L’energia Solar
L’energia solar és una energia renovable, però de vegades contamina el paissatge. L’energia solar és una font d’energia molt útil ja que el seu sistema funciona amb plàques solars que capten els rajos solars. L'energia solar és l'energia produïda en el Sol com a resultat de reaccions nuclears de fusió; Arriba a la Terra a través de l'espai en quants d'energia anomenats fotons, que interactuen amb l'atmosfera i la superfície terrestres. La intensitat de la radiació solar en la vora exterior de l'atmosfera, si es considera que la Terra està a la seva distància mitjana del Sol, s'anomena constant solar, i el seu valor mitjà és 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unes 2 cal/min/cm2. No obstant això, aquesta quantitat no és constant, ja que sembla que varia un 0,2% en un període de 30 anys. La intensitat d'energia real disponible a la superfície terrestre és menor que la constant solar a causa de l'absorció ia la dispersió de la radiació que origina la interacció dels fotons amb l'atmosfera. La intensitat d'energia solar disponible en un punt determinat de la Terra depèn, de forma complicada però predictible, del dia de l'any, de l'hora i de la latitud. A més, la quantitat d'energia solar que pot recollir depèn de l'orientació del dispositiu receptor. Transformació natural de l'energia solar La recollida natural d'energia solar es produeix en l'atmosfera, els oceans i les plantes de la Terra. Les interaccions de l'energia del Sol, els oceans i l'atmosfera, per exemple, produeixen vents, utilitzats durant segles per fer girar els molins. Els sistemes moderns d'energia eòlica utilitzen hèlixs fortes, lleugeres, resistents a la intempèrie i amb disseny aerodinàmic que, quan s'uneixen a generadors, produeixen electricitat per a usos locals i especialitzats o per alimentar la xarxa elèctrica d'una regió o comunitat. Gairebé el 30% de l'energia solar que arriba la vora exterior de l'atmosfera es consumeix en el cicle de l'aigua, que produeix la pluja i l'energia potencial dels corrents de muntanya i dels rius. L'energia que generen aquestes aigües en moviment al passar per les turbines modernes es diu energia hidroelèctrica. Gràcies al procés de fotosíntesi, l'energia solar contribueix al creixement de la vida vegetal (biomassa) que, juntament amb la fusta i els combustibles fòssils que des del punt de vista geològic deriven de plantes antigues, pot ser utilitzada com a combustible. Altres combustibles com l'alcohol i el metà també poden extreure de la biomassa.
Així mateix, els oceans representen un tipus natural de recollida d'energia solar. Com a resultat de la seva absorció pels oceans i pels corrents oceànics, es produeixen gradients de temperatura. En alguns llocs, aquestes variacions verticals arriben 20 ° C en distàncies d'alguns cen tenars de metres. Quan hi ha grans masses a distintes temperatures, els principis termodinàmics prediuen que es pot crear un cicle generador d'energia que extreu energia de la massa amb major temperatura i transferir una quantitat a la massa amb temperatura menor. La diferència entre aquestes energies es manifesta com energia mecànica (per moure una turbina, per exemple), que pot connectar-se a un generador, per produir electricitat. Aquests sistemes, anomenats sistemes de conversió d'energia tèrmica oceànica (Ceto), requereixen enormes intercanviadors d'energia i altres aparells en l'oceà per produir potències de l'ordre de megawatts. Recollida directa d'energia solar La recollida directa d'energia solar requereix dispositius artificials anomenats col · lectors solars, dissenyats per recollir energia, de vegades després de concentrar els rajos del Sol L'energia, un cop recollida, s'empra en processos tèrmics o fotoelèctrics, o fotovoltaics. En els processos tèrmics, l'energia solar s'utilitza per escalfar un gas o un líquid que després s'emmagatzema o es distribueix. En els processos fotovoltaics, l'energia solar es converteix en energia elèctrica sense cap dispositiu mecànic intermedi. Els col · lectors solars poden ser de dos tipus principals: els de placa plana i els de concentració. Col · lectors de placa plana En els processos tèrmics els col · lectors de placa plana intercepten la radiació solar en una placa d'absorció per la qual passa l'anomenat fluid portador. Aquest, en estat líquid o gasós, s'escalfa en travessar els canals per transferència de calor des de la placa d'absorció. L'energia transferida pel fluid portador, dividida entre l'energia solar que incideix sobre el col · lector i expressada en percentatge, es diu eficiència instantània del col · lector. Els col · lectors de placa plana tenen, en general, una o més plaques cobertores transparents per intentar minimitzar les pèrdues de calor de la placa d'absorció en un esforç per maximitzar l'eficiència. Són capaços d'escalfar fluids portadors fins a 82 ° C i obtenir entre el 40 i el 80% d'efic iència. Els col · lectors de placa plana s'han usat de forma eficaç per escalfar aigua i per a calefacció. Els sistemes típics per casa-habitació empren col · lectors fixos, muntats sobre la teulada. A l'hemisferi nord s'orienten cap al Sud i en l'hemisferi sud cap al Nord. L'angle d'inclinació òptim per muntar els col · lectors depèn de la latitud. En general, per a sistemes que s'usen durant tot l'any, com
els que produeixen aigua calenta, els col · lectors s'inclinen (respecte al pla horitzontal) un angle igual als 15 ° de latitud i s 'orienten uns 20 ° latitud S o 20 ° de latitud N. A més dels col · lectors de placa plana, els sistemes típics d'aigua calenta i calefacció estan constituïts per bombes de circulació, sensors de temperatura, controladors automàtics per activar el bombament i una clau de memòria. El fluid pot ser tant l'aire com un líquid (aigua o aigua barrejada amb anticongelant), mentre que un llit de roca o un tanc aïllat serveixen com a mitjà d'emmagatzematge d'energia. Col · lectors de concentració Per a aplicacions com l'aire condicionat i la generació central d'energia i de calor per cobrir les grans necessitats industrials, els col · lectors de placa plana no subministren, en termes generals, fluids amb temperatures bastant elevades com per a ser eficaços. Es poden usar en una primera fase, i després el fluid es tracta amb mitjans convencionals d'escalfament. Com a alternativa, es poden utilitzar col · lectors de concentració més complexos i costosos. Són dispositius que reflecteixen i concentren l'energia solar incident sobre un zona receptora petita. Com a resultat d'aquesta concentració, la intensitat de l'energia solar s'incrementa i les temperatures del receptor (anomenat 'blanc') poden aproparse a diversos centenars, o fins i tot milers, de graus Celsius. Els concentradors s'han de moure per seguir al Sol si es vol que actuïn amb eficàcia, els dispositius utilitzats per a això es diuen heliostatos. Forns solars Els forns solars són una aplicació important dels concentradors d'alta temperatura. El major, situat en Odeillo, a la part francesa dels Pirineus, té 9600 reflectors amb una superfície total d'uns 1.900 m2 per produir temperatures de fins a 4.000 ° C. Aquests forns són ideals per a investigacions, per exemple, en la investigació de materials, que requereixen temperatures altes en entorns lliures de contaminants. Receptors centrals La generació centralitzada d'electricitat a partir d'energia solar està en desenvolupament. En el concepte de receptor central, o de torre de potència, una matriu de reflectors muntats sobre heliostatos controlats per ordinador reflecteixen i concentren els raigs del Sol sobre una caldera d'aigua situada sobre la torre. El vapor generat es pot utilitzar en els cicles convencionals de les plantes d'energia i generar electricitat.
Refredament solar Es pot produir fred amb l'ús d'energia solar com a font de calor en un cicle de refredament per absorció. Un dels components dels sistemes estàndard de refredament per absorció, anomenat generador, necessita una font de calor. Com que, en general, es requereixen temperatures superiors a 150 ° C perquè els dispositius d'absorció treballin amb eficàcia, els col · lectors de concentració són més apropiats que els de placa plana. Electricitat fotovoltaica Les cèl · lules solars fetes amb hòsties fines de silici, arsenur de gal · li o un altre material semiconductor en estat cristal · lí, converteixen la radiació en electricitat de forma directa. Ara es disposa de cèl · lules amb eficiències de conversió superiors al 30%. Per mitjà de la connexió de moltes d'aquestes cèl · lules en mòduls, el cost de l'electricitat fotovoltaica s'ha reduït molt. L'ús actual de les cèl · lules solars es limita a dispositius de baixa potència, remots i sense manteniment, com boies i equipament de naus espacials. Energia solar a l'espai Un projecte futurista proposat per produir energia a gran escala proposa situar mòduls solars en òrbita al voltant de la Terra. En ells l'energia concentrada de la llum solar es convertiria en microones que s'emetrien cap antenes terrestres per a la seva conversió en energia elèctrica. Per produir tanta potència com cinc plantes grans d'energia nuclear (de mil milions de watts cadascuna), haurien de ser acoblats en òrbita diversos quilòmetres quadrats de col · lectors, amb un pes de més de 4000 t, es necessitaria una antena a terra de 8 m de diàmetre. Es podrien construir sistemes més petits per illes remotes, però l'economia d'escala suposa avantatges per a un únic sistema de gran capacitat. Dispositius d'emmagatzematge d'energia solar A causa de la naturalesa intermitent de la radiació solar com a font energètica durant els períodes de baixa demanda s'ha d'emmagatzemar el sobrant d'energia solar per cobrir les necessitats quan la disponibilitat sigui insuficient. A més dels sistemes senzills d'emmagatzematge com l'aigua i la roca, es poden utilitzar, en particular en les aplicacions de refrigeració, dispositius més compactes que es basen en els canvis de fase característics de les sals eutèctiques (sals que es fonen a baixes temperatures ). Els acumuladors poden servir per emmagatzemar l'excedent d'energia elèctrica produïda per dispositius eòlics o fotovoltaics. Un concepte més global és el lliurament de l'excedent d'energia elèctrica a les xarxes existents i l'ús d'aquestes com a fonts
suplementàries si la disponibilitat solar és insuficient. No obstant això, l'economia i la fiabilitat d'aquest projecte planteja límits a aquesta alternativa.