Acerca de la energía solar : Definición de energía solar
¿Cuáles son los tipos de métodos de almacenamiento de energía solar y los diferentes tipos de baterías que pueden almacenar esta energía?
En este artículo nos centramos en la definición de energía solar y las tecnologías utilizadas para generarla.
- Tecnologías solares
- Fotovoltaica (FV)
- ¿Cómo funciona la tecnología fotovoltaica (PV)?
- Tecnología fotovoltaica en otras formas
- Energía solar de concentración (CSP)
- Cilindro parabólico
- Reflector Fresnel Lineal Compacto
- Torre de energía
- Motor de plato
- Los requisitos más importantes para las plantas de concentración solar
- Los sistemas SHC (calefacción y refrigeración solar) son un tipo de sistema de calefacción y refrige
- Almacenamiento de energía solar
- ¿Cuáles son las ventajas del almacenamiento de energía solar?
- 1. Equilibrio de carga eléctrica
- 2. Rellenar los huecos.
- 3. Resiliencia energética.
- ¿Cuál es la mejor forma de almacenar energía solar?
- ¿Qué es el almacenamiento térmico?
- ¿Qué es el almacenamiento de la batería?
- ¿Qué es el almacenamiento mecánico?
- El almacenamiento de energía solar más eficaz
- Almacenamiento de energía solar comercial
- Almacenamiento de energía solar en el hogar
- Entonces, ¿cómo funcionan exactamente las baterías?
- Varios tipos de baterías
- Resumen de definición de energía solar
La energía solar genera energía renovable o "verde" aprovechando la luz y el calor del sol.
Los paneles solares, también conocidos como células fotovoltaicas, son la forma más común de aprovechar la energía solar.
Están casi de borde a borde en las plantas de energía solar para capturar la luz solar en campos amplios.
De vez en cuando los encontrará en la parte superior de los edificios.
Se utilizan materiales semiconductores para fabricar las células.
Los rayos del sol liberan electrones de sus átomos cuando golpean las células.
Esto permite que los electrones fluyan libremente a través de la celda, lo que resulta en la generación de electricidad.
Los colectores solares pueden producir electricidad para miles de personas a la vez a una escala mucho más amplia.
Las plantas de energía termosolar emplean una variedad de métodos para generar electricidad a partir del sol.
La energía del sol se utiliza para hervir agua, que luego alimenta una turbina de vapor, que genera electricidad similar a las centrales nucleares o de carbón.
Tecnologías solares
La energía solar puede aprovecharse mediante tres tecnologías diferentes:
Energía fotovoltaica (PV), que convierte la luz directamente en electricidad.
energía solar de concentración (CSP), que utiliza energía solar térmica para alimentar turbinas eléctricas a gran escala.
Sistemas de calefacción y refrigeración solar (SHC) que recogen energía térmica y la utilizan para calentar o enfriar agua y aire.
Fotovoltaica (FV)
Energía fotovoltaica (PV) La energía solar libera electrones en estos materiales, que luego pueden inducirse a moverse a través de un circuito eléctrico, dispositivos operativos o transmisión de electricidad a la red.
Los dispositivos fotovoltaicos se pueden utilizar para alimentar todo, desde calculadoras hasta señales de tráfico, así como hogares y grandes empresas comerciales.
¿Cómo funciona la tecnología fotovoltaica (PV)?
Los fotones ionizan el material semiconductor en el panel solar, lo que hace que los electrones externos rompan sus enlaces atómicos.
Los electrones son impulsados en una dirección por la estructura del semiconductor, lo que resulta en un flujo de corriente eléctrica.
Las células solares hechas de silicio cristalino no son 100% eficientes, en parte porque solo se pueden absorber longitudes de onda específicas de luz.
Parte del espectro de luz llega a reflejarse, mientras que otros (infrarrojos) son demasiado débiles para generar electricidad, y otros (ultravioleta) generan energía térmica en lugar de electricidad.
