Energía mareomotriz

Con un promedio de 4 Km. De profundidad, mares y océanos cubren las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta. Constituyen un enorme depósito de energía siempre en movimiento. En la superficie los vientos provocan las olas que pueden alcanzar hasta 12 metros de altura, 20 metros debajo de la superficie, las diferencias de temperatura (que pueden variar de -2º C a 25º C) engendran corrientes; por último, tanto en la superficie como en el fondo, la conjugación de las atracciones solar y lunar.

Las mareas, es decir, el movimiento de las aguas del mar, producen una energía que se transforma en electricidad en las centrales mareomotrices. Se aprovecha la energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso de las mareas (flujo y reflujo). Ésta es una de las nuevas formas de producir energía eléctrica.

La energía de las mareas o mareomotriz se aprovecha embalsando agua del mar en ensenadas naturales y haciéndola pasar a través de turbinas hidráulicas.

La leve diferencia de temperaturas llega entre la superficie y las profundidades del mar (gradiente término), constituye una fuente de energía llamada mareomotérmica.

La energía de las olas es producida por los vientos y resulta muy irregular. Ello ha llevado a la construcción de múltiples tipos de máquinas para hacer posible su aprovechamiento.

El movimiento de las ondas en el mar se puede comparar con el de un campo de trigo bajo la acción del viento. Las espigas se inclinan en el sentido del viento, se enderezan y se vuelven a inclinar; de modo análogo, por la acción de la onda, una vena fluida y vertical, se contrae y se engruesa en el movimiento momento que se forma el valle, en tanto que se adelgaza y alarga en correspondencia con la fase de cresta o elevación. Parece, pues, que oscila a un lado y otro en un punto fijo, amortiguándose rápidamente este movimiento oscilatorio que se profundiza en el mar.

La energía que desarrollan las ondas es enorme y proporcional a las masas de aguas que oscilan y a la amplitud de oscilación. Esta energía se descompone en dos partes, las cuales, prácticamente, son iguales: una energía potencial, la cual provoca la deformación de la superficie del mar, y una energía cinética o de movimiento, debida al desplazamiento de las partículas; en suma, de la masa de agua.

                           


Las olas se forman en cualquier punto del mar por la acción del viento. En un día de calma, por la mañana, la superficie del mar está absolutamente tranquila. Pero cuando comienza soplar una brisa suave se forman en la superficie tranquila de las aguas pequeñas elevaciones, olas minúsculas: el mar se "riza". A medida que aumenta la velocidad del viento, las olas crecen en altura y en masa mas rápidamente que la longitud, en profundidad, de la ola. Finalmente, cuando el viento sopla con violencia, las olas alcanzan tamaño gigantesco y por el impulso de aquél corren sobre la superficie marina a gran velocidad y descargan toda su potencia sobre los obstáculos que encuentran en su camino. Los efectos de estos choques son enormes y la cantidad de energía disipada en ellos es considerable.

                          

Ventajas y desventajas de la energía eólica

La energía eólica, posee tanto ventajas como desventajas, conociendo estos aspectos podemos aprender sobre como mejorarla y como desarrollarla.

¿ Que es la energía eólica ?

La energía eólica pertenece al conjunto de las energías renovables o también denominadas energías alternativas. La energía eólica es el tipo de energía renovable más extendida a nivel internacional por potencia instalada (Mw) y por energía generada (Gwh).

La energía eólica procede de la energía del sol (energía solar), ya que son los cambios de presiones y de temperaturas en la atmósfera los que hacen que el aire se ponga en movimiento, provocando el viento, que los aerogeneradores aprovechan para producir energía eléctrica a través del movimiento de sus palas (energía cinética).

Para la generación de energía eléctrica  apartir de la energía del viento a nosotros nos interesa mucho mas el origen de los vientos en zonas mas especificas del planeta, estos vientos son los llamados vientos locales, entre estos están las brisas marinas que son debida a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra , también están los llamados vientos de montaña que se producen por el calentamiento de las montañas y esto afecta en la densidad del aire y hace que el viento suba por la ladera de la montaña o baje por esta dependiendo si es de noche o de día. 

