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UNIVERSIDAD PRIVADA
               DOMINGO SAVIO




              ENERGÍA SOLAR:
          UNA ENERGÍA RENOVABLE
        ...
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN                                      ENERGÍA SOLAR


1.    INTRODUCCIÓN


Al ser Bolivia u...
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN                                        ENERGÍA SOLAR


1.1.   Antecedentes


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  1. 1. UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO ENERGÍA SOLAR: UNA ENERGÍA RENOVABLE DOCENTE: LIC. NAOMI FUKAURA CARRERA : INGENIERÍA DE LA GESTIÓN PETROLERA MATERIA: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ALUMNO: FERNANDO AUGUSTO CASTELO BRANCO DE PINHO Santa Cruz- Bolivia 2012
  2. 2. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 1. INTRODUCCIÓN Al ser Bolivia un país subdesarrollado, tiene muchas deficiencias entra las cuales están los problemas energéticos y que con una visión más amplia de parte de las autoridades y del pueblo se podría empezar a explotar otras fuentes aparte de la energía térmica y la hidroeléctrica que son las fuentes que satisfacen la demanda energética del país. Si en las ciudades ubicadas en zonas de alta incidencia solar, se instrumentan nuevas tecnologías aplicadas en la arquitectura y el urbanismo, se puede disminuir la presión existente sobre la explotación y uso del petróleo –con todos sus derivados– como casi la única fuente de energía. También se puede conseguir que la sociedad cambie sus hábitos culturales en el consumo de energía. Con ello estaremos trabajando con los principios y criterios establecidos en el paradigma del desarrollo sustentable, porque estaríamos utilizando la energía de la fuente principal y guardando reservas petrolíferas para que sea usada en su momento por las generaciones futuras. La humanidad siempre ha vivido en presencia de un océano de energía a nuestro alrededor y en todo momento, la naturaleza trabaja, prodigando energía en tales cantidades que apenas aprovechamos una fracción de ella. Los vientos podrían dar el doble de electricidad que los ríos. Las mareas, nos podrían satisfacer la mitad de nuestras necesidades. El generador de energía más colosal es el Sol, fuente inimaginablemente, vasta que directa o indirectamente afecta a todo en la tierra. Si todos los combustibles del mundo se juntaran y se quemara para igualar la cantidad de energía que el Sol está generando de continuo se consumiría en tres días. Conforme disminuyen los yacimientos de energéticos no renovables, las fuentes punto menos que ilimitadas e inagotables de energía que tanto abundan en la naturaleza deberán adaptarse a fin de satisfacer con ellas la futuras necesidades de la humanidad (Wilson, 1988). 1
  3. 3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 1.1. Antecedentes La energía solar es una energía garantizada, desde el punto de vista científico, para los próximos 6.000 millones de años. El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia. La idea de utilizar el calor solar es muy antigua, pero el bajo nivel térmico de que disponía el hombre le impidió usarla de forma efectiva durante mucho tiempo. No obstante, cuenta una leyenda que en el siglo III a.C., Arquímedes utilizó espejos solares para incendiar la flota enemiga que atacaba su ciudad. No se registra ninguna otra utilización de la energía solar hasta el siglo XVIII, cuando comenzó a experimentarse con hornos solares. En el siglo XIX la conversión de la energía solar en otras formas de energía giró alrededor de la generación de vapor para alimentar máquinas de vapor, aunque también adquirió cierto interés la destilación de agua para su potabilización. En los inicios del siglo XX aumenta el interés por esta fuente de energía, registrándose numerosas patentes para calentadores solares de agua domésticos durante los años 30 y 40. Después de la Segunda Guerra Mundial la energía solar adquiere gran relieve, alcanzando su máximo apogeo en EE.UU. durante la década de los 50. Por entonces se desarrollaron desde cocinas solares a máquinas de vapor, y algunos dispositivos eléctricos que utilizaban las entonces nuevas células solares. Este interés decrece bruscamente en la siguiente década, justo hasta 1973, donde se produjeron eventos importantes en el mercado del 2
