L'energia solar és una de les fonts d'energia renovable més abundants i prometedores disponibles actualment. S'obté directament o indirectament de la radiació solar, que arriba a la Terra en forma d'ones electromagnètiques. L'energia solar es pot aprofitar mitjançant diverses tecnologies que converteixen la llum solar en formes d'energia utilitzables, com ara l'electricitat o la calor.
Aquest article explora els principals tipus de tecnologies d'energia solar, aplicacions, beneficis, limitacions i com s'integren amb altres fonts d'energia en sistemes híbrids:
- Energia solar fotovoltaica (PV)
- Energia solar tèrmica
- Energia solar concentrada
- Energia solar passiva
Energia solar fotovoltaica
Els sistemes fotovoltaics (FV) converteixen la llum solar directament en electricitat mitjançant materials semiconductors (generalment silici) presents a les cèl·lules solars. Aquestes cèl·lules s'agrupen en panells solars, que es poden instal·lar en teulades, parcs solars i fins i tot en sistemes mòbils.
- Els sistemes fotovoltaics produeixen electricitat de corrent continu (CC).
- L'eficiència normalment oscil·la entre el 15 i el 22%.
- Àmpliament utilitzat en instal·lacions residencials, comercials i de serveis públics.
Aplicacions
Panells solars en terrats per a habitatges
Els panells solars fotovoltaics s'instal·len comunament a les teulades dels habitatges per generar electricitat per a ús domèstic.
Aquests sistemes redueixen la dependència de la xarxa elèctrica, redueixen les factures d'electricitat i augmenten la independència energètica.
Els sistemes de terrat generalment estan connectats a la xarxa, però es poden combinar amb emmagatzematge de bateries per obtenir energia de respatller durant talls denergia oa la nit.
Sistemes solars fora de la xarxa en àrees remotes
Els sistemes solars aïllats de la xarxa elèctrica ofereixen una solució energètica essencial a regions sense accés a electricitat centralitzada. Aquests sistemes solen constar de panells solars, bateries, controladors de càrrega i inversors, cosa que els permet funcionar independentment de la xarxa elèctrica. S'utilitzen àmpliament a comunitats rurals, estacions de recerca remotes, cabanes aïllades de la xarxa elèctrica i entorns d'ajuda humanitària.
L'energia solar fora de la xarxa no només alimenta llums i electrodomèstics, sinó que també pot donar suport a sistemes de comunicació, bombes d'aigua i equips mèdics en àrees desateses.
Enllumenat públic amb energia solar
Els fanals alimentats amb energia solar utilitzen panells fotovoltaics per carregar bateries durant el dia i alimentar llums LED de baix consum durant la nit.
Aquests sistemes autònoms són ideals per a l'enllumenat públic a llocs on l'ampliació de la xarxa elèctrica resulta difícil o costosa. Milloren la seguretat, redueixen els costos d'electricitat per als municipis i contribueixen a reduir les emissions de carboni. Alguns models inclouen sensors de moviment o temporitzadors per millorar encara més l'eficiència. L'enllumenat públic solar s'adopta cada cop més en projectes de desenvolupament urbà i rural a tot el món.
Energia solar tèrmica
L'energia solar tèrmica, també coneguda com a termosolar, consisteix a captar la calor del sol per escalfar fluids com l'aigua o l'aire, per a ús domèstic, comercial o industrial. A diferència dels sistemes fotovoltaics que generen electricitat, els sistemes tèrmics se centren a aprofitar la radiació solar en forma de calor. Això s'aconsegueix mitjançant dispositius anomenats col·lectors solars, que inclouen col·lectors de placa plana i col·lectors de tubs de buit.
Aquests sistemes són especialment eficaços per a aplicacions de baixa temperatura, com ara l'escalfament d'aigua residencial, de piscines i d'espais.
A més de les aplicacions domèstiques, lenergia solar tèrmica també sutilitza en sistemes dalta temperatura per generar electricitat. Aquestes instal·lacions solen incloure col·lectors solars de concentració que escalfen un fluid per produir vapor, el qual impulsa turbines en un procés similar al de les centrals tèrmiques convencionals. Aquests sistemes solars tèrmics de concentració són comuns en operacions industrials o de serveis públics, especialment en climes desèrtics o àrids on la llum solar és abundant i constant.
En integrar lemmagatzematge tèrmic, aquests sistemes poden estendre la generació delectricitat fins a les hores de la tarda, oferint una solució renovable per satisfer la demanda màxima denergia.
Energia solar concentrada (CSP)
L'energia solar concentrada (CSP) és una tecnologia solar tèrmica que utilitza miralls o lents per enfocar una gran àrea de llum solar a un petit punt focal.
L'energia solar concentrada s'utilitza per escalfar un fluid de treball —sovint sals foses o oli sintètic— que després produeix vapor per impulsar una turbina i generar electricitat. A diferència dels sistemes fotovoltaics, la CSP funciona segons el principi de convertir la llum solar en calor abans de generar energia com a torres solars i els motors de disc Stirling, cadascun amb diferents nivells deficiència i complexitat.