                                          

                                   

El viento es el que al impactar sobre las palas del molino, que están diseñadas de tal forma que se aproveche esta fuerza al máximo, hace que se muevan. Las aspas funcionan de forma similar a como lo hacen las alas de un avión, con el llamado principio de sustentación. Cuando una corriente de aire llega, en la cara a barlovento (en la que impacta el viento) se crea una sobrepresión mientras que en la que está a sotavento está a menor presión. La diferencia de presión es la que hace que aparezca una fuerza de empuje. Esta fuerza de levantamiento es perpendicular a la dirección de la fuerza resultante (la dirección hacia la que se desvía el viento por la forma del aspa). 

Como resultado se transforma la energía del viento en un par mecánico que hace que un eje, como parte del rotor de la turbina, gire. Éste llega a una caja multiplicadora y de ahí al generador eléctrico que funciona de una forma similar a la de la dinamo de una bicicleta generando electricidad.

                                       


One of the oldest methods of benefiting from renewable energy sources is "Wind Power". Windmills have been used for centuries for grinding flour or pumping water to agricultural terrains. In the last century the same basic concept of windmills have been adapted to "Wind Turbines", for producing electrical energy. Now we use bigger, lighter and more efficient Wind Turbines instead of Windmills.

The terms "wind energy" or "wind power" describe the process by which the wind is used to generate mechanical power or electricity. Wind turbines convert the kinetic energy in the wind into mechanical power. This mechanical power can be used for specific tasks (such as grinding grain or pumping water) or a generator can convert this mechanical power into electricity to power homes, businesses, schools, and the like. 

Wind turbines, like aircraft propeller blades, turn in the moving air and power an electric generator that supplies an electric current. Simply stated, a wind turbine is the opposite of a fan. Instead of using electricity to make wind, like a fan, wind turbines use wind to make electricity. The wind turns the blades, which spin a shaft, which connects to a generator and makes electricity. 

 

Worldwide there are now many thousands of wind turbines operating, with a total nameplate capacity of 238,351 MW as of end 2011. The European Union alone passed some 100,000 MW nameplate capacity in September 2012., while China surpassed 50,000 MW in August 2012. World wind generation capacity more than quadrupled between 2000 and 2006, doubling about every three years. The United States pioneered wind farms and led the world in installed capacity in the 1980s and into the 1990s. In 1997 German installed capacity surpassed the U.S. and led until once again overtaken by the U.S. in 2008. China has been rapidly expanding its wind installations in the late 2000s and passed the U.S. in 2010 to become the world leader.

At the end of 2011, worldwide nameplate capacity of wind-powered generators was 238 gigawatts (GW), growing by 41 GW over the preceding year. 2010 data from the World Wind Energy Association, an industry organization states that wind power now has the capacity to generate 430 TWh annually, which is about 2.5% of worldwide electricity usage. Between 2005 and 2010 the average annual growth in new installations was 27.6 percent. Wind power market penetration is expected to reach 3.35 percent by 2013 and 8 percent by 2018. Several countries have already achieved relatively high levels of penetration, such as 28% of stationary (grid) electricity production in Denmark (2011), 19% in Portugal (2011), 16% in Spain (2011), 14% in Ireland (2010) and 8% in Germany (2011). As of 2011, 83 countries around the world were using wind power on a commercial basis.

Europe accounted for 48% of the world total wind power generation capacity in 2009. In 2010, Spain became Europe's leading producer of wind energy, achieving 42,976 GWh. Germany held the top spot in Europe in terms of installed capacity, with a total of 27,215 MW as of 31 December 2010

                 

Die Idee der guten alten Windmühle lebt in modernen Windenergieanlagen weiter. Heutige Anlagen sind absolute Hightech- Produkte. Dank innovativer Materialien, spezieller Stromgeneratoren und ausgefeilter Anlagenelektronik entstammt immer mehr unseres Stroms der Kraft des Windes.

