UNA ALTERNATIVA COMO EL SOL

Actualmente vivimos en una sociedad que se basa en el desarrollo industrial para producir

bienes y servicios que permiten su sostenimiento. Este modelo de sociedad, denominada

sociedad industrial, se caracteriza por el consumo en cantidades abundantes de materias

primas y de energía que son la base de su funcionamiento, sin ellas no sería posible

elaborar máquinas y dispositivos que permitan la elaboración y producción a gran escala

de la demanda actual de productos que a su vez contribuyen al gasto energético.

La cantidad de energía que una sociedad consume y la eficiencia con la que la transforma

y la utiliza, hace que se establezca la relación entre consumo energético y nivel de vida. En

donde el incremento en el nivel de desarrollo de una nación está asociado a un mayor

consumo energético y a una mayor capacidad en el uso y transformación de la energía de

forma eficiente.

Las demandas energéticas de la sociedad actual son causa de la necesidad de mantener

en funcionamiento los diversos sectores que permiten su supervivencia. Tales como el

transporte, el doméstico, el comercial, el institucional, el industrial, el agrícola, el de

construcción, contribuyen de forma decisiva a incrementar el gasto de energía, generando

como consecuencia problemas devastadores, que ponen en peligro la subsistencia de la

especie humana en la Tierra.

Se estima que el consumo energético en energía primaria o básica a nivel global por año

alcanza una cifra alrededor de 400 EJ por año (EJ = exajulio = 10^8 julios = 1 trillón de

julios), equivalentes a unas 10.000 megatoneladas de petróleo. Este elevado ritmo de

consumo energético está generando problemas de sostenibilidad, sociales, políticos y

medioambientales.1 (Velasco), los cuales hablaremos a fondo a continuación, seguido de

una posible solución para superar la magnitud de este problema o mitigarlo.

Al momento de hablar sobre los problemas de sostenibilidad se hace referencia a la relación

que existe entre el ritmo de consumo energético actualmente y las reservas existentes de

combustibles fósiles, que constituyen las fuentes de las que proviene la mayor parte del tipo

de energía que se consume hoy en día.

1Velasco, J. G. (s.f.). Energias renovables . Barcelona, Bogotá, Buenos Aires, Caracas, Mexíco: REVERTE.

Los problemas sociales y políticos están asociados al hecho de que los combustibles fósiles

aparecen en yacimientos masivos en determinadas regiones de la Tierra, que da lugar a

tensiones entre países productores y consumidores.

Los problemas ambientales provienen de la emisión de diversos gases producto de la

combustión de los combustibles fósiles, como el CO2, gas que tiene la capacidad de captar

la radiación infrarroja y que contribuye al efecto invernadero. Aunque este efecto es

necesario para la vida de la biosfera, ya que si en la atmosfera no existieran moléculas de

gases invernadero, la temperatura media de la biosfera sería de -15 °C, en vez de 15 °C en

que se estima la temperatura media en la era actual. Sin embargo, el exceso de estos gases

incrementa la temperatura en muy poco tiempo, lo que podría ocasionar a futuro la

desaparición de algunas especies. Otro factor importante es el deshielo masivo que, puede

poner el riesgo de desaparición de algunas regiones costeras a nivel mundial. La lluvia

acida producto de la combustión de petróleo, óxidos de azufre y nitrógeno ha devastado

amplias regiones térmicas.

Al ver la magnitud de este problema se ha comenzado a proponer diversas soluciones

encaminadas al uso de energías renovables que se basan en fuentes naturales, cuya

característica fundamental es, que están dispersas por todo el planeta.

Cuando se hace mención al término energía renovable se debe hacer un pequeño recorrido

histórico donde se refleja como el hombre desde siempre ha utilizado fuentes de energía a

su alcance, ya sea para trabajo o para obtener calor. Al principio utilizaba su propia fuerza

física o de animales, luego la energía del viento y del agua. Durante la llegada de la

revolución industrial se comienza la explotación de combustibles fósiles como: carbón, gas

natural, petróleo y la energía nuclear. Se puede evidenciar como la energía ha sido esencial

para el ser humano en todo su desarrollo y evolución. Sin embargo estos avances traen

consigo algunas desventajas, como el caso del transporte y el uso de energías

convencionales que están dando origen a grandes problemas ambientales como se ha

mencionado anteriormente.

Para conocer un poco más de las energías renovables son aquellas que provienen de

recursos naturales que no se agotan, su impacto ambiental es nulo en la emisión de gases

de efecto invernadero como el CO2. Se consideran energías renovables la energía solar,

la eólica, la geotérmica, la hidráulica, eléctrica y biomasa.