Tecnología fotovoltaica en otras formas
Hay dos formas básicas de tecnología fotovoltaica, además del silicio cristalino (c-Si):
La fotovoltaica de película delgada es un segmento pequeño pero en rápida expansión del negocio solar comercial.
Muchas empresas de películas delgadas son empresas emergentes que experimentan con nuevas tecnologías.
Son menos eficientes que los módulos c-Si, aunque a menudo son menos costosos.
Las matrices fotovoltaicas concentradas se encuentran principalmente en el desierto del suroeste de los Estados Unidos.
Reflejan la energía solar concentrada en células de alta eficiencia mediante lentes y espejos.
Energía fotovoltaica integrada en edificios
funcionan como la capa exterior de la estructura y generan energía para uso en el sitio o exportar a la red.
Requieren luz solar directa y dispositivos de seguimiento para tener más éxito.
Los sistemas BIPV pueden ahorrar dinero en materiales y electricidad, reducir la contaminación y mejorar el atractivo estético de un edificio.
Energía solar de concentración (CSP)
Las plantas de CSP emplean espejos para concentrar la energía del sol, que luego se utiliza para alimentar turbinas de vapor tradicionales o incluso motores para generar electricidad.
La energía térmica concentrada de una planta de CSP se puede almacenar y utilizar para generar electricidad siempre que sea necesario, de día o de noche.
En los Estados Unidos, aproximadamente 1.815 megavatios (MWac) de instalaciones de CSP están actualmente en funcionamiento.
Cilindro parabólico
Los espejos curvos enfocan la energía del sol en un tubo receptor que opera a lo largo del centro del canal en los sistemas cilindroparabólicos.
Un fluido de transferencia de calor de alta temperatura (como el aceite sintético) absorbe la energía del sol en el tubo receptor, calienta el agua y produce vapor al pasar a través de un intercambiador de calor a temperaturas de 750 ° F o más.
Para generar electricidad, el vapor alimenta una central eléctrica de turbina de vapor tradicional.
Miles de filas paralelas de depresiones unidas como una serie de bucles se colocan en el eje norte-sur para que las depresiones puedan seguir el sol desde la dirección este a la dirección oeste en un campo colector solar típico.
Los módulos colectores individuales varían en elevación desde 15-20 pies hasta 300-450 pies.
Reflector Fresnel Lineal Compacto
CLFR se basa en tecnologías de espejos curvos pero con largas filas paralelas de espejos planos menos costosos.
La energía del sol se concentra en receptores elevados, que están formados por la estructura de tubos por los que fluye el agua.
La luz solar concentrada puede hervir el agua, lo que da como resultado vapor a alta presión que se puede utilizar directamente en plantas de energía y aplicaciones de vapor industrial.
Torre de energía
Se utiliza un sistema de receptor central en los sistemas de torres de energía, lo que permite temperaturas operativas más altas y, en consecuencia, una mayor eficiencia.
El sol se rastrea a lo largo de dos ejes mediante espejos controlados por computadora (llamados helióstatos), que enfocan la energía solar en el receptor en la parte superior de una torre alta.
La energía concentrada se utiliza para calentar el fluido de transferencia a más de 1,000 grados Fahrenheit para generar vapor y alimentar un generador de energía central.
Estos proyectos pueden incorporar almacenamiento de energía de manera fácil y rentable, lo que permite la generación de energía las 24 horas.
Motor de plato
La superficie de un plato parabólico está cubierta de espejos, que concentran la luz solar en el receptor fijado en un punto focal.
A diferencia de otras tecnologías de CSP que usan vapor para generar energía a través de la turbina, este sistema de motor de plato impulsa un motor usando un fluido de trabajo como el hidrógeno calentado a 1200 ° F en el receptor.
Para seguir el sol, cada plato gira a lo largo de dos ejes.
Los requisitos más importantes para las plantas de concentración solar
Financiamiento : el financiamiento de proyectos es el aspecto más difícil de cualquier infraestructura de producción de energía a escala de servicios públicos, incluida la CSP.
