L'energia solar

Tecnología. Energías renovables. Captación de la energía. Impacto ambiental # Conversió fotovoltaica. Aplicacions

  • Enviado por: El remitente no desea revelar su nombre
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 18 páginas

publicidad
publicidad

L'ENERGIA SOLAR

ÍNDEX

· L'energia solar a nivell munial, europeu espanyol i català.............................................................................3

· Desenvolupament de l'energia solar

-Introducció.............................................................7

-Funcionament:

1.-Captació tèrmica de l'energia solar...................8

· Recollida directa de l'energia solar a casa..8

· Els col.lectors de tub buit.............................9

· El captador pla.............................................10

-Aplicació...............................................................11

-Instalacions per subministrar energia i diseny d'aquestes.............................................................12

2.-Conversió fotovoltaica......................................13

-Aplicacions...........................................................14

· Impacte ambiental generat........................................16

· Conclusions:

  • Obgectives.........................................................17

  • Personals...........................................................17

L'energia solar a nivell mundia, europeu, espanyol i català:

-A nivell mundial

El futur de les energies no es troba en elements de (relativament) nova aparició, com poden ser el carbó, el petroli, el gas o la fusió nuclear, sinó en els vells i coneguts elements, com poden ser el Sol, el vent, el magma o l'hidrogen. Aquests són els candidats que ens conduiran cap a l'anomenada revolució de les energies renovables. L'electrònica i la informàtica permeten controls que incrementen l'eficiència en la producció i en el consum i rendibilitzen els sistemes basats en fonts renovables. Actualment, les energies renovables proporcionen el 19 % del consum d'energia al món. En el futur, les tecnologies capaces d'aturar el canvi climàtic seran decisives.

Dins les possibilitats tecnològiques del món de les renovables, l'energia solar fotovoltaica s'implantarà sobretot en l'àmbit domèstic. El problema principal de les energies renovables és el seu caràcter intermitent, però ja s'estan buscant solucions com les cèl·lules de combustible amb les quals es genera hidrogen que s'utilitza com a combustible quan no hi ha llum solar.

D'altra banda, en menys de vint anys els plafons solars s'han abaratit un 90 % i avui es fabriquen cèl·lules fotovoltaiques dins de teules, façanes de vidre, etc. Així, avui el preu d'una cèl·lula és d'uns 2,3€. per watt, mentre que a la fi dels anys setanta era d'unes 3.500 ptes., i tots els esforços que es duen a terme tenen com a objectiu travessar la barrera dels 1,20 €.

-A nivell europeu i espanyol:

Ecologistes en Acció, CCOO i UGT han presentat una proposta per al desenvolupament de l'energia solar fotovoltaica. La proposta pretén impulsar el desenvolupament d'una de les fonts energètiques més netes i tornar al nostre país al lloc capdavanter en la indústria fotovoltaica mundial. S'advoca per una actuació estatal que desbloquege el coll de botella que afronta actualment l'energia solar fotovoltaica, a causa de l'escassetat de silici.

L'energia solar fotovoltaica, una de les més prometedores fonts d'energia neta i renovable, afronta en l'actualitat un greu problema generat pel seu imparable creixement: l'escassetat de silici.

El silici que s'utilitza en la fabricació de panells solars ha d'estar en un grau molt pur, que s'obté a partir d'un mineral, la quarsita. A causa de l'enorme increment en la producció de panells solars (entorn del 40% anual en tot el món) el silici comença a escassejar. Aquest material, el silici grau semiconductor, és també la base dels components que fabrica la indústria microelectrònica. L'augment en la capacitat de producció de panells solars ha esgotat les ampliacions en la producció de silici, i la indústria fotovoltaica ha entrat en competició pel silici amb la indústria microelectrònica.

El creixement de la indústria fotovoltaica és tal que si l'any 2004 es van necessitar 13.000 tones de silici, es calcula que per al 2006 es necessitaran 21.000 tones i per a l'any 2020 se'n podria arribar a necessitar 200.000. Aquestos enormes increments en el silici necessari requereixen d'una enèrgica activitat de creació de noves factories per a l'obtenció i purificació de silici, que a penes s'està duent a terme.

