¿Qué es la energía solar?

Energía solar (energía solar) La energía solar se refiere a la energía de radiación térmica del sol (ver las tres formas de transmisión de energía térmica: radiación), cuyo principal rendimiento se suele decir que son los rayos del sol. Aunque la energía irradiada por el sol a la atmósfera terrestre es solo 1/2,2 mil millones de su energía radiante total, es tan alta como 173.000 TW, lo que significa que la energía que el sol irradia sobre la tierra cada segundo es equivalente a 5 millones de toneladas de carbón. La energía que llega a la tierra es de 499.400.00.000 julios. La energía solar en un sentido amplio es la fuente de muchas energías en la tierra, como la energía eólica, la energía química, la energía potencial del agua, etc. Los combustibles fósiles pueden considerarse energía solar antigua. En un sentido estricto, la tecnología solar se caracteriza por formas pasivas o activas de capturar, convertir y distribuir la luz solar. La tecnología solar pasiva, utilizada principalmente en la construcción de infraestructuras y otros campos, incluye la selección de materiales con buenas propiedades térmicas, el diseño de espacios para la circulación natural del aire y la disposición de la ubicación de los edificios de acuerdo con el sol. La tecnología solar activa convierte directamente la luz solar en otras formas de energía como salida energética.

Aquí limitaremos nuestra discusión a la tecnología solar activa, un tipo de energía que se puede generar. Hay dos formas comunes, una es Fotovoltaica (PV) y la otra es la energía solar térmica (STE).

1) Energía solar fotovoltaica

Energía solar fotovoltaicaEl término fotovoltaico (fotovoltaica; fuente de la palabra “foto” luz, “voltaics” voltio) se refiere al uso de materiales semiconductores fotovoltaicos para producir un efecto fotovoltaico, en el que la energía solar se convierte en electricidad de corriente continua. En concreto, el efecto fotovoltaico se refiere al fenómeno en el que la luz produce una diferencia de potencial entre diferentes partes de un semiconductor o una combinación de semiconductores y metales.

El tipo de células solares se puede dividir en tipo de sustrato y tipo de película delgada, y el tipo de sustrato se puede dividir en tipo monocristalino o sustrato tipo policristalino después de ser disuelto y enfriado; el tipo de película delgada se puede comparar con los edificios. Tiene las características de curvatura, flexibilidad, plegabilidad, etc., y el silicio amorfo se usa más comúnmente como material. Además de los dos primeros, existen otras células solares hechas de materiales orgánicos o nanomateriales, que aún se encuentran en la etapa de investigación y desarrollo.

Las células solares se dividen en células semiconductoras basadas en silicio, células de película delgada de CdTe, células de película delgada CIGS, células de película delgada sensibilizadas con colorante y células de material orgánico según sus materiales de producción. Entre ellas, las células de silicio se dividen a su vez en células monocristalinas, células policristalinas y células de película delgada de silicio amorfo. El parámetro más importante para las células solares es la eficiencia de conversión. Entre las células solares basadas en silicio desarrolladas en el laboratorio, la eficiencia de las células de silicio monocristalino es de 25,0%, la eficiencia de las células de silicio policristalino es de 20,4% y la eficiencia de las células de película delgada CIGS es de 19,8%. La eficiencia de las células de película delgada de CdTe es de 19,6% y la eficiencia de las células de película delgada de silicio amorfo (silicio amorfo) es de 10,1%. (Tablas de eficiencia de células solares)

Vale la pena señalar que cierta Tecnología de fabricación de baterías No se puede fabricar un solo tipo de batería. Por ejemplo, en el proceso de polisilicio, se pueden fabricar tanto el tipo de placa de cristal de silicio como el tipo de película fina. Su diseño utiliza principalmente diferentes procesos y métodos para probar la reacción y la absorción de la luz, a fin de lograr un avance revolucionario en la combinación de una amplia gama de energía brecha, de modo que tanto las longitudes de onda cortas como las largas se puedan absorber completamente, reduciendo así el costo de los materiales.

Dado que la electricidad generada por las células solares es corriente continua, si necesita proporcionar energía a electrodomésticos o diversos aparatos eléctricos, debe instalar un convertidor directo/CA y reemplazarlo con corriente alterna, para que pueda suministrar electricidad para uso doméstico o industrial.

Existen dos tipos de plantas de energía solar: de funcionamiento independiente y de funcionamiento conectado a la red.