Áreas de alta radiación solar: la energía del sol no debe estar demasiado difundida para enfocarse en ella.
Se utiliza una intensidad normal directa (DNI) de la energía solar para determinar esto.
Extensiones de tierra contiguas con poca cobertura de nubes : las plantas de CSP con capacidades de 100 MW y más funcionan de manera más eficiente y, por lo tanto, rentable.
Si bien la cantidad de tierra requerida varía según la tecnología, una instalación de CSP típica requiere de 5 a 10 acres por MW de capacidad.
El almacenamiento de energía térmica es posible debido a la mayor superficie terrestre.
Recursos hídricos : al igual que las plantas de energía térmica similares como el carbón, el gas natural y la nuclear, la mayoría de los sistemas de CSP requieren agua para su refrigeración.
Para limpiar la colección y las superficies del espejo, solo se requiere una pequeña cantidad de agua.
Las instalaciones de CSP pueden utilizar sistemas de refrigeración húmedos, secos e híbridos para mejorar la eficiencia en la generación de energía y la conservación del agua.
Acceso de transmisión disponible y cercano : las plantas de CSP deben construirse en un terreno apropiado para la generación de electricidad y tener un acceso adecuado a una red de transmisión anticuada y sobrecargada rápidamente.
La construcción de instalaciones de energía solar a gran escala requiere accesibilidad a líneas de transmisión de alta utilidad para transportar electricidad a los consumidores finales desde la planta de energía solar.
Gran parte del sistema de transmisión existente de Southwest está a plena capacidad y se necesita desesperadamente una nueva transmisión.
Los sistemas SHC (calefacción y refrigeración solar) son un tipo de sistema de calefacción y refrige
Los sistemas de calefacción y refrigeración solar (SHC) capturan la energía térmica del sol y la utilizan para producir agua caliente, calefacción de habitaciones, refrigeración y calefacción de piscinas en entornos residenciales, comerciales e industriales.
La electricidad y el gas natural ya no son necesarios debido a estas tecnologías.
Se fabrican e instalan soluciones de calefacción y refrigeración solar en todo el mundo, lo que reduce drásticamente nuestra dependencia de los combustibles importados.
Para expandir este sector de rápido crecimiento y creación de empleo, los gobiernos necesitan políticas inteligentes.
Almacenamiento de energía solar
Los paneles solares tienen un inconveniente en el que incluso los evangelistas solares más entusiastas pueden estar de acuerdo: solo generan energía cuando brilla el sol.
Por otro lado, el uso máximo de energía se produce en las noches, coincidiendo con una menor generación solar y provocando un problema de oferta y demanda.
Por otro lado, los paneles solares con frecuencia producen suficiente energía durante las horas de baja demanda cuando el sol brilla para satisfacer la demanda máxima durante el día.
Esto significa que el almacenamiento eficaz de energía solar puede proporcionar una amplia gama de beneficios tanto para los propietarios de viviendas como para las empresas.
Este artículo cubrirá los beneficios del almacenamiento de energía solar, cómo funciona y cómo podría ayudar.
¿Cuáles son las ventajas del almacenamiento de energía solar?
Almacenar el exceso de energía es fundamental para extraer el máximo del sistema de paneles solares.
Puede generar ahorros de costos, redes de energía más efectivas y menores emisiones de combustibles fósiles.
El almacenamiento de energía solar tiene varias ventajas:
1. Equilibrio de carga eléctrica
Si la electricidad no se almacena, debe consumirse inmediatamente después de generada.
El almacenamiento de energía permite almacenar la generación excedente para los picos de demanda.
Cuando se trata de energía renovable, almacenar el exceso de energía significa permitir que las luces permanezcan encendidas incluso cuando el sol se pone o el viento deja de soplar.
En pocas palabras, el almacenamiento de energía permite un depósito de energía que se cargará cuando la demanda sea baja y la generación sea alta, y luego se liberará cuando la demanda aumente y la generación disminuya.
