El uso de la tecnología de energía solar se está expandiendo rápidamente debido a la mayor necesidad de energía limpia, renovable o alternativa para salvar el Planeta Tierra. Se prevé que la energía solar se convierta en la mayor fuente de electricidad del mundo en 2050, y es un recurso inagotable que puede satisfacer las necesidades energéticas de todo el mundo.
Fig. 1: Garantizar un mundo más verde: una planta de tratamiento de aguas residuales alimentada por energía solar
¿Qué es la energía solar?
La energía solar es la conversión de luz radiante y calor en electricidad mediante tecnologías en constante evolución. Para producir energía a partir de recursos solares, la tecnología de energía solar activa se puede agrupar en dos categorías: (i) tecnología fotovoltaica (PV) (ii) energía solar térmica o energía solar de concentración (CSP).
La energía solar procedente de células fotovoltaicas se utiliza para la generación de energía comercial, señales de tráfico, calculadoras, satélites y muchas otras aplicaciones.
La CSP se utiliza principalmente en centrales eléctricas de gran tamaño. En este sistema, se despliegan espejos para reflejar y concentrar la luz solar en receptores que recolectan energía solar. Esta energía se convierte en calor y se aprovecha en energía térmica para producir electricidad que se utilizará en diversas aplicaciones domésticas y comerciales, como secar, calentar, enfriar, cocinar, etc.
El material semiconductor tipo N y tipo P de los paneles solares absorbe la luz solar, lo que permite que los electrones fluyan a través del material para producir electricidad. En este proceso, la mayor parte del espectro de luz visible y aproximadamente la mitad del espectro de luz ultravioleta e infrarroja se convierten en energía solar utilizable.
La cantidad de energía generada por un sistema de energía solar en un lugar determinado depende de la cantidad de energía solar que llega hasta él y también del tamaño del propio sistema.
Estado actual de la industria solar
Actualmente, la industria solar se está desarrollando de manera constante en todo el mundo. Se ha convertido en una herramienta para mejorar la situación económica de los países en desarrollo. Es significativo que la Alianza Solar Internacional (ISA), iniciada por la India, haya reunido a las naciones del mundo en busca de una solución compartida para hacer de la tecnología solar una propuesta económica y técnicamente viable. Presenta una oportunidad de ensueño para que los ingenieros sean parte de la revolución de la tecnología solar que ISA ha desatado en el mundo.
La producción de energía solar en la India aumentó de 2,63 GW en 2014 a 22 GW en 2018, ocho veces más. Actualmente representa el 16 por ciento de la capacidad instalada de generación eléctrica del país. La energía solar puede complementar de manera muy eficaz el suministro de electricidad de una red de transmisión de electricidad cuando la demanda de electricidad alcanza su punto máximo en verano.
Sin duda, India seguirá siendo el lugar más brillante en este sentido, ya que se espera que tenga la mayor base de capacidad instalada de energía solar en los próximos años. Es pertinente que la India se haya fijado el objetivo de producir 175 GW de capacidad de energía renovable para 2022, que incluyen 100 GW de energía solar. También es necesario fortalecer la tecnología de almacenamiento para equilibrar la trayectoria de uso masivo de esta energía.
El gobierno ha previsto proporcionar una financiación de 210.000 millones de rupias (3.100 millones de dólares) a la industria de fabricación de paneles solares para aumentar su capacidad fotovoltaica. Como se espera que la India se convierta en el mayor mercado de energía solar, las empresas extranjeras planean establecer plantas de energía solar a través de empresas conjuntas.
Tipos de dispositivos solares
Hay varios dispositivos que funcionan con energía solar disponibles en la actualidad, algunos de los cuales son los siguientes:
Paneles solares
Un panel solar consta de un conjunto conectado y empaquetado de células solares fotovoltaicas, normalmente de 6x10. La electricidad generada en este sistema se suministra para aplicaciones comerciales y residenciales. En la mayoría de los módulos se utilizan células de silicio cristalino basadas en obleas o células de película delgada y deben protegerse contra daños mecánicos y humedad.
Fig. 2: Aprovechando el Sol – Instalación de Paneles Solares en Progreso
Una caja de conexiones fotovoltaica fijada en la parte posterior del panel solar es su interfaz de salida. Externamente, se utilizan conectores MC4 para facilitar las conexiones resistentes a la intemperie con el resto del sistema. Al mismo tiempo, los módulos fotovoltaicos también pueden tener una interfaz de alimentación USB.
Para lograr un voltaje de salida deseado o en paralelo para proporcionar una capacidad de corriente deseada (amperios), las conexiones eléctricas del módulo se realizan en serie. En los cables conductores que extraen corriente de los módulos se utilizan plata, cobre u otros metales de transición conductores no magnéticos.
Coche eléctrico
Los vehículos impulsados por energía solar prometen reducir significativamente el consumo de combustibles fósiles. Los vehículos solares proporcionan ahorros sustanciales sobre los costos de gasolina/diésel. La electricidad solar no sólo es más barata, sino que también ofrece una opción de energía verde, que puede ayudarnos con la conservación del medio ambiente.
