El uso de la energía solar en la Tierra. Perspectivas para el uso de la energía solar en la Tierra

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificación: 2024-02-12 06:07

Hoy en día, el problema del consumo de energía es bastante grave: los recursos del planeta no son infinitos y, durante su existencia, la humanidad ha devastado bastante lo que le dio la naturaleza. En este momento, el carbón y el petróleo se están extrayendo activamente, cuyas reservas son cada vez más pequeñas. El poder del pensamiento permitió a la humanidad dar un paso increíble hacia el futuro y utilizar la energía atómica, lo que trajo consigo un enorme peligro para todo el medio ambiente.

El problema ambiental no es menos grave: la extracción activa de recursos y su uso posterior afecta negativamente el estado del planeta, cambiando no solo la naturaleza de los suelos, sino también las condiciones climáticas.

Por eso siempre se ha prestado especial atención a las fuentes naturales de energía, como el agua o el viento. Finalmente, después de tantos años de investigación y desarrollo activos, la humanidad ha "crecido" en el uso de la energía solar en la Tierra. Es sobre él de lo que hablaremos más adelante.

¿Qué tiene de atractivo esto?

Antes de pasar a ejemplos específicos, averigüemos por qué los investigadores de todo el mundo están tan interesados en este tipo de producción de energía. Su principal activo puede llamarse inagotabilidad. A pesar de numerosas hipótesis, la probabilidad de que una estrella como el Sol se apague en un futuro cercano es extremadamente pequeña. Esto significa que la humanidad tiene la oportunidad de recibir energía limpia de una forma totalmente natural.

La segunda ventaja indudable de utilizar la energía solar en la Tierra es el respeto por el medio ambiente de esta opción. El impacto sobre el medio ambiente en tales condiciones será cero, lo que a su vez le brinda a todo el mundo un futuro mucho más brillante que el que se abre con la extracción constante de recursos subterráneos limitados.

Finalmente, se debe prestar especial atención al hecho de que el uso de la energía solar representa el menor peligro para los humanos.

De verdad

Ahora vayamos al grano. El nombre un tanto poético de "energía solar" en realidad oculta la conversión de la radiación en electricidad utilizando tecnologías especialmente desarrolladas. Este proceso lo proporcionan las células fotovoltaicas, que la humanidad está utilizando muy activamente para sus propios fines y con bastante éxito.

Radiación solar

Sucedió históricamente que el sustantivo "radiación" evoca más asociaciones negativas que positivas en relación con los desastres provocados por el hombre que el mundo logró sobrevivir durante su vida. Sin embargo, la tecnología de utilizar la energía del Sol en la Tierra permite trabajar con ella.

Básicamente,este tipo de radiación es la radiación electromagnética, cuyo rango está entre 2,8 y 3,0 micras.

El espectro solar utilizado con tanto éxito por la humanidad en realidad consta de tres tipos de ondas: ultravioleta (alrededor del 2%), alrededor del 49% son ondas de luz y, finalmente, la misma cantidad se encuentra en la radiación infrarroja. La energía solar tiene una pequeña cantidad de otros componentes, pero su papel es tan insignificante que no tienen un impacto especial en la vida de la Tierra.

La cantidad de energía solar que llega a la Tierra

Ahora que se ha determinado la composición del espectro utilizado en beneficio de la humanidad, cabe señalar una característica más importante de este recurso. El uso de la energía solar en la Tierra parece muy prometedor también porque está disponible en cantidades bastante grandes a costos de procesamiento casi mínimos. La cantidad total de energía emitida por una estrella es extremadamente alta, pero alrededor del 47% llega a la superficie de la Tierra, lo que equivale a setecientos cuatrillones de kilovatios-hora. A modo de comparación, observamos que solo un kilovatio-hora puede proporcionar una operación de diez años de una bombilla con una potencia de cien vatios.

La potencia de la radiación del Sol y el uso de la energía en la Tierra, por supuesto, depende de una serie de factores: las condiciones climáticas, el ángulo de incidencia de los rayos en la superficie, la estación y la ubicación geográfica.