D'altra banda, per a la fabricació de panells solars, hi hauria prou amb l'ús d'un silici amb un grau de puresa menor, denominat silici grau solar, menys pur que el que cal per a la indústria microelectrònica i en teoria més barat. Actualment hi ha algunes petites línies de fabricació, prèvies a la producció en grans quantitats. Cap d'aquestes iniciatives se situa a Espanya i a més tampoc asseguren la disponibilitat de silici en un futur pròxim. Mentrestant, les fàbriques de panells solars fotovoltaics afronten la carència de silici i es veuen obligades a postergar ambiciosos plans d'expansió.

Fins a l'any 2002 la fabricació de panells fotovoltaics a Europa estava liderada per l'estat espanyol. No obstant això, en 2003 la producció espanyola, que en 2002 era el doble de l'alemanya, es va quedar en la meitat de la producció alemanya. A Alemanya s'ha produït en pocs anys un prodigiós desenvolupament de l'energia solar fotovoltaica, tant en instal·lació, com en producció i tecnologia. Creiem que el nostre país ha d'aspirar a situar-se al mateix temps que els països mes avançats d'Europa en aquest camp i que la proposta que realitzem és indispensable per a aconseguir aquest objectiu.

Així, la “Propuesta para el Desarrollo de la Energía Solar Fotovoltaica en España” planteja la necessitat que es desenvolupe a l'estat espanyol una fàbrica que permeta en pocs anys la producció de 5000 tones de silici grau solar, indispensable per a la indústria fotovoltaica espanyola. Aquesta actuació podria suposar, amb una inversió estimada en 130 milions d'euros, un fort impuls a la investigació aplicada, la creació i el manteniment de milers de llocs de treball i el previsible desbloqueig de la indústria fotovoltaica a l'estat espanyol. L'esmentada quantitat representa una modesta inversió que hauria de ser coberta en la seua majoria per la SEPI, i comptar amb la participació del teixit investigador espanyol.

-A nivell català

La Terra intercepta 1,5 trilions de Mw per hora i any d'energia solar, una quantitat equivalent a unes 28.000 vegades el total del consum energètic de la humanitat.

Encara que aquesta energia es presenta desigualment repartida per tota la superfí cie del planeta, la Península Ibèrica es troba en una situació privilegiada en quant a recepció energètica solar. El nostre paísté els valors més alts d'insolació de tota la CE : entre un màxim de 1750 i un mínim de 1250 Kwh per metre quadrat i any, amb un promig d'entre 1750 i 1500, per a més de la meitat del territori, el que suposa valors mitjans de 4,5 Kwh per metre quadrat i dia.

Com que Catalunya es troba a la conca de la Mediterrània, cada dia el Sol ens proporciona uns 120.000 Gwh d'energia, amb una variació del 10% segons l'època de l'any i l'orientació en que ens trobem.

Aquesta abundància d'un recurs energètic mediambientalment net i ben distribuït territorialment, es complementa amb un bon nivell de maduració tecnològica pel seu aprofitament. Segons dades del programa Altener, els costos de producció de les cèl.lules per a la generació d'electricitat provinent de l'energia solar fotovoltaica (ESFV) han baixat un 81% entre 1980 i 1994 (de 22 a 4 Ecus per Wati-pic (Wp) produït), mentre que el seu nivell d'eficiència energè tica s'ha incrementat en 5 punts (del 9 al 14%) en el mateix període.

Aquestes magnífiques perspectives contrasten amb un grau d'implantació gairebé insignificant, un desconèixement de l'opinió pública sobre les seves potencialitats i una absència gairebé total de programes de instal·lació.

Durant tot l'any 1995 vam consumir un total de prop de 29.000 Gwh d'electricitat, es a dir, un promig de 80 Gwh diaris. Si fem un senzill exercici de comptabilitat energètica descobrirem que, amb l'eficiència dels actuals sistemes de captació, necessitaríem cobrir una superfície d'entre 334 a 167 quilòmetres quadrats (Km2) amb pannells fotovoltàics per assegurar-nos la mitjana del nostre consum elèctric diari.