Heute sind Windenergieanlagen Hightech- Produkte, die den Vergleich zum Flugzeugbau nicht scheuen müssen. Dabei blickt die Nutzung der Windenergie in Europa auf eine lange Tradition zurück. Bereits im 12. Jahrhundert wurden die ersten Windmühlen (Bockwindmühlen) mit drehbarem Mühlhaus errichtet. Die technologische Weiterentwicklung mit einer drehbaren Turmkappe fand in den Niederlanden mit der „Holländerwindmühle“ im 15. Jahrhundert statt. Mitte des 19. Jahrhunderts waren in Deutschland ca. 20.000 Windmühlen in Betrieb; im Jahr 2007 liefen zum Vergleich 19.000 moderne Windenergieanlagen. Für die Niederlande waren im 17./ 18. Jahrhundert die 9.000 Windmühlen „Motor“ des Wirtschaftsaufschwungs. Man hat sie zur Bodenentwässerung, in Sägefabriken und in Hammerwerken eingesetzt. 

Die erste industrielle Massenfertigung von Windenergieanlagen (WEA) erfolgte in den USA: Von 1860 bis 1930 wurden ca. 6 Mio. WEA („Westernräder“) für Grundwasserpumpen verkauft. Weltweit begann der Niedergang der mechanischen Windenergienutzung mit der Dampfmaschine, der Konkurrenz des billigen Diesels und der Elektrifizierung des ländlichen Raums. Die moderne Windkraftnutzung begann 1891 in Dänemark. Geschützt durch die hohen Energiepreise während des 1. Weltkrieges waren später dann etwa 120 kleine Anlagen in Betrieb. In den 1920er Jahren wurden in Dänemark, der UdSSR und Deutschland die Forschungen fortgesetzt; in den USA ging 1941 die erste Großanlage in die netzgebundene Stromerzeugung.

Como se construyen los paneles solares

Siempre me he preguntado como se fabrican los paneles solares y de que compuestos están hechos, así que en esta entrada quiero dar a conocer, con la ayuda de algunos videos, las técnicas que se utilizan para ello, seguramente a lo largo del tiempo vuelva a hacer hincapié en este tema y continúe aportando mas datos sobre este tema, la fabricación de paneles solares.

No soy un experto en energías renovables, pero llevo años admirando este campo y me apasiona la idea de que el ser humano pueda aprovechar de mejor forma, los recursos que el planeta le entrega. Así que sin más preámbulos aquí va algo que espero os interese a tod@s.

Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores solares utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad.

        

El silicio es actualmente el material más comúnmente usado para la fabricación de células fotovoltaicas. Se obtiene por reducción de la sílice, compuesto más abundante en la corteza de la Tierra, en particular en la arena o el cuarzo.

El primer paso es la producción de silicio metalúrgico, puro al 98%, obtenido de pedazos de piedras de cuarzo provenientes de un filón mineral (la técnica de producción industrial no parte de la arena).

El silicio se purifica mediante procedimientos químicos (Lavado + Decapado) empleando con frecuencia destilaciones de compuestos clorados de Silicio, hasta que la concentración de impurezas es inferior al 0.2 partes por millón. Así se obtiene el Silicio grado semiconductor con un grado de pureza superior al requerido para la generación de Energía Solar Fotovoltaica. Este ha constituido la base del abastecimiento de materia prima para aplicaciones solares hasta la fecha, representando en la actualidad casi las tres cuartas partes del aprovisionamiento de las industrias.

Sin embargo, para usos específicamente solares, son suficientes (dependiendo del tipo de impureza y de la técnica de cristalización), concentraciones de impurezas del orden de una parte por millón. Al material de esta concentración se le suele denominar Silicio de grado solar.

Con el silicio fundido, se realiza un proceso de crecimiento cristalino que consiste en formar capas mono moleculares alrededor de un germen de cristalización o de un cristalito inicial. Nuevas moléculas se adhieren preferentemente en la cara donde su adhesión libera más energía. Las diferencias energéticas suelen ser pequeñas y pueden ser modificadas por la presencia de dichas impurezas o cambiando las condiciones de cristalización.