  4. 4. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR petróleo en el mundo, que se manifestaron en los años posteriores en un encarecimiento notable de esta fuente de energía no renovable, resurgieron las preocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la energía. Resultado de esto, los países consumidores, enfrentados a los altos costos del petróleo y a una dependencia casi total de este energético, tuvieron que modificar costumbres y buscar opciones para reducir su dependencia de fuentes no renovables. Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como principal energético, se reconsideró el mejor aprovechamiento de la energía solar y sus diversas manifestaciones secundarias tales como la energía eólica, hidráulica y las diversas formas de biomasa; es decir, las llamadas energías renovables. Así, hacia mediados de los años setenta, múltiples centros de investigación en el mundo retomaron viejos estudios, organizaron grupos de trabajo e iniciaron la construcción y operación de prototipos de equipos y sistemas operados con energéticos renovables. Asimismo, se establecieron diversas empresas para aprovechar las oportunidades que se ofrecían para el desarrollo de estas tecnologías, dados los altos precios de las energías convencionales. En la década de los ochenta, aparecen evidencias de un aumento en las concentraciones de gases que provocan el efecto de invernadero en la atmósfera terrestre, las cuales han sido atribuidas, en gran medida, a la quema de combustibles fósiles. Esto trajo como resultado una convocatoria mundial para buscar alternativas de reducción de las concentraciones actuales de estos gases, lo que llevó a un replanteamiento de la importancia que pueden tener las energías renovables para crear sistemas sustentables. Como resultado de esta convocatoria, muchos países, particularmente los más desarrollados, establecen compromisos para limitar y reducir emisiones de gases de efecto de invernadero renovando así su interés en aplicar políticas de promoción de las energías renovables. 3
  5. 5. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo, muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías renovables han madurado y evolucionado, aumentando su confiabilidad y mejorando su rentabilidad para muchas aplicaciones. Como resultado, países como Estados Unidos, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muy acelerado en el número de instalaciones que aprovechan la energía solar de manera directa o indirectamente a través de sus manifestaciones secundarias. 1.2. Planteamiento del problema. La energía y todo lo que esté relacionado con su obtención a futuro es un tema que actualmente no se puede esquecer. Estando en un mundo dependiente casi por completo de los combustibles fósiles, el agotamiento de estos se hace cada día más evidente. Es mismo por esto que muchas disciplinas como la química y física han puesto especial énfasis en crear nuevos métodos tanto en la creación de nuevas energías.Sim embargo, antes de comenzar este tema, cabe preguntarse de igual manera, ¿cuánta energía es laque estamos consumiendo actualmente y si seremos capazes de utilizar de manera ecológica y responsable el consumo de la misma? 1.2.1. Identificación del problema. Considerando lo importante que es reflexionar y tomar consciencia en nuestros días al tema energético, es que se presenta en esta monografía una mirada sobre lo que es el problema de la energía, tanto a nivel mundial como a nivel nacional, con el objetivo de poder hacer consciencia y entregar mayores conocimientos a la situación que diariamente se viver. Al realizar un breve análisis el estudio decide centrarse en la energía solar. 4
  6. 6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 1.2.2. Pregunta de investigación. ¿Qué es la energía solar? ¿A quiénes va beneficiar? ¿Qué se puede obtener con la energía solar? ¿Cómo se puede utilizar? ¿La energía solar afecta al medio ambiente? 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General. Investigar y dar a conocer que es la energía solar, cómo se la utiliza, para así genera conocimiento que permitan mejorar el aprovechamiento de la energía solar. 1.3.2. Objetivos Específicos. Investigar que es la energía solar Indagar en qué lugares de Bolivia se propaga mas la energía solar Conocer y analizar sus beneficios 1.4. Justificación. 1.4.1. Justificación social. Conocer de qué manera va a beneficiar la energía solar a la población, ya que uno de los problemas actualmente existentes es el calentamiento global y la contaminación que originan el efecto invernadero. 5
  7. 7. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 1.4.2. Justificación científica. Dar a conocer los beneficios que se pueden obtener con la energía solar, ya que esa energía es limpia y renovable a diferencia del gas, aceite o cabron, y no contamina al medio ambiente porque no utiliza combustible y además ajuda a reducir el desarrollo de baterías. 1.5. Delimitación. 1.5.1. Delimitación temporal. La apresente monografía se desarrolla en el mes de abril del año 2012 1.5.2. Delimitación espacial. Se tomara como marco para la investigación la ciudad de Santa Cruz de la Sierra – Bolivia e la universidad privada Domingo Savio, carreira de Ingeniería de la Gestión Petrolera 1.5.3. Delimitación temática. Los ejes temáticos serán: Energía solar Fuentes de la energía solar Maneras de capturar la energía solar 6