Al mismo tiempo, la clasificación de los sistemas de generación de energía solar fotovoltaica, uno es centralizado, como los sistemas de generación de energía fotovoltaica terrestre a gran escala del noroeste; el otro es distribuido (con >6MW como límite), como los sistemas de generación de energía fotovoltaica en azoteas de plantas industriales y comerciales, sistemas de generación de energía fotovoltaica en azoteas residenciales.

2) Energía solar térmica

Energía solar térmica Es una tecnología de energía térmica (calor) que utiliza la energía solar, principalmente mediante la recepción o concentración de la radiación solar y su conversión en energía térmica para su uso. La tecnología solar moderna puede combinar la luz solar y utilizar su energía para generar agua caliente, vapor y electricidad.

La Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA) clasifica los colectores solares como colectores de baja, media y alta temperatura. Las placas de los colectores de baja temperatura se utilizan generalmente para calentar piscinas. Los colectores de temperatura media también suelen ser placas planas, pero se utilizan para producir agua caliente o calefacción de espacios tanto para fines residenciales como comerciales. Los colectores de alta temperatura utilizan espejos o lentes para captar la luz solar y, por lo general, se utilizan para producir electricidad, lo que a menudo se conoce como generación de energía solar concentrada.

La generación de energía solar térmica concentrada (o llamada generación de energía solar térmica concentrada, en inglés: Concentrated solar power, abreviatura: CSP) es un sistema de generación de energía de una planta de energía solar concentrada. Utiliza espejos o lentes y utiliza principios ópticos para reunir una gran área de luz solar en un área de recolección de luz relativamente pequeña, de modo que la energía solar se concentra. El área de recolección de luz en el generador se ilumina con la luz solar y la temperatura aumenta. Convierte la energía solar en energía térmica, que es impulsada por un motor térmico (generalmente una turbina de vapor) para impulsar un generador, produciendo así electricidad.

En la actualidad, existen principalmente tres tipos de sistemas de generación de energía solar térmica concentrada:

Los componentes principales del sistema de generación de energía solar por concentración de disco incluyen concentradores solares y convertidores de energía. La estructura en forma de disco del concentrador solar puede seguir continuamente al sol para recolectar energía del sol y enfocarla en un área pequeña. Para ahorrar costos, a menudo se utilizan muchos espejos planos pequeños para formar una estructura en forma de disco. El convertidor de energía consta de dos partes, el receptor de energía térmica y el motor/generador. Un receptor térmico absorbe la energía de la luz solar enfocada, la convierte en calor, la almacena en aire caliente o agua caliente y entrega el calor a un motor térmico, a menudo un motor Stirling, que convierte el calor en energía mecánica para impulsar el dispositivo de generación de energía.

Los sistemas de CSP utilizan una serie de espejos que siguen la dirección del sol (helióstatos) para concentrar la luz solar en un receptor central. Este receptor está fijado en la parte superior de una torre. El fluido de transferencia de calor que se encuentra dentro del receptor se puede utilizar para generar vapor que alimente un generador de turbina convencional para generar electricidad. El sistema de generación de energía solar térmica de tipo torre, desarrollado en la década de 1980, utiliza vapor como fluido de transferencia de calor. El nuevo sistema utiliza nitrato fundido como fluido de transferencia de calor, principalmente debido a la capacidad térmica superior del fluido y a sus capacidades de transferencia de calor.

El sistema de generación de energía por concentración de canal adopta un reflector rectangular doblado en una ranura en forma de U. El ángulo del espejo se ajusta para enfocar la luz solar, y se irradia sobre el tubo receptor de la misma longitud paralelo a la ranura. El fluido en el tubo de vidrio se calienta mediante el aceite de calefacción, que produce vapor, que a su vez impulsa una turbina para generar electricidad. Hay dos tipos principales de sistemas de generación de energía por concentración de canal, uno es de forma parabólica, el tubo receptor se coloca en la línea focal; el otro es un sistema de reflexión de Fresnel, un tubo receptor se coloca en múltiples espejos para que los espejos se coloquen en la línea focal. Más flexibilidad al rastrear el sol.

3) Comparación de Generación de energía solar fotovoltaica y generación de energía solar concentrada

Generación de energía solar fotovoltaica: la estructura simple favorece las aplicaciones distribuidas, pero la tasa de conversión es baja

Generación de energía solar concentrada: alta eficiencia de conversión, tecnología madura, buena estabilidad, bajo costo, pero gran volumen y estructura compleja.