Enerxia solar

Museos Científicos Coruñeses Unha información elaborada por

Museos Científicos Coruñeses

Monografías de Comunicación Científica Edición realizada co patrocinio de:

Entidades colaboradoras:

enerxía solar

12

A

preocupación polo cambio climático e o encarecemento dos combustibles fósiles dirixiu o interese da poboación cara a fontes de enerxía pouco contaminantes. E, especialmente, cara a aquelas que están baseadas en recursos naturais renovables, como son a radiación solar e o vento. O desenvolvemento que tiveron en España sitúana como unha das grandes potencias mundiais en fontes de enerxías renovables.

■É

o mesmo enerxías alternativas que renovables?

A

lgúns autores afirman que as enerxías alternativas serían as non tradicionais (solar, eólica, xeotérmica, etc) mentres que outros sosteñen que deberían considerarse así as que non queiman combustibles fósiles; é dicir, que entre as enerxías alternativas incluirían a nuclear e a hidroeléctrica. As enerxías renovables ou sostibles son aquelas que se obteñen de fontes practicamente inesgo-

tables para o consumo humano, ben porque son moi abundantes (como a solar ou a eólica) ou porque se rexeneran de forma natural (biomasa). O uso dalgunhas fontes renovables, como a combustión de biomasa, implica a emisión de gases contaminantes.

A maior parte da electricidade que consumimos no noso país xérase en centrais onde se queiman combustibles fósiles (carbón, fuel, gas) que liberan á atmosfera dióxido de carbono

■ Que

relación ten o cambio climático co consumo de enerxía?

Significado dos prefixos Kilo (k) Mega (M) Giga (G) Tera (T)

millar millón mil millóns billón

A enerxía solar, ademais de manter a vida terrestre (biomasa) a través da fotosíntese, é a causa da circulación atmosférica (enerxía eólica) e do ciclo da auga (hidroelectricidade)

1.000 1.000.000 1.000.000.000 1.000.000.000.000

D

esde o descubrimento do lume o ser humano recurríu á queima de combustibles para xerar enerxía. A combustión de carbón, petróleo e gas (centrais enerxéticas, motores de combustión, etc) xera máis do 80% das emisións mundiais de dióxido de carbono, que se acumula na atmosfera.

O problema é que o consumo enerxético mundial non deixa de aumentar e este gas é un dos que provocan o quecemento do planeta.

■ Sería

posible o uso de enerxía solar como fonte principal de enerxía para a produción de electricidade?

P

arece que si. Segundo a Administración de Información Enerxética de EUA, a potencia máxima de electricidade que se demanda no mundo nun momento determinado é duns 12,5 billóns de vatios (12,5 TW).

Esta mesma axencia afirma que pese ao incremento de medidas de afo-

rro e eficiencia enerxética, para o ano 2030 necesitaranse 16,9 TW. Como a potencia aproveitable de enerxía solar no mundo é de 580 TW, esta fonte de enerxía podería fornecer máis de corenta veces a potencia máxima de electricidade que se demanda actualmente.

■ Podería

usarse a enerxía solar para mover os automóbiles?

S

i, pero fundamentalmente a través da produción eléctrica que se xera nas centrais solares. De feito, cada vez existen máis automóbiles eléctricos e espérase que a partir do próximo ano todas as marcas comecen a comercializar modelos deste tipo. Tamén existen prototipos que se moven só coa enerxía eléctrica que xeran nos seus paneis solares, pero aínda quedan moitos problemas técnicos por resolver (baterías moi pesadas, deseños pouco eficientes, etc).

■É

rendible a enerxía solar en países pouco solleiros ou que están próximos aos polos?

Mapa mundial de insolación 80N

S

i, pero as instalacións teñen que estar adaptadas á baixa insolación. Alemaña, Noruega e Canadá son exemplos de países que, aínda que están lonxe das zonas terrestres que reciben maior insolación, utilizan esta enerxía. O 80% do aproveitamento doméstico de enerxía solar en Alemaña dedícase a producir auga quente sanitaria. Unha cuestión relacionada coa rendibilidade é que moitos países subvenciónanas para fomentar o uso e aforrar a construción doutras infraestruturas enerxéticas, ou ben penalizan o consumo de combustibles fósiles.

60N

40N

20N

■ Que

diferenza hai entre a enerxía solar térmica e a fotovoltaica, cal é mellor?

0

A

20S

primeira aproveita a calor do Sol mentres que a segunda converte a luz en electricidade. A térmica emprégase fundamentalmente para quentar un fluído, que á súa vez serve para a produción de auga quente sanitaria, para quentar piscinas, para a climatización de edificios e para outras aplicacións industriais.

Tamén pode empregarse para mover turbinas que xeran electricidade; España é un referente mundial neste

aproveitamento, pois ten 17 centrais activas (xeran case 800 MW) ás que se esperan engadir outras 43 nos próximos anos. A electricidade de orixe fotovoltaica serve para alimentar motores, outros aparellos eléctricos ou para vertela á rede eléctrica. Unha diferenza importante é que a térmica almacénase en depósitos de auga ou outris fluídos, mentres que a fotovoltaica en baterías, que son máis caras e menos eficientes.