  8. 8. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 1.6. Fuentes de información. Gómez Romero, Pedro. "La Re-evolución de la energía" de "EL SECTOR ENERGÉTICO ANTE UN NUEVO ESCENARIO". España, Comisión Nacional de la Energía, 2010. Páginas 159-188. López, Cayetano. "Retos actuales de la energía" en "FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO". Venezuela, 2008. Páginas 257-269 Galetovic, Alexander; Muñoz, Cristian "Energías renovables no convencionales: ¿cuánto nos van a costar?" Chile, Centro de Estudios Públicos, 2008. Nandwani, Shyam S. "Energía solar - Conceptos básicos y su utilización". Costa Rica, Universidad Nacional, 2005 "III Encuesta de Medioambiente UNAB" en "Diario La Tercera", 27 de diciembre del 2011. Chile, Universidad Andrés Bello, Centro de Investigación para la Sustentabilidad. 7
  9. 9. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 2. MARCO TEÓRICO A diferencia del pensamiento general, nosotros utilizamos mucho más que las dos mil kilocalorías necesarias para subsistir metabólicamente, puesto que estamos en una sociedad que debe mantenerse estructurada y funcional para nuestro propio beneficio, energía denominada exosomática. Así, la pequeña cifra de 2.000 kilocalorías se ve aumentada a 125.000 kilocalorías por persona y día para la sociedad industrial moderna, cifra que representa cincuenta veces el consumo alimenticio realizado. Este gran número, naturalmente está acompañado de una gran cantidad de energía que se está utilizando a nivel mundial, toda derivada principalmente del petróleo y de un aumento del consumo de energía por persona que no tiene intención de detenerse, puesto que el crecimiento poblacional es cada vez mayor. 2.1. Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia. Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más energía que la que vamos a consumir. España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifra similar a la de muchas regiones de América Central y del Sur. Esta energía puede 8
  10. 10. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad. No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras, contaminantes o, simplemente, agotables. Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemos afrontar y superar. Aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, precisamente cuando más la solemos necesitar. Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria. 2.2. Calor y electricidad garantizados El sol ofrece la posibilidad de generar calor y electricidad de una forma barata, respetuosa con el medio ambiente y proporcionando independencia energética. España es el país europeo que más radiación solar recibe junto a Portugal. Sin embargo, este potencial a penas se aprovecha ni por medio de la energía solar térmica de baja temperatura ni por la solar fotovoltaica, que cuentan, de momento con una mínima implantación. La expresión "No hay nada nuevo bajo el Sol" deja patente la presencia que el rastro rey lleva ejerciendo desde antaño sobre la Tierra. No es para menos. Y es que se calcula que lleva emitiendo energía a nuestro planeta desde hace más de 9
  11. 11. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 4.000 millones de años. Durante todo este tiempo ha dejado constancia de su importancia por ser el motor que actúa directa o indirectamente en todas las manifestaciones de vida terrestre. Desde hace unos años, cada vez está cobrando más fuerza el papel que el Sol puede tener para evitar el deterioro del medio ambiente. ¿Cómo? Aprovechando la radiación solar que deja caer sobre la Tierra como fuente energética limpia, gratuita y autónoma. De esta forma, podría sustituir total o parcial-mente a las energías tradicionales - procedentes del petróleo, el gas, o el carbón, productoras de emisiones nocivas que dañan la salud humana y el entorno- y ofrecer, a cambio, una alternativa claramente beneficiosa. Por supuesto que el potencial que ofrecen los rayos solares no es nuevo. Pero hizo falta que la crisis del petróleo de la década de los setenta pusiera en entredicho la dependencia energética de nuestro país y la necesidad de buscar nuevas soluciones para conseguir autonomía en este sector. Este punto de inflexión vino acompañado de la reivindicación de distintos grupos sociales que solicitaron un cambio en la política energética para no dañar el entorno a través de las energías renovables. 2.3. Historia del modelo energético actual y sus soluciones La sociedad previa a este período tenía como fuente primaria de energía la leña, el transporte terrestre era mediante animales y el marítimo a través de barcos que funcionaban gracias al viento. Pero gracias a la creación de las máquinas a vapor, surge un nuevo protagonista dentro de las fuentes primarias de energía que hasta el día de hoy pisará fuerte: el carbón. Más adelante, con el surgimiento y evolución de los automóviles, se sumará un segundo actor, y que cumpliría mucho más que la función de ser un fluido que permite el funcionamiento de estos vehículos: el petróleo. Y finalmente, el tercer involucrado, el gas natural, comenzará a tomar importancia cuandose descubran sus usos en generación de electricidad y principalmente, en producción de calor tanto a nivel industrial como doméstico. 10
  12. 12. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR Estos tres combustibles, coincidentemente provienen de la corteza terrestre, formando depósitos orgánicos acumulados por millones de años. Este mismo hecho les hace conocidos como combustibles fósiles. Ahora, la evolución que ha surgido la implementación de estas energías ha llegado a tal punto de ser originaria del 81% de la energía primaria global También podemos observar que la electricidad, energía prácticamente indispensable en la sociedad actual, proviene igualmente en un alto porcentaje de combustibles fósiles (67%), por lo que nuevamente volvemos a reflexionar sobre el cambio que debe realizarse con respecto a este modelo energético, que si bien es increíblemente efectivo en nuestros días, nos pasará las cuenta en unas cuantas décadas más. Ahora, solo hace falta preguntarse, ¿de qué otros tipos de energía disponemos para salvar nuestro modelo energético? Con tantos tipos de energías disponibles de variadas naturalezas y fuentes, surge la idea de crear un nuevo modelo energético basado en la integridad de variados tipos de energías, el cual ayudaría más que a erradicar la utilización de los combustibles fósiles, si ayudar a su disminución progresiva en cuanto a su uso, generando también una menor emisión de contaminantes y gases invernadero. Gómez Romero, en su trabajo "La re-evolución de la energía", presenta cuatro grandes categorías para organizar esta reinvención de un nuevo modelo: • Combustibles más limpios • Fuentes primarias de energías sostenibles • Almacenamiento de energía • Ahorro y eficiencia energéticos En el desarrollo de esta monografía, el énfasis se desarrollará en las fuentes primarias de energías sostenibles, el cual se verá más adelante con el estudio en detalle de las celdas solares; pero por un sentido de integración y desarrollo del problema energético que tanto hemos estado remarcando, haremos igualmente un 11
  13. 13. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR breve punteo de las otras categorías, presentando así los variados usos de las distintas energías que tenemos a nuestra disposición. Sabiendo que de los combustibles fósiles el petróleo es el que actualmente más problemas trae por su constante utilización en vehículos (y por consiguiente, sus altas producciones de CO2), una idea para reemplazarlo consiste en la utilización de la biomasa como biocombustible, enfatizándose en el bioetanol. Si bien actualmente el bioetanol no está siendo del todo viable por los recursos alimentarios que se utilizan para su producción (maíz, principalmente, junto con otros cereales), el avance enfoca hacia la utilización de los desechos originados en la producción del maíz, dando paso así a los biocombustibles de segunda generación. Otro detalle importante, radica en el almacenamiento de éstas, lo cual ha ido de la mano con la evolución de las baterías en electrodomésticos, haciéndolas cada vez más efectivas. Una mejora es esperada igualmente en los vehículos, con baterías que permitan a los autos funcionar eléctricamente, junto además con la presencia de supercondensadores que permitan otorgarle a la batería una alta potencia de funcionamiento y a la vez una gran energía específica de almacenamiento. Finalmente, un último punto a abordar para completar este nuevo modelo, hace referencia al buen suministro de la energía y su cuidado en los procesos de producción, consumo de bienes y servicios; incluyendo también investigaciones en LED's para una iluminación más sana y eficiente. 2.4. ¿Y porqué la energía solar? Es la primera pregunta que nos invade al pensar en este recurso. Una de las primeras respuestas que puede darse a la incógnita es bastante simple, y es que Bolivia cuenta con grandes extensiones de desierto y altiplanos que permitirían la instalación y desarrollo de una central basada en energía solar sin ningún problema. Pero hay unas cuantas otras razones que hay que considerar. 12
