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-1.6.-EL FUTURO.--1.6.1.-Inmediato.-Estará centrado en el progreso continuo de las tecnologías existentes. Comohemos visto...
Colaborando en esta evolución, WIP desarrolla            un dispositivo capaz de convertir la energía solar            tér...
Investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho, junto con los asociadosen Microcontinuum Inc (Cambridge, MA) y Patrick P...
Estos minúsculos circuitos absorben la energía al igual que la antena de sutelevisión o su teléfono móvil.El auge de la na...
“Estas antenas son buenas capturando energía, pero no son muy buenos a lahora de convertirla en electricidad", dice el ing...
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Un paseo por la energia solar

  1. 1. http://www.wip.es/eco/ http://www.wip.es/ UN “PASEO” POR LA ENERGÍA SOLAR-1.- ¿POR QUÉ ENERGÍA SOLAR?.-2.1.- NECESIDADES ENERGETICAS.- El desarrollo de la humanidad,sostenible ó no, nunca podrá hacerse sin energía. Cualquiera que sea el ritmode este proceso, las crecientes necesidades energéticas serán, siempre,incuestionables.Este crecimiento energético no podrá continuar haciéndose con base en loscombustibles fósiles: - Los recursos son limitados. - No podemos continuar aumentando los gases de “Efecto Invernadero” que, sin duda alguna, ya están produciendo enormes desequilibrios ambientales. - Los precios que están adquiriendo, en los distintos mercados, comienzan a ser inquietantes e imparables. - Y, No cumplimos con el Protocolo de Kyoto (España ha aumentado la emisión de gases de efecto invernadero el 52,88%, respecto a las emisiones de 1990, para una previsión de reducción del 5,5% antes de 2012) lo que producirá grandes inversiones en la compra de derechos de contaminación, a terceros países.La solución de la energía atómica, fisión nuclear, acarrea riesgos aúnmayores; Continuamos sin conseguir destino para las 4.000 Tm. de residuosalmacenados, que, como se sabe, tienen una vida media superior a los 10.000años de poder contaminante y difícilmente seremos capaces de garantizar,al 100%, que catástrofes como las de Chernobil, ó similares, no van a volvera producirse.Tampoco se sabe si será factible la energía de fusión; las enormestemperaturas generadas (millones de grados) por la posible unión núcleos de 1
  2. 2. deuterio y tritio y el gran problema que plantea su confinamiento y sualmacenamiento, no son, hoy por hoy, mas que un bello deseo.Solo las energías renovables: Solar, eólica, biomasa, hidráulica, geotérmica yla generada por los océanos, son las que, tienen un futuro esperanzador.Permiten el desarrollo que necesitamos, presentando todas las ventajas ymuy pocos inconvenientes, siempre que seamos capaces de hacer con ellas undesarrollo: racional, diversificado, adecuado y adaptado a lugares yaplicaciones.Dentro de las energías renovables, el sol es la mayor fuente de energíaconocida y es, en el fondo, el origen primario de todas las otras fuentes. Unpaís como EEUU, gran consumidor de energía, recibe anualmente, del sol,1.500 veces su demanda energética total.Solo con una eficacia del 8%, centrales solares instaladas en las zonasadecuadas del mapa, podrían proveer más de la energía consumida en elmundo.La tierra recibe anualmente 1,5 x 1018 Kwh. de energía solar lo quecorresponde a 10.000 veces el consumo mundial de energía en ese período.Este hecho indica que además de ser responsable por la manutención de vidaen la tierra, la radiación solar constituye una inagotable fuente energética,existiendo un enorme potencial de utilización por medio de sistemas decaptación y conversión en otra forma de energía. 2
  3. 3. Para su aplicación y desarrollo, el futuro está casi por descubrir. Sabemosmuy poco de todo lo que se puede desarrollar en este campo, con lo que hayun gran potencial de I+D.Por otra parte, la ESF (Energía Solar Fotovoltaica) es un recursoprácticamente ilimitado y disponible en cantidad suficiente como para poderllegar a asegurar un sistema de producción de energía eléctrica sostenible,fomentando la economía nacional.-1.2.-LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA: ESTADO DEL ARTE.--UN POCO DE HISTORÍA.