2. Rellenar los huecos.
El almacenamiento de energía solar a corto plazo garantiza un flujo constante de energía durante las interrupciones del generador, como el mantenimiento de rutina o las nubes pasajeras.
3. Resiliencia energética.
Desde incendios forestales hasta tormentas extremas, la red eléctrica es propensa a perturbaciones y cortes.
Al descentralizar el lugar donde adquirimos nuestra energía, el almacenamiento de energía solar ofrece una burbuja protectora durante eventos catastróficos.
¿Cuál es la mejor forma de almacenar energía solar?
El almacenamiento de energía solar se puede clasificar en tres partes: térmica, de batería y mecánica.
Echemos un vistazo a cada uno por separado.
¿Qué es el almacenamiento térmico?
El almacenamiento de energía térmica absorbe y retiene el calor del sol utilizando una variedad de materiales, como agua o sal fundida.
Este medio calentado se mantiene en el tanque aislado hasta el momento de su uso, que normalmente es para hervir agua para la producción de energía.
¿Qué es el almacenamiento de la batería?
Las baterías electroquímicas también se pueden utilizar para almacenar energía solar.
Cuando se inyecta energía solar en una batería, la energía se almacena mediante un proceso químico entre los componentes de la batería.
Cuando la batería se agota, la reacción se invierte, lo que permite que la corriente salga de la batería.
Las baterías de iones de litio son el tipo de batería más utilizado en aplicaciones solares, y la nueva tecnología de baterías se está desarrollando rápidamente, lo que promete soluciones adicionales de almacenamiento de baterías escalables y más baratas.
De hecho, para 2025, se prevé que el almacenamiento anual de energía en el Reino Unido alcance casi 7,5 GW, un aumento de seis veces desde 2020, creando un valor de mercado de más de $ 7.3 mil millones.
¿Qué es el almacenamiento mecánico?
Para generar electricidad, el almacenamiento de energía mecánica utiliza la energía prospectiva de un objeto.
La energía eléctrica excedente se transforma en energía mecánica, que luego se convierte nuevamente en energía para su uso posterior.
Los dispositivos de almacenamiento de energía mecánica se dividen en tres categorías:
Volante. Este enfoque aprovecha el excedente de energía para hacer girar el volante, que luego crea electricidad para satisfacer la demanda máxima.
Hidroeléctrica bombeada. El agua se bombea hacia arriba a un depósito por encima de los generadores de turbina en la hidroeléctrica bombeada.
Cuando hay una demanda significativa de energía, se permite que el agua corra a través de turbinas y produzca electricidad.
Aire comprimido. El aire comprimido se inyecta en grandes recipientes como tanques o formaciones subterráneas con esta tecnología de almacenamiento de energía.
Durante la demanda máxima, el aire se descarga para generar energía.
El almacenamiento de energía solar más eficaz
No existe una respuesta única para el almacenamiento de energía solar.
Las opciones de almacenamiento de energía solar dependen de sus necesidades y recursos.
Echemos un vistazo a algunas de las alternativas de almacenamiento de energía solar más frecuentes para uso comercial y residencial.
Almacenamiento de energía solar comercial
El almacenamiento mecánico y térmico son soluciones viables para las empresas de servicios públicos y otras empresas con presupuestos más grandes que los individuales.
Aunque estos sistemas de almacenamiento pueden ser costosos, ayudan a las empresas de servicios públicos a satisfacer la demanda máxima de energía.
Almacenamiento de energía en red con baterías de próxima generación. En los Estados Unidos, 2020 fue un año histórico para el almacenamiento de energía nueva.
La nación instaló 476 MW de almacenamiento adicional solo en el tercer trimestre, un 240% más que el total récord del trimestre anterior.
Aunque la mayoría de las nuevas implementaciones son sistemas de almacenamiento en el frente del medidor (FTM) de 1 hora, brindan una visión prometedora del futuro del almacenamiento de energía solar comercial.
Aire comprimido. Según las estimaciones gubernamentales más recientes, el aire comprimido cuesta $ 105 por kWh, lo que lo convierte en la alternativa de almacenamiento mecánico más rentable para aplicaciones a gran escala.