  14. 14. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR La energía proveniente del Sol en una hora (4,3x1020 J) es superior a toda la energía que se consume mundialmente en un año (4,1x1020 J para el 2001). De igual manera, este recurso nos es ilimitado, puesto que la vida del Sol está estimada en unos 5.000 millones de años, por lo que problemas de escasez no habrían. Entonces, ¿qué es lo que nos detiene? El simple hecho de que la radiación solar sea tan alta, hace de la energía solar una energía muy abundante, pero a la vez difusa. Y al momento de ser difusa, es cuanto entran a fallar los mecanismos de captura y conversión. Para esto, es necesario que entremos en detalle en cómo se utiliza actualmente la energía solar. Inicialmente, podemos dividir en dos grupos las formas de utilización de la energía del Sol, conocidas como energía solarfotovoltaica y energía solar termoeléctrica: 2.5. Energía solar fotovoltaica Esta energía consiste en la transformación directa de la energía del Sol a electricidad. Para aquello, se utilizan dispositivos fotovoltaicos consistentes en placas o paneles (principalmente compuestos de silicio) que transforman la energía de los fotones solares en energía de electrones en un conductor. Esto es logrado mediante la posición de dos capas de silicio (positivo y negativo), las cuales, al estar unidas, generan una diferencia de potencial, formando así una celda solar. Al momento de recibir la luz solar, una de las placas que posee algunos átomos de silicio reemplazados por átomos de fósforo (placa semiconductora N) logra excitarse y trasladar sus electrones hasta la segunda placa, con átomos de boro entre medio de los de silicio (placa semiconductora P), lo cual produce una corriente eléctrica. La conexión de muchas celdas solares, ya sea en serie o en paralelo, originan lo que nosotros conocemos como paneles solares. Como puede observarse, funcionalmente es un método bastante efectivo y fácilmente podría utilizarse como una fuente de energía primaria, pero al igual que 13
  15. 15. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR todas las energías renovables, ésta presenta graves problemas en materiales e intermitencia. Lejos, la mejora más esperada en las celdas fotovoltaicas, es la reducción de costos en la formación de estas celdas. Si bien el silicio es el segundo material más abundante de la corteza terrestre, los procesos que debe sufrir para llegar a su forma elemental y funcionar de manera adecuada para lograr la conversión fotovoltaica son increíblemente elevados. Es por esto, que las mejoras deben radicar en el descubrimiento de un material que sea tan eficiente como el silicio, pero a menor precio; o bien, abaratar los costos de la obtención y purificación del silicio. Otra cara de la moneda expresa también el desarrollo de láminas más delgadas de silicio, junto a otros materiales que ayudarían a esta conversión fotoeléctrica. También, la eficiencia de los paneles es bastante baja, alrededor del 10 al 15% de energía que se deposita en la superficie es convertida en electricidad, por lo que se han desarrollado tecnologías que buscan generar una disposición multicapa, la cual, mediante la superposición de distintos materiales, permita una captación más específica de las diversas frecuencias del espectro electromagnético solar, aumentando así el rendimiento total. En cuanto a la intermitencia, debemos recordar que la energía del Sol sufre ciclos de día-noche, por lo que mientras no haya un método efectivo de almacenamiento de la energía captada en el día, será prácticamente imposible depender de la energía solar como fuente de energía primaria, por lo que el primer avance se esperaría en el desarrollo de baterías lo suficientemente baratas y capaces de almacenar la energía producida por los paneles. Otra alternativa que surge para este problema es la creación de un almacenamiento mecánico, utilizando turbinas que reciban esta energía eléctrica para el movimiento de agua mediante subidas y bajadas. Si bien es un método 14