La fuente de energía más importante es la luz solar, podría afirmarse que los combustibles

fósiles son “energía solar fosilizada”, almacenada en los enlaces compuestos de carbono

que son el producto de lentos procesos de transformación que tienen lugar en todo la

historia.2

La tierra intercepta energía solar a un ritmo que equivale a 178 000 TW (teravatios), que

equivalen a unas 13 000 veces los 13TW que corresponden al ritmo de consumo actual. De

esta cantidad el 30% se pierde por reflexión pero el 50% es absorbido para diferentes

procesos como evaporación de agua, acumulación de agua a diversas alturas potencial que

se puede convertir en energía eléctrica. La radiación solar es almacenada por las plantas,

por medio de la fotosíntesis, dando lugar a la formación de combustibles como proteínas.

Esta radiación solar se puede convertir directamente en electricidad por medio de

dispositivos fotovoltaicos.

Empleo practico de la energía solar a través de la historia

A lo largo de la historia se encuentran apartes curiosos sobre la aplicación de la energía

solar como:

Arquímedes (287-212) A.C. Que utilizo espejos parabólicos para defender la ciudad

de Siracusa del asedio de los romanos.

El Francés Leclere Buffon (1707-1788) efectuó ensayos con un aparato compuesto

de 360 espejos, logro prender fuego en un leño a una distancia de 80m.

En América Latina los Incas utilizaron reflectores solares para el calentamiento de

Agape sagrado.

El físico Francés Servars Poville (1791-1868) realizo estudios sobre pirheliómetro

calculando la energía calórica por metro cuadrado entre el Ecuador y el paralelo 43°.

El Francés Laurent Lavoisier (1743-1794) realizo un montaje óptico compuesto por

dos lentes; para hacerle seguimiento al sol. Fue el primero en anunciar que los

combustibles convencionales algún día escasearían y habría que estudiar la energía

del sol.

Una de las prácticas más antiguas y sencillas que se conoce es la destilación de

agua utilizando la energía solar.3 (S)

2 Velasco, J. G. (s.f.). Energias renovables . Barcelona, Bogotá, Buenos Aires, Caracas, Mexíco: REVERTE. 3 S, L. A. (s.f.). Análisis Memorias Primer Curso de Energías Alternativas .

Este tipo de energía se puede obtener por medio de la captación de la radiación solar,

generadas por la vía de tres vertientes tecnológicas: los colectores solares, las celdas

fotovoltaicas y los dispositivos fotoelectroquímicos.

Fuente: Sin Energía.

Colectores solares

Estos se clasifican en:

Colectores pasivos: que son aquellos sistemas arquitectónicos, que por su diseño y

características permiten absorber y convertir la radiación en calor o frio. Estos son

empleados en el diseño de eco-casas.

Colectores activos: Pueden ser planos, tubulares y de concentración. Los primeros son

los de mayor uso ya que funcionan entre 60 y 80 °C, tiene una eficiencia de hasta 65%, y

se utilizan, sobretodo, para calentar o enfriar agua y aire. Los tubulares operan en el rango

de los 60 y 165 °C con una eficiencia de hasta 70%.

Los concentradores de calor, a diferencia de los anteriores reúnen solo la radiación solar

directa en un solo punto o line por medio de espejos ligeramente curvos lo que permite

alcanzar temperaturas más altas.4 (Ramos, Marzo)

Estos sistemas térmico-solares pueden ser fijos o de seguimiento, es decir, que siguen el

movimiento del sol en dos ejes; el material reflector es usualmente acrílico que permite

menor pérdida de energía y una eficiencia del 60%. El grado de eficiencia que pueden

alcanzar los concentradores de calor lo colocan como la plataforma tecnológica de las

centrales eléctricas solares-termales como las instalaciones solares de gran calibre de

mayor potencial en el corto mediano plazo.

Las centrales concentran la radiación solar en un solo punto, la punta de la torre, hay se

encuentra el receptor que usualmente alcanza temperatura que rondan los 1000 °C. El aire

caliente o sal fundida se desempeña como vector de intercambio de calor que permite

transportarlo a un punto productor de vapor de agua utilizado para accionar las turbinas y

generadores de electricidad. Dada la intermitencia de la electricidad se complementa con

un mecanismo de almacenamiento de calor, como lo puede ser un tanque térmico de sal

fundida; un depósito que retenga aire a presión y luego pueda irse liberando conforme se

requiera.