Encara que sembli un àrea molt gran, cal considerar que el total de superfície edificada de Catalunya l'any 1980 era de 3.232 Km2. Estem parlant, per tant, de cobrir només entre un 5% i un 10% dels nostres actuals edificis. I això sense considerar que l'ús d'aparells d'energia solar tèrmica per a produir aigua calenta a baixa, mitja i alta temperatura, reduiria tant el consum elèctric com el de combustibles fòssils, o els resultats de l'eficiència energètica, o de les mesures d'estalvi, etc.

En comptes d'això, es deixa que aquest enorme potencial energètic, net i directament aprofitable, es perdi dia rera dia. I es llencen tones de contaminants a l'atmosfera i les aigües, s'embruta la terra i es generen grans quantitats de residus radioactius.Desenvolupament de l'energia solar:

-Introducció:

La recollida natural d'energia solar es produïx en l'atmosfera, els oceans i les plantes de la Terra. Les interaccions de l'energia del Sol, els oceans i l'atmosfera, per exemple, produïxen vents, utilitzats durant segles per a fer girar els molins. Els sistemes moderns d'energia eòlica utilitzen hèlixs fortes, lleugeres, resistents a la intempèrie i amb disseny aerodinàmic que, quan s'uneixen a generadors, produïxen electricitat per a usos locals i especialitzats o per a alimentar la xarxa elèctrica d'una regió o comunitat. Gairebé el 30% de l'energia solar que arriba a la vora exterior de l'atmosfera es consumeix en el cicle de l'aigua, que produïx la pluja i l'energia potencial dels corrents de muntanya i dels rius. L'energia que generen aquestes aigües en moviment al passar per les turbines modernes es diu energia hidroeléctrica. Gràcies al procés de fotosíntesi, l'energia solar contribuïx al creixement de la vida vegetal (biomassa) que, juntament amb la fusta i els combustibles fòssils que des del punt de vista geològic deriven de plantes antigues, pot ser utilitzada com combustible. Altres combustibles com l'alcohol i el metà també poden extreure's de la biomassa. Així mateix, els oceans representen un tipus natural de recollida d'energia solar. Com resultat de la seva absorció pels oceans i pels corrents oceànics, es produïxen gradients de temperatura. En alguns llocs, aquestes variacions verticals arriben a 20 °C en distàncies d'alguns centenars de metres. Quan hi ha grans masses a distintes temperatures, els principis termodinámicos prediuen que es pot crear un cicle generador d'energia que extreu energia de la massa amb major temperatura i transferir una quantitat a la massa amb temperatura menor (vegi's Termodinàmica). La diferència entre aquestes energies es manifesta com energia mecànica (per a moure una turbina, per exemple), que pot connectar-se a un generador, per a produir electricitat. Aquests sistemes, cridats sistemes de conversió d'energia tèrmica oceànica (CETO), requereixen enormes intercambiadores d'energia i altres aparells en l'oceà per a produir potències de l'ordre de megavats.

­

- Funcionament:

1.-Captació tèrmica de l'energia solar

S'entén per captació tèrmica de l'energia solar al procediment de transformació de l'energia radiant del sol en calor o energia tèrmica. Ens referim a aplicacions de l'energia solar a baixa temperatura quan l'energia tèrmica que s'obté s'utilitza per a temperatures inferiors a 80 ºC . Es pretén d'aquesta forma obtenir a partir del sol una energia que podem utilitzar en aplicacions tèrmiques: escalfar aigua sanitària, usos industrials, calefacció d'espais, escalfament de piscines, secaderos, etc.


·
Recollida directa d'energia solar a casa:

