¿Qué es la energía solar? Tipos y aplicaciones

La energía solar es aquella que recibe nuestro planeta, todos los días, procedente del Sol, y cuyas aplicaciones van desde la fotosíntesis de las plantas, la electricidad con energía fotovoltaica y calor con la solar térmica y la termosolar con el uso de paneles solares y concentradores.

Quizá tu eres una de esas personas que esté pensando en usar energía solar en su hogar para ahorrar en el consumo eléctrico y, quizá, te estés preguntando ¿La energía solar se puede utilizar en cualquier casa?, ¿Qué beneficios y aplicaciones tiene?, en este artículo trato de darte respuesta a esas cuestiones y otras muchas, como los tipos de tecnología solar que existen, ventajas de la energía solar, aprovechamiento de la energía del sol de múltiples maneras, etc.

¿Qué es la energía solar?

La energía solar es una fuente de energía renovable que llega hasta nuestro planeta en forma de radiación electromagnética (fotones) procedente del Sol.

Esta energía se produce en el Sol a partir de reacciones nucleares de fusión. Es decir, los protones de los átomos de hidrógeno chocan violentamente unos con otros y se fusionan en un nuevo átomo, de helio, y esto provoca una enorme liberación de energía. La temperatura en la superficie del sol, que se genera por este proceso de fusión, puede llegar hasta los 4 millones de grados celsius.

Es, por tanto, un tipo de energía renovable que se crea en el sol, y otras estrellas similares al sol, se irradia, en forma de ondas (radiación electromagnética) y partículas (fotones) en todas direcciones a través del sistema solar. Esta energía es la que calienta la Tierra, provoca los vientos, el clima y, en definitiva, el sustento de la vida en la tierra.

De hecho, la tierra recibe diariamente 173.000 teravatios de energía, de la cual, si descontamos las pérdidas en la atmósfera, por las nubes el agua y la nieve, la energía aprovechable sería de 1.367W/m2, que es la llamada constante solar.

Ten en cuenta que la constante solar es el valor de la intensidad de radiación solar sobre una superficie situada por encima de la atmósfera terrestre y perpendicular a los rayos del Sol. Es decir, no es la que llega a la superficie terrestre.

La cantidad de energía solar recibida, varía:

Debido a la forma esférica de la tierra y a al eje de rotación, esta energía no se recibe en igual cantidad en todos los puntos de la tierra.

El Sol describe cada día un arco sobre la bóveda celeste, desde el orto hasta el ocaso, cuya longitud, elevación y duración en el tiempo son distintas cada día y en cada latitud geográfica del planeta. Es decir, Mientras en zonas ecuatoriales, la radiación es mayor, en las zonas polares, es menor. Y esto también se aplica al transcurso de los días.

Para una latitud de, por ejemplo 40ª (caso de España) el día más largo del año el Sol luce durante casi 15 horas, mientras que en el día más corto apenas supera las 9 horas. Este dato es fácil de obtener con tablas y bases de datos que existen en la actualidad, como la que puedes encontrar en el PVGIS.

Radiación solar de Albedo o reflejada:

Es la fracción de la irradiancia solar que es reflejada por una superficie. Es decir, cuando una superficie refleja parte de la radiación y esta es aprovechable. Es un ejemplo de uso de este tipo de radiación los paneles solares bifaciales.

Radiación solar Directa:

Es la radiación que que llega a una superficie sin haber sufrido dispersión en su trayectoria a través de la atmósfera.

Radiación solar Difusa:

Es la radiación que recibe una superficie después de sufrir múltiples desviaciones en su trayectoria al atravesar la atmósfera, o después de ser reflejada en múltiples direcciones por las superficies donde previamente haya incidido.

Radiación solar Global:

Es la suma de las radiaciones anteriormente descritas. La Directa, más la Difusa más la de albedo.

A partir de los valores de la irradiación sobre el plano horizontal, es posible calcular la irradiación sobre una superficie inclinada, de este modo se puede calcular fácilmente (por ejemplo con programa de ordenador) la cantidad de energía solar incidente sobre cualquier superficie, como los paneles solares.

Dicha cantidad, evaluada mes a mes o para distintas épocas del año, constituye, el procedimiento para el dimensionado de un sistema de paneles solares.

La energía que recibimos del sol:

Para que tengas una visión de cuánta es la energía que recibe la tierra procedente del sol, piensa que cantidad de luz solar que incide en la superficie de la Tierra en solamente una hora y media, sería suficiente para cubrir el consumo energético de todo el planeta durante un año.

Ahora te explicamos cuales son los tipos de aprovechamiento de la energía solar que más se utilizan.

Energía solar Fotovoltaica:

Una de las opciones de energía limpia que se está imponiendo en todo el planeta es la energía fotovoltaica que procede de la conversión de la energía procedente del Sol en electricidad, gracias al efecto fotoeléctrico que se produce gracias al silicio que compone las células solares y que incorporan los paneles solares que se utilizan para este desempeño de electricidad.

» Más información: ¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

El autoconsumo como vector de la transición energética:

Si hay una aplicación de la energía fotovoltaica que destaca sobre todas las demás es el el autoconsumo fotovoltaico. Este consiste en generar tu propia energía, en el mismo punto de consumo, por ejemplo en el tejado de una vivienda, y aprovechar esa energía autogenerada para consumo propio y un ahorro directo en la factura de la luz.

>> Más información sobre autoconsumo fotovoltaico

Energía solar para alumbrado público:

Los municipios españoles están empezando a incorporar la energía solar en el alumbrado público, lo que permitirá iluminar carreteras, zonas urbanas, viviendas, actividades al aire libre o incluso pasos de cebra.

La iluminación se crea mediante el uso de dispositivos conocidos como luminarias o farolas solares.

Estas "farolas solares" consisten en tres elementos:

• Lámpara LED
• Panel solar
• Batería solar

La batería se carga durante el día, y esa energía almacenada se utiliza en electricidad para la lámpara LED que funciona durante la noche.  De esta manera se logrará un importante ahorro de energía.

Por ejemplo, el municipio de Estepona ha conseguido ahorrar 160.000 euros al año en energía eléctrica mediante la instalación de paneles solares en el alumbrado público y una reducción sustancial del 20% en el consumo de electricidad.

Energía solar ara bombeo de agua:

El riego solar ha llegado para quedarse, y hará un cambio mundial en el sector agrícola. El funcionamiento del sistema es exactamente el mismo que el del riego convencional, con la única diferencia de la fuente de energía que alimenta la bomba solar proviene de los paneles.

La construcción de sistemas de riego solar con paneles solares ha permitido aprovechar una fuente ilimitada como la energía solar fotovoltaica, reduciendo los costos de energía y la escasez de agua.

Energía solar para coches eléctricos:

Uno de los mayores problemas a los que nos enfrentamos actualmente en el sector del automóvil es la energía. La dependencia de la necesidad de repostar el coche eléctrico en las propias instalaciones de recarga y el origen incierto de la fuente, ha llevado a muchos fabricantes a desarrollar nuevos diseños utilizando la energía solar, fomentando la transición a una mayor sostenibilidad para poder llevar al mercado a medio plazo coches con paneles solares.

Y, ¿cómo superar la dependencia de la batería? La solución está en los vehículos eléctricos y los paneles solares. Generalmente, estos paneles se montan en el techo del coche eléctrico, y la energía se almacena en la batería o se transfiere directamente al motor.

La instalación no sólo se limita al techo gracias a las células solares de 0,03 mm de espesor producidos por las marcas de automóviles, sino que también permite montarlos en otras superficies del automóvil, como el capó u otras zonas de la carrocería, conservando la estética y la resistencia a los posibles impactos.

A pesar del enorme potencial que ofrecen los paneles solares fotovoltaicos para cargar los coches eléctricos, debido a la persistente falta de luz solar, serán ineficientes en algunas carreteras y los vehículos todavía tendrían que depender de sistemas de carga eléctrica. Para ello también existen estaciones donde cargar coches eléctricos, que están alimentadas por paneles solares.

Algunos fabricantes venden actualmente kits de paneles solares para el hogar que incluyen enchufes que podemos utilizar para cargar los coches eléctricos, fomentando así el uso de la energía solar y el autoconsumo.