  

 En una lámina de material semiconductor puro se introducen elementos químicos llamados dopantes que hacen que esta tenga un exceso de electrones y aunque no exista en realidad desequilibrio eléctrico (existirá el mismo numero de electrones que de neutrones en el total de la plancha del semiconductor ) convencionalmente se entiende que esta plancha tiene una carga negativa y se la denomina N

 

Por otro lado en otra lámina de material semiconductor se hace el mismo proceso pero en esta ocasión con otra sustancia dopante que provoca que haya una falta de electrones. Por esta razón se entiende convencionalmente que la plancha tiene una carga positiva y se le denomina P

Es en este punto donde se procede a realizar la unión P-N en la cual el exceso de electrones de N pasa al otro cristal y ocupa los espacios libres en P. Con este proceso la zona inmediata a la unión queda cargada positivamente en N y negativamente en P creándose un campo eléctrico cuya barrera de potencial impide que continúe el proceso de trasvase de electrones de una plancha a la otra. 

Cuando el conjunto queda expuesto a la radiación solar, los fotones contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones de los materiales semiconductores que pueden entonces romper la barrera de potencial de la unión P-N y salir del semiconductor a través de un circuito exterior, produciéndose así corriente eléctrica.

El modulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N y por lo tanto con capacidad de producir electricidad, es denominado célula fotovoltaica. Estas células fotovoltaicas se combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el voltaje deseados. Este conjunto de células sobre el soporte adecuado y con los recubrimientos que le protejan convenientemente de agentes atmosféricos es lo que se denomina panel fotovoltaico.

                                                     

 Making solar panels is a delicate process, and it is for this reason that major solar advances did not come into play until the lattermost quarter of the last century, when advances in semiconductors and photovoltaic design allowed increasingly efficient and affordable solar cells to be developed. 

The creation of solar panels typically involves cutting crystalline silicon into tiny disks less than a centimeter thick. These thin, wafer-like disks are then carefully polished and treated to repair and gloss any damage from the slicing process. After polishing, dopants (materials added to alter an electrical charge in a semiconductor or photovoltaic solar cell) and metal conductors are spread across each disk. The conductors are aligned in a thin, grid-like matrix on the top of the solar panel, and are spread in a flat, thin sheet on the side facing the earth.  

There are two main types of panels, the first are crystalline solar panels. Here silicon- the main component in all solar panels- is sliced into thin wafers and polished to remove imperfections. A layer of phosphorous is then used to coat the wafer and are then heated. The phosphorous is diffused into the silicone and then the wafer is covered with a thin conductive grid. To complete the panel the wafers are then bonded with a thin layer of protective glass and sealed to its supports by using thermally conductive cement. The entire process involves the heavy use of precision automated tools and vacuums to ensure the wafers are to exact specifications and without flaws that would inhibit their ability to generate electricity. 

But unfortunately crystalline panels are known for the stiff inflexibility and fragility. This is where the second type of panel make their mark. Amorphous solar panels differ greatly in construction from crystalline panels. By being manufactured using vaporized silicon, which is diffused into extremely thin layers, these panels become flexible, and much less fragile than their crystalline counterparts. These layers specialize in absorbing different parts of the light spectrum giving these panels the power to absorb greater amounts of energy from the same amount of light. 

Because these layers are also thinner than those used in crystalline cells, they can cut the cost of production in half.  Some units also come with multiple circuits, meaning if part of the unit is in the shade it will not cease output completely, as crystalline are sometimes known to do.

While solar panels, especially with the advent of the amorphous panel, are a great way to reduce the dependency on fossil fuels, their production is very sensitive and complicated. In order to create the cells properly precision tools and equipment must be used, as well as vacuums and non-disintegrating materials. But the advent of amorphous bodes well for the sustainable future of these high-tech devices.

         

                      

Ein Solarmodul oder Photovoltaikmodul wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus Solarzellen, die in serie oder parallel geschaltet sind. Solarmodule sind als flexible und starre Ausführung verfügbar. Starre Solarmodule bestehen üblicherweise aus siliziumbasierten Solarzellen, die auf einen Aluminiumrahmen montiert und von einer Glasplatte abgedeckt sind. Die Solarzellen werden hier mechanisch durch das Modul vor Umwelteinflüssen geschützt, z. B. Hagel, TCO-Korrosion. Flexible Solarmodule basieren auf organischen Werkstoffen und werden vorzugsweise im mobilen Bereich eingesetzt.