Hidroeléctrica bombeada. La energía solar que no se consume podría utilizarse para bombear agua hacia arriba, generando una gran cantidad de energía potencial.
La energía hidroeléctrica de bombeo cuesta aproximadamente $ 165 / kWh en este momento, lo que la convierte en la segunda mejor opción para el almacenamiento de energía mecánica a gran escala.
Sin embargo, debido a que la nueva hidroeléctrica de bombeo implica costos iniciales sustanciales y obstáculos regulatorios considerables, solo es viable en lugares específicos.
Almacenamiento de energía solar en el hogar
El ahorro de costos, la resistencia y la descentralización de la producción de electricidad (a veces conocidas como "plantas de energía virtual") son solo algunas de las ventajas de la energía solar residencial.
Sin embargo, las soluciones comerciales de almacenamiento de energía que describimos anteriormente probablemente sean prohibitivamente caras para el propietario promedio.
El almacenamiento de baterías, afortunadamente, ahora puede proporcionar a los hogares una solución rentable y confiable para almacenar energía solar.
Las baterías de iones de litio son, con mucho, la opción más popular para almacenar energía solar en el hogar.
Son económicos (y cada vez más baratos), tienen un perfil bajo y pueden usarse para una variedad de propósitos.
Las baterías de agua salada y las baterías de plomo-ácido son dos tipos más de baterías que se utilizan a menudo en los hogares.
Independientemente del tipo de batería, las baterías de respaldo para el hogar permiten a los propietarios conservar energía durante períodos de alta producción y baja demanda (por ejemplo, durante la jornada laboral) para su uso durante períodos de alta demanda cuando la generación cae.
Los beneficios del almacenamiento de energía solar en el hogar son similares a los del almacenamiento de energía solar a gran escala, lo que resulta en resistencia, electricidad ininterrumpida y ahorros de costos.
Estas ventajas se transmiten al propietario.
Entonces, ¿cómo funcionan exactamente las baterías?
Las baterías son el dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica.
Están formados por dos electrodos, un ánodo y un cátodo, que está formado por materiales conductores y separados por un separador.
El electrolito, una sustancia química que comprende iones, se encuentra entre el ánodo y el cátodo, reaccionando con los elementos conductores del cátodo y el ánodo para producir una corriente eléctrica.
Las reacciones químicas redox (oxidación-reducción) en los electrodos hacen que los iones viajen entre los dos electrodos y que los electrones se liberen de un electrodo.
Los electrones libres se acumulan en un electrodo, lo que genera diferentes cargas que los electrones intentarán equilibrar al pasar al otro electrodo.
El separador, por otro lado, evita que se muevan, rompiendo efectivamente el circuito eléctrico.
Los electrones pueden moverse entre los electrodos después de que se forma el circuito (tanto el ánodo como el cátodo están conectados) y la batería se agota efectivamente.
Varios tipos de baterías
Las baterías tienen una variedad de características químicas, ciclos de vida, densidad de energía, temperaturas de funcionamiento y parámetros de densidad de potencia.
Las siguientes son las tecnologías de batería más comunes:
Plomo-ácido (PbA)
Hidruro de níquel-metal (NiMH)
Níquel-Cadio (NiCd)
Iones de litio (Li-ion)
Sodio-Azufre (NaS)
Carbono-Zinc f) Zinc-Bromo
Resumen de definición de energía solar
A medida que más personas se cambian a las energías renovables y ecológicas, es fundamental comprender los beneficios y las desventajas de cada una.
Antes de cambiar a una fuente de energía moderna y más ecológica, intente elaborar un presupuesto que usted y su familia puedan pagar.
Luego, averigüe cuánto le costará la elección de la energía solar a largo plazo y cuánto ahorraría.
Haga una lista de las ventajas y desventajas que son especiales para usted y la familia para que pueda comprender mejor qué soluciones son más útiles para usted que otras.