Energía solar para caravanas:

Los paneles solares también se adaptan a los vehículos más grandes, donde es más frecuente su uso. Los paneles solares son una muy buena inversión para los amantes de la carretera, que quieren viajar en una caravana y quieren ser autosuficientes, para lograr autonomía e independencia energética, produciendo electricidad gratis dondequiera que vayan.

En la actualidad, los paneles solares ya están montados en casi todas las autocaravanas compradas en España, un factor que ha cobrado importancia en los últimos años. Sin embargo, muchos de los usuarios no conocen el número de paneles necesarios para soportar los largos viajes, en los que prácticamente todo el consumo se realiza en el coche, como la propia carga de la batería o los elementos de carga del smartphone, la luz o los electrodomésticos.

Normalmente los paneles solares más comunes para caravanas son de 12V, pero la instalación de uno u otro tipo de energía dependerá esencialmente del uso.

Energía solar para aviones:

El sector de la aviación también se ha tomado muy en serio la batalla contra el cambio climático. Las nuevas tecnologías han permitido mejorar las baterías y los sistemas de carga, de modo que la electricidad generada por el sol en las aeronaves es una posibilidad que veremos en un futuro próximo, ya sea para vuelos comerciales o privados.

La gente es cada vez más consciente de cómo contribuimos a un mundo más próspero a través de nuestros actos, donde la preocupación por el medio ambiente juega un papel muy importante, y es que no debemos olvidar que un avión emite hasta 391 gramos de CO2, es decir, 50 veces más emisiones por kilómetro y pasajero que un tren.

Aproximadamente el 4% de los gases de efecto invernadero, según la Comisión Europea, provienen de los vuelos que han aumentado en el continente europeo. Por ello, los fabricantes de aviones están creando nuevas tecnologías que apuestan por las energías renovables del futuro, haciendo hincapié en el uso de la energía solar.

Empresas europeas como Airbus han producido prototipos de aviones con paneles solares en todo su cuerpo, que funcionan sólo con energía solar y que consiguen mantenerse en el aire durante unos 26 días. Esta aeronave está planeada específicamente para viajes no tripulados, pero la investigación de fórmulas para vuelos comerciales alimentados con paneles solares fotovoltaicos está en plena vorágine.

Energía solar para bicicletas eléctricas:

El número de bicicletas eléctricas aumenta cada día, sobre todo en las grandes ciudades, en los últimos años y podría superar los 300 millones en 2023, es decir, un 50 por ciento más que en el año 2019.

La bicicleta eléctrica y la energía solar son dos conceptos que encajan perfectamente. La energía solar juega un papel muy importante en este aspecto porque puede resolver el problema de la carga y aprovechar la luz solar para el alimentar la batería del vehículo, instalando paneles solares en la superficie de la bicicleta eléctrica.

Existen modelos desarrollados por empresas del sector que incluyen pantallas de LED, que nos permiten conocer el estado de la batería y otros datos relacionados con el trayecto. Algunas bicicletas eléctricas están equipadas con soporte de pedaleo (ayuda al usuario a hacer menos esfuerzo al pedalear), y pueden superar los 25 km/h.

También existen empresas en Holanda, el segundo país europeo en el uso de bicicletas, han desarrollado un paquete que permite la carga rápida de las bicicletas eléctricas con energía solar. Además, se montan células solares en los neumáticos de la bicicleta con el fin de cargar la batería mientras estamos en movimiento.

Energía solar para barcos:

Las personas que tienen un barco de vela o de motor disponible también pueden montar paneles solares para sus buques, aprovechando la capacidad de la energía solar. Esta es una opción muy recomendable, y que de hecho está muy extendida, porque permitirá lograr una mayor autonomía, reduciendo la necesidad de parar en puertos con menos frecuencia y aumentando el tiempo de permanencia en el mar.

Como en cualquier otro medio de transporte, es importante conocer el consumo  que tendrá el barco, y así conocer el número de paneles solares que serán necesarios en función de las necesidades energéticas de cada caso particular.

Los elementos necesarios para la instalación de los paneles solares en los barcos son:

• Los módulos solares
• Un controlador de carga
• Una varias baterías

En la parte más alta de la cabina del barco podemos montar los paneles solares, pero hay una alternativa cada vez más común y utilizada por los propietarios de barcos: los paneles solares flexibles.

