El Sol como fuente de energía renovable - Divulgación CIEMAT
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En 100 palabras...
El Sol, estrella esencial como fuente de vida, también nos ofrece una energía 100% renovable. Su radiación puede generar electricidad mediante células fotovoltaicas y centrales termosolares, proporcionar calor con captadores planos o concentradores ópticos, desalar y purificar agua, purificar aire, fabricar medicamentos o alimentos, e incluso producir hidrógeno. Además, la influencia solar directa en el clima, así como en la fotosíntesis de las plantas, nos permite convertirla en Energías Renovables no contaminantes, entre ellas la eólica, hidroeléctrica, mareomotriz, geotérmica y biomasa. Así, se abre la puerta a un futuro sostenible con diversas formas de energía limpia y utilizable a partir del Sol.
¿Qué tiene que ver con el CIEMAT?
El CIEMAT ocupa un lugar relevante en cuando a su calidad, innovación y recursos asignados en el desarrollo de programas de I+D+i en el ámbito de las energías renovables, almacenamiento de energía e hibridación de las mismas. Un gran número de investigadores se dedican al estudio de Energías Renovables en todos los eslabones de su cadena de valor, desde el análisis del recurso (solar, eólico, etc..), el crecimiento y análisis de materiales y componentes, diseño y caracterización de dispositivos, hasta la planificación, diseño y mantenimiento de grandes plantas. Algunas de sus actividades se desarrollan en la Plataforma Solar de Almería (PSA), centro consolidado como uno de los principales laboratorios a nivel mundial y el más grande de Europa en actividades en diferentes tecnologías relacionadas la energía termo-eléctrica. Otras investigaciones se llevan a cabo desde los laboratorios del CIEMAT, situados en Ciudad Universitaria (Madrid) y en el CEDER (Soria), tales como la investigación en energía solar fotovoltaica, biomasa y biocarburantes y la energía eólica. También en el CIEMAT se realiza el análisis energético global de edificios y ciudades, y la integración de energías renovables en la edificación, con el claro objetivo de disminuir las necesidades energéticas y aumentar el confort. Mensajes clave:
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A fondo
Las energías renovables son fuentes de energía que se obtienen de recursos naturales que son prácticamente inagotables y se renuevan de manera constante en la naturaleza. Su materia prima inicial en el SOL, como principal responsable de todos los cambios que surgen en el clima, así como del crecimiento del mundo vegetal. Estas fuentes incluyen: energía.
Estas formas de energía son consideradas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente que las fuentes de energía no renovables, como los combustibles fósiles. Su aplicación y almacenamiento es muy diversa, y depende fundamentalmente de las necesidades energéticas y de dónde estén ubicadas. Acorde a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), las energías renovables serán clave para su consecución en el año 2030, en particular en el ODS7 ‘Energía Asequible y No contaminante’ y en el ODS13 ‘Acción por el clima’. Adicionalmente el Sol es aprovechable en un gran número de aplicaciones medioambientales, tales como en la purificación del aire y del agua, e incluso en tareas de desalación.
Dada la dimensión de el gran número de fuentes de energía renovables, en este taller nos centraremos solo en algunas de ellas. En particular en la demostración del funcionamiento de una célula solar fotovoltaica (FV), la cual responde a la radiación a partir de una lámpara que simula el Sol, aunque no sea igual de potente en términos de radiación solar. Veremos cómo se comporta dicha célula cuando inciden los fotones que son absorbidos por los materiales que constituyen la célula, dando lugar a una corriente eléctrica y un voltaje o tensión (que podemos medir con ayuda de un polímetro). Es lo que se conoce como Efecto Fotovoltaico. También observaremos el encendido de una pequeña bombilla conectada a una pequeña célula FV, y veremos qué sucede cuando se cubren. Se establecerá una breve discusión sobre cómo se puede utilizar esta electricidad directamente o bien almacenarla, por ejemplo, en baterías, para cuando no hay radiación solar disponible (bien por ser horas durante la noche o porque el día está muy nublado).
Con objeto de incrementar la potencia y en consecuencia la energía que producen las células fotovoltaicas, éstas se agrupan en serie y en paralelo para construir un módulo fotovoltaico. Mostraremos un pequeño módulo fotovoltaico constituido por tan solo 4 células. Estos módulos en las instalaciones son mucho mayores, llegando a medir hasta casi 2 metros y generando potencias superiores a los 600 W. Posteriormente, los módulos fotovoltaicos se agrupan entre sí, para así construir plantas de generación eléctrica de diferente envergadura (como las que podemos ver en suelo, tejados y fachadas) según la energía que sea necesaria. La Energía Solar Fotovoltaica tiene la enorme ventaja de ser modulable según la demanda energética.
Con respecto a estas tecnologías, mostraremos una maqueta que contiene diversos componentes de una central termosolar de torre tales como la torre y varios helióstatos, un generador de vapor, una turbina, dos tanques de almacenamiento, un poste eléctrico además de un aerogenerador y una pequeña placa fotovoltaica. Todos estos elementos se conectarán de forma que se aprecie claramente cómo es su integración dentro de una central termosolar (como la ubicada en la PSA de Almería) y cómo se pueden combinar entre sí para generar energía eléctrica durante todo el día. También se muestra una placa de acero al carbono, que funde a 1400-1500ºC, que se ha fundido mediante energía solar concentrada en el horno solar de la PSA. El experimento duró 15 segundos.
