La energía solar

Las fuentes de energía no convencionales, como la energía solar, no suponen aún un aporte especial de energía para el consumo en países industrializados, bien por su escasez o bien por no estar tecnológicamente desarrolladas.

El Sol es la principal fuente de energía sobre la Tierra. Las plantas elaboran su alimento a partir de sustancias minerales y la luz del Sol. Los animales se alimentan de plantas y/o de animales que a su vez se alimentan de plantas, etc. Sin el Sol no podría existir la vida sobre la Tierra.
La energía solar es inagotable, gratuita y limpia; pero tiene el inconveniente de que es intermitente: las noches y los dias nublados impiden tener energia solar durante ese tiempo.

Las centrales eléctricas solares

El Sol es como un gran reactor nuclear. En su interior se producen reacciones de fusión nuclear que liberan de energía. La energía irradiada que llega a la Tierra se aprovecha de dos formas básicas:

Aprovechamiento térmico: la energía solar se recoge en espejos y se transmite a un fluido que aumenta su temperatura.
Aprovechamiento fotovoltaico: las células fotovoltaicas son dispositivos que convierten la luz que reciben en energía eléctrica. Para ello se utilizan materiales semiconductores (silicio o germanio) que consiguen la conversión directa de energía luminosa en energía eléctrica.

Tecnología y usos de la energía solar

Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:

Energía solar activa: para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.
Energía solar pasiva: La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas destinadas al aprovechamiento de la energía solar de forma directa, sin transformarlas en otro tipo de energía, para su utilización inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía, aunque pueden ser complementadas por ellos, por ejemplo para su regulación.
La tecnología solar pasiva incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sistemas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra.
La arquitectura bioclimática es la aplicación de este principio al diseño de edificaciones. La energía no se aprovecha por medio de captadores industrializados, sino que son los propios elementos constructivos los que absorben la energía de día y la redistribuyen por la noche.
Energía solar térmica: La energía solar térmica (o energía termosolar) consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales. Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura:

Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C mediante absorbedores metálicos o no metálicos para aplicaciones tales como calentamiento de piscinas, calentamiento doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor de 60 °C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
Colectores de temperatura media. Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de alta insolación.
Colectores de alta temperatura. Fueron inventadas por Frank Shuman y hoy día existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas superiores a los 500 °C y se usan para generar electricidad (electricidad termosolar) y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remotas o escasas.

Energía solar fotovoltaica La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.
Un panel fotovoltaico consiste en una asociación de células, encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lámina frontal de vidrio y una capa posterior de un polímero termoplástico (normalmente tedlar). Este conjunto es enmarcado en una estructura de aluminio con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte.
Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategorías:

Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también menos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.

Energía termosolar de concentración: Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico).
Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:

Renovable: biomasa, energía eólica.
No renovable: Combustible fósil.

Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.

Célula fotoeléctrica durante su fabricación
Una célula fotoeléctrica, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotoeléctrico, generando energía solar fotovoltaica. Compuesto de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorbe fotones de luz y emite electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.

Viviendas sostenibles alimentadas mediante energía solar fotovoltaica en el barrio solar.

Panel solar de tubos de vacío instalado sobre un tejado
Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura. Los colectores de baja temperatura, generalmente, son placas planas usadas para calentar agua.