La energía solar termina aprovecha la energía solar para producir calor, ej calefacción y la

energía solar fotovoltaica es la que produce electricidad, este tipo de energía genera unos

impactos ambientales positivos ya que no contamina con gases efecto invernadero

producto de la quema de combustibles fósiles. Siendo este uno de los factores principales

en la actualidad del cambio climático.5 (Tonda, 2000)

Celdas fotovoltaicas

Este efecto ocurre cuando algunos materiales se ponen bajo iluminación y crean una fuerza

electromotriz o una diferencia de voltaje. Este se puede llevar a cabo en materiales solidos

liquidas o gaseosos; pero es en solidos especialmente en materiales semiconductores en

los que se ha encontrado eficiencias aceptables de conversión de energía luminosa a

eléctrica.

4 Ramos, G. C. (Marzo). Sin Energía - Cambio de paradigma, retos y resistencias. 2009: PLAZA Y VALDES.

5 Tonda, J. (2000). El oro solar y otras fuentes de energia. Mexico: sep.

Las celdas solares se pueden elaborar con material como el silicio por sus componentes

semiconductores ya que la energía que liga a los electrones de valencia al núcleo es similar

a la energía que poseen los fotones que constituyen la luz solar dicha elaboración es algo

costosa, sin embargo el uso de la nanotecnología permite manipular la materia a escala lo

que reduce los costos de su producción e instalación a través de transformaciones de los

materiales empleados.

Células fotoelectroquímicas

El avance de nuevas generaciones de fotoceldas identifica también el desarrollo de

novedosas células fotoelectroquímicas, es decir de sistemas que usan células solares para

la producción hidrogeno. Por ejemplo Hydrogen Solar (reino unido) ha desarrollado un

sistema llamado Tándem Cell que emplea dos series de celdas foto catalizadoras, una

frontal que absorbe altas energías de luz solar y una trasera que capta las ondas largas de

luz que la primera no puede absorber, la infrarroja. Los dos paneles son conectados

eléctricamente para la generación de hidrogeno. Con el sistema es posible convertir la

energía solar directamente en hidrogeno.

Impactos ambientales de la energía solar térmica y solar fotovoltaica

Este tipo de energía tanto la una como la otra presentan impactos ambientales debido a

que su fuente es el sol.

Impactos ambientales positivos: De esta energía renovable se caracterizan por ser limpias

como no contaminan la atmosfera con gases de efecto invernadero que se producen en la

quema de combustibles fósiles para producir electricidad. La energía solar es gratuita

durante las horas de radiación solar útil y se puede convertir directamente la energía solar

en eléctrica empleando el efecto fotovoltaico.

Impactos ambientales negativos: Tanto la energía solar térmica como la fotovoltaica son

también propios de su naturaleza requieren grandes superficies de terrenos para captar la

radiación solar puesto que esta es débil y difusa, otro impacto negativo es el consumo de

agua para enfriar es circuito de vapor.

Como en nuestro planeta la luz del sol no está a todas las horas, se dice que la energía

solar es una fuente intermitente, y que es muy inestable, sobre todo por las costumbres

nocturnas de la humanidad; para resolver esta problemática se han diseñado varios

sistemas de almacenamiento de energía solar o contenedores, para que la energía

almacenada pueda ser usada durante la noche o momentos de escasa luz.

La energía solar fotovoltaica presenta otros impactos negativos ya que dichas centrales

ocupan extensiones de terreno muy extensos. Para los requerimientos básicos de una

familia y de pequeñas poblaciones, la cantidad de energía eléctrica producida es limitada.

Otro impacto negativo de esta energía es la fabricación de celdas que requieren de gran

cantidad de energía para reducir el mineral de óxido de silicio a silicio de muy alta pureza.6

(Vega de Kuyper)

La aplicación de la energía solar térmica y de la solar fotovoltaica se deduce que la primera

tiene la gran ventaja de no solo poder generar electricidad sino también de calentar agua

para usos industriales y domésticos y entregar calefacción a diferentes ambientes.

Colombia tiene las mejores posibilidades para el desarrollo de energías alternativas y

renovables, entre ellas la fotovoltaica o más conocida como solar. La intensidad de la

radiación en Colombia está caracterizado por las regiones: Andina, Atlántica, Pacifica,

Orinoquia y Amazonia. El comportamiento de la intensidad de radiación solar en la región

andina muestra que las zonas del Valle del Cauca y Magdalena poseen mayor potencial.

La aplicación de la energía solar térmica y de la solar fotovoltaica se deduce que la primera

tiene la gran ventaja de no solo poder generar electricidad sino también de calentar agua

para usos industriales y domésticos y entregar calefacción a diferentes ambientes.

