Centrales solares

1. La energía solar 

 El Sol es una esfera gaseosa formada, fundamentalmente, por helio, hidrógeno y carbono. Su masa es 330.000 veces la masa de la Tierra y se estima que su edad es de unos 6.000 millones de años.
El Sol se comporta como un reactor nuclear que transforma la energía nuclear en energía de radiación, energía que llega a la Tierra. Sin embargo, no toda la energía que se produce en el Sol llega a la superficie terrestre. Al atravesar la atmósfera, la radiación pierde intensidad a causa de la absorción, la difusión y la reflexión por acción de: gases, vapor de agua y partículas en suspensión de la atmósfera.
Así, la radiación que la tierra recibe del Sol se puede dividir en:

• Radiación directa: es la que atraviesa la atmósfera sin sufrir ningún cambio en su dirección.
  
• Radiación dispersa o difusa: es la que recibimos después de los fenómenos de reflexión y difusión.
  

Podríamos decir que a la Tierra llega una gran cantidad de energía solar en forma de radiaciones. Por eso, la energía solar es un recurso energético importante a tener en cuenta.

 

2. Aprovechamiento de la energía solar

Actualmente, existen dos vías principales de aprovechamiento de la energía solar:

Energía solar térmica

El aprovechamiento de la energía solar térmica consiste en usar la radiación del Sol para calentar un fluido que, en función de su temperatura, se utiliza para producir agua caliente, vapor o energía eléctrica.
Los sistemas para aprovechar la energía solar por la vía térmica se pueden dividir en tres grupos:

• Sistemas a baja temperatura. El calentamiento del agua se produce por debajo de su punto de ebullición, es decir, 100ºC. La mayor parte de los equipos basados en esta tecnología se aplican en la producción de agua caliente sanitaria y en climatización.
  
• Sistemas a media temperatura. Se utilizan en esas aplicaciones que necesitan temperaturas entre 100 y 300ºC para calefacción, proporcionando calor en procesos industriales, suministro de vapor, etc.
  
• Sistemas a alta temperatura. Se utilizan en aplicaciones que necesitan temperaturas superiores a 250 o 300ºC como, por ejemplo, para producir vapor o para la generación de energía eléctrica en centrales termosolares.
  

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica se aprovecha transformándola directamente en electricidad mediante  el efecto fotovoltaico. Esta transformación se lleva a cabo mediante células fotovoltaicas.

3. ¿Qué es una central solar?

Las centrales solares son instalaciones destinadas a aprovechar la radiación del Sol para generar energía eléctrica. Existen 2 tipos de instalaciones con las que se puede aprovechar la energía del Sol para producir electricidad:

• En la central termosolar se consigue la generación eléctrica a partir del calentamiento de un fluido con el cual, mediante un ciclo termodinámico convencional, se consigue mover un alternador gracias al vapor generado de él.
  
• En la instalación fotovoltaica la obtención de energía eléctrica se produce a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol para transformarla en energía eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores.
  

Centrales termosolares

Una central termosolar es una instalación que permite el aprovechamiento de la energía del Sol para producir electricidad utilizando un ciclo térmico parecido al de las centrales térmicas convencionales. Hay diferentes esquemas de centrales termosolares, aunque las más importantes son:

• Centrales de torre central. Disponen de un conjunto de espejos direccionales de grandes dimensiones que concentran la radiación solar en un punto. El calor es transferido a un fluido que circula por el interior de la caldera y lo transforma en vapor, empezando así un ciclo convencional de agua-vapor.
  

• Centrales de colectores distribuidos. Utilizan los llamados colectores de concentración, que concentran la radiación solar que reciben en la superficie, lo cual permite obtener, con buenos rendimientos, temperaturas de hasta 300ºC, suficientes para producir vapor a alta temperatura, que se usa para generar electricidad o también para otros procesos industriales.
  

Funcionamiento de una central termosolar

Una central termosolar de torre central está formada por un campo de espejos direccionales de grandes dimensiones que reflejan la luz del Sol y concentran los rayos reflejados en una caldera situada en una torre de gran altura.
En la caldera, la aportación calorífica de la radiación solar es absorbida por un fluido térmico que es conducido hacia un generador de vapor, en el cual transfiere su calor a un segundo fluido (generalmente agua) para convertirlo en vapor.
Este vapor se conduce a una turbina para transformar su energía en energía mecánica que se transformará en electricidad en el alternador.
El vapor se lleva a un condensador donde vuelve a su estado líquido para poder repetir un nuevo ciclo de producción de vapor.
La producción en una central solar depende de las horas de insolación. Por eso, para aumentar su producción se acostumbra a disponer de sistemas de aislamiento térmico intercalados en el circuito de calentamiento.
Puedes saber más de las centrales termosolares en el siguiente juego interactivo.

Limitaciones de las centrales termosolares

El desarrollo de este tipo de centrales hace frente a varias limitaciones:

• Económicas: sus costes de explotación son aún muy altos, por eso no son competitivas ante otro tipo de centrales.
  
• Tecnológicas: aún se deben realizar muchas mejoras para aumentar la eficiencia de los sistemas de concentración y almacenaje.
  
• Estacionalidad: hay que hacer frente a la variabilidad de la radiación solar y las incertidumbres meteorológicas.
  

Parques fotovoltaicos  

El efecto fotovoltaico es un fenómeno físico que consiste en la conversión de la energía luminosa en energía eléctrica. La energía de radiación (fotones) que incide sobre una estructura heterogénea de material (célula fotovoltaica) es absorbida por electrones de las capas más externas de los átomos que forman este material, eso crea una corriente eléctrica interior de una tensión determinada.

Las células se conectan en serie para formar un módulo fotovoltaico.
El elemento básico de un parque fotovoltaico es el conjunto de células fotovoltaicas que captan la energía solar, transformándola en corriente eléctrica continua. Las células fotovoltaicas están integradas en módulos que, al unirse, formarán placas fotovoltaicas.
La corriente continua generada se envía, en primer lugar, a un armario de corriente continua donde se producirá la transformación con la ayuda de un inversor de corriente y, finalmente se lleva a un centro de transformación donde se adapta la corriente a las condiciones de intensidad y tensión de las líneas de transporte de la red eléctrica.
Puedes conocer más acerca del funcionamiento de los parques fotovoltaicos en el siguiente juego.

Limitaciones de los parques fotovoltaicos

Las tecnologías disponibles se han de optimizar para que la eficiencia de las células fotovoltaicas pueda mejorar hasta llegar a cifras del orden del 18-20%.
España es un país pionero en desarrollo de esta tecnología y se facilitan ayudas económicas a este tipo de producción eléctrica.

4. Impacto sobre el medio ambiente de las centrales solares

Desde el punto de vista medio ambiental, la producción de electricidad a partir de este tipo de sistemas tiene grandes ventajas:

• No genera ningún tipo de emisiones atmosféricas.
  
• No produce fluentes líquidos.
  
• Evita el uso de combustibles fósiles.
  

A pesar de esto, las grandes centrales termosolares pueden generar un gran impacto sobre el paisaje y necesitan grandes superficies para colocar los espejos direccionales.
Cabe mencionar también que una vez han terminado su vida útil, las placas fotovoltaicas dejan residuos que deben ser tratados específicamente.