La energía solar es una dirección de energía alternativa basada en el uso directo de la radiación solar para producir energía en cualquier forma. La energía solar utiliza una fuente de energía renovable [1] y es "ambientalmente amigable", es decir, no produce residuos nocivos durante la fase activa de uso [2] . La producción de energía mediante plantas de energía solar está en buen acuerdo con el concepto de producción de energía distribuida . Energía solar térmica : calentamiento de una superficie que absorbe los rayos del sol y la posterior distribución y uso del calor (enfocar la radiación solar en un recipiente con agua o sal para el uso posterior de agua calentada para calefacción, suministro de agua caliente o en generadores de energía de vapor) . Como un tipo especial de centrales de energía solar térmica, se suelen destacar los sistemas solares de tipo concentrador (CSP - Concentrated solar power). En estas instalaciones, la energía de los rayos del sol se concentra en un haz de luz concentrado mediante un sistema de lentes y espejos. Este haz se utiliza como fuente de energía térmica para calentar el fluido de trabajo. En 2020, la capacidad instalada total de todos los paneles solares operativos en la Tierra fue de 760 GW . [3] En 2019, la capacidad instalada total de todos los paneles solares operativos en la Tierra fue de 635 GW . [4] En 2019, los paneles solares en funcionamiento en la Tierra produjeron el 2,7 % de la electricidad mundial. [5]
El flujo de radiación solar que atraviesa un área de 1 m², situada perpendicularmente al flujo de radiación a una distancia de una unidad astronómica del centro del Sol (a la entrada de la atmósfera terrestre ), es igual a 1367 W / m² ( constante solar ). Debido a la absorción, durante el paso de la masa atmosférica terrestre, el flujo máximo de radiación solar a nivel del mar (en el Ecuador) es de 1020 W/m². Sin embargo, el valor promedio diario del flujo de radiación solar a través de una sola área horizontal es al menos π veces menor (debido al cambio de día y noche y al cambio en el ángulo del sol sobre el horizonte). En invierno, en latitudes templadas, este valor es dos veces menor.
La posible producción de energía se reduce debido al oscurecimiento global , una disminución en el flujo de radiación solar que llega a la superficie de la Tierra.
| Generación anual de electricidad en el mundo en SPP | |||
|---|---|---|---|
| Año | Energía GWh | Crecimiento anual | parte de todos |
| 2004 | 2.6 | ― | 0.01% |
| 2005 | 3.7 | 42% | 0,02% |
| 2006 | 5.0 | 35% | 0,03% |
| 2007 | 6.8 | 36% | 0,03% |
| 2008 | 11.4 | 68% | 0,06% |
| 2009 | 19.3 | 69% | 0,10% |
| 2010 | 31.4 | 63% | 0,15% |
| 2011 | 60.6 | 93% | 0,27% |
| 2012 | 96.7 | 60% | 0,43% |
| 2013 | 134.5 | 39% | 0,58% |
| 2014 | 185.9 | 38% | 0.79% |
| 2015 | 253.0 | 36% | 1,05% |
| 2016 | 301.0 | 33% | 1,3% |
| Fuente: BP Statistical Review of World Energy, 2015, 2017 [7] [8] [9] | |||
En 1985, la capacidad instalada total del mundo era de 0,021 GW.
En 2005, la producción de celdas solares en el mundo fue de 1.656 GW.
A principios de 2010, la capacidad global total de energía solar fotovoltaica era solo alrededor del 0,1% de la generación de electricidad global [10] .
En 2012, la capacidad total de las plantas de energía solar del mundo aumentó en 31 GW, superando los 100 GW.
Los mayores fabricantes de células solares en 2012 [11] :
En 2013, se instalaron 39 GW de capacidad fotovoltaica a nivel mundial. Como resultado, la capacidad total de las instalaciones fotovoltaicas a principios de 2014 se estimó en 139 GW [12] .
El líder en términos de capacidad instalada es la Unión Europea [13] , entre países individuales - China. En términos de capacidad total per cápita, el líder es Alemania.
En 2010, el 2,7% de la electricidad de España procedía de la energía solar [14] .
En 2011, alrededor del 3 % de la electricidad de Italia procedía de instalaciones fotovoltaicas [15] .
En diciembre de 2011, Ucrania completó la construcción del último y quinto parque solar de 20 megavatios en Perovo , como resultado de lo cual su capacidad instalada total aumentó a 100 MW [16] . El parque solar de Perovo , compuesto por cinco fases, se ha convertido en el mayor parque del mundo en términos de capacidad instalada. Le siguen la central canadiense Sarnia (97 MW), la italiana Montalto di Castro (84,2 MW) y la alemana Finsterwalde (80,7 MW). Completando los cinco parques fotovoltaicos más grandes del mundo se encuentra la planta de energía Okhotnikovo de 80 megavatios en la región de Saki en Crimea.