  16. 16. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR barato y ampliamente utilizado en almacenamiento de energía, en esta situación en particular no es del todo conveniente, puesto que es complicado estar cargando y descargando las turbinas cada 24 horas de tal manera que se pueda cumplir con el ciclo día-noche. Así, podemos ver que los avances para la energía solar fotovoltaica deberán estar enfocados principalmente en el abaratamiento de costos en la construcción de paneles solares, ya sea produciendo silicio más barato, o encontrando un material más rentable e igual de efectivo. 2.6. Energía solar termoeléctrica Ahora, en vez de tener una trasformación directa desde la energía del Sol para general electricidad mediante los fotones solares, ocurre una transformación de energíasolar radiante a energía térmica y posterior a esto, la generación de electricidad. Por lo mismo, es que la energía termoeléctrica se basa en la utilización de fluidos como medio. Así es como a diferencia de los paneles solares están los colectores solares, puesto que la luz solar impacta sobre espejos dispuestos a lo largo de grandes superficies (campos solares) que la recogen y la concentran en este caso sobre un receptor, el cual posee un fluido que al calentarse, transfiere su calor mediante energía térmica hacia una turbina que lo recibe y al activarse, genera electricidad. Puesto que este sistema es más conocido y manejado que el sistema de la energía solar fotovoltaica, presenta un considerable desarrollo tecnológico a lo largo del tiempo. El avance ha sido tal, que de los variados colectores existentes, dos han sido los predominantes en el último tiempo: diferenciados por su forma y sus receptores presentes. El primer colector es denominado como colector cilindro-parabólico. Como su nombre lo dice, consiste en un colector compuesto por un espejo parabólico y un receptor con forma de tubo ubicado al centro de la parábola que tiene circulando un fluido, el cual por lo principal suele ser un aceite mineral con condiciones térmicas que le permitan la correcta acumulación de calor. El fluido se calienta hasta unos 400° C, generando vapor y presión mediante un intercambiador de 15
  17. 17. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR calor, los cuales activan la turbina en la que se encuentran, y por consiguiente, la generación de electricidad. Uno de los avances mejor desarrollados en este campo, y en los cuales se espera mayor perfeccionamiento, hace referencia al almacenamiento, puesto que el calor es mucho más fácil de almacenar que la electricidad. En el caso de tener una planta con almacenamiento, además de existir una alimentación para los colectores encargados de la producción de la electricidad mediante el calor acumulado y las turbinas durante el día, de manera simultánea, una fracción de aquella alimentación es otorgada a dispositivos de almacenamiento térmico especializados. Así, en la noche, y con la demanda de energía aún alta, se utilizan las reservas ya acumuladas en estos dispositivos para seguir generando electricidad. Esto naturalmente es bastante beneficioso para la energía solar en si, por el constante problema que existe de la intermitencia y la casi nula capacidad de almacenamiento que presentaban los paneles solares, y es por lo mismo que los estudios han ido mucho más afondo con este tipo de energía solar, observándose ahora la experimentación y utilización de sales (nitratos principalmente) que elevan su temperatura para acumular calor, y se enfrían para liberarlo. El único inconveniente que puede dificultar las cosas con este sistema, es la exponencial cantidad de sales que se deben utilizar para lograr todo este almacenamiento de calor, pero para aquello también existen algunas investigaciones sobre almacenamiento en materiales con cambio de fase, lo cual evita que el calor sea sensible únicamente a diferencias de temperatura. Otra mejora también tratada, enfocada en abaratamiento de costos, trata sobre el tipo de fluido que se utiliza como intermediario para la formación de electricidad mediante la energía calórica: al ser un aceite mineral que se descompone con en calor, impide el aumento de la temperatura de trabajo, lo que se relaciona 16
  18. 18. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR directamente con la cantidad de calor que se está acumulando. Y de igual manera, el fluido en sí es algo complicado de manejar y contaminante, por lo que las evoluciones apuntan al reemplazo de este aceite por un fluido como agua, o gas, que permita el aumento de la temperatura de trabajo, y al mismo tiempo, abaratamiento de costos al haber una simplificación en las plantas. Dentro de esta misma área, se considera también el descubrimiento de materiales absorbentes selectivos encarados de una mayor absorción que implique todo el rango del espectro solar, lo cual otorga estabilidad térmica y por consecuencia, bajo coste. El segundo y último colector, no tan desarrollado como el primero y recientemente estudiado, el es de torre o receptor central, en el cual se dispone un receptor central en la parte superior de una torre que recibe la energía solar mediante el reflejo de espejos distribuidos alrededor de esta (heliostatos), extrayéndose el calor generado gracias afluidos líquidos o gaseosos. En cuanto a conveniencia, es mucho más caro que los colectores