■ Pódese dispor de toda a enerxía necesaria para unha vivenda a partires da enerxía solar?

T

ecnicamente si, pero na actualidade sería moi caro. Por pór un exemplo, unha vivenda eficiente, con cociña e calefacción eléctrica, ten un consumo medio de 12 kWh por día, e necesitaría unha instalación fotovoltaica cunha potencia de 8 kWp (a p significa pico, e alude á máxima potencia que poden xerar os paneis), o que implicaría

unha superficie de polo menos 50 m2.

Ademais habería que engadir o custo dun sistema de acumulación de enerxía para empregar polas noites e durante os días anubrados. Doutra banda, unha instalación solar térmica de 4 m2, pensada para unha vivenda típica, pode achegar entre o 60 e 80% da enerxía necesaria para auga quente.

40S

60S

■ Cantas

familias poden abastecerse coa produción actual de enerxía solar en España?

E

n 2010 a produción eléctrica solar en España foi algo máis de 7.200 GWh, segundo informe de Rede Eléctrica de España. O consumo doméstico medio anual dunha familia de catro membros é duns 4.000 kWh, polo que a enerxía solar producida o pasado ano daría para abastecer a ao redor de 1.800.000 fogares. De todos os xeitos hai que recordar que, durante o ano 2010, a electricidade xerada a partir das instalacións solares tan só cubriu o 2,6 % da consumida no noso país (no verán chegou ao 4%).

■ De

que material están feitas as placas solares?

A

As cociñas solares fixéronse tan populares que xa existen encontros e concursos sobre elas

s placas están formadas por moitas células solares, cada unha das cales ten uns poucos centímetros de tamaño. Adoitan estar formadas por silicio, aínda que nalgunhas se substitúe por outras sustancias semicondutoras como telururo de cadmio ou arseniuro de galio; na construción tamén se pode empregar cobre e aluminio.

Ademais, para protexelas do ambiente (saraiba, etc) cóbrense con vidro pola parte superior, mentres que pola inferior fíxanse a un soporte.

Insolación media anual (en kWh/m2) 2.200-2.500 1.900-2.200 1.600-1.900 1.300-1.600 1.00-1.300 700-1.000 400-700

■ Como

funciona un panel solar?

E

n 1887 Hertz descubriu que algúns materiais podían emitir electróns ao ser iluminados. En 1905 Einstein publicou un artigo revolucionario no que explicaba este feito, chamado efecto fotoeléctrico. Os paneis solares aproveitan esta propiedade para crear

luz solar

Heinrich Hertz (1857-1894)

electróns

P

■

Canta enerxía eléctrica produce como media unha placa solar?

U

Un panel fotovoltaico de 1 m2, formado por células de silicio cristalino, pode xerar unha potencia eléctrica duns 150 W en función da intensidade de luz recibida. Pero a capacidade para converter luz solar en electricidade depende do material do que estea construída a cela.

Por exemplo, mentres que as celas de arseniuro de galio alcanzan unha eficacia do 30%, as mellores de silicio non superan o 20%. Tamén sucede que as de telururo de cadmio son capaces de aproveitar a luz difusa dun día anubrado mentres que o silicio require luz directa.

Albert Einstein (1879-1955)

Efecto fotoeléctrico

■ Por que é tan cara a enerxía solar? rincipalmente polo alto custo da fabricación das láminas de silicio, o compoñente básico das células solares dunha placa fotovoltaica. Este proceso implica a utilización de tecnoloxía complexa e un gasto enerxético elevado. De todos os xeitos unha parte da investigación diríxese cara á o desenvolvemento de paneis máis eficientes e de menor custo. Actualmente, as instalacións fotovoltaicas conectadas á rede eléctrica custan entre 5.500 e 7.000 euros por kWp, mentres que as illadas entre 12.000 e 13.000 euros por kWp.

unha diferenza de potencial eléctrico, o que desencadea unha pequena corrente eléctrica.

átomos

■

Contaminan as placas solares cando deixan de funcionar? Cada canto tempo hai que cambialas?

O

envellecemento das placas fotovoltaicas fai que deixen de ser eficientes cara aos 25 anos. Os materiais cos que se fabrican, silicio, vidro, cobre, aluminio, chumbo, telururo de cadmio, arseniuro de galio, poden contaminar se non se tratan axeitadamente. Unha gran parte dos

compoñentes das placas solares poden reutilizarse, e de feito, empresas do sector crearon en 2007 unha asociación para a recollida e reciclaxe de paneis solares.

A reciclaxe non só diminúe o impacto ambiental destes residuos, senón que permite aforrar enerxía do proceso de fabricación.

■ Por

que non é obrigatorio pór paneis solares nas casas de nova construción para reducir o consumo de enerxía?