Fig. 3: Impulsando el futuro: un automóvil con energía solar
Inversores en la red
Los sistemas solares fotovoltaicos emplean sistemas conectados a la red para generar energía cuando la red eléctrica de la empresa de servicios públicos está disponible. Necesitan estar conectados a la red para funcionar. La ventaja es que pueden devolver a la red el exceso de energía generada en caso de exceso de producción, para que esta energía pueda utilizarse más adelante.
Inversores fuera de la red
También puede almacenar energía solar en baterías, lo que resulta útil cuando se corta la red eléctrica o si su sistema no está conectado a la red. Pero debe tener en cuenta que, aunque los sistemas fuera de la red proporcionan energía para emergencias cuando la red eléctrica no funciona, no pueden soportar todas las cargas debido a las limitaciones en el volumen de la batería. Además, existe un mayor costo en la compra de equipos especializados para sistemas fuera de la red y una mayor complejidad en la instalación de sus componentes.
Instalaciones solares en tejados
Para convertir la energía solar en electricidad, se colocan paneles solares en el techo. Es significativo que en la India se expongan al sol entre 250 y 300 días, por lo que existe un enorme potencial para la producción de energía solar en el país. Las plantas solares en tejados varían en capacidad desde un kilovatio hasta quinientos kilovatios.
bombas de agua solares
Las bombas solares, también llamadas sistemas de bombeo de agua solares fotovoltaicos, han sido reconocidas como la fuente más barata de suministro de agua. La bomba está completamente automatizada al amanecer y al atardecer y no requiere supervisión. Este es un producto ideal de energía verde de alta tecnología que integra economía, confiabilidad y beneficios ambientales.
Fig. 4: Bombeo de energía – Bomba de agua solar en un campo
El sistema de bomba solar utiliza la energía generada por las células solares para impulsar CC, imanes permanentes, escobillas y sensores de posición a través de dispositivos de seguimiento, cambio y control del punto de máxima potencia.
Luces de jardín y calle
Las farolas y jardines que funcionan con energía solar son muy económicas y útiles. Estas luces se encienden durante 5 a 6 horas por la noche después de haber estado cargadas todo el día.
Cocina Solar
Deje la cocina solar expuesta al sol por la mañana antes de ir a trabajar. Lo calentarás lo suficiente para cocinarlo cuando regreses.
Fig. 5: Una solución viable: la cocina solar funciona bien en una zona montañosa
Géiser solar
El géiser solar contiene un tubo de luz que calienta el agua. El agua en el géiser solar está más caliente que en el sistema de calentamiento de agua.
inversor solar
Hoy en día, el inversor solar también funciona con la red y se puede cargar con la energía de la red incluso cuando no hay energía solar disponible.
Linterna solar
Hay muchos tipos de linternas solares disponibles en el mercado, que proporcionan de 5 a 6 horas de respaldo de batería para cargar energía solar durante todo el día.
Creciente demanda de ingenieros solares
El potencial infinito de la energía solar ha impulsado la necesidad de ingenieros solares, que aporten su experiencia en el diseño, desarrollo, planificación e implementación de proyectos de tecnología solar para ciudades, empresas y propietarios de viviendas. Gestionan de todo, desde algunas instalaciones residenciales en tejados hasta plantas de energía solar a gran escala que proporcionan energía más limpia a los clientes conectados a la red.
Según un informe de la Asociación de Industrias de Energía Solar (SEIA), la energía solar es actualmente uno de los sectores de más rápido crecimiento en el mundo. Existe una demanda creciente de ingenieros solares equipados con diversas habilidades en el campo de la energía solar, como diseño e ingeniería de sistemas; instalación de sistemas solares; fabricación y caracterización de dispositivos; Control de calidad y pruebas de confiabilidad; asesoramiento al cliente, evaluación del sitio, evaluación financiera, gestión de proyectos y consultoría, así como ventas (técnicas).
Los ingenieros solares generalmente son empleados de empresas de energía renovable, empresas especializadas en ingeniería solar, firmas consultoras líderes, empresas de petróleo y gas que se preparan para la transición a energías renovables y organizaciones sin fines de lucro.
Profesionales de diversas disciplinas de ingeniería trabajan en diversas facetas de esta industria. Los ingenieros de materiales participan en el desarrollo, procesamiento y prueba de los materiales utilizados en la industria solar, como metales, plásticos, vidrio y semiconductores. Los ingenieros eléctricos participan en el diseño de circuitos eléctricos para paneles solares, inversores, sistemas de cableado y otros dispositivos de soporte. Los ingenieros mecánicos se ocupan de los dispositivos mecánicos empleados para capturar y transferir electricidad solar. Los ingenieros industriales ayudan a coordinar la implementación global de sistemas de energía solar en edificios y comunidades. Estos ingenieros trabajan con contratistas para garantizar que un sistema esté diseñado de la manera más eficiente posible para satisfacer las máximas necesidades de las personas.
Conclusión
Así, la energía solar puede garantizar la seguridad energética a través de la dependencia de un recurso autóctono, además de aumentar la sostenibilidad, reducir la contaminación y mitigar el calentamiento global. La gran magnitud de la energía solar disponible la convierte en una fuente de electricidad altamente viable. Estas ventajas conducen a un mayor desarrollo del sector de la tecnología solar y ofrecen perspectivas profesionales gratificantes para los ingenieros.