2º E.S.O. A Central solar:

2º E.S.O. A
Central solar:
La energÃ−a solar se aprovecha mediante dos vÃ−as: la térmica y la fotovoltaica. La térmica transforma
la energÃ−a procedente del sol en energÃ−a calorÃ−fica. La fotovoltaica convierte directamente la energÃ−a
solar en energÃ−a eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Por otra parte existen también unas centrales
de tipo eólico solar.
Célula fototérmica
Los sistemas solares basados en la vÃ−a térmica pueden ser de baja, media y alta temperatura:
- Los de baja temperatura se emplean para calefacción, climatización de locales, producción de agua
caliente sanitaria etc. Consisten en un conjunto de elementos llamados colectores, que absorben la radiación
solar y la transmiten en forma de calor a un fluido que circula por unos conductos que se encuentran en
contacto con el colector, de modo que la energÃ−a transportada por dicho fluido permite alimentar a un
sistema de calefacción. Estos sistemas aprovechan la energÃ−a solar a temperaturas que oscilan entre 35 y
100 grados.
- Las instalaciones de media temperatura más representativas, son utilizadas generalmente para la
producción de vapor de cara a su aplicación a procesos industriales, o incluso para la generación de
energÃ−a eléctrica, son los colectores distribuidos. Estas instalaciones constan de un conjunto de colectores
de concentración, generalmente de forma cilÃ−ndrico-parabólica que recogen la energÃ−a solar y la
transmiten a un fluido (aceite térmico p.e.) en forma de calor. Este fluido se calienta y transporta dicha
energÃ−a calorÃ−fica por medio de un circuito primario, hasta una caldera en donde es transferida a otro
fluido que circula por un circuito secundario. Este fluido (generalmente agua) se convierte en vapor a gran
temperatura y es enviado a un grupo turbina-alternador para generar energÃ−a eléctrica merced a un ciclo
termodinámico convencional, o es utilizado para alimentar procesos industriales o sistemas de calefacción.
Las instalaciones de este tipo aprovechan la energÃ−a solar a temperaturas comprendidas entre los 100º y
300ºC.
- Las instalaciones para el aprovechamiento solar a alta temperatura. Estas son las más extendidas, son las
centrales termoeléctricas de receptor central. Estas constan de una amplia superficie de helióstatos, es
decir de grandes espejos sostenidos por soportes, que reflejan la radiación solar y la concentran en un
pequeño punto receptor, que habitualmente está instalado en una torre. Los haces del sol son concentrados
y reflejados sobre la caldera que se encuentra en la torre, en ella el aporte calorÃ−fico de la radiación solar
es absorbido por un fluido térmico (agua, aire, sales fundidas..) que es conducido a través de un circuito
primario hacia un generador de vapor, en él intercambia calor y vaporiza a un segundo fluido que circula
por un circuito secundario (agua), que es quién acciona los álabes del grupo turbina-alternador para
generar energÃ−a eléctrica. El fluido del circuito secundario es posteriormente condensado para repetir el
ciclo. El fluido del circuito primario, vuelve a la caldera y repite también el ciclo. Entre las instalaciones
solares a alta temperatura cabe citar también a las centrales solares con discos parabólicos. En él la
figura geométrica de las superficies reflectantes es la de un paraboloide de revolución.
En cuanto al funcionamiento las centrales eólicas-solares es como sigue: la radiación solar incide sobre una
cubierta que calienta el aire contenido en su interior mediante el efecto invernadero. El aire caliente pesa
menos que el frÃ−o y tiende a subir, canalizado convenientemente se dirige hacia una chimenea de
conducción, en el interior de esta hay alojada una turbina que está asociada a un generador de corriente
eléctrica.
