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Marco Teórico

La tecnología moderna consume grandes cantidades de energía eléctrica. Esta es normalmente generada en una planta de energía que convierte otras clases de energía en energía eléctrica. Cada sistema tiene ventajas e inconvenientes, pero muchos de ellos plantean preocupaciones medioambientales.

La eficiencia de algunos de estos sistemas puede mejorarse mediante métodos de cogeneración (combinando calor y energía). 

La energía solar se extrae de la luz del Sol. Esto se puede hacer directamente, con paneles solares fotovoltaicos, o mediante la utilización de conjuntos de espejos que concentren la luz solar en un punto común que se calienta en extremo. Este calor puede calentar agua hasta convertirla en vapor que, pasando por una turbina con un generador, puede producir electricidad.

La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera. Aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océanos y las masas terrestres.

Los paneles solares son dispositivos que aprovechan la energía que nos llega a la tierra en forma de radiación solar, creados para satisfacer instalaciones aisladas a la red.

Los paneles solares pueden ser:

a)      Paneles solares termodinámicos

b)      Paneles solares térmicos

c)      Paneles solares fotovoltaicos

La energía solar fotovoltaica es una de las tantas formas de energía aprovechable del sol, que genera energía eléctrica directamente de los rayos luminosos, gracias el efecto fotovoltaico que altera el campo eléctrico existente entre dos capas de semiconductores, produciendo corriente continua. Esta generación de energía ocurre dentro de los paneles solares fotovoltaicos, cuyos tamaños, formas y potencias son diversos en el mercado.

Los paneles solares fotovoltaicos pueden estar hechos de diferentes materiales pero el silicio es el más utilizado. Se usa este material (arena) porque es muy abundante, lo cual ayuda a que el precio de los paneles no sea más elevado. Así, el silicio, usado para construir las células fotovoltaicas de los paneles solares, puede ser de tres formas:

- Monocristalino

- Policristalino

- Amorfo

Los dos primeros tipos de células fotovoltaicas se generan creando una barra de silicio, monocristalino o policristalino, que después es cortada en finas láminas para formarlas. Mientras tanto, el silicