4.000kWh, por lo que la energía solar produci-da el pasado año daría para abastecer aalrededor de 1.800.000 hogares. Detodas formas hay que recordar que, duranteel año 2010, la electricidad generada a partirde las instalaciones solares tan sólo cubrió el2,6 % de la consumida en nuestro país (enverano llegó al 4%).

n ¿Cuántas familiaspueden ser abastecidaspor la actual producción deenergía solar en España?

Las placas están formadas por muchas célu-las solares, cada una de las cuales tiene

unos pocos centímetros de tamaño. Suelenestar formadas por silicio, aunque en algunasse sustituye por otras sustancias semiconduc-toras como telururo de cadmio o arseniurode galio; en la construcción también se puedeemplear cobre y aluminio. Además, para pro-tegerlas del ambiente (granizo, etc) se cubrencon vidrio por la parte superior, mientras quepor la inferior se fijan a un soporte.

n ¿De qué material estánhechas las placas solares?

Las cocinas solares sehan hecho tan

populares que yaexisten encuentros y

concursos sobre ellas

80N

60N

20N

20S

0

40S

60S

Técnicamente sí, pero en laactualidad sería muy caro. Por

poner un ejemplo, una vivienda eficiente,con cocina y calefacción eléctrica, tieneun consumo medio de 12 kWh por día, ynecesitaría una instalación fotovoltaicacon una potencia de 8 kWp (la p significapico, y alude a la máxima potencia quepueden generar los paneles), lo que

implicaría una superficie de al menos 50m2. Además habría que añadir el costede un sistema de acumulación de ener-gía para emplear por las noches ydurante los días nublados. Por otro lado,una instalación solar térmica de 4 m2,pensada para una vivienda típica, puedeaportar entre el 60 y 80% de la energíanecesaria para agua caliente.

Mapa mundial de insolación

40N

S í, pero las instalaciones tienen que estar adaptadas a la baja inso-lación. Alemania, Noruega y Canadá son ejemplos de países que, aunque

están lejos de las zonas terrestres que reciben mayor insolación, utilizan estaenergía. El 80% del aprovechamiento doméstico de energía solar en Alemaniase dedica a producir agua caliente sanitaria. Una cuestión relacionada con larentabilidad es que muchos países las subvencionan para fomentar el uso yahorrar la construcción de otras infraestructuras energéticas, o bien penalizanel consumo de combustibles fósiles.

r parte de lasumimos ene genera en se quemanles (carbón, liberan a la de carbono


n ¿Cómo funciona un panel solar?

En 1887 Hertz descubrió quealgunos materiales podían

emitir electrones al ser ilumi-nados. En 1905 Einsteinpublicó un artículo revo-lucionario en el que expli-caba este hecho, llamadoefecto fotoeléctrico. Lospaneles solares aprove-chan esta propiedad para

crear una diferencia de potencialeléctrico, lo que desencadenauna pequeña corriente eléctrica.

n ¿Por qué es tan cara laenergía solar?

n ¿Contaminan las placas solares cuandodejan de funcionar?¿Cada cuánto tiempohay que cambiarlas?

E l envejecimiento de las placasfotovoltaicas hace que dejen de

ser eficientes hacia los 25 años.Los materiales con las que se fabri-can, silicio, vidrio, cobre, aluminio,plomo, telururo de cadmio, arseniu-ro de galio, pueden contaminar si nose tratan adecuadamente. Una granparte de los componentes de las

placas solares pueden reutilizarse,y de hecho, empresas del sectorcrearon en 2007 una asociaciónpara la recogida y reciclaje de pane-les solares. El reciclaje no sólo dis-minuye el impacto ambiental deestos residuos, sino que permiteahorrar energía en el proceso defabricación.

Un panel fotovoltaico de 1 m2, formado porcélulas de silicio cristalino, puede gene-

rar una potencia eléctrica de unos 150 W enfunción de la intensidad de luz recibida. Perola capacidad para convertir luz solar en electrici-dad depende del material del que esté construidala celda. Por ejemplo, mientras que las celdas dearseniuro de galio alcanzan una eficacia del 30%,las mejores de silicio no superan el 20%. Tambiénsucede que las de telururo de cadmio son capacesde aprovechar la luz difusa de un día nublado mien-tras que las de silicio requiere luz directa.

Heinrich Hertz (1857-1894)

Efecto fotoeléctrico

2.200-2.500

Insolación mediaanual (en kWh/m2)

1.900-2.200

1.600-1.900

1.300-1.600

1.00-1.300

700-1.000

400-700

n ¿Cuánta energía eléctricaproduce como media unaplaca solar?

Principalmente por el alto coste de la fabri-cación de las láminas de silicio, el compo-

nente básico de las células solares de una placafotovoltaica. Este proceso implica la utilización detecnología compleja y un gasto energético elevado.De todas formas una parte de la investigación sedirige hacia al desarrollo de paneles más eficientesy de menor coste. Actualmente, las instalacionesfotovoltaicas conectadas a la red eléctrica cuestanentre 5.500 y 7.000 euros por kWp, mientras que lasaisladas entre 12.000 y 13.000 euros por kWp.

Albert Einstein (1879-1955)luz solar

electrones

átomos


n ¿Por qué no es obligatorio ponerpaneles solares en las casas denueva construcción para reducir elconsumo de energía?

E l Código Técnico de la Edificación, aprobado por el Consejo deMinistros el 17 de marzo de 2006, obliga a introducir sis-

temas de energía solar térmica, fotovoltaica u otrassemejantes. También exige utilizar materiales y técnicas deconstrucción en los edificios nuevos y en los que vayan a rehabi-litarse, de modo que cubran entre el 30 y 70% de las necesidadesde agua caliente sanitaria. Para las viviendas ya construidas exis-ten ayudas públicas, que en Galicia se gestionan a través delInstituto Energético de Galicia (Inega).

n ¿Es cierto que la energía eólicaya nos proporciona más energíaque la nuclear?

Sólo en determinadosmomentos. Según

Red Eléctrica Española,durante el año 2010 laenergía de origen nuclearcubrió en España el 21%del consumo, mientras quela eólica llegó al 16%. Pero

como la energía de origeneólico depende mucho delas condiciones meteoroló-gicas, hubo algún día en elque superó a la nuclear.Por ejemplo, el 9 denoviembre de 2010 cubrióel 43% del consumo totalen nuestro país, mientrasque el 26 de junio tan sólollegó a suministrar el 1%.Más recientemente, y porprimera vez en nuestropaís, la electricidad de ori-gen eólico generadadurante el mes de marzode 2011, ha sido mayor quela producida por otras tec-nologías (nuclear, ciclocombinado de gas, etc).

n ¿Cuál es laenergíarenovable conmás futuro?

La respuesta es difícil porque continuamente se estánproduciendo avances tecnológicos. Los expertos han

calculado que la potencia solar aprovechable en elmundo es de 580 TW; sin embargo, tan sólo tene-mos instalaciones para captar 0,008 TW. Esta dife-rencia ofrece un enorme margen de crecimiento.

La incorporación de panelessolares a los edificios, comoeste de Londres, puedeintegrarse en el diseñoarquitectónico para mejorarsu impacto estético

El futuro pasa poradaptar la fuenteenergética a cada

uso, actividad o lugar

En 2009 se inauguró en Sevilla unaenorme central solar de torre. Estáformada por un campo con 1.225heliostatos (cada uno es un espejo de120 m2) que reflejan la luz del solsobre una torre de 165 metros dealtura. El calor se emplea paraproducir el vapor que acciona lasturbinas donde se genera la energíaeléctrica

n ¿Podremos cubrir en el futuronuestras necesidades energéticascon las energías renovables?

Muy probablemente sí encuanto a las necesida-

des de energía eléctrica.En 2009 las energías renova-bles proporcionaron en nues-tro país el 29% de toda la elec-tricidad consumida, mientrasque en 2010 este porcentajeascendió al 35%. Se esperaque para el 2030 el 75% de laproducción eléctrica mundial

proceda de energías renova-bles. Sin embargo, hay quetener en cuenta que laelectricidad sólo suponealrededor del 14% de todala energía que se comer-cializa. Una de nuestrasnecesidades energéticas másimportantes es la de combus-tibles fósiles (petróleo) para lalocomoción.


Sí. Además del impacto que implican las obraspara su construcción (apertura de vías de comu-

nicación, construcción de instalaciones, producciónde residuos, etc) las más importantes están relacio-nadas con el embalse del agua, pues genera inunda-ción de espacios y modificación del caudal del río.Esto altera las características del suelo, vege-tación, fauna, clima y población humana dellugar donde se instale. Las presas, por ejemplo,son barreras que impiden el libre desplazamiento dealgunos peces hacia el nacimiento de los ríos, que esdonde se reproducen.

n ¿Todos los suelos de Galiciaservirían para la energía geotérmica?

DISEÑO Y MAQUETACIÓN

Presa de una central hidroeléctrica

n ¿Qué energíapodemos extraer delas olas del mar?

La energía geotérmica aprove-cha el calor interno del plane-

ta. En algunos lugares, como losque están cercanos a volcanes,géiseres y otras fuentes de calor,esta energía se puede emplearpara calentar fluidos que, a suvez, sirvan para mover turbinas ygenerar electricidad. Las zonasgallegas con más potencial estánen Lugo y Ourense. Otra forma de

aprovechar la energía geotér-mica, y que se podría utilizaren cualquier terreno, estábasada en un sistema conoci-do como “bomba de calor”.Estas máquinas aprovechan quela temperatura del suelo, a partirde unos 10-15 metros de profun-didad, es constante a lo largo delaño, y se mantiene entre 7 y 14grados.

n ¿Las centrales hidroeléctricascausan algún impacto ambientalen el ecosistema donde seconstruyen?





L as olas y las mareas se usanpara generar electricidad. En

el caso de las olas (energía undimotrizu olamotriz) se aprovecha el movimien-to y agitación de las aguas marinas, yexisten diferentes procedimientos. Porejemplo, el empuje de las olas puedeemplearse para comprimir aire que, asu vez, empujaría unas turbinas quegenerarían electricidad. Se estima que,aunque puede tener gran futuro, estaenergía lleva unos diez años de retrasorespecto a otras renovables. Galicia esla comunidad autónoma con mayorpotencial para su aprovechamiento.

Alternador

Turbina

Olas

Aire

Diferentes formas de aprovechar la energía de las olas

Esquema de una centralolamotriz

Los movimientosverticales de un

flotadorabsorben la

energía de la olaUn brazo fijo

oscila como unpéndulo al serempujado por

el oleajeElemento

flotante que seflexiona en función

de las diferencias dealtura de lasuperficie

marina


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