-Ya en 1839 Edmund Becquerel, físico francés,descubre el efecto FV: en una celda electrolítica compuesta de 2 electrodosmetálicos sumergidos en una solución conductora, la generación de energíaaumentaba el exponer la solución a la luz. El físico francés EdmondBecquerel fue el primero en describir el efecto fotovoltaico en 1839,cuando tan solo tenía 19 años, aunque permaneció como inexplorado por lospróximos tres cuartos de siglo.En 1870 Heinrich Hertz estudió el efecto en los sólidos en esta década,produciendo celdas fotovoltaicas que convertían la luz en electricidad con1% al 2% de eficiencia. Pero es en 1921 cuando Albert Einstein consigue elPremio Nóbel de física, por sus teorías explicativas sobre el efectofotovoltaico. El gran paso en la comercialización fotovoltaica se produjo en 1951 tras eldesarrollo del procedimiento Czochralski, que permitió generar cristales desilicio de alta pureza.Ya en 1963 se instala en Japón un sistema fotovoltaico de 242 W en unfaro.Entre los años 1974-1977 se fundan las primeras compañías de energíasolar. El Lewis Research Center (LeRC) de la NASA coloca las primerasaplicaciones en lugares aislados. La potencia instalada de EFV supera los500 kW. La empresa ARCO Solar, en 1980, es la primera en producir más de 1 MWen módulos FV en un año. 3
  4. 4. -EL EFECTO FOTOVOLTAICO.- Los semiconductores, empleados en estatecnología, son elementos que tiene la facilidad de perder los electrones desu última órbita (banda) cuando son iluminados por la luz solar. Los fotones,suministran a estos electrones la energía suficiente para que salten de su“banda de valencia” a otra banda más energética llamada “banda deconducción”. Una y otra están separadas, a nivel atómico, por un espaciollamado “banda prohibida”.Los electrones situados en esa banda de conducción pueden ser extraídos alexterior con un simple contacto eléctrico (Un cable) y ser aprovechadospara realizar cualquier trabajo (Encender una bombilla, por ejemplo) En esaactividad, pierden la energía que les había proporcionado el fotón solar,cayendo de nuevo a su nivel inicial, la “banda de valencia”.Cada semiconductor aprovecha una determinada parte del espectro solarpara producir el fenómeno descrito. En el caso del silicio, la eficienciaaprovechable es del orden del 12%÷14% dado que desaprovecha la zona delespectro solar más energética (La luz azul y la ultravioleta).-LOS PANELES DE SILICIO.- Colocando dos obleas de silicio “n” y “p”separadas por un semiconductor (hueco) cuando la luz incide en “n”, liberaelectrones que atraviesan el semiconductor y no pueden volver. Llegan a “p”creando una diferencia de potencial entre las dos placas. Si las unimos, seinicia una corriente eléctrica. 4
  5. 5. Las obleas pueden hacerse de: Cristales de silicio Mono cristalino,(Hexagonales) de partículas cristalizadas Policristalino, ó de Si nocristalizado Amorfas.Su efectividad es mayor cuanto mayor sean los cristales, pero también supeso, su grosor y su coste.El montaje; enmarcado, laminado con EVA, TEDLAR y vidrio de protección,de estas células, da lugar a los paneles de silicio que encontramos en elmercado.Dada su estructura, sus características y las limitaciones de su aumento derendimiento, son ideales para instalaciones en edificios, tejados,parkings..etc. y latitudes en las que el sol no es muy frecuente.Por cuanto a su eficiencia se refiere, la pasada semana, SanyoComponent Europe ha anunciado haber batido su propio record, lanzandoal mercado un nuevo módulo cristalino que integra una célula con unrendimiento del 21,6%, el más elevado del mundo, para esta tecnología.http://bit.ly/gwU2r9- Lámina delgada.- La tecnología de la célula solar de silicio es bastanteestándar, y la mayor parte de la investigación tecnológica se centra en lapelícula fina. La mayoría de la película fina o delgada consiste en unasustancia absorbente solar rociada sobre una capa, o aplicada con gas a unacapa, o, más recientemente, de una tinta solar impresa sobre una capa. Lastecnologías de la película fina se diferencian sobre todo en el material queutilizan. La película fina utiliza típicamente el 1%, o menos, del silicio normal,es más barata, y es también a veces flexible, pero es menos eficiente. Lapelícula fina se imprime a menudo sobre una lámina, haciéndola flexible. Unapelícula delgada se puede rociar sobre una capa para hacer película fina delsilicio amorfo. Es más barata, pero menos eficiente, que el silicio normal, yabsorbe solamente el espectro visible de la luz. Las tres principales clases de película fina son: CIGS, telurio de cadmio, y CIS. Los CIGS están basados en el cobre, el indio, el galio y el selenio. Los productos químicos se mezclan para formar una película delgada con algo más de eficacia. Utiliza una clase más complicada de reacción química que el silicio. Se utilizan los CIGS para conseguir una eficacia mejor al concentrar la luz con espejos. El telurio de cadmio, conocido como CdTe, es otra clase de película fina. Tiene cualidades útiles, pero tiene el problema que la sustancia es tóxica. CdTe es también menos eficiente 5