Els sistemes de calefacció solar activa inclouen equips especials que utilitzen l'energia del sol per a escalfar o refredar estructures existents. Els sistemes passius impliquen dissenys d'estructures que utilitzen l'energia solar per a refredar i escalfar. Per exemple, en aquesta casa, un espai solar serveix de col·lector a l'hivern quan les persianes estan obertes i de refrigerador o nevera a l'estiu quan estan tancades. Murs gruixuts de formigó permeten oscil·lacions de temperatura ja que absorbeixen calor a l'hivern i aïllen a l'estiu. Els dipòsits d'aigua proporcionen una massa tèrmica per a emmagatzemar calor durant el dia i alliberar-lo durant la nit. La recollida directa d'energia solar requereix dispositius artificials cridats col·lectors solars, dissenyats per a recollir energia, de vegades després de concentrar els llamps del Sol. L'energia, una vegada recollida, s'empra en processos tèrmics o fotoelèctrics, o fotovoltaics. En els processos tèrmics, l'energia solar s'utilitza per a escalfar un gas o un líquid que després s'emmagatzema o es distribuïx. En els processos fotovoltaics, l'energia solar es converteix en energia elèctrica sense cap dispositiu mecànic intermedi. Els col·lectors solars poden ser de dos tipus principals: els de placa plana i els de concentració.

'L\'energia solar'

· El col·lector de tubs de buit

El col·lector de tubs de buit o col·lector concentrador es basa en “el principi de concentració.” Requereix una superfície reflectante corba on rebre la radiació , per efecte d'aquesta curvatura els llamps són projectats cap a la part central del col·lector on es concentren i arriben a una temperatura elevada. El circuit d'escalfament consisteix en unes càmeres de vidre cilíndriques i rectilínies, per l'interior de les quals passa un fluid caloportador. Hi ha altre sistema de funcionament dels col·lectors de tub de buit cridat Heat Pipe. En el qual els tubs de buit duen un fluid vaporizante que no pot sortir de l'interior del tub i que funciona com caloportador. Aquest fluid s'evapora per efecte de la radiació solar, ascendeix fins a l'extrem superior del tub que es troba a temperatura inferior, això fa que el vapor es condensi, cedeixi la seva energia i retorni al seu estat líquid caient per acció de la gravetat a la part inferior del tub, on al rebre més radiació, torna a evaporar.

'L\'energia solar'
'L\'energia solar'

· El captador solar pla

-Principi de funcionament del captador solar pla:

Quan s'exposa una placa metàl·lica al sol, s'escalfa, però si a més aquesta placa és negra, l'energia radiant del sol és absorbida en major mesura. Quan s'escalfa la placa negra aquesta augmenta la seva temperatura amb la qual cosa comença a perdre calor pels distints mecanismes: per conducció a través dels suports que ho subjecten, per convecció a través de l'aire que li envolta i per radiació.

-Efecte hivernacle:

Al col·locar un cristall entre la placa absorbedora i el sol ocorre que, com el cristall és transparent a la radiació solar però és opac a la radiació infraroja, no deixa passar la radiació de major longitud d'ona que emet la placa a l'escalfar-se. D'aquesta forma es produeïx un “parany energètic de radiacions” que impedeix que l'energia radiant que ha travessat el vidre torni a sortir; aquest parany constitueïx el denominat efecte hivernacle. El vidre també evita el contacte directe de la placa amb l'aire ambient amb el que, a més, s'evitaran les pèrdues per convecció abans referides.

'L\'energia solar'
'L\'energia solar'

'L\'energia solar'

Si es completa el conjunt de la placa absorbedora amb el vidre aïllant-lo per la part posterior i pels laterals s'aconsegueix que la placa perdi menys calor i, per tant, augmenti la seva temperatura. Si a la placa s'adhereix un serpentín o un circuit de tubs per la qual es pugui circular un fluid s'haurà aconseguit que el fluid augmenti la seva temperatura al circular per la placa amb el que s'estarà evacuant l'energia tèrmica de la placa. El fluid calent es podrà conduir a través d'un circuit hidràulic fins a on es vulgui. Si tot el conjunt anterior es tanca en una caixa per a subjectar tots els components i evitar que es deteriorin pels agents exteriors s'haurà realitzat el denominat captador solar pla.

- Aplicació:

Una vegada “capturat” la calor necessitem un sistema complementari d'acumulació del mateix, que ens permeti poder fer ús de l'aigua calenta en el moment que calgui. En general s'emmagatzema en un diposito acumulador d'aigua aïllat tèrmicament, en l'interior de la qual es troba el intercambiador de calor, que consisteix en un serpentín pel qual circula l'aigua calenta que procedeix dels col·lectors, i que cedeix la calor a l'aigua de consum. Un element de suport opcional és una resistència elèctrica, que anirà situada dintre del acumulador i que entrarà en funcionament quan per condicions adverses, els col·lectors no captin la suficient radiació per a escalfar l'aigua de consum als graus adequats. Uns altres dels elements de les instal·lacions solars tèrmiques són la bomba de circulació, canonades i els Elements de control i seguretat.

