Energía Solar y Medio Ambiente

La energía que llega a la Tierra procedente del Sol lo hace con una intensidad, denominada constante solar, de 1.354 W/m² que corresponde a la irradiancia directa sobre una superficie perpendicular a los rayos solares y situada fuera de la atmósfera.

Sobre la superficie terrestre, la irradiancia es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión producida por la atmósfera y su valor varía con las condiciones atmosféricas que la amortiguan. En nuestras latitudes y en las mejores condiciones el valor es superior a los 1.000 W/m² y, al cabo de un año, puede llegar a proporcionar 1.800 kWh/m².
La energía solar es el origen de la mayoría de fuentes de energía renovables, tanto de la energía eólica, la hidroeléctrica, la biomasa, y la de las olas y corrientes marinas, como de la energía solar propiamente dicha.

La transformación natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra. Una gran parte de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos que puede aprovecharse como energía hidroeléctrica. Mediante la fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal o biomasa que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa.

La energía solar pasiva se aprovecha en los edificios sin la utilización de ningún dispositivo o aparato intermedio, mediante el adecuado diseño y orientación de los edificios; el uso de determinados elementos arquitectónicos (muros, ventanas, aislamientos, etc.) y optimizando las propiedades de los materiales que lo componen.

Mediante la aplicación de criterios de arquitectura bioclimática se puede reducir significativamente, e incluso eliminar, la necesidad de climatizar los edificios, así como la necesidad de iluminarlos durante el día.

Las aplicaciones agrícolas de la energía solar son muy amplias: con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.

El aprovechamiento térmico de la energía solar a baja temperatura (hasta 90 ºC) se realiza mediante captadores solares con cubierta transparente, cuyo principio de funcionamiento es el llamado efecto invernadero; disponen de un absorbedor metálico cubierto con pintura negra o tratamiento selectivo. Se aplica en la producción de agua caliente para uso residencial o industrial; también se utiliza para calentamiento de piscinas y calefacción de viviendas, hoteles, hospitales, colegios, centros deportivos, fábricas, etc. Otra aplicación más novedosa e interesante de la energía solar térmica es la refrigeración, precisamente porque se necesita más cuando mayor es la intensidad de la radiación solar.

Para el aprovechamiento térmico a media temperatura (hasta 400ºC) es necesario emplear sistemas para concentración de la radiación y normalmente deben incorporar algún tipo de dispositivo de seguimiento solar como los colectores cilindro-parabólicos. Para los sistemas de alta temperatura (más de 400ºC) se utilizan dispositivos que concentran la radiación solar en un punto. Los dos tipos más utilizados son el disco parabólico y las centrales de torre con heliostatos. Con estos sistemas se puede generar electricidad mediante un alternador movido por una turbina o motor que funcionan con el fluido calentado.

Para el aprovechamiento eléctrico de la energía solar se utilizan los paneles fotovoltaicos que generan electricidad que se puede utilizar de manera directa (por ejemplo electrificación en lugares aislados de la red, para bombeos de agua, etc.) o puede ser acumulada en baterías para usarse en las horas nocturnas. También están muy desarrolladas las conexiones de las instalaciones fotovoltaicas a la red general para inyectar la electricidad generada.

Las distintas aplicaciones y sistemas que utilizan la energía solar tienen muy diferentes rendimientos que van desde los más altos que se consiguen con los captadores solares térmicos a baja temperatura de hasta el 50-70%, hasta los de los paneles solares fotovoltaicos que tienen un rendimiento medio del orden del 10-15%. Valores intermedios se consiguen con sistemas de alta temperatura que tienen rendimientos del 30-40% y en los que, adicionalmente, el calor residual puede aprovecharse.