  6. 6. que el silicio, aunque es más barato de fabricar. CIS, una clase de película de cobre, puede ser un 11% eficiente, pero es costosa. Este tipo de tecnología es ideal para colocar sobre edificios pudiendo servir a la vez de decoración y generador de electricidad. Su eficacia es, en general, menor que la del silicio tradicional. No obstante, Miasole, un fabricante de energía solar fotovoltaicos de capa delgada, producida a partir de seleniuro de cobre-indio-galio (CIGS), acaba de anunciar que el laboratorio de investigación de los EE.UU. de Energía Renovable (NREL) ha confirmado una eficiencia de 15,7 % en sus módulos de producción serie, para el próximo año. http://bit.ly/eOIusO-1.3.-TERMOELÉCTRICA SOLAR CILINDRO PARABOLICA.-La tecnología cilindro parabólica basa su funcionamiento en el seguimientosolar y la concentración de los rayos solares en unos tubos receptores dealta eficiencia térmica localizados en la línea focal del cilindro. En estotubos un fluido transmisor de calor, tal como aceite sintético es calentadopor los rayos solares concentrados a una temperatura de aproximadamente400ºC. Esteaceite es bombeado a través de una serie de intercambiadoresde calor para producir vapor. El calor presente en este vapor, se convierteen electricidad en una turbina de vapor convencional.Las plantas cilindro parabólicas permiten almacenar el calor mediantetecnología de sales y la hibridación con ciclo combinado (ISCC). 6
  7. 7. Desde primeros de diciembre 2010, WIP trabaja en una instalación de este tipo, en el Parque Solar de Almería, para el cliente IBERDROLA.-1.4.-TERMOELÉCTRICA SOLAR DE CHIMENEA.- Centrales de Torre (Alta Temperatura). Formadas por un campo de helióstatos que reflejan la radiación sobre un receptor situado en la parte superior de una torre central. El fluido de trabajo puede ser, entre otros, aire, vapor de agua, sodio fundido o sales fundidas, según la tecnología escogida. En las de vapor de agua, este mueve directamente una turbina. En los otros, el fluido transporta el calor a un generador de vapor de agua, con el que se hace funcionar una turbina que mueve al generador eléctrico. 7
  8. 8. Durante 2010, WIP ha trabajado en el diseño de una línea, para la fabricación de los heliostatos que rodean la chimenea y que tienencomo función la recogida de las radiaciones solares, paraproyectarlas sobre esta. 8
  9. 9. - 1.5.- ADAPTACIÓN TERRESTRE DE LAS CÉLULASESPACIALES Y CONCENTRACIÓN SOLAR.--1.5.1.- LAS CÉLULAS MULTICAPA.- Consiguiendo apilar distintos materiales, con bandas “prohibidasdiferentes,” ordenándolas de mayor a menor, logramos aprovechar desde losfotones más energéticos a los menos energéticos, casi todo el espectrosolar.Usando un número infinito de estas células, en condiciones ideales,podríamos llegar a rendimientos teóricos del 87%. Con células de Fosfuro yarseniuro de Indio y Galio sobre germanio, la eficiencia puede llegar a serdel 36,23%. Recientemente, Spectrolab, ha asegurado haber concebido una nuevacélula solar, cuyo rendimiento de conversión alcanza la cifra record de39,2%, en condiciones normales de utilización. Llamada C3MJ +, serácomercializada en el primer trimestre de 2010. http://bit.ly/eNLzld.-1.5.2.-LA CONCENTRACIÓN.- Es verdad que estas células montadas entándem son caras. Pero si sobre la misma célula conseguimos acumular variossoles (Varias veces la radiación normal que llega a una superficie similar)estaremos disminuyendo varias veces su precio. 9
  10. 10. -1.5.3.-LOS MÓDULOS SOLARES.- Están formados por el conjunto de:las ópticas de concentración (Lentes de fresnel) las células multicapa, loscircuitos electrónicos y los montajes necesarios para aprovechar la energíaeléctrica producida. WIP ha concebido, diseñado, fabricado, montado y puesto a punto una de las líneas para la fabricación en serie para este tipo de módulossolares, con una capacidad de producción de 27 Mw/año. 10
