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Energía solar
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Una definición de energía solar.La tecnología solar se refiere a capturar energía del sol y utilizarla para generar electricidad o calor. Hay dos tecnologías principales utilizadas en la energía solar: la solar fotovoltaica y la energía solar térmica.
La energía solar fotovoltaica convierte la luz solar directamente en electricidad mediante paneles solares formados por células fotovoltaicas. Estas células están hechas de materiales semiconductores, como el silicio, que generan electricidad cuando son impactados por fotones de la luz solar. La electricidad generada por paneles solares se puede utilizar inmediatamente, almacenarse en baterías para su uso posterior o inyectarse a la red eléctrica.
Por otro lado, la energía solar térmica se utiliza para calentar agua o líquidos mediante paneles solares térmicos. Estos paneles contienen tubos por los que pasa un líquido que se calienta absorbiendo energía solar. El calor capturado se puede utilizar para calentar agua en hogares, piscinas o para usos industriales y comerciales.
Ambas tecnologías solares ofrecen importantes ventajas. La energía solar es una fuente de energía limpia y renovable, lo que significa que no produce emisiones de gases de efecto invernadero ni contribuye al cambio climático. Además, el sol es una fuente inagotable de energía, ampliamente disponible en todo el mundo.
Sin embargo, también existen desafíos asociados con la tecnología solar. La eficiencia de convertir la luz solar en electricidad aún se puede mejorar y la disponibilidad de luz solar puede variar según la ubicación geográfica y las condiciones climáticas. Además, la instalación de sistemas de energía solar puede requerir una gran inversión inicial.
A pesar de estos desafíos, la tecnología solar ha experimentado un crecimiento significativo en las últimas décadas debido a la caída de los costos de los paneles solares y los avances en la eficiencia energética. Se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, desde sistemas solares residenciales y comerciales hasta plantas de energía solar a gran escala.
Sistemas de energía solar y perspectivas para su uso.
La tecnología de energía solar es una de las tecnologías modernas más destacadas que tiene como objetivo satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad de manera sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Con una creciente conciencia de la importancia de proteger el medio ambiente y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, el uso de la energía solar se ha vuelto más común y extendido en todo el mundo.
La tecnología solar es una fuente sostenible de energía que utiliza la energía gratuita e ilimitada del sol para generar electricidad y calentar agua. Su uso no se limita únicamente a los hogares, sino que puede aplicarse en diferentes sectores como la industria, la agricultura y el transporte.
Ha habido muchos avances recientes en la tecnología solar, desde células solares de perovskita hasta el uso de nanomateriales.
Células solares de perovskita.
La perovskita es un mineral natural que ha causado mucho revuelo en la industria solar, y las células solares hechas de perovskita son más eficientes que las células de silicio tradicionales.
A menudo, las células solares de perovskita cuentan con un recubrimiento híbrido orgánico-inorgánico, basado en materiales como el plomo o el estaño, que funciona para capturar la luz. Son económicos y fáciles de fabricar, pero su estabilidad y usabilidad generalizada suponen un desafío.
Algunos estudios recientes han desarrollado células de perovskita capaces de alcanzar una eficiencia superior al 15 %. En noviembre de 2022, científicos dirigidos por Hao Chen de la Universidad de Toronto establecieron un nuevo récord de eficiencia de las células solares de perovskita.Este tipo de células solares en cascada se basa en la construcción de múltiples capas de materiales a base de perovskita para capturar un amplio espectro de longitudes de onda de luz y mejorar la capacidad del panel solar para convertir la luz en energía. Estas células alcanzaron una eficiencia del 27,4%, superando récords anteriores y representando un importante avance en la tecnología de células solares de perovskita.
Fotovoltaica integrada en edificios (BIPV
La arquitectura también implica el uso de energía fotovoltaica integrada en los edificios, y esto incluye la incorporación de materiales fotovoltaicos en las estructuras de los edificios y la sustitución de componentes tradicionales como tejados, fachadas y claraboyas por paneles solares adecuados.
En los sistemas BIPV, los paneles solares no sólo generan energía eléctrica sino que también actúan como elementos estructurales. La ventaja de BIPV es el ahorro potencial de costos al integrar la energía solar, así como la reducción de los gastos en materiales de construcción tradicionales y mano de obra para los componentes reemplazados.
Comparado con los sistemas fotovoltaicos tradicionales, el atractivo del BIPV radica en mantener la estética de la estructura. El BIPV a menudo se considera mejor que los paneles solares tradicionales en los tejados, que pueden alterar el diseño arquitectónico y distorsionar la apariencia de un edificio.La tecnología BIPV se puede integrar en varios tipos de productos, incluidos sistemas de techado tradicionales, sistemas semitransparentes, sistemas de revestimiento, tejas y paneles solares y laminados flexibles.
Sin embargo, existen algunas desventajas que pueden afectar el rendimiento, la más importante de las cuales son las altas temperaturas de funcionamiento. Los costos son actualmente un obstáculo para la adopción generalizada.
Otras tecnologías emergentes:
Más allá de las perovskitas y BIPV, se están realizando investigaciones sobre tecnologías solares emergentes, la más importante de las cuales son las células solares orgánicas. Proporciona flexibilidad y transparencia, y abre el camino a aplicaciones únicas, pero su eficiencia es muy baja, alrededor del 10%.
