La energía solar es cualquier tipo de energía generada por el sol.

La energía solar se crea mediante la fusión nuclear que tiene lugar en el sol.La fusión ocurre cuando los protones de los átomos de hidrógeno chocan violentamente en el núcleo del sol y se fusionan para crear un átomo de helio.

Este proceso, conocido como reacción en cadena PP (protón-protón), emite una enorme cantidad de energía.En su núcleo, el sol fusiona alrededor de 620 millones de toneladas métricas de hidrógeno cada segundo.La reacción en cadena PP ocurre en otras estrellas que tienen aproximadamente el tamaño de nuestro sol y les proporciona energía y calor continuos.La temperatura de estas estrellas ronda los 4 millones de grados en la escala Kelvin (unos 4 millones de grados Celsius, 7 millones de grados Fahrenheit).

En estrellas que son aproximadamente 1,3 veces más grandes que el sol, el ciclo CNO impulsa la creación de energía.El ciclo CNO también convierte hidrógeno en helio, pero depende del carbono, el nitrógeno y el oxígeno (C, N y O) para hacerlo.Actualmente, menos del dos por ciento de la energía del sol se crea mediante el ciclo CNO.

La fusión nuclear mediante la reacción en cadena del PP o ciclo CNO libera enormes cantidades de energía en forma de ondas y partículas.La energía solar fluye constantemente desde el sol y por todo el sistema solar.La energía solar calienta la Tierra, provoca el viento y el clima, y ​​sustenta la vida vegetal y animal.

La energía, el calor y la luz del sol fluyen en forma de radiación electromagnética (REM).

El espectro electromagnético existe como ondas de diferentes frecuencias y longitudes de onda.La frecuencia de una onda representa cuántas veces se repite la onda en una determinada unidad de tiempo.Las ondas con longitudes de onda muy cortas se repiten varias veces en una determinada unidad de tiempo, por lo que son de alta frecuencia.Por el contrario, las ondas de baja frecuencia tienen longitudes de onda mucho más largas.

La gran mayoría de las ondas electromagnéticas son invisibles para nosotros.Las ondas de mayor frecuencia emitidas por el sol son los rayos gamma, los rayos X y la radiación ultravioleta (rayos UV).Los rayos ultravioleta más dañinos son absorbidos casi por completo por la atmósfera terrestre.Los rayos ultravioleta menos potentes viajan a través de la atmósfera y pueden provocar quemaduras solares.

El sol también emite radiación infrarroja, cuyas ondas tienen una frecuencia mucho menor.La mayor parte del calor del sol llega en forma de energía infrarroja.

Intercalado entre el infrarrojo y el UV se encuentra el espectro visible, que contiene todos los colores que vemos en la Tierra.El color rojo tiene las longitudes de onda más largas (más cercanas al infrarrojo) y el violeta (más cercano a los rayos UV) la más corta.

Energía solar natural

Efecto invernadero
Las ondas infrarrojas, visibles y ultravioleta que llegan a la Tierra participan en un proceso de calentamiento del planeta y de hacer posible la vida: el llamado “efecto invernadero”.

Alrededor del 30 por ciento de la energía solar que llega a la Tierra se refleja de regreso al espacio.El resto es absorbido por la atmósfera terrestre.La radiación calienta la superficie de la Tierra y la superficie irradia parte de la energía en forma de ondas infrarrojas.A medida que ascienden por la atmósfera, son interceptados por gases de efecto invernadero, como el vapor de agua y el dióxido de carbono.

Los gases de efecto invernadero atrapan el calor que se refleja en la atmósfera.De este modo actúan como las paredes de cristal de un invernadero.Este efecto invernadero mantiene la Tierra lo suficientemente caliente como para sustentar la vida.

Fotosíntesis
Casi toda la vida en la Tierra depende de la energía solar para alimentarse, ya sea directa o indirectamente.

Los productores dependen directamente de la energía solar.Absorben la luz solar y la convierten en nutrientes mediante un proceso llamado fotosíntesis.Los productores, también llamados autótrofos, incluyen plantas, algas, bacterias y hongos.Los autótrofos son la base de la red alimentaria.

Los consumidores dependen de los productores para obtener nutrientes.Los herbívoros, carnívoros, omnívoros y detritívoros dependen indirectamente de la energía solar.Los herbívoros comen plantas y otros productores.Los carnívoros y omnívoros se comen tanto a los productores como a los herbívoros.Los detritívoros descomponen la materia vegetal y animal consumiéndola.

