Proyecto: Energía Solar!Lizbeth Martínez Patatuchi

!Energía Sustentable!!Existen diversas maneras en la que podemos utilizar energía renovable y una de ellas es la energía sustentable. Se denomina energía sustentable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales La energía sustentable es aquella que, a diferencia de la tradicional (cara, contaminante y en algún momento agotable), se puede obtener de fuentes "renovables" como el sol, el aire o el agua de lluvia.!En nuestro planeta existen diferentes recursos que podemos explotar para nuestro beneficio, y a partir de ellos poder generar energía para nuestro uso.!!• Energía Solar: El sol arroja sobre la tierra cuatro mil veces más energía que la que vamos a

consumir, anualmente. Con este antecedente se deduce que sería ilógico no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos de la dependencia de alternativas poco seguras, contaminantes y agotables. La energía solar, básicamente, se produce recogiendo de forma adecuada la radiación solar, donde podemos obtener calor y electricidad.!!!

El Poder del Sol!!En la era de racionar los costos de la producción de energía, pensar en una fuente de energía sin costo y virtualmente limitada, parece una idea demasiado buena para ser verdad.!Por años los científicos han experimentado diversos métodos para hallar la forma de capturar la abundante energía irradiada por el sol, pero todavía está muy lejos el perfeccionamiento de la tecnología para obtener energía solar ilimitada y aun bajo costo.!Los científicos originalmente desarrollaron las celdas fotovoltaicas (celdas solares) como un medio para recargar las baterías y suministrar energía a los sistemas contenidos en las naves espaciales. Estas delgadas celdas han contribuido considerablemente a hacer realidad el programa espacial.!La investigación y desarrollo de las celdas solares se ha incrementado a gran escala. En muchos casos éstas sustituyen completamente a las baterías y otras fuentes de energía.!!La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.!La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de

captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que pueden ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.1!Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas según cómo capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.!!Efecto Fotoeléctrico!!El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). !El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.!Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoeléctrico indica que los fotones pueden transferir energía a los electrones.!!Los fotones tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un átomo absorbe energía de un fotón y tiene más energía que la necesaria para expulsar un electrón del material y además posee una trayectoria dirigida hacia la superficie, entonces el electrón puede ser expulsado del material. Si la energía del fotón es demasiado pequeña, el electrón es incapaz de escapar de la superficie del material. Los cambios en la intensidad de la luz no modifican la energía de sus fotones, tan sólo el número de electrones que pueden escapar de la superficie sobre la que incide y por tanto la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación que le llega, sino de su frecuencia. Si el fotón es absorbido, parte de la energía se utiliza para liberarlo del átomo y el resto contribuye a dotar de energía cinética a la partícula libre.!Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y éste último tiene más energía que la función trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material.!Aumentar la intensidad del haz no cambia la energía de los fotones constituyentes, solo cambia el número de fotones. En consecuencia, la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, sino de la energía de los fotones.!

Los electrones pueden absorber energía de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida, una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como una partícula libre.!Einstein no se proponía estudiar las causas del efecto en el que los electrones de ciertos metales, debido a una radiación luminosa, podían abandonar el metal con energía cinética. Intentaba explicar el comportamiento de la radiación, que obedecía a la intensidad de la radiación incidente, al conocerse la cantidad de electrones que abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era proporcional a la energía que impulsaba a dichas partículas.!El efecto fotoeléctrico usado en la actualidad es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.!El efecto fotoeléctrico también se manifiesta en cuerpos expuestos a la luz solar de forma prolongada. Por ejemplo, las partículas de polvo de la superficie lunar adquieren carga positiva debido al impacto de fotones. Las partículas cargadas se repelen mutuamente elevándose de la superficie y formando una tenue atmósfera. Los satélites espaciales también adquieren carga eléctrica positiva en sus superficies iluminadas y negativa en las regiones oscurecidas, por lo que es necesario tener en cuenta estos efectos de acumulación de carga en su diseño.!!Espectro de Luz!!El espectro visible de luz es el espectro de radiación electromagnética que es visible para el ojo humano.!Va desde una longitud de onda de 400 nm hasta 700 nm. También se conoce con otro nombre: el espectro óptico de la luz.!La longitud de onda (la cual está relacionada a la frecuencia y la energía) de la luz es la que determina el color que percibimos. El rango de estos diferentes colores es bastante amplio y extenso.!Hay algunos estudiosos y científicos que no están de acuerdo entre sí sobre los diferentes rangos de las longitudes de onda, por lo que es difícil calcular con precisión en dónde comienza y donde acaba cada color!Esto ocurre ya que los límites de los colores se aproximan a medida que los mismo se van mezclando unos con otros (o sea, en otras palabras, en las últimas longitudes en las que termina un color, ya se está formando el siguiente).Los límites del espectro de luz visible terminan en la luz ultravioleta y en los infrarrojos.!La mayoría de la luz con la que interactuamos en absolutamente todos los momentos de nuestra vida es algún tipo de luz blanca, la cual contiene muchos rangos de longitud de onda en sí misma.!Por ejemplo, la luz blanca que ingresa dentro de un prisma, causa que las diferentes longitudes de onda se “quiebren” en diferentes ángulos, efecto dado por la refracción óptica.!

El resultado de esto son haces de luz que varían dentro de todo el espectro visible del color. Este fenómeno es, por ejemplo, lo que causa los arcoiris, el lugar del prisma lo ocupan las partículas de agua!

!!!Energía Solar Fotovoltaica!!La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad (de ahí que se denomine electricidad solar)directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada célula solar de película fina.!

!Panel Solar (Celda Fotovoltaica)!!Las células fotoeléctricas están construidas a base de silicio, un semiconductor perfecto. Su nombre ya nos anticipa con qué dos elementos tratan, pues foto es luz, y voltaico es electricidad. Básicamente esos son los dos elementos que la definen, pues las celdas fotovoltaicas convierten la luz en electricidad.!¿De qué están hechos?!Están hechos de una fina capa de silice con boro. El boro le da a la estructura la característica de una carga positiva conocida como silice tipo "P", esto forma la base de la celda solar.!En seguida otra fina capa de silice es agregada, solo que esa vez con fósforo, este suministra una carga negativa conocida como silice tipo "N".!¿Cómo funcionan?!El producto final provoca que las cargas se cancelan una a la otra y se produzca una celda neutral. Cuando la luz alcanza la celda, cierta porción de la misma es absorbida por el semiconductor que la compone (silicio, en su caso), y los electrones comienzan a 'volar' libremente debido a que la absorción de luz los libera. El campo eléctrico de la celda hace que los electrones se dirijan a una sola dirección, conformando una corriente eléctrica.!

!Uso de la energía solar! ! !• Productos de consumo tales como relojes, juguetes y calculadoras!• Sistemas de energía de emergencia!• Refrigeradores para almacenaje de vacunas y sangre en áreas remotas!• Automóviles impulsados por energía solar!• Fuentes de alimentación para satélites y los vehículos espaciales!• Fuentes de alimentación portátiles para camping y pesca!• Sistemas de iluminación!!Acción Motor Generador!Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina

que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.!Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor.