Dispositivo de utilización de energía solar
Dispositivo de aprovechamiento de energía solar
La energía generada por la luz y el calor emitido por el sol es una fuente de vida indispensable para todos los seres que viven en la tierra. La gente necesita comer cuando tiene hambre y se puede decir que todos los alimentos son una bolsa de almacenamiento de energía solar. En otras palabras, las plantas utilizan primero la energía radiante emitida por el sol para la fotosíntesis y convertir el agua y el dióxido de carbono en carbohidratos. Los animales dependen del consumo de plantas para sobrevivir. Las personas comen estas bolsas de almacenamiento de energía que se convierten de energía solar en energía química, lo que refleja el hecho de que las personas se convierten en energía mecánica. Este es el principio de que sólo cuando comes algo puedes ganar fuerza.
La hierba y los árboles son una especie de bolsa de almacenamiento de energía solar; también se puede decir que el carbón y el petróleo son bolsas de almacenamiento de energía solar que se conservaron bajo tierra hace cientos de millones de años y son extraídas y utilizadas por la gente moderna. . La energía del viento, la lluvia, las olas, las mareas y otros fenómenos terrestres proviene del sol. Sólo una parte muy pequeña de la luz y el calor del sol llega a la Tierra tras un viaje de 150 millones de kilómetros. Pero el calor y la luz que aporta son suficientes para las actividades de todos los seres vivos de la Tierra.
La energía que irradia el sol a la tierra en un año equivale a 26.000 veces la energía que utiliza el ser humano en un año. Es decir, la energía que la tierra recibe de la luz solar durante 20 minutos es suficiente para. humanos para usar durante un año. Pero de la energía irradiada por el sol a la tierra, el 35% se refleja, el 18% es absorbido por la atmósfera y el 47% restante atraviesa la atmósfera y llega a la superficie terrestre. Sólo la energía solar que brilla en las carreteras estadounidenses equivale al doble del consumo mundial de combustibles fósiles, lo que demuestra lo abundante que es la energía solar.
Desafortunadamente, la energía es demasiado seca y dispersa, y la cantidad de radiación por unidad de superficie del suelo no es grande (la media es de 0,5 a 0,7 kilovatios/m2, es muy difícil). y costoso de recolectar y utilizar. También hay diferencias en las condiciones de día, de noche, de cielo nublado, de sol y de otras condiciones.
A pesar de ello, el ser humano ha intentado por todos los medios utilizar esta energía inagotable y libre de contaminación desde la antigüedad. Nuestro país reconoció las propiedades de enfoque de los espejos cóncavos ya en el siglo V a. C. y los llamó espejos cóncavos Yangtun, que significa herramienta que utiliza la luz solar para hacer fuego. El antiguo filósofo griego Sócrates sugirió que las casas deberían ser más altas en el sur y más bajas en el norte para absorber la luz solar del invierno. Según la leyenda, en el año 214 a. C., el famoso científico griego Arquímedes utilizó muchos espejos de metal en la orilla para reflejar la luz del sol y quemó la flota romana en el mar de Siracusa.
En 1861, el profesor Mochet en Francia utilizó un espejo para enfocar la luz del sol sobre una caldera para impulsar una máquina de vapor. En 1869 publicó un libro sobre energía solar y nueve años más tarde expuso un refrigerador solar en la Exposición de París. En 1871, el ingeniero británico Wilson diseñó el primer alambique solar en Las Salinas, Chile, para destilar agua salada no potable local en agua dulce.
A principios del siglo XX, el campo energético estuvo temporalmente dominado por el carbón y el petróleo. Pero en la época adecuada, la crisis del petróleo y la contaminación ambiental obligaron a la gente a interesarse nuevamente por la energía solar, y ahora la energía solar se ha utilizado ampliamente. Las casas que utilizan dispositivos de energía solar se denominan "casas solares". Se instalan varios colectores de calor en el techo o las paredes para proporcionar calefacción y agua caliente en invierno y para promover la circulación del aire interior o proporcionar refrigeración en verano. Hay muchos tipos de dispositivos de recolección de calor solar, incluidos los parabólicos, de torre, cilíndricos y curvos. Además de proporcionar refrigeración y calefacción a los edificios, la generación de energía solar también está atrayendo cada vez más atención. La planta de energía solar de concentración de torre más grande del mundo se construye en Albacachi, Nuevo México, EE. UU., con una capacidad de generación de energía de 5.000 kilovatios.
De entre los planes para aprovechar la energía solar, los que más llaman la atención son las células solares. En 1954, la American Bell Telephone Company desarrolló los primeros dispositivos prácticos. Descubrieron que colocar una oblea de silicio más delgada sumergida debajo de una oblea de silicio delgada forma una célula solar, que puede convertir directamente la luz solar en energía eléctrica. La luz que brilla sobre la capa superior hace que los electrones migren a la capa inferior, creando una diferencia de voltaje entre las dos capas. Si se desea generar una corriente mayor, se deben conectar una serie de células solares en serie para aumentar el voltaje generado. Las células solares tienen muchas ventajas: no tienen piezas móviles, tienen una larga vida útil, requieren un mantenimiento extremadamente bajo y no requieren combustible.
Pero la desventaja es la baja eficiencia. La eficiencia máxima teórica es sólo 250, pero en la práctica es inferior a 16O. Aunque el silicio es barato, el silicio monocristalino necesario para fabricar células solares es caro. Sin embargo, en algunos casos, debido a que las células solares son fáciles de usar y rentables, incluso si son caras, casi todos los vehículos espaciales utilizan células solares. Para algunos equipos, como faros y satélites, que no son adecuados para transportar combustible o conectarse a la energía, las células solares son la mejor opción. Ya se sabe que la energía solar se convertirá en la corriente principal de energía en el futuro. Pero para llegar a este punto todavía quedan muchos problemas por resolver. No hace falta decir que el coste de los equipos de captación de energía solar térmica y de las células solares es elevado, pero hay otra pregunta en la que la gente suele pensar: ¿Qué hacer cuando no hay sol? Afectada por la noche y las lluvias, esta es la mayor limitación que se encuentra en el uso de la energía solar. Pero con el avance de la tecnología, esta restricción se está reduciendo gradualmente. En la actualidad, la mayoría de los calentadores de agua solares domésticos tienen tanques de almacenamiento de calor para almacenar agua caliente. Los dispositivos avanzados de almacenamiento de calor aún pueden usar el agua caliente almacenada el día anterior incluso si llueve durante uno o dos días consecutivos. También existen métodos de almacenamiento de calor sólido y métodos de almacenamiento de calor químico.
En el programa espacial estadounidense, las futuras plantas de energía solar se colocarán en órbitas de satélites a unos 10 kilómetros sobre la Tierra y luego utilizarán microondas o rayos láser para transmitir energía eléctrica de regreso a la Tierra. Ya no se verán afectados por el día o la noche ni por la influencia de las nubes y la lluvia.
Comparada con otras fuentes de energía como el carbón y el petróleo, la energía solar es infinita. Es una fuente de energía limpia que no causa contaminación ambiental y que tendrá un impacto inconmensurable en el futuro de la humanidad.