Las células solares de puntos cuánticos construidas a partir de nanopartículas semiconductoras, son otra área de exploración prometedora, con la capacidad de explotar eficazmente múltiples longitudes de onda de luz.
Sin embargo, las células solares de puntos cuánticos también enfrentan desafíos. Garantizar la estabilidad y evitar su obsolescencia en el tiempo es motivo de preocupación, debido a su interacción con diversos factores ambientales.
Además, la complejidad de ensamblar puntos cuánticos de alta calidad e integrarlos en células solares eficientes sigue siendo un problema importante. Actualmente, las células solares de puntos cuánticos tienen una eficiencia de alrededor del 18%.
Soluciones de almacenamiento de energía solar:
El almacenamiento de energía altamente eficiente es un componente esencial de la energía solar. Los recientes avances en la tecnología de baterías, especialmente las de iones de litio, han mejorado considerablemente la capacidad de almacenamiento. Además de tamaño reducido, rendimiento y longevidad.
A pesar de los desafíos relacionados con la duración de la batería, el reciclaje y los costos, las baterías de iones de litio siguen evolucionando constantemente. Esto se debe a su mayor resistencia y mayor confiabilidad. A pesar de los elevados costes iniciales, las baterías de iones de litio son competitivas en términos de costes de almacenamiento de energía.
Además de las baterías, están surgiendo otras soluciones de almacenamiento de energía solar, como el almacenamiento térmico. Este tipo de almacenamiento se basa en ahorrar el exceso de energía en forma de calor, para posteriormente convertirlo en electricidad, que se utiliza en la mayoría de instalaciones de energía solar térmica. Por ejemplo, la planta solar Cerro Dominador en Chile puede almacenar 17,5 horas de energía en forma de calor.
Integración entre inteligencia artificial e Internet de las cosas:
La IA desempeña un papel fundamental a la hora de mejorar nuestra capacidad para seleccionar el sitio óptimo, reducir los costos de construcción, evitar retrasos, agilizar el proceso de integración de la red, mejorar la previsibilidad del rendimiento y mejorar la programación de la demanda.
Investigadores del MIT y Stanford han desarrollado un sistema de aprendizaje automático que acelera la optimización de la producción de células solares basadas en perovskita integrando datos de experimentos y observaciones humanos, lo que da como resultado células más eficientes. Este sistema ayuda a aumentar la velocidad de fabricación para obtener células solares eficientes, efectivas y rentables.
Por otro lado, el término Internet de las cosas se refiere a la red interconectada de dispositivos físicos, vehículos, edificios y otros elementos integrados con sensores, software y comunicaciones.
Estos dispositivos pueden recopilar e intercambiar datos, lo que les permite interactuar y trabajar juntos sin intervención humana. En la energía solar, IoT implica la integración de dispositivos de monitoreo inteligentes, convirtiendo los paneles solares en nodos interconectados para el monitoreo remoto, la detección de fallas y la mejora del rendimiento de los paneles fotovoltaicos.
Técnicas de seguimiento solar:
Los sistemas de seguimiento solar están diseñados para capturar la mayor cantidad de energía posible, dirigiendo los paneles solares para que sigan la trayectoria del sol durante todo el día. Hay dos tipos básicos de estos sistemas: seguidores de un solo eje y de dos ejes.
Los seguidores de un solo eje se mueven de este a oeste con el sol, mientras que los de dos ejes se mueven en todas direcciones. Esto asegura que los paneles estén en la posición ideal en relación con la ubicación del sol. Estos sistemas aumentan la producción de energía, especialmente en grandes proyectos solares.
Nanotecnología:
En la nanoescala, los materiales se comportan de manera diferente. Las propiedades a nanoescala se utilizan para mejorar el rendimiento de las células solares. Los estudios han demostrado que el uso de la nanotecnología en el campo de la energía fotovoltaica puede aportar importantes beneficios. Cómo mejorar la absorción de luz, la eficiencia de conversión, aumentar la estabilidad y mejorar el rendimiento térmico.
Los nanomateriales también se utilizan para mejorar la eficiencia de conversión de energía (PCE) y la durabilidad, lo cual es fundamental en campos que requieren usos a largo plazo en diversos entornos.
A pesar de estas ventajas, todavía existen desafíos como la estabilidad y la toxicidad potencial de las nanopartículas. Por ejemplo, algunos nanomateriales, como los nanotubos de carbono, son costosos de producir, lo que afecta la rentabilidad general.
También se deben simplificar las integraciones complejas y los problemas de confiabilidad a largo plazo. La integración de la nanotecnología en los sistemas solares ofrece perspectivas prometedoras, pero su implementación exitosa requiere un cuidadoso equilibrio entre beneficios y desafíos.
En conclusión, la tecnología de energía solar es una fuente de energía limpia y renovable que utiliza la luz solar para generar electricidad o calor. Si bien presentan desafíos como la eficiencia de conversión y la disponibilidad variable de luz solar, han experimentado un crecimiento significativo debido a la disminución de costos y los avances tecnológicos.La energía solar ofrece muchas ventajas y enfrenta una serie de desafíos, y esto lo incluiremos en un tema posterior debido a su importancia.