En 2018, Arabia Saudita anunció su intención de construir la planta de energía solar más grande del mundo con una capacidad de 200 GW [17] .
A mediados de 2011, la industria fotovoltaica en Alemania empleaba a más de 100.000 personas. 93,5 mil personas trabajaron en energía solar en los EE.UU. [18] .
En el mundo, el aumento anual de energía durante los últimos cinco años ha promediado alrededor del 50% [19] . La energía derivada de la radiación solar hipotéticamente podrá satisfacer el 20-25% de las necesidades de electricidad de la humanidad para 2050 y reducir las emisiones de dióxido de carbono. Según expertos de la Agencia Internacional de Energía ( AIE ), la energía solar en 40 años, con el nivel adecuado de difusión de tecnologías avanzadas, generará alrededor de 9 mil teravatios-hora - o 20-25% de toda la electricidad necesaria, y esto reducir las emisiones de dióxido de carbono en 6 mil millones de toneladas anuales [10] .
Las perspectivas de usar el sol para generar electricidad se están deteriorando debido a los altos costos. Por ejemplo, el CHPP de Aiwonpa cuesta cuatro veces más y genera mucha menos electricidad que las centrales eléctricas de gas. Según los expertos, en el futuro, la electricidad generada por esta central costará el doble que la recibida de las fuentes de energía convencionales, y los costos obviamente se trasladarán a los consumidores [20] .
Sin embargo, según las previsiones, el costo de la generación de electricidad por plantas de energía solar para 2020 se reducirá al costo de la generación con combustibles fósiles y la transición al uso de plantas de energía solar será económicamente viable [21] .
Debido a su baja eficiencia, que llega al 30 por ciento en el mejor de los casos, los paneles solares se calientan mucho. El 70 por ciento restante de la energía solar calienta los paneles solares a una temperatura media de unos 50-70 °C. [22] .
Los factores de costo típicos de la energía solar para un caso fotovoltaico incluyen el costo de los módulos, las estructuras para alojarlos, el cableado, los inversores, el costo de la mano de obra, cualquier terreno que pueda ser necesario, la conexión a la red, el mantenimiento y la extensión de la insolación solar. que colocará la planta solar.
Los sistemas fotovoltaicos no utilizan combustible y los módulos suelen tener una vida útil de 25 a 40 años. Así, los costos iniciales de capital y financieros son del 80 al 90% del costo de la energía solar [23] .
El costo de los módulos solares de alta potencia se ha reducido significativamente con el tiempo. En los EE. UU., a partir de 1982, el costo por kW era de aproximadamente US$27.000 y en 2006 el costo se redujo a aproximadamente US$4.000 por kW. Un sistema fotovoltaico en 1992 costaba aproximadamente US$16.000/kW, pero en 2008 se redujo a alrededor de US$6.000/kW [24] .
En los EE. UU. en 2021, la energía solar residencial costaba entre 2 y 4 dólares por vatio (pero las tejas solares eran mucho más caras) [25] y las instalaciones solares de servicios públicos costaban alrededor de 1 dólar por vatio [26] .
La productividad de la energía solar en la región depende de la radiación solar, que varía a lo largo del día y del año y depende de la latitud y el clima. La potencia de salida de un sistema fotovoltaico también depende de la temperatura ambiente, la velocidad del viento, el espectro solar, las condiciones locales de contaminación y otros factores.
La energía eólica terrestre tiende a ser la fuente de electricidad más barata en el norte de Eurasia , Canadá , partes de los Estados Unidos y la Patagonia en Argentina, mientras que otras partes del mundo utilizan principalmente energía solar (o menos comúnmente una combinación de energía eólica, solar y otras formas). de energía) con bajo contenido de carbono [27] .
Los lugares con mayor radiación solar anual se encuentran en los trópicos y subtrópicos áridos. Los desiertos que se encuentran en latitudes bajas suelen tener pocas nubes y pueden recibir luz solar durante más de diez horas al día [28] . [29]
Con la ayuda de la luz solar, puede iluminar las instalaciones durante el día. Para ello se utilizan pozos de luz . La versión más simple de un pozo de luz es un agujero en el techo de una yurta . Las linternas de luz se utilizan para iluminar habitaciones que no tienen ventanas: garajes subterráneos, estaciones de metro, edificios industriales, almacenes, prisiones, etc. Un pozo de luz con un diámetro de 300 mm es capaz de iluminar un área de 8 m². Un pozo permite en condiciones europeas evitar la emisión anual de hasta 7,4 toneladas de CO 2 a la atmósfera . Los pozos de luz con fibra óptica fueron desarrollados en 2004 en EE.UU. Los colectores parabólicos se utilizan en la parte superior de dicho pozo . El uso de pozos solares permite reducir el consumo de electricidad y, en invierno, reducir la falta de luz solar para las personas en el edificio [30] .