  11. 11. -1.5.4.-ORIENTADOS AL SOL.- Para que todo funcione, sonimprescindibles dispositivos que orienten los módulos hacia el sol. Larevista Photon de Octubre 2010 recoge ampliamente los sistemas deseguimiento comercializados en la actualidad. Instalación solar realizada por WIP, con seguidores de dos ejes. 11
  12. 12. -1.6.-EL FUTURO.--1.6.1.-Inmediato.-Estará centrado en el progreso continuo de las tecnologías existentes. Comohemos visto, cada una de ellas ha alcanzado un determinado grado dedesarrollo. Deberán progresar hasta su completa madurez, lo que harádescender significativamente los costes del kwh producido.-1.6.2.-A medio plazo.-Generadores Solares Disco-Parabólicos (Alta Temperatura). Consisten enun conjunto de espejos que forman una figura disco-parabólica en cuyo focose dispone el receptor solar en el que se calienta el fluido. El fluido escalentado hasta 750 ºC y para generar electricidad, actualmente se utilizanmotores Stirling o turbinas Brayton, cuya puesta a punto para la obtenciónde precios correctos y duración suficiente, necesitan alguna evoluciones. 12
  13. 13. Colaborando en esta evolución, WIP desarrolla un dispositivo capaz de convertir la energía solar térmica en trabajo, a través de un ciclotermodinámico regenerativo con compresión y expansióncíclicas del fluido de transferencia.Se trata de un motor exotérmico en el que el fluido detransferencia se mueve entre dos focos a distintatemperatura. El calor asociado al foco caliente es similar alasociado al foco frio a través de sencillos y eficaceselementos que almacenan el calor. http://bit.ly/hvalN5.-1.6.3.-A largo plazo.-Son muchas las radiaciones existentes en el espacio. Hoy aprovechamos unapequeña parte, alrededor de la luz visible.Si consiguiésemos aprovechar las radiaciones infrarrojas y las ultravioletasel progreso sería significativo. 13
  14. 14. Investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho, junto con los asociadosen Microcontinuum Inc (Cambridge, MA) y Patrick Pinhero, de laUniversidad de Missouri, están desarrollando una nueva forma de recoger laenergía del sol con una tecnología que podría, potencialmente, costar, solo,algunos centavos de dólar. Se podría imprimir en materiales flexibles ysería capaz de generar energía después de la puesta de sol.Utilizan un proceso especial de fabricación para estampar pequeñasespirales cuadradas, nanoantenas, sobre una lámina de plástico. Cada espiraltiene el tamaño de 1/25 del diámetro de un cabello humano.Debido a su tamaño, la nanoantenas absorben energía en la parte infrarrojadel espectro. El sol irradia una gran cantidad de energía infrarroja, que se encuentraparcialmente absorbidas por la tierra y posteriormente puesta en libertad,como radiación, horas después de la puesta de sol. Estas nanoantenaspueden captar la energía de la luz solar y el calor de la tierra, con una mayoreficiencia que las células solares convencionales."Creo que realmente estas antenas tienen el potencial de reemplazar a lostradicionales paneles solares", dice el físico Steven Novack, quien hablósobre la tecnología en noviembre en la Conferencia Nacional de IngenieríaNano en Boston. 14
  15. 15. Estos minúsculos circuitos absorben la energía al igual que la antena de sutelevisión o su teléfono móvil.El auge de la nanotecnología es lo que realmente hará esto posible." Elequipo prevé que las INL antenas podrán producirse como el papel dealuminio o plástico en rollos. Hasta el momento, han demostrado, que en elproceso de impresión de seis pulgadas cuadradas, puede haber más de 10millones de microantenas 15
  16. 16. “Estas antenas son buenas capturando energía, pero no son muy buenos a lahora de convertirla en electricidad", dice el ingeniero Dale INL Kotter . “No obstante, tenemos una muy prometedora investigación exploratoria en curso." Kotter Novack. El desarrollo actual está centrado en la manera de transformar la alta frecuencia de corriente alterna en corriente continua. Valladolid, Diciembre 2010 WIP C/Cronos Parcela M4-8 Pol. Ind. La Encomienda 47195 Arroyo de la Encomienda Valladolid - España Tel. +34 983 403601 Fax +34 983 401023 16

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