Combustibles fósiles
La fotosíntesis también es responsable de todos los combustibles fósiles de la Tierra.Los científicos estiman que hace unos tres mil millones de años, los primeros autótrofos evolucionaron en entornos acuáticos.La luz del sol permitió que la vida vegetal prosperara y evolucionara.Después de que los autótrofos murieron, se descompusieron y se adentraron más profundamente en la Tierra, a veces a miles de metros.Este proceso continuó durante millones de años.

Bajo intensa presión y altas temperaturas, estos restos se convirtieron en lo que conocemos como combustibles fósiles.Los microorganismos se convirtieron en petróleo, gas natural y carbón.

La gente ha desarrollado procesos para extraer estos combustibles fósiles y utilizarlos como energía.Sin embargo, los combustibles fósiles son un recurso no renovable.Tardan millones de años en formarse.

Aprovechar la energía solar

La energía solar es un recurso renovable y muchas tecnologías pueden aprovecharla directamente para su uso en hogares, empresas, escuelas y hospitales.Algunas tecnologías de energía solar incluyen células y paneles fotovoltaicos, energía solar concentrada y arquitectura solar.

Existen diferentes formas de capturar la radiación solar y convertirla en energía utilizable.Los métodos utilizan energía solar activa o energía solar pasiva.

Las tecnologías solares activas utilizan dispositivos eléctricos o mecánicos para convertir activamente la energía solar en otra forma de energía, generalmente calor o electricidad.Las tecnologías solares pasivas no utilizan ningún dispositivo externo.En cambio, aprovechan el clima local para calentar las estructuras durante el invierno y reflejar el calor durante el verano.

Fotovoltaica

La energía fotovoltaica es una forma de tecnología solar activa que fue descubierta en 1839 por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel, de 19 años.Becquerel descubrió que cuando colocaba cloruro de plata en una solución ácida y la exponía a la luz solar, los electrodos de platino adheridos generaban una corriente eléctrica.Este proceso de generar electricidad directamente a partir de la radiación solar se llama efecto fotovoltaico o energía fotovoltaica.

Hoy en día, la energía fotovoltaica es probablemente la forma más familiar de aprovechar la energía solar.Los paneles fotovoltaicos suelen incluir paneles solares, un conjunto de docenas o incluso cientos de células solares.

Cada célula solar contiene un semiconductor, normalmente de silicio.Cuando el semiconductor absorbe la luz solar, libera electrones.Un campo eléctrico dirige estos electrones sueltos hacia una corriente eléctrica que fluye en una dirección.Los contactos metálicos en la parte superior e inferior de una célula solar dirigen esa corriente a un objeto externo.El objeto externo puede ser tan pequeño como una calculadora alimentada por energía solar o tan grande como una central eléctrica.

La energía fotovoltaica se utilizó ampliamente por primera vez en naves espaciales.Muchos satélites, incluida la Estación Espacial Internacional (ISS), cuentan con “alas” anchas y reflectantes de paneles solares.La ISS tiene dos alas de paneles solares (SAW), cada una de las cuales utiliza alrededor de 33.000 células solares.Estas células fotovoltaicas suministran toda la electricidad a la ISS, lo que permite a los astronautas operar la estación, vivir de forma segura en el espacio durante meses y realizar experimentos científicos y de ingeniería.

Se han construido centrales fotovoltaicas en todo el mundo.Las estaciones más grandes se encuentran en Estados Unidos, India y China.Estas centrales eléctricas emiten cientos de megavatios de electricidad, que se utilizan para abastecer a hogares, empresas, escuelas y hospitales.

La tecnología fotovoltaica también se puede instalar a menor escala.Los paneles y células solares se pueden fijar a los techos o paredes exteriores de los edificios, suministrando electricidad a la estructura.Se pueden colocar a lo largo de caminos hasta autopistas iluminadas.Las células solares son lo suficientemente pequeñas como para alimentar dispositivos aún más pequeños, como calculadoras, parquímetros, compactadores de basura y bombas de agua.

Energía Solar Concentrada

Otro tipo de tecnología solar activa es la energía solar concentrada o energía solar concentrada (CSP).La tecnología CSP utiliza lentes y espejos para enfocar (concentrar) la luz solar de un área grande en un área mucho más pequeña.Esta intensa área de radiación calienta un fluido, que a su vez genera electricidad o alimenta otro proceso.

Los hornos solares son un ejemplo de energía solar concentrada.Hay muchos tipos diferentes de hornos solares, incluidas las torres de energía solar, los cilindros parabólicos y los reflectores de Fresnel.Utilizan el mismo método general para capturar y convertir energía.