'L\'energia solar'

-Instalacions per subministrar energia i diseny d'aquestes:

De centrals elèctriques de captació tèrmica de l'energia solar n'hi ha de dos tipus:

· Camp d'heliostats:

El camp d'heliostats és una extenció de miralls, i una torre amb una caldera a la part superior. Els heliostats, que són els miralls, estan disposats de tal manera que quan el Sol incideix en ells tots concentren els raigs a la caldera colocada al cap d'amunt de la torre, dins la caldera, gràcies a la llum del Sol concentrada am l'ajud dels heliostats, s'hi escalfa un líquid que es transsportat a un dipòsid d`'aigua, que amb l'escalfor del líquid es transforma en vapor, aquest vapor es condueix cap a un turbo-alternador que està enganxat a un generador que produeix electricitat, mentres el vapor va passant per l'aerocondensador i torna cap al dipòsid en forma d'aigua.

'L\'energia solar'

Esquema d'un camp d'heliostats

'L\'energia solar'
Torre d'un cap d'heliostats a Almería

· Central de col.lectors de tubs buits:

Una central de colectors buits és una gran extenció de col.lectors de tubs buits que aprofiten l'energia radiant del Sol per produï 'L\'energia solar'
electricitat.

Central elèctrica de col.lectors de tubs buits.

2.-Conversió fotovoltaica

Un altre sistema per a l'aprofitament de la radiació solar és la conversió fotovoltaica, que consisteix en tramsformar la radiació dolar directament en energia elèctrica, per la qual cosa utilitza captadors formats per cèl.lules solars o forovoltaiques.

Les cèl.lules fotovotltaiques estan construïdes per una làmina de material semiconductor, normalment silici, que té la propietat de produïr electricitat quan hi incideixen els fotons de les radiacions, aquest fenòmen és l'efecte fotovoltaic.

L'efecte fotovoltaqic és conegut des de la fi del segle pasat, però és l'any 1954 quan es descriu l'aplicació de la unió p-n, per a la caonversió d'energia radiant en energia elèctrica.

Durant els anys seixanta, els centres d'investigació comencen a desenvolupar generadors a base de cèl.ules fotovoltaiques, per als satèl.lits que precisen elements de poc pes, i com que en l'espai exterior no s'ofereix cap interferència es considera els sistemes més viables.

Aquestes investigacións són el fonament que permet el desenvolupament de cèl.lules fotovoltaiques a un determinat nivell industrial. El fet de seguir la mateixa tecnologia que utilitza el silici com a material conductor, el qual precisa una gran puresa química per a la seva obtenció, fa que els costos de fabricació siguin molt elevats.

L'inconvenient de les cèl.lules fotovoltaiques és el seu alt cost. El preu del wat de potència obtingut, actualment, és molt superior als sistemes clàssics de producció d'energia elèctrica, últimamaent s'an aconseguit materials més econèmica, com el silici amorf, però s'aconsegueixen nivells de converció inferiors.

El nivell de la transformacio és mlt baix, en el cas del silíci pur, el rendiment és del 15% al 20% en les millors condicions de la raciació rebuda (per terme mitjà es considera que no supera el 10%), i disminueix en augmentar la temperatura. La tenció màxima que s'obtés entre els borns de la cèl.lula és d'uns 0,85 V, quan la radiació rebuda té un potencial d'1kW/m2. Aquesta aplicació no té aplicacií, de manera que es connècten diferents cèl.ules en sèrie per aconseguir una tensió més adient. Comercialment es fabtiquen mòduls formats per un nombre de cèl.lules conectades en sèrie, generalment 36, en les quals s'obté una tensió màxima de 18 V.

Per la seva senzillesa, l'energia fotovoltaica presenta un camp d'aplicació molt ampli, encara que les limitacions per produir grans quantitats d'electricitat fan que s'utilitzi, sobretot, per cobrir petits consums elèctrics en el mateix lloc de la demanda, té l'avantatge que no necessita un nivell important de recursos, com és necessari en la eòlica i en la minihidràulica, ni cap subministrament exterior d'energia més, el seu manteniment en ser elements estàtics és mínim.

- Aplicacions:

Les aplicacions, deixant de banda la seva utilitsació a la indústria espacial, es poden calssificar en dos grans grups:

· Instalacións aïllades de la xarxa elèctrica: són totes aquelles electrificacions rurals, agrícoles, senyalitsació i de comunicació.

·Instal.lacions connectades a la xarxa alèctrica: en aquest grup hi entren les centrals fotovoltaiques i sistemes integrats en edificis.

'L\'energia solar'

-Instalacions per subministrar energia i diseny d'aquesta:

Les centrals fotovoltaiques:

Les centrals fotovoltaiques consten d'una gran extensió plena de mòduls fotovoltaics conectats en sèrie, un equip ondulador o inversor per transformar el corrent continu obtingut a las cèl.lules en corrent altern, i un transformador que edequa les característiques del corrent altern a la xarxa de transport o distribuió. Avegades dispòsen d'un sistema d'acumulació i regulació de la càrrega per al servei auxiliar de la central.

'L\'energia solar'

Esquema d'una central fotovoltaica.

Impacte ambiental generat:

L'impacte ambiental generat per les plaques solars instalades a les teulades de les cases i sobre les senyals de trànsit no produeïxen cap impacte ambiental, ja que si no hi l'impacte ambiental en aquell lloc seria el mateix, i dic en aquell lloc perque si no hi fossin, l'energía que produeixen s'hauria de produïr mitjançant un altre medi, i aquesta producció podria produïr un impacte ambiental.

L'impacte que generen les centrals solars, tan fotovoltaiques, com de col.lectors de tubs buits, o els caps d'heliostats, tansols és un impacte visual, ja que no generen cap mena de residui en el seu procés de generar energia elèctrica o d'escalfar un fuid calortransportador.

Conclusions:

-Objectives:

Avui en dia surt més econòmic escalfar l'aigua amb plaques solars que no pas produïr electricitat amb plaques fotovoltaiques, i a més a més el rendiment obringut és major. A part amb els col.lectors de tubs buits i amb els camps d'heliostats també es pot aprofitar l'energia calorífica obtinguda per evaporar aigua i així poder produïr energía elèctrica.

Malgrat l'alt cost i el baix rendiment de dels mòduls de cèl.lules fotovoltaiques, les prespectives a mig i a llarg termini són esperançadores, s'estan investigant nous materials i no es pot descartar que passi el mateix que am els costos dels transistors i circuits integrats a la indústria de components electrònics, cada vegada més econòmics.

-Personals:

Jo personalment crec que s'ha de continuar investigant sobre les energies renovables, perquè totes les fonts majoritàries d'energia que estem fent servir actualment, es poden esgotar en un moment o altre, de cop, sense que ens n'adonem. Aquest és un problema, però també hi ha el problema de la destrucció del mèdi ambient, que no és menys important que laltre. Estem vivint en un planeta i cada dia el malmenetm més, i crec que ja que “el planeta ens deixa viure en ell” del que ens hauriem de preocupar és de cuidar-lo bé, ja que si el no ho fem també estem malmeten el nostre hàbitat i les nostres vides.

També penso que hi ha massa gent que prefereix reixar les coses tal i com estan, i no tenen cap intenció de moure un dit per el medi, i que tatn se'ls hi dona el que passi amb les generassions posteriors. Però també hi ha un altre problema, que a la societat s'està posant de moda l'ecologisme, això es bo, però lo dolent és que, la gent diu molt, però no fa res, es segueixen construïn blocs de pisos en que no hi ha cap presència de les energies renovables, i es segueixen fabricant mitjans de transport que funcionen gràcies als combistibles fòssils.

La meva conclusió és que tota la societat mundial ha de fe un pensament i ineressar-se més per les energies renovables i el mèdi ambient.

Bibliografia:

-Llibre: tecnologia industrial 1 per a batxillerat, Mc Graw hill, sèrie astrolabi.

-Internet.

4