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Célula fotoeléctrica
Dispositivos realizados en un material que tiene la propiedad de emitir electrones cuando es alcanzado por un
haz luminoso. El fenómeno fotoeléctrico fue observado por primera vez por Hertz en 1887, pero se debe a
Hallwachs (1889) su interpretación correcta. En un principio se pensó que la energÃ−a cinética con que
se producÃ−a la emisión de electrones deberÃ−a de ser proporcional al flujo luminoso, es decir a la
amplitud de la ondulación representante del haz luminoso, sin embargo un resultado importante de las
experimentaciones fue el descubrimiento de que la velocidad máxima de emisión de electrones dependÃ−a
solamente de la frecuencia de la radiación incidente, pero no de la intensidad de dichas radiaciones. Fue
Einstein en 1905 el que ofreció una teorÃ−a, basada en los Cuantos de Planck, que explicaba perfectamente
la emisión fotoeléctrica, básicamente exponÃ−a que cuando un fotón choca contra la célula y es
absorbido completamente, desaparece cediendo su energÃ−a E a uno de los electrones libres. Para extraer este
electrón del metal o célula es preciso comunicarle cierta energÃ−a superior a un valor umbral Eo que
depende del material de que se trate. El excedente de energÃ−a entre la que se le suministra y la energÃ−a
umbral E-Eo, constituye la energÃ−a cinética máxima del electrón. Eo representa la energÃ−a
mÃ−nima necesaria para liberar el electrón del material, mientras que la energÃ−a proporcionada por el
fotón es directamente proporcional a la frecuencia de la longitud de onda de la radiación, siendo la
constante de proporcionalidad, la conocida constante de Planck. Por ello una radiación puede ser muy
débil pero poseer la suficiente energÃ−a para producir fotoelectrones. Los electrones emitidos por efecto
fotoeléctrico poseen realmente una energÃ−a cinética variable dentro de un intervalo de valores, ya que
son arrancados del interior de la superficie del metal y antes de emerger sufren colisiones con los átomos del
mismo. Los fotoelectrones de energÃ−a máxima son aquellos que se originaron muy próximos a la
superficie y, por tanto, escaparon sin verificar ningún choque.
Existen muchas aplicaciones tecnológicas del efecto fotoeléctrico. La células fotoeléctricas se
utilizan como aparatos de control, cuando se modifica la iluminación de la fotocélula se produce una
variación en la corriente fotoeléctrica y cambia el voltaje a través de una resistencia en serie con la
célula, esto provoca la aparición de una señal eléctrica que es amplificada convenientemente.
También se usan como medidores de intensidades luminosas, dispositivos de alarma contra robos e
incendios, contadores de personas u objetos opacos que pasan por delante de la misma interrumpiendo el haz
incidente,apertura automática de puertas etc.
En cuanto a los sistemas solares fotovoltaicos, se transforma la luz solar en electricidad consisten en un
conjunto de células solares o fotovoltaicas realizadas con un material semiconductor (germanio o silicio)
dispuestos en paneles que transforman directamente la energÃ−a solar en eléctrica. Este tipo de
instalaciones se encuentran en su fase de desarrollo, ya que el coste de una célula solar es aún muy
elevado. Esta conversión directa, se realiza mediante los semiconductores. La luz interacciona con los
electrones del semiconductor y provoca el movimiento de algunos de ellos, del lugar donde sale un electrón,
aparece un hueco con carga positiva. Si se mueve un electrón próximo a este hueco, lo ocupará dejando
un nuevo hueco positivo. El movimiento de estas cargas produce una corriente eléctrica que puede
utilizarse como fuente de energÃ−a. Los aparatos que llevan a cabo esta conversión, se llaman células
fotovoltaicas. La célula fotovoltaica, insustituible en astronáutica y otros campos, se basa en el efecto
fotovoltaico, por el que la radiación luminosa induce una corriente continua de baja tensión en una placa
semiconductora. Se construyen centrales experimentales con paneles de células.
Las células fotovoltaicas constan de dos electrodos separados por una delgada capa de semiconductor. Las
pilas solares, por ejemplo, están fabricadas mediante pequeñas capas de silicio cubiertas por una fina capa
de impurezas. Un número considerable de estas plaquitas, convenientemente acopladas, producen corriente
eléctrica continua de bajo voltaje, suficiente para ser utilizada para usos domésticos, dado que se pueden
alcanzar rendimientos superiores a los 110 vats por metro cuadrado de captador fotovoltaico. El almacenaje de
la electricidad captada para su utilización durante la noche se lleva a cabo por medio de baterÃ−as
convencionales o de gran capacidad.
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La energÃ−a fotovoltaica es de gran utilidad en el campo de la edificación para aquellos casos en los que,
por el aislamiento, no es posible o no es rentable hacer llegar la red eléctrica, como ocurre en determinadas
zonas rurales. Igualmente, se emplean para activar señales luminosas y en determinados puntos como
complemento a la iluminación de espacios públicos.
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