Energía solar para teléfonos móviles y otros aparatos portátiles

¿Cuál sería la primera molestia que te vendría a la mente cuando piensas en los teléfonos inteligentes? Seguramente estás pensando en la batería, y es que este factor disminuye su duración año tras año, permitiéndote usar el móvil durante 1 día o como máximo 2 sin necesidad de cargarlo.

En España, el uso de los móviles tiene una media de 2 horas y 16 minutos al día, que se ha incrementado en el confinamiento en 2 horas y 18 minutos, llegando a un uso diario de 4 horas y media. La batería se agota en un tiempo récord, debido a la cantidad de aplicaciones y funciones que usamos en nuestros smartphones. No están diseñados para soportar nuestro uso de ellos.

Pero hay nuevos modelos innovadores y respetuosos con el medio ambiente que aún están en desarrollo y que serán una solución perfecta en un futuro próximo, incluyendo paneles solares en la parte posterior del smartphone, con el objetivo de resolver el problema de la batería y así disfrutar de una mayor autonomía.

La energía solar no sólo puede llegar a los teléfonos móviles, sino también a otros aparatos como ordenadores portátiles, ordenadores, relojes inteligentes e incluso altavoces de música.

Energía solar Térmica:

La energía solar térmica es, al igual que la energía eólica, la fotovoltaica o la biomasa, una fuente de energía renovable y se utiliza generalmente para calentar agua (ACS y calefacción), es por lo tanto, lo que se podría denominar un calentador solar mediante el uso de captadores solares térmicos. Es de aplicación tanto en viviendas como en empresas.

Funcionamiento:

Un panel solar térmico tiene en su interior un tubo que lo recorre y por el que circula agua con anticongelante o algún fluido portador de calor, al recibir la radiación solar, el líquido se calienta y puede utilizar esa energía (calor) para diferentes aplicaciones.

Ventajas:

• La energía solar térmica es más eficiente que la energía solar fotovoltaica y, de hecho, pueden tener una eficiencia del 70% mientras que en la fotovoltaica rara vez encontramos paneles solares de más eficiencia que 21-22%.
• La tecnología es menos compleja que la fotovoltaica.
• Es una solución óptima para el calentamiento de agua (agua caliente solar).

Desventajas:

• La energía solar térmica posee menos aplicaciones que la fotovoltaica. Generalmente son placas solares para calentar agua, bien para "agua caliente sanitaria (o ACS)" y calefacción solar.
• Su mantenimiento es más complejo que los fotovoltaicos, entre otras cosas, por su exposición a la corrosión implícita a su funcionamiento.
• Otra consecuencia de su uso para agua caliente solar es que, debido también a la corrosión, su esperanza de vida no suele superar los 10 años.

Situación actual:

Debido a la expansión fotovoltaica, a su reducido precio y su multitud de aplicaciones (incluido calentar agua), la térmica está perdiendo aplicación en favor de su hermana fotovoltaica.

Aplicaciones de la energía solar térmica:

La calefacción es una de las muchas maneras en que la energía solar puede ayudarnos a mejorar la eficiencia de nuestro hogar.

La instalación de paneles solares para la calefacción permitiría hasta el 70 por ciento de ahorro de energía asociado.

Todas las instalaciones que se utilicen para calentar la casa deben estar equipadas con un intercambiador de placas, un dispositivo esencial en los sistemas de aire acondicionado que transfiere calor entre los fluidos, aumentando o disminuyendo la temperatura de cualquiera de los espacios.

Estos son algunas de las aplicaciones más habituales de los paneles solares para calefacción:

• Bomba de calor
• Suelo radiante
• Calentamiento por convección

Los costes de mantenimiento son muy bajos. Es importante, sin embargo, llevar a cabo revisiones anuales del tanque de acumulación y mantener las gomas aislantes en buen estado para que siempre sea posible una rentabilidad óptima. También mantener la superficie de los paneles solares limpia para que no afecte a la eficiencia de la instalación.