cilindro- parabólicos, pero se siguen estudiando puesto que presentan mayores temperaturas de trabajo, y pueden adaptarse a terrenos más irregulares, factores que son increíblemente importantes para una buena estabilización de la energía solar. Sus principales mejoras consideran también el sistema de almacenamiento descrito en los colectores cilindro-parabólicos, pero dado que este tipo de colector depende principalmente del estado de los espejos para que estos reflejen la energía solar correctamente a la torre central, es que el énfasis debería concentrarse en el desarrollo de recubrimientos autolimpiables basados en la nanotecnología, lo que minimiza el mantenimiento de los espejos, y por ende, reduce costos. Resumiendo, el avance principal para la energía solar termoeléctrica debe estar basado en un mayor desarrollo y expansión de plantas con dispositivos de almacenamiento por la simple utilización de la energía térmica, seguido de las mejoras en abaratamiento de costos; caso diferente al de la energía solar 17
  19. 19. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR fotovoltaica, donde la prioridad es la reducción de costes de los paneles solares. Esto da a pensar que mediante la utilización simultánea de ambos tipos de energía solar, podría generarse una fuente energética sustentable a largo plazo, por lo que es importante seguir avanzando en el campo de investigación de la energía solar. 2.7. el estudio de la energía solar Habiendo visto factores tanto positivos como negativos de la energía solar, y revisando las "negaciones" antes realizadas sobre las pocas energías renovables que sabemos que se están produciendo, es inevitable el no preguntarse si esta nueva energía expuesta nos sirve de algo. Pero mucho antes de eso, lo primero que deberíamos saberes, ¿la gente está dispuesta a un cambio en sus energías? Una encuesta realizada por la Universidad Andrés Bello, y publicada en el diario La Tercera el 27 de Diciembre del 2011, nos puede dar cuenta de aquello. Uno de los primeros valores que llega a sorprender, es un 80% correspondiente a la prohibición del uso de leña en el hogar, proveniente de los encuestados en la Región Metropolitana. Sin embargo, al realizarse la misma pregunta en la VIII región, esta recibe solo un 18% de aprobación. Caso similar ocurre con la ampliación de la restricción vehicular: los encuestados de la Región Metropolitana se pronuncian con un 61% de aprobación mientras que en la V región, este porcentaje aumenta a 84%. Llega a ser algo decepcionante considerando lo activo que fue el 2011 con respecto a la manifestación de las personas por un mejor medioambiente. Ahora, podemos observar también que este fenómeno se presenta principalmente cuando son las personas las que tienen que sustentar los cambios energéticos, en vez de hacerlo el Estado o empresas externas del rubro. Claro ejemplo de esto es el reciclaje: el 70% de los encuestados admite que si bien ya ha realizado al menos un proceso de reciclaje, no lo adquiere como un hábito al considerarlo engorroso. Por lo que en este sentido, la "consciencia ecológica" surge con más firmeza cuando el cambio medioambiental trae como 18
  20. 20. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR consecuencia un ahorro de tiempo o dinero: nuevamente con un ejemplo, el 90% de los encuestados admite el uso de ampolletas de ahorro en casa, y de ellos, solo el 10% lo hace con consciencia de que es amigable para el medio ambiente; el 89% lo hace por el ahorro del dinero. Pareciera que el problema energético, no estuviera radicado en la falta de estudios e investigaciones sobre el tema, si no que también influencia mucho el cuan dispuesta está la gente a sobre todo, pagar por esta nueva energía, que naturalmente en un principio tendría un valor más elevado que la convencional por los recursos utilizados en su producción; pero a medida que se fueran desarrollando más centrales renovables, el valor de la energía bajaría hasta quedara un nivel aceptable. Es en este mismo punto, donde no sería necesario el cuestionarse si la energía solar tendría o no cabida en nuestro país, ya que lo primero que habría que mejorar como nación, sería comenzar a lidiar con la aceptación de la gente. 2.8. ¿Qué hacer? Básicamente, recogiendo de forma adecuada la radiación solar, podemos obtener calor y electricidad. El calor se logra mediante los colectores térmicos, y la electricidad, a través de los llamados módulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre sí, ni en cuanto a su tecnología ni en su aplicación. Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento térmico. El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a nuestros hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el baño durante gran parte del año. 19