Las torres de energía solar utilizan helióstatos, espejos planos que giran para seguir el arco del sol en el cielo.Los espejos están dispuestos alrededor de una “torre colectora” central y reflejan la luz del sol en un rayo de luz concentrado que brilla en un punto focal de la torre.

En diseños anteriores de torres de energía solar, la luz solar concentrada calentaba un recipiente de agua, que producía vapor que impulsaba una turbina.Más recientemente, algunas torres de energía solar utilizan sodio líquido, que tiene una mayor capacidad calorífica y retiene el calor durante un período de tiempo más largo.Esto significa que el fluido no solo alcanza temperaturas de 773 a 1273 K (de 500 a 1000 °C o de 932 a 1832 °F), sino que puede seguir hirviendo agua y generar energía incluso cuando no brilla el sol.

Los cilindros parabólicos y los reflectores de Fresnel también utilizan CSP, pero sus espejos tienen una forma diferente.Los espejos parabólicos son curvos, con una forma similar a una silla de montar.Los reflectores Fresnel utilizan tiras delgadas y planas de espejo para capturar la luz solar y dirigirla hacia un tubo de líquido.Los reflectores de Fresnel tienen más superficie que los cilindros parabólicos y pueden concentrar la energía del sol hasta aproximadamente 30 veces su intensidad normal.

Las plantas de energía solar de concentración se desarrollaron por primera vez en los años 80.La instalación más grande del mundo es una serie de plantas en el desierto de Mojave, en el estado estadounidense de California.Este Sistema Generador de Energía Solar (SEGS) genera más de 650 gigavatios-hora de electricidad cada año.Otras plantas grandes y eficaces se han desarrollado en España e India.

La energía solar concentrada también se puede utilizar a menor escala.Puede generar calor, por ejemplo, para cocinas solares.La gente de aldeas de todo el mundo utiliza cocinas solares para hervir agua con fines sanitarios y cocinar alimentos.

Las cocinas solares ofrecen muchas ventajas sobre las estufas de leña: no representan un riesgo de incendio, no producen humo, no requieren combustible y reducen la pérdida de hábitat en los bosques donde se talarían árboles como combustible.Las cocinas solares también permiten a los aldeanos dedicar tiempo a la educación, los negocios, la salud o la familia durante el tiempo que antes se utilizaba para recoger leña.Las cocinas solares se utilizan en zonas tan diversas como Chad, Israel, India y Perú.

Arquitectura Solar

A lo largo del día, la energía solar es parte del proceso de convección térmica, o el movimiento del calor de un espacio más cálido a uno más frío.Cuando sale el sol, comienza a calentar los objetos y materiales de la Tierra.A lo largo del día, estos materiales absorben el calor de la radiación solar.Por la noche, cuando el sol se pone y la atmósfera se ha enfriado, los materiales liberan su calor a la atmósfera.

Las técnicas de energía solar pasiva aprovechan este proceso natural de calentamiento y enfriamiento.

Las casas y otros edificios utilizan energía solar pasiva para distribuir el calor de manera eficiente y económica.Calcular la “masa térmica” de un edificio es un ejemplo de esto.La masa térmica de un edificio es la mayor parte del material calentado durante el día.Ejemplos de masa térmica de un edificio son la madera, el metal, el hormigón, la arcilla, la piedra o el barro.Por la noche, la masa térmica devuelve su calor a la habitación.Los sistemas de ventilación eficaces (pasillos, ventanas y conductos de aire) distribuyen el aire caliente y mantienen una temperatura interior moderada y constante.

La tecnología solar pasiva suele estar involucrada en el diseño de un edificio.Por ejemplo, en la etapa de planificación de la construcción, el ingeniero o arquitecto puede alinear el edificio con la trayectoria diaria del sol para recibir cantidades deseables de luz solar.Este método tiene en cuenta la latitud, la altitud y la nubosidad típica de un área específica.Además, los edificios se pueden construir o modernizar para que tengan aislamiento térmico, masa térmica o sombra adicional.

Otros ejemplos de arquitectura solar pasiva son los techos frescos, las barreras radiantes y los techos verdes.Los tejados frescos están pintados de blanco y reflejan la radiación del sol en lugar de absorberla.La superficie blanca reduce la cantidad de calor que llega al interior del edificio, lo que a su vez reduce la cantidad de energía necesaria para enfriar el edificio.

Las barreras radiantes funcionan de manera similar a los techos fríos.Proporcionan aislamiento con materiales altamente reflectantes, como el papel de aluminio.La lámina refleja, en lugar de absorber, el calor y puede reducir los costos de enfriamiento hasta en un 10 por ciento.Además de los techos y los áticos, también se pueden instalar barreras radiantes debajo de los pisos.