Las aplicaciones más difundidas de la energía solar térmica en Colombia son el

calentamiento de agua para uso doméstico e industrial y el calentamiento de agua para

piscinas.

La generación de electricidad con energía solar empleando sistemas fotovoltaicos ha

estado siempre dirigida al sector rural, en donde los altos costos de generación, originados

especialmente por el precio de los combustibles y de operación y mantención en las

distintas zonas remotas hacen que la generación solar resulte más confiable y económica

en el largo plazo.

6 Gomez, F. G. (s.f.). Evaluacion de un secador solar . Alfaomega.

Tonda, J. (2000). El oro solar y otras fuentes de energia. Mexico: sep.

Estos sistemas son esenciales actualmente para las telecomunicaciones rurales del país.

Asimismo emplean sistemas solares en repetidoras de microondas, estaciones remotas,

bases militares, etc.

Además la energía Solar es utilizada para la aplicación de diversos métodos de

conservación en productos agropecuarios, siendo uno de los más utilizados en la actualidad

la deshidratación del mismo hasta muy bajos niveles de humedad.

Al momento de realizar el secado utilizando energía solar, se requiere de flujo de aire,

humedad en el interior del secador y por supuesto humedad del producto que recibe el

tratamiento. Esta práctica se utiliza para reducir el contenido de humedad de los productos

agropecuarios para conservar su alta calidad y valor nutritivo.

Al realizar el proceso de secado se reduce en forma significativa peso y volumen facilitando

el transporte y almacenamiento.

Secar implica necesariamente remover parcialmente el agua del material. El

comportamiento del secador solar se ve afectado positivamente por diversos factores como

sus bajas humedades relativas y altas temperaturas, el flujo lento del aire promovido por el

fenómeno de convención natural disminuye en gran medida la eficiencia del mismo.

Realizar el proceso de deshidratación en el interior de un secador solar comparado con el

secado natural refleja una ventaja mínima en humedad y tiempo de secado.7 (Gomez)

Otros países latinoamericanos también aprovechan la energía solar, entre ellos esta:

Chile: Cerca de Sierra Gorda, en el desierto de Atacama se construye una planta termo

solar de colectores cilindros parabólicos, que será capaz de entregar al menos un 55% de

la energía anual necesaria para el proceso de extracción por solventes y electro obtención

de cátodos de cobre de la minera el Tesoro.

La planta consiste en un circuito cerrado de calor, donde el agua es calentada a medida

que pasa a través del campo solar hasta alcanzar temperaturas de hasta 150 °C que luego

es almacenada en estanques térmicos.

El desarrollo de la tecnología termovolcánica se utiliza para usos como las

telecomunicaciones, aplicaciones en retransmisión de televisión en sectores aislados y

7 Gomez, F. G. (s.f.). Evaluacion de un secador solar . Alfaomega.

sistemas de iluminación de faros en zonas rurales, en agricultura para riego y secado de

frutos.

México: Cuenta con un proyecto que se ejecutó en el municipio de Agua Prieta, Sonora

con una construcción de una central termoeléctrica de la Comisión Federal de Electricidad

y primera generadora de electricidad que utiliza la radiación solar en el país y funcionara en

combinación con una generadora de ciclo combinado a gas natural.

Este sistema aportara energía térmica a través de un sistema de captadores del tipo canal

parabólico y fluido térmico como trasmisor de calor.

Podemos concluir que existen alternativas energéticas que permiten a los seres humanos

realizar sus tareas de una manera menos contaminante que al hacer uso de energías

convencionales como el petróleo,

Este ensayo fue pensado en Colombia, aunque a nivel mundial hay avances de este tipo

de energía renovable se pensó en dar una visión más amplia sobre nuestro país y como

este puede implementar otras alternativas de energía poco convencionales que benefician

gran parte de la población campesina y sectores que aún no cuentan con este recurso,

indispensable. Debido a la posición geográfica de Colombia nos da la posibilidad de pensar

en una alternativa energética como la solar, ya que se puede disponer de ella casi la misma

cantidad durante todo el año, sus grandes ventajas impiden que se pase desapercibida por

el contrario estimula su uso.

Se sabe de qué, actualmente hay algunos proyectos enfocados al desarrollo y puesta en

marcha de mecanismos de energía solar en nuestro país, pero tenemos la capacidad de

aprovechar mejor este recurso, para el desarrollo y sostenibilidad futura.

PAULA ANDREA GUZMÁN MOYA