Un dels principals avantatges de la CSP és la seva capacitat d'incorporar emmagatzematge d'energia tèrmica, cosa que permet que la producció d'electricitat continuï fins i tot després de la posta de sol.
Per exemple, les sals foses poden retenir la calor durant diverses hores, cosa que permet a les plantes de CSP satisfer la demanda màxima nocturna, una limitació que solen afrontar les tecnologies solars tradicionals. Tot i que els sistemes de CSP són altament eficients en zones amb forta radiació solar directa, requereixen una superfície considerable i un manteniment considerable, i els elevats costos inicials els fan més viables en projectes d'infraestructura energètica a gran escala ia llarg termini. La CSP s'implementa amb més freqüència a regions amb abundant radiació solar, com el sud-oest dels Estats Units, el nord d'Àfrica i parts de l'Orient Mitjà.
Característiques principals:
- Més eficient a gran escala que lenergia fotovoltaica en climes assolellats i secs.
- Inclou tecnologies com ara col·lectors parabòlics, torres d'energia solar i motors de plat.
- Podeu incorporar emmagatzematge tèrmic per produir electricitat després de la posta de sol.
Energia solar passiva
L'energia solar passiva fa referència al disseny estratègic d'edificis i estructures per captar, emmagatzemar i distribuir de manera natural la calor i la llum del sol sense necessitat de sistemes mecànics. En lloc de dependre de panells o col·lectors solars, el disseny solar passiu utilitza elements arquitectònics com ara l'orientació de les finestres, els materials de construcció, la massa tèrmica i l'aïllament per optimitzar el confort interior.
Per exemple, a l'hemisferi nord, les finestres solen estar orientades cap al sud per maximitzar la llum solar a l'hivern i minimitzar-la a l'estiu, reduint la necessitat de calefacció i refrigeració artificials.
Els components clau del disseny solar passiu inclouen la massa tèrmica (materials com el formigó o la pedra que absorbeixen i alliberen lentament la calor), la ventilació natural (col·locació de finestres i obertures per afavorir el flux d'aire) i la il·luminació natural (maximització de la llum natural per reduir la necessitat d'il·luminació elèctrica). Característiques addicionals com ara teulades verdes, sistemes d'ombrejat i vidres d'alt rendiment poden millorar encara més l'eficiència. Les estratègies solars passives són rendibles a llarg termini i contribueixen significativament a la conservació d'energia i a les pràctiques de construcció sostenibles, especialment quan s'integren en noves construccions des de la fase de planificació.
Exemples destratègies denergia solar passiva:
- Orientació de l'edifici: A l'hemisferi nord, s'han d'orientar els edificis de manera que les zones d'estar principals i les finestres estiguin orientades al sud. Això maximitza l'exposició a la llum solar directa durant els mesos d'hivern per a la calefacció natural, alhora que minimitza el sobreescalfament durant l'estiu mitjançant l'ús d'ombreig o ràfecs adequats.
- Ventilació natural: La ubicació estratègica de finestres, reixetes de ventilació i portes pot crear fluxos daire naturals que ajuden a ventilar i refredar els espais interiors. La ventilació creuada i lefecte llar de foc sutilitzen comunament per mantenir la circulació de laire sense sistemes mecànics.
- Aïllament: Un aïllament d'alta qualitat a parets, sostres i terres ajuda a retenir la calor a l'hivern ia mantenir els interiors frescos a l'estiu. Això redueix la necessitat de calefacció i refrigeració artificials, tot millorant l'eficiència energètica durant tot l'any.
- Materials d'alta massa tèrmica: Els materials de construcció amb alta massa tèrmica, com el formigó, la rajola o la pedra, poden absorbir la calor de la llum solar durant el dia i alliberar-la lentament a la nit. Això ajuda a moderar les temperatures interiors i redueix la dependència dels sistemes de calefacció.
- Sostres Verds i Murs Vius: La vegetació a sostres o façanes absorbeix la radiació solar mitjançant la fotosíntesi, reduint el guany de calor i millorant el confort interior. Aquestes característiques també proporcionen aïllament, redueixen lʻefecte dʻilla de calor urbana i milloren la qualitat de lʻaire.
Sistemes híbrids denergia solar
Els sistemes denergia híbrids combinen lenergia solar amb altres fonts renovables o convencionals per millorar la fiabilitat i leficiència. Aquests sistemes són especialment útils a zones remotes o regions amb llum solar variable.
Combinacions híbrides comunes
Solar + Eòlica
- Les turbines eòliques complementen els panells solars durant els dies ennuvolats o de nit.
- Àmpliament utilitzat en instal·lacions rurals o fora de la xarxa.
Solar + Biomassa
- Energia solar per a electricitat, biomassa (per exemple, pèl·lets de fusta) per a calefacció.
- Millora la diversitat energètica a regions agrícoles o forestals.
Generadors solars i dièsel
- El dièsel actua com a font de respatller quan lenergia solar no està disponible.
- Comú en regions en desenvolupament o comunitats aïllades.
Energia solar i hidroelèctrica
- Energia hidroelèctrica a la nit, solar durant el dia.
- Pot incloure sistemes demmagatzematge per bombament per emmagatzemar lexcés denergia solar movent laigua costa amunt per al seu ús posterior.