Suelo radiante con energía solar:

Los avances tecnológicos desarrollados en la energía solar han permitido que sus usos se multipliquen significativamente en varios sectores. Este es el caso de los suelos radiantes que consiguen desplazar el papel tradicional de los radiadores.

Como el sistema de calefacción más efectivo y eficiente, el suelo radiante se está consolidando en detrimento de los radiadores.

Para comprender las mejoras que pueden crear los suelos radiantes con paneles solares, pondremos en perspectiva el funcionamiento de los radiadores convencionales, discutiendo los puntos débiles de este método.

El radiador típico que todos conocemos, calienta sólo la capa de aire que está en contacto con el suelo, de modo que el aire caliente sube hacia arriba y permanece la parte superior sin circular suficientemente por la habitación.

En particular, si queremos que nuestra casa esté lo suficientemente caliente para lograr un confort óptimo, la temperatura de impulsión hacia los radiadores suele estar en torno a los 70ºC.

En comparación, la calefacción por suelo radiante funciona a la inversa, es decir, el calor se transmite desde el suelo y se distribuye uniformemente por toda la casa. En este caso, para alcanzar la temperatura deseada es suficiente que el agua que circula por el circuito del suelo radiante esté a unos 40ºC.

Todo esto conduce a un ahorro energético importante, haciendo que el sistema de calefacción por suelo radiante sea más común que los radiadores tradicionales.

Energía solar para piscinas:

Mantener una piscina climatizada es un costo razonablemente alto de electricidad que puede ser compensado gracias a la energía del sol. La instalación de paneles solares para piscinas permitiría aprovechar los rayos del sol para calentar el agua y disfrutar del baño durante prácticamente todo el año, lo que lo convierte en una opción mucho más respetuosa con el medio ambiente y beneficiosa para el planeta.

Además, no olvidemos, el mayor ahorro de energía que lograremos puesto que esos mismos paneles se podrán utilizar para otras aplicaciones en la vivienda.

Energía solar para aerotermia:

La combinación de la aerotermia con paneles solares permite controlar la temperatura de la casa utilizando recursos naturales renovables.

La energía aerotérmica proviene del aire para obtener agua caliente y alcanzar la temperatura óptima según la estación del año, lo que permite bajar la temperatura en el verano y la temperatura perfecta para alcanzar el máximo confort en el invierno.

La aerotermia funciona a través de una característica integral, la bomba de calor aerotérmica. Su propósito es extraer la energía del aire y transportarla al circuito de la casa, logrando una alta eficiencia energética del dispositivo desde un enfoque centrado en el medio ambiente y la sostenibilidad.

Además, si la equiparamos con otros sistemas de aire acondicionado, es capaz de lograr un ahorro del 60 por ciento. Estos datos le permiten ganar posiciones y posicionarse como una alternativa más a la energía renovable.

¿Qué ventajas y desventajas tiene utilizar la energía solar?

Aunque son muchos, vamos a resumir algunos de los beneficios del uso de la energía solar:

• Es de origen natural y renovable, por lo que no contamina y no emite CO2 a la atmósfera.
• Es, en la actualidad, la fuente de energía más barata que existe.
• Sirve para proporcionar calor (solar térmica) y electricidad (fotovoltaica).
• Disponibilidad en cualquier momento, durante las horas de sol, o también, si se ha almacenado en baterías, a cualquier hora del día.
• Es modular y fácil de instalar en cualquier tejado o en grandes plantas fotovoltaicas.
• No produce ruidos y su impacto visual es mínimo (si se ha hecho una buena integración arquitectónica).
• El mantenimiento de instalaciones solares es barato y sencillo.
• Ayuda a preservar el medio ambiente y a la transición energética por un futuro verde.
• Genera riqueza local y puestos de trabajo para profesionales instaladores, fabricantes y mantenedores de instalaciones.
• No produce emisiones de efecto invernadero, por lo que es una de las soluciones contra el calentamiento global.