O futuro pasa por adaptar a fonte enerxética a cada uso, actividade e lugar

O

Código Técnico da Edificación, aprobado polo Consello de Ministros o 17 de marzo de 2006, obriga a introducir sistemas de enerxía solar térmica, fotovoltaica ou outras semellantes. Tamén esixe utilizar materiais e técnicas de construción nos edificios novos e nos que vaian rehabilitarse, de xeito que cubran entre o 30 e 70% das necesidades de auga quente sanitaria. Para as vivendas xa construídas existen axudas públicas que en Galicia se xestionan a través do Instituto Enerxético de Galicia (Inega).

■ Cal

éa enerxía renovable con máis futuro?

A A incorporación de paneis solares aos edificios, como este de Londres, pode integrarse no deseño arquitectónico para mellorar o seu impacto estético

resposta é difícil porque continuamente estanse producindo avances tecnolóxicos. Os expertos calcularon que a potencia solar aproveitable no mundo é de 580 TW; con todo, tan só temos instalacións para captar 0,008 TW. Esta diferenza ofrece unha enorme marxe de crecemento.

■ Poderemos

cubrir no futuro as nosas necesidades enerxéticas coas enerxías renovables?

M

oi probablemente si en canto ás necesidades de enerxía eléctrica. No 2009 as enerxías renovables proporcionaron no noso país o 29% de toda a electricidade consumida, mentres que en 2010 esta porcentaxe ascendeu ao 35%.

Espérase que para o 2030 o 75% da produción eléctrica mundial proceda de enerxías

renovables. Con todo, hai que ter en conta que a electricidade só supón ao redor do 14% de toda a enerxía que se comercializa. Unha das nosas necesidades enerxéticas máis importantes é a de combustibles fósiles (petróleo) para a locomoción.

■É

certo que a enerxía eólica xa nos proporciona máis enerxía que a nuclear?

S

ó en determinados momentos. Segundo Red Eléctrica Española, durante o ano 2010 a enerxía de orixe nuclear cubriu en España o 21% do consumo, mentres que a eólica

En 2009 inaugurouse en Sevilla unha enorme central solar de torre. Está formada por un campo con 1.225 helióstatos (cada un é un espello de 120 metros cadrados) que reflicten a luz do sol sobre unha torre de 165 metros de altura. A calor emprégase para producir o vapor que acciona as turbinas onde se xera a enerxía eléctrica

chegou ao 16%. Pero como a enerxía de orixe eólica depende moito das condicións meteorolóxicas, houbo algún día no que superou á nuclear. Por exemplo, o 9 de novembro de 2010 cubriu o 43% do consumo total no noso país, mentres que o 26 de xuño tan só chegou a fornecer o 1%. Máis recentemente, e por primeira vez no noso país, a electricidade de orixe eólica xerada durante o mes de marzo de 2011, foi maior que a producida por outras tecnoloxías (nuclear, ciclo combinado de gas, etc).

■ As

centrais hidroeléctricas causan algún impacto ambiental no ecosistema onde se constrúen?

S

i. Ademais do impacto que implican as obras para a súa construción (apertura de vías de comunicación, construción de instalacións, produción de residuos, etc) as máis importantes están relacionadas co encoro da auga, pois xera inundación de espazos e modificación do caudal do río. Isto altera as características do chan, vexetación, fauna, clima e poboación humana do lugar onde se instale. As presas, por exemplo, son barreiras que impiden o libre desprazamento dalgúns peixes cara ao nacemento dos ríos, que é onde se reproducen.

Presa dunha central hidroeléctrica

■ Todos

os chans de Galicia servirían para a enerxía xeotérmica?

A

enerxía xeotérmica aproveita a calor interna do planeta.

Nalgúns lugares, como os que están próximos a volcáns, géiseres e outras fontes de calor, esta enerxía pódese empregar para quentar fluídos que, á súa vez, sirvan para mover turbinas e xerar electricidade. As zonas galegas con máis potencial están en Lugo e Ourense. Outra

forma de aproveitar a enerxía xeotérmica, e que se podería utilizar en calquera terreo, está baseada nun sistema coñecido como “bomba de calor”. Estas máquinas aproveitan que a temperatura do chan, a partir duns 10-15 metros de profundidade, é constante ao longo do ano, e mantense entre 7 e 14 graos.

Diferentes formas de aproveitar a enerxía das ondas Turbina Esquema dunha central ondamotriz

Ar

■

Alternador Ondas

A

Os movementos verticais dun flotador absorben a enerxía da onda

Elemento flotante que se flexiona en función das diferenzas de altura da superficie mariña

Que enerxía podemos extraer das ondas do mar?

s ondas e as mareas úsanse para xerar electricidade. No caso das ondas (enerxía undimotriz ou ondamotriz) aprovéitase o movemento e axitación das augas mariñas, e existen diferentes procedementos. Por exemUn brazo fixo plo, o pulo das ondas pode empregarse oscila como un Museos Científicos Coruñeses aire que, á súa vez, para comprimir péndulo ao ser empurrado pola empurraría unhas turbinas que xerarían ondada electricidade. Estímase que, aínda que pode ter gran futuro, esta enerxía leva uns dez anos de atraso respecto doutras renovables. Galicia é a comunidade autónoma con maior potencial para o Museos Científicos Coruñeses seu aproveitamento.

Museos Científicos Coruñeses

DESEÑO E MAQUETACIÓN