  21. 21. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas .precisamente cuando más soleamiento hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar. Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible. Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes. La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importante beneficio. Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de siglo, una 20
  22. 22. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica. La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El coste de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar. 21
  23. 23. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 3. CONCLUSIONES La aplicación de la energía solar choca con una serie de barreras o condicionantes que no han permitido hasta ahora alcanzar todo el desarrollo que debería haber tenido este tipo de energía. Los condicionantes que más influyen son los económicos financieros, falta de información y concienciación social hacia este tipo de tecnologías y la falta de cierta normativa específica. Las ventajas de la energía solar eléctrica son grandes frente a los inconvenientes superables, se puede destacar como ventajas el aprovechamiento gratuito de las radiaciones solares, es una energía completamente renovable e inagotable, emplea materiales de larga duración, se consume donde se produce, sin necesidad de grandes instalaciones concentradas, ayuda a la independencia energética. En la energía solar encontramos una solución real para disponer de energía sin transportarla ni contaminar con emisiones perniciosas en su generación. Con esta energía evitaremos riesgos excesivos ocasionados por otras fuentes de energía aparentemente más baratas. 22
  24. 24. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 4. BIBLIOGRAFÍA Gómez Romero, Pedro. "La Re-evolución de la energía" de "EL SECTOR ENERGÉTICO ANTE UN NUEVO ESCENARIO". España, Comisión Nacional de la Energía, 2010. Páginas 159-188. López, Cayetano. "Retos actuales de la energía" en "FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO". BBVA, 2008. Páginas 257-269 Lewis, Nathan S. and Nocera, Daniel G. "Poweringtheplanet: Chemicalchallenges in solar energyutilization". Proceedings of theNationalAcademy of Sciences, 2006. Galetovic, Alexander; Muñoz, Cristian "Energías renovables no convencionales: ¿cuánto nos van a costar?" Chile, Centro de Estudios Públicos, 2008. Nandwani, Shyam S. "Energía solar - Conceptos básicos y su utilización". Costa Rica, Universidad Nacional, 2005 "III Encuesta de Medioambiente UNAB" en "Diario La Tercera", 27 de diciembre del 2011. Chile, Universidad Andrés Bello, Centro de Investigación para la Sustentabilidad. 23
  25. 25. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 5. ANEXOS 24
  26. 26. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR 25
  27. 27. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR INDICE Pág. 2. INTRODUCCIÓN 1 5.1. Antecedentes 2 5.2. Planteamiento del problema. 4 5.2.1. Identificación del problema. 4 5.2.2. Pregunta de investigación. 5 5.3. Objetivos 5 5.3.1. Objetivo General. 5 5.3.2. Objetivos Específicos. 5 5.4. Justificación. 5 5.4.1. Justificación social. 5 5.4.2. Justificación científica. 6 5.5. Delimitación. 6 5.5.1. Delimitación temporal. 6 5.5.2. Delimitación espacial. 6 5.5.3. Delimitación temática. 6 5.6. Fuentes de información. 7 6. MARCO TEÓRICO 8 6.1. Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años 8 6.2. Calor y electricidad garantizados 9 6.3. Historia del modelo energético actual y sus soluciones 10 6.4. ¿Y porqué la energía solar? 12 6.5. Energía solar fotovoltaica 13 6.6. Energía solar termoeléctrica 15 6.7. el estudio de la energía solar 18 6.8. ¿Qué hacer? 19 7. CONCLUSIONES 22 8. BIBLIOGRAFÍA 23 9. ANEXOS 24 26
  28. 28. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR AGRADECIMIENTOS A Dios por la vida e inteligencia, oportunidad de poder estudiar esta carrera, ese ser supremo que nada me niega y todo me da, mi fuente de luz y consuelo, mi guía y señor A mis padres, por todo su apoyo, que me ilumina y me insta a seguir adelante A nuestrasfamilias por apoyarnos en esos momentos difíciles, dándonos una mano para seguir adelante en los caminos de la vida sin flaquear y llegar a mi objetivo. 27
  29. 29. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ENERGÍA SOLAR DEDICATORIA A la Lic. Naomi Fukaura, por su inmensurable consideración dedicada a un extranjero, demostrando un espíritu de cordialidad internacional entre culturas y a mi novia por todo lo que ha hecho para ayudarme en esta jornada, tanto profesional como de vida. 28

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