Cuándo y cuánto

Es fácil adivinar que la cantidad diaria de energía solar que cae sobre la superficieLa Tierra está en constante cambio, ya que depende directamente de la posición del planeta en relación al Sol y del movimiento de la propia luminaria. Hace tiempo que se sabe que al mediodía la radiación es máxima, mientras que por la mañana y por la tarde el número de rayos que llegan a la superficie es mucho menor.

Podemos decir con confianza que el uso de la energía solar será más productivo en las regiones más cercanas a la franja ecuatorial, ya que es allí donde la diferencia entre los indicadores más altos y más bajos es mínima, lo que indica la cantidad máxima de radiación que llega a la superficie del planeta. Por ejemplo, en las zonas desérticas de África, la cantidad anual de radiación alcanza una media de 2200 kilovatios-hora, mientras que en Canadá o, por ejemplo, Europa Central, las cifras no superan los 1000 kilovatios-hora.

La energía solar en la historia

Si piensas de la manera más amplia posible, los intentos de "domesticar" la gran luminaria que calienta nuestro planeta comenzaron en la antigüedad durante el paganismo, cuando cada elemento estaba encarnado por una deidad separada. Sin embargo, por supuesto, entonces el uso de la energía solar estaba fuera de cuestión: la magia reinaba en el mundo.

El tema del uso de la energía del Sol en la Tierra comenzó a plantearse activamente solo a fines del siglo XIV y principios del XX. Un verdadero avance en la ciencia fue realizado en 1839 por Alexander Edmond Becquerel, quien logró convertirse en el descubridor del efecto fotovoltaico. El estudio de este tema ha aumentado significativamente y, después de 44 años, Charles Fritts pudo diseñar el primermódulo basado en selenio chapado en oro. Este uso de la energía del Sol en la Tierra dio una pequeña cantidad de electricidad liberada; la cantidad total de producción entonces ascendió a no más del 1%. Sin embargo, para toda la humanidad, esto fue un verdadero avance, abriendo nuevos horizontes de la ciencia, que ni siquiera se habían soñado antes.

El mismo Albert Einstein hizo una contribución significativa al desarrollo de la energía solar. En el mundo moderno, el nombre del científico se asocia más a menudo con su famosa teoría de la relatividad, pero de hecho, fue galardonado con el Premio Nobel precisamente por estudiar el efecto fotoeléctrico externo.

Hasta el día de hoy, la tecnología de uso de energía solar en la Tierra está experimentando subidas rápidas o caídas no menos rápidas, sin embargo, esta rama del conocimiento se actualiza constantemente con nuevos hechos, y podemos esperar que en un futuro previsible, la puerta a un mundo completamente nuevo se abrirá ante nosotros. paz.

La naturaleza está contra nosotros

Ya hemos hablado de las ventajas de utilizar la energía del Sol en la Tierra. Ahora prestemos atención a las desventajas de este método, que, por desgracia, no son menos.

Debido a la dependencia directa de la ubicación geográfica, las condiciones climáticas y el movimiento del Sol, la producción de energía solar en cantidades suficientes requiere costos territoriales enormes. La conclusión es que cuanto mayor sea el área de consumo y procesamiento de la radiación solar, mayor será la cantidad de energía ecológica que recibiremos en la salida. La colocación de talLos sistemas enormes requieren mucho espacio libre, lo que provoca ciertas dificultades.

Otro problema relacionado con el uso de la energía solar en la Tierra está en relación directa con la hora del día, ya que la generación será nula por la noche y extremadamente insignificante por la mañana y por la tarde.

Un factor de riesgo adicional es el clima en sí mismo: los cambios bruscos en las condiciones pueden tener un impacto extremadamente negativo en el funcionamiento de este tipo de sistema, ya que causan dificultades para depurar la energía requerida. En cierto sentido, las situaciones con un cambio brusco en la cantidad de consumo y producción pueden ser peligrosas.

Limpio pero caro

El uso de la energía solar en la Tierra es difícil en este momento debido a su alto costo. Las fotocélulas necesarias para la implementación de los procesos principales tienen un costo bastante elevado. Por supuesto, los aspectos positivos de usar este tipo de recursos hacen que valga la pena, pero desde un punto de vista económico, por el momento no hay necesidad de hablar sobre la recuperación total de los costos en efectivo.