Los techos verdes son tejados que están completamente cubiertos de vegetación.Requieren tierra e irrigación para sostener las plantas, y una capa impermeable debajo.Los techos verdes no sólo reducen la cantidad de calor que se absorbe o se pierde, sino que también proporcionan vegetación.A través de la fotosíntesis, las plantas de los tejados verdes absorben dióxido de carbono y emiten oxígeno.Filtran los contaminantes del agua de lluvia y del aire y compensan algunos de los efectos del uso de energía en ese espacio.

Los techos verdes han sido una tradición en Escandinavia durante siglos y recientemente se han vuelto populares en Australia, Europa occidental, Canadá y Estados Unidos.Por ejemplo, la Ford Motor Company cubrió con vegetación 42.000 metros cuadrados (450.000 pies cuadrados) de los techos de su planta de ensamblaje en Dearborn, Michigan.Además de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, los tejados reducen la escorrentía de aguas pluviales al absorber varios centímetros de lluvia.

Los tejados verdes y los tejados frescos también pueden contrarrestar el efecto de “isla de calor urbana”.En las ciudades concurridas, la temperatura puede ser constantemente más alta que en las zonas circundantes.Muchos factores contribuyen a esto: las ciudades están construidas con materiales como asfalto y hormigón que absorben el calor;los edificios altos bloquean el viento y sus efectos refrescantes;y la industria, el tráfico y las grandes poblaciones generan grandes cantidades de calor residual.Utilizar el espacio disponible en el tejado para plantar árboles o reflejar el calor con tejados blancos puede aliviar parcialmente los aumentos locales de temperatura en las zonas urbanas.

Energía solar y personas

Dado que en la mayor parte del mundo la luz del sol sólo brilla aproximadamente la mitad del día, las tecnologías de energía solar deben incluir métodos para almacenar la energía durante las horas de oscuridad.

Los sistemas de masa térmica utilizan cera de parafina o diversas formas de sal para almacenar la energía en forma de calor.Los sistemas fotovoltaicos pueden enviar el exceso de electricidad a la red eléctrica local o almacenar la energía en baterías recargables.

Hay muchos pros y contras del uso de energía solar.

Ventajas
Una gran ventaja del uso de energía solar es que es un recurso renovable.Tendremos un suministro constante e ilimitado de luz solar durante otros cinco mil millones de años.En una hora, la atmósfera de la Tierra recibe suficiente luz solar para cubrir las necesidades eléctricas de cada ser humano en la Tierra durante un año.

La energía solar es limpia.Una vez construido e instalado el equipo de tecnología solar, la energía solar no necesita combustible para funcionar.Tampoco emite gases de efecto invernadero ni materiales tóxicos.El uso de energía solar puede reducir drásticamente el impacto que tenemos en el medio ambiente.

Hay lugares donde la energía solar es práctica.Las casas y edificios en áreas con gran cantidad de luz solar y poca nubosidad tienen la oportunidad de aprovechar la abundante energía del sol.

Las cocinas solares ofrecen una excelente alternativa a cocinar con estufas de leña, de las que todavía dependen dos mil millones de personas.Las cocinas solares brindan una forma más limpia y segura de desinfectar el agua y cocinar alimentos.

La energía solar complementa otras fuentes de energía renovables, como la eólica o la hidroeléctrica.

Los hogares o empresas que instalan paneles solares con éxito pueden producir un exceso de electricidad.Estos propietarios de viviendas o negocios pueden vender energía al proveedor de electricidad, reduciendo o incluso eliminando las facturas de energía.

Desventajas
El principal obstáculo para el uso de energía solar es el equipamiento necesario.Los equipos de tecnología solar son caros.Comprar e instalar el equipo puede costar decenas de miles de dólares para hogares individuales.Aunque el gobierno a menudo ofrece impuestos reducidos a las personas y empresas que utilizan energía solar, y la tecnología puede eliminar las facturas de electricidad, el costo inicial es demasiado elevado para que muchos lo consideren.

Los equipos de energía solar también son pesados.Para modernizar o instalar paneles solares en el techo de un edificio, el techo debe ser fuerte, grande y orientado hacia la trayectoria del sol.

Tanto la tecnología solar activa como la pasiva dependen de factores que están fuera de nuestro control, como el clima y la nubosidad.Se deben estudiar las áreas locales para determinar si la energía solar sería efectiva o no en esa área.

La luz del sol debe ser abundante y constante para que la energía solar sea una opción eficiente.En la mayoría de los lugares de la Tierra, la variabilidad de la luz solar dificulta su implementación como única fuente de energía.