La energía solar es ampliamente utilizada tanto para calentar agua como para generar electricidad. Los colectores solares se fabrican con los materiales disponibles: acero, cobre, aluminio, etc., es decir, sin utilizar el escaso y costoso silicio. Esto le permite reducir significativamente el costo del equipo y la energía producida en él. Actualmente, el calentamiento solar de agua es la forma más eficiente de convertir la energía solar.
En 2001, el costo de la electricidad generada en colectores solares fue de $0,09 a $0,12 por kWh. El Departamento de Energía de EE. UU. predice que el costo de la electricidad producida por concentradores solares disminuirá a $0.04-$0.05 para 2015-2020.
En 2007, se inició la construcción de centrales eléctricas híbridas en Argelia . Durante el día, la electricidad se produce mediante concentradores parabólicos y durante la noche a partir de gas natural .
A principios de 2010, la capacidad global total de energía solar térmica (estaciones solares de concentración) alcanzó un gigavatio [10] . Para 2020, los países de la UE planean construir 26,3 GW de capacidad termosolar [31] .
Los colectores solares se pueden utilizar para cocinar. La temperatura en el foco del colector alcanza los 150 °C . Dichos electrodomésticos de cocina se pueden utilizar ampliamente en los países en desarrollo. El costo de los materiales necesarios para la producción de la "cocina solar" más simple es de $3 a $7.
Los hogares de cocción tradicionales tienen una eficiencia térmica de alrededor del 10%. En los países en desarrollo, la leña se usa activamente para cocinar. El uso de leña para cocinar provoca una deforestación masiva y daños a la salud. Por ejemplo, en India , más de 68 millones de toneladas de CO 2 se liberan anualmente a la atmósfera a partir de la combustión de biomasa . En Uganda, el hogar promedio consume 440 kg de madera por mes. Las amas de casa al cocinar inhalan una gran cantidad de humo, lo que conduce a un aumento de la morbilidad de las vías respiratorias. Según la Organización Mundial de la Salud, en 2006, 800.000 niños y 500.000 mujeres murieron por enfermedades respiratorias en 19 países subsaharianos, Pakistán y Afganistán .
Existen varios programas de distribución internacional de cocinas solares. Por ejemplo , en 2008 , Finlandia y China firmaron un acuerdo para suministrar 19 000 cocinas solares a 31 pueblos de China. Esto reducirá las emisiones de CO 2 en 1,7 millones de toneladas en 2008-2012. En el futuro, Finlandia podrá vender cuotas para estas emisiones
La energía solar se puede utilizar en varios procesos químicos. Por ejemplo:
El hidrógeno se puede utilizar para generar electricidad o como combustible para el transporte.
Las células fotovoltaicas se pueden instalar en varios vehículos: barcos, vehículos eléctricos e híbridos , aviones, dirigibles , etc.
Las células fotovoltaicas generan electricidad, que se utiliza para el suministro de energía a bordo del vehículo o para el motor eléctrico de los vehículos eléctricos.
En Italia y Japón, las células fotovoltaicas se instalan en los techos de los trenes. Producen electricidad para acondicionadores de aire, iluminación y sistemas de emergencia.
Solatec LLC vende células fotovoltaicas de película delgada para el techo del vehículo híbrido Toyota Prius . Las fotocélulas de película delgada tienen un grosor de 0,6 mm, lo que no afecta la aerodinámica del automóvil. Las fotocélulas están diseñadas para cargar baterías, lo que permite aumentar el kilometraje del coche en un 10%.
En 1981, el piloto Paul Beattie MacCready voló un Solar Challenger propulsado únicamente por energía solar, cubriendo una distancia de 258 kilómetros a una velocidad de 48 km/h [32] . En 2010, el avión solar tripulado Solar Impulse permaneció en el aire durante 24 horas. El ejército está muy interesado en los vehículos aéreos no tripulados ( UAV ) que funcionan con energía solar y que pueden permanecer en el aire durante períodos extremadamente largos de meses y años. Dichos sistemas podrían reemplazar o complementar los satélites.
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