Por contra, no todo son bondades, también el uso de la energía solar presenta algunos inconvenientes:

• Dependencia de la Luz Solar: La generación de energía solar depende de la intensidad y duración de la luz solar. En días nublados el rendimiento de los paneles solares disminuye significativamente y por las noches no producen energía.
• Inversión inicial elevada: A pesar de que los precios de los paneles solares han disminuido en los últimos años, la inversión inicial para instalar un sistema solar sigue siendo relativamente alta. Aunque a largo plazo resulta rentable debido a los ahorros en la factura de energía, el desembolso inicial puede ser un obstáculo para algunos consumidores.
• Idoneidad de almacenar la energía: La generación de energía solar no siempre coincide con la demanda de energía. Se requieren sistemas de almacenamiento de energía, como baterías, para almacenar el exceso de energía generada durante el día para su uso posterior durante la noche o en días nublados. Estas soluciones de almacenamiento pueden ser costosas y tener impactos ambientales asociados.
• Impacto Ambiental de la Producción de Paneles Solares: Aunque la energía solar es considerada una fuente de energía limpia, la producción de paneles solares implica la extracción y procesamiento de materiales como silicio, cadmio y otros elementos que pueden tener impactos ambientales negativos. Además, la gestión de desechos de paneles solares al final de su vida útil plantea desafíos en términos de disposición adecuada. Aunque ya existen paneles solares con balance cero de emisiones de carbono.
• Grandes superficies para plantas solares: Para implementar instalaciones solares a gran tamaño, se necesitan grandes extensiones de tierra. Esto puede ser problemático en áreas densamente pobladas donde el espacio es limitado. Además, la ocupación de tierras para la energía solar puede competir con el uso de la tierra para la agricultura u otros fines, lo que genera conflictos de uso del suelo. Por ello es más sostenible el autoconsumo en espacios libres en tejados de viviendas, edificios, naves ....

» Más información: Ventajas y desventajas de la Energía Solar

Otros tipos de energía solar:

Pero no solo la solar fotovoltaica y la térmica son los tipos de energía solar que existen, sino que también se presentan otros tipos de energía solar como son:

Energía solar de concentración (CSP) o Termosolar:

Las plantas de energía termosolar (o solar termoeléctrica) se implantan en grandes superficies de terreno y utilizan espejos para concentrar la energía del sol en una torre principal, donde, por la concentración del calor generado por la luz solar proyectado desde los espejos, se accionan turbinas o motores de vapor que crean electricidad.

Se puede entender como un "híbrido" entre solar térmica (por que usa el calor para activar las turbinas) y solar eléctrica (por qué esas turbinas generan a su vez electricidad).

Una gran ventaja es que la energía térmica concentrada en una central termosolar puede almacenarse, durante un tiempo, y utilizarse para producir electricidad cuando se necesite, de día o de noche.

Son, como ya he explicado, grandes plantas de generación de electricidad, no instalar en para casas o empresas, puesto que las dimensiones que se necesitan para su funcionamiento son muy importantes, de, por ejemplo 60 hectáreas o más.

Energía solar Pasiva:

La arquitectura basada en el uso de la energía solar pasiva aprovecha el emplazamiento, el clima y los materiales de un edificio para minimizar el uso de energía. Una casa solar pasiva bien diseñada, reduce los consumos de calefacción y refrigeración de la vivienda mediante estrategias de eficiencia energética con energía solar.

Aún teniendo muchas ventajas, es muy importante evitar el sobredimensionamiento de los ventanales orientados al sur y asegurarse de que éstos estén debidamente sombreados en primavera y verano para evitar el sobrecalentamiento y el aumento de las cargas de refrigeración en dichas estaciones.

» Más información: ¿Qué es la energía solar pasiva?

Empresas de Energía Solar en España:

A mayores de los tipos de energía solar que existen y algunas de sus aplicaciones que hemos descrito en el artículo, es también importante destacar la labor de los profesionales instaladores de energía solar en España.

Siendo un sector relativamente joven, el aumento de empresas dedicadas a la instalación de energía solar no ha parado de crecer los últimos años, amparadas en parte por el panorama tan favorable que supone el autoconsumo fotovoltaico en España.

A tal respecto, nuestra empresa, como proveedor de soluciones de energía solar desde hace más de 15 años, podemos ponerte en contacto con empresas instaladoras de placas solares en España con gran trayectoria y reputación si estás pensando en instalar energía solar en tu hogar o empresa.