Energías Renovables
En México se consideran energías renovables aquellas reguladas por el artículo 3º fracción II de la LAERFTE, cuya fuente reside en fenómenos de la naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser transformados en energía aprovechable por la humanidad, que se regeneran naturalmente, por lo que se encuentran disponibles de forma continua o periódica.
¿Qué es la energía solar?
El sol es nuestra fuente de energía primaria y es el principal precursor de los procesos naturales como: la fotosíntesis en las plantas, las corrientes de aire, la evaporación de las aguas superficiales, la formación de nubes, las lluvias y por consiguiente, el origen de otras fuentes de energía renovable, como el viento, las olas o la biomasa. Su calor y su luz son la base de numerosas reacciones químicas indispensables para el desarrollo de las plantas, de los animales y en definitiva, para que exista vida sobre la Tierra, por tanto, la principal fuente de energía para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta.
En un año la cantidad de energía solar que llega a la Tierra, atravesando la atmósfera es de aproximadamente 33% de la energía total interceptada por la Tierra fuera de la atmósfera, y de ésta, el 70% se concentra en los mares [1]. Sin embargo, la energía que incide durante un año sobre tierra firme, es igual a varios miles de veces el consumo energético mundial actual. En este documento al referirse a la energía solar, se hace alusión a la energía eléctrica obtenida mediante la transformación a calor, que a su vez es convertida a electricidad, o bien directamente a electricidad. La Figura 2 describe los métodos empleados para convertir la energía solar en eléctrica.
Figura 2. Clasificación de los métodos de conversión de energía solar en eléctrica.
Energía fotovoltaica
Se aprovecha directamente la energía del sol para generar electricidad con base al fenómeno fotoeléctrico, a través del cual ciertos dispositivos fabricados con semiconductores son capaces de convertir la “luz” del sol en electricidad. Al dispositivo donde se realiza dicho fenómeno se le llama celda fotovoltaica [1].
Panel convencional
Conjunto de celdas fotovoltaicas conectadas entre sí, que generan electricidad de corriente contínua (Figura 3). Los paneles fotovoltaicos convencionales pueden ser divididos en dos grandes categorías: Silicio Cristalino, los cuales se subdividen en dos grandes categorías, a) Monocristalinos y b) Policristalinos; y Thin Films, los cuales se subdividen en tres familias, I) Silicio amorfo y Microamorfo, II) Telurio de cadmio y III) Diseleniuro de indio y cadmio [1].
Figura 3. Modelo conceptual de un panel solar fotovoltaico convencional.
Concentración fotovoltaica
La concentración de energía solar fotovoltaica, consiste en una tecnología que utiliza un captador óptico para concentrar una gran cantidad de radiación solar en una celda fotovoltaica (Figura 4), entre 250 y 1,000 veces más que en una celda fotovoltaica convencional, utilizando sólo 1 cm2 de celdas por unidad [2]. Es por esto que la eficiencia de este sistema es alta y su rendimiento no se ve afectado por el aumento de la temperatura.
Desde los años 70´s esta tecnología está en etapa de investigación y desarrollo, sin embargo desde hace algunos años es posible encontrarla comercialmente pero a altos costos; no obstante, la investigación y el desarrollo actual está tratando de mejorar esta tecnología.
Figura 4. Modelo conceptual de una celda de concentración fotovoltaica la tecnología.
Energía termosolar
La energía termosolar, también conocida como fototérmica o de concentración térmica, genera energía eléctrica mediante el uso de espejos para concentrar la energía solar, de modo que se calienta un fluido, que posteriormente se emplea para generar vapor, que al pasar a través de una turbina se genera electricidad [2].
Actualmente, las tecnologías de generación eléctrica mediante pueden agruparse en cuatro categorías principales; dependiendo de la manera en la que enfocan los rayos solares y la tecnología empleada para recibir la energía solar [2].
Cilindro parabólico
Consiste en un semi-cilindro de espejos que concentran los rayos solares sobre una tubería central por la cual circula un fluido que transporta el calor; frecuentemente un aceite sintético (Figura 5). Para la acumulación de la energía se utilizan sales fundidas. Los principales componentes de esta tecnología son los espejos o reflectores, el tubo receptor del sistema de conversión de energía, el sistema de enfriamiento y el fluido de trabajo [2].
Esta tecnología es la más madura y común de los sistemas termosolares disponibles en la actualidad; en muchos casos con grandes sistemas de almacenamiento, aunque sigue en desarrollo para lograr mejoras en su rendimiento.
Figura 5. Modelo conceptual del aprovechamiento térmico del cilindro parabólico
Lineal fresnel
Se basa en la concentración de los rayos solares utilizando largas filas de espejos planos, o levemente curvos, que se orientan hacia un reflector secundario de manera que se reflejen los rayos solares en un receptor lineal fijo, en el cual circula un fluido de trabajo generando directamente vapor saturado (Figura 6).
La ventaja de esta tecnología es el diseño relativamente simple de los espejos, lo que puede implicar reducción de costos. Es uno de los conceptos más recientemente surgidos, por lo que no se ha alcanzado su pleno estado de madurez, aunque es posible encontrar su aplicación comercial.
Figura 6. Modelo conceptual del aprovechamiento térmico tipo Lineal Fresnel.
Torre de concentración
Las torres solares, o sistemas de recepción central, utilizan cientos de miles de reflectores pequeños para concentrar los rayos solares en un receptor central ubicado en lo alto de una torre fija (Figura 7). Algunas plantas de torre en operación utilizan generación directa de vapor en sus receptores, mientras que otras emplean sal fundida como el fluido de transferencia de calor y como medio de almacenamiento. El poder de concentración del concepto de torre alcanza temperaturas sumamente altas, aumentando así la eficiencia con la cual el calor es transformado en electricidad, reduciendo los costos de almacenamiento térmico [2]. Además, el diseño es altamente flexible, permitiendo a los diseñadores escoger entre una gran variedad de helióstatos, receptores, fluidos de transferencia y bloques de poder. Algunas plantas cuentan con varias torres que alimentan un bloque de potencia.
Las partes básicas que conforman el sistema son los espejos, la torre de concentración, el sistema de conversión de energía térmica en eléctrica, el sistema de enfriamiento y el fluido de trabajo. Las perspectivas indican que los principales diseños están siendo propuestos considerando una o varias torres y alternativas de diseños de receptores, así como diversas opciones de fluidos transportadores de calor y sistemas de almacenamiento.
Actualmente, los campos solares con miles de pequeños helióstatos son una alternativa de menor costo para el diseño de campos, aunque cuentan con la complejidad adicional asociada al sistema de seguimiento de espejos y los sistemas de emergencia para los cambios de temperatura del receptor.
Figura 7. Modelo conceptual de una central solar térmica tipo Torre de Concentración.
Fuente: www.unesa.es
Referencias Bibliográficas
[1] Brusa A. y Guarnone E. (2005), Energía solar fotovoltaica, proyecto RES & RUE Dissemination, 1-37 p.
[2] Centro de Energías Renovables-Ministerio de Energía, Energía Solar, Gobierno de Chile, CORFO, 28 pp.
Información Obtenida de la Secretaría de Energía (SENER).
https://dgel.energia.gob.mx/inel/CleanEnergies.html#Energias
Área responsable:
Subsecretaría Gestión Ambiental
Coordinación de Cambio Climático, Gestión Integral de Calidad de Aire y RETC
Noviembre, 2017