Sin embargo, como muestra la tendencia, el precio de las células solares está cayendo gradualmente, por lo que con el tiempo este problema se puede resolver por completo.

Inconvenientes del proceso

El uso del Sol como fuente de energía también es difícil porque este método de procesamiento de recursos es bastante laborioso e inconveniente. El consumo y el procesamiento de la radiación dependen directamente de la limpieza de las placas, lo cual es bastante problemático de garantizar. Además, extremadamenteEl calentamiento de los elementos también afecta negativamente al proceso, lo que solo puede evitarse utilizando los sistemas de refrigeración más potentes, lo que requiere costes de material adicionales, y considerables.

Además, las placas utilizadas en los colectores solares, después de 30 años de trabajo activo, gradualmente se vuelven inutilizables, y el costo de las células solares se mencionó anteriormente.

Cuestión medioambiental

Anteriormente se dijo que el uso de este tipo de recurso puede salvar a la humanidad de problemas bastante serios con el medio ambiente en el futuro. La fuente de recursos y el producto final son realmente lo más ecológicos posible.

Sin embargo, el uso de la energía solar, el principio de funcionamiento de los colectores solares es el uso de placas especiales con fotocélulas, cuya fabricación requiere una gran cantidad de sustancias tóxicas: plomo, arsénico o potasio. Su uso no trae ningún daño al medio ambiente, sin embargo, dada su vida útil limitada, con el tiempo, la eliminación de las placas puede convertirse en un problema grave.

Para limitar el impacto negativo sobre el medio ambiente, los fabricantes se están pasando gradualmente a obleas de película delgada, que tienen un costo más bajo y un efecto menos perjudicial sobre el medio ambiente.

Métodos para convertir la radiación en energía

Las películas y los libros sobre el futuro de la humanidad casi siempre nos dan aproximadamente la misma imagen de este proceso que, de hecho,puede diferir significativamente de la realidad. Hay varias formas de convertir.

El más común es el uso de fotocélulas descrito anteriormente.

Como alternativa, la humanidad está utilizando activamente la energía solar térmica, basada en el calentamiento de superficies especiales, que permite calentar el agua con la dirección adecuada de la temperatura obtenida. Si simplificas este proceso al máximo, se puede comparar con los tanques que se usan para las duchas de verano en casas particulares.

Otra forma de utilizar la radiación para generar energía es la "vela solar", que solo puede funcionar en el vacío. Este tipo de sistema convierte la radiación en energía cinética.

El problema de la f alta de generación durante la noche se soluciona parcialmente con las centrales eléctricas de globos solares, cuyo funcionamiento continúa debido a la acumulación de energía liberada y la duración del proceso de enfriamiento.

Nosotros y la energía solar

Los recursos de energía solar y eólica en la Tierra se utilizan de forma bastante activa, aunque a menudo no nos damos cuenta de ello. Anteriormente, ya se mencionó el calentamiento campechano del agua en una ducha al aire libre. De hecho, la mayoría de las veces la energía solar se utiliza para estos fines. Sin embargo, hay muchos otros ejemplos: en casi todas las tiendas de iluminación puedes encontrar bombillas de acumulación que pueden funcionar sin electricidad incluso de noche gracias a la energía acumulada durante el día.

Las instalaciones basadas en fotocélulas se utilizan activamente en todo tipo de estaciones de bombeo y sistemas de ventilación.

Ayer, hoy, mañana

Uno de los recursos más importantes para la humanidad es la energía solar, y las perspectivas de su uso son extremadamente altas. Esta industria se financia, amplía y mejora activamente. Ahora, la energía solar está más desarrollada en los Estados Unidos, donde algunas regiones la utilizan como una fuente de energía alternativa completa. Además, las centrales eléctricas de este tipo operan en el desierto de Mojave. Otros países se han inclinado durante mucho tiempo por este tipo de generación de electricidad, que pronto puede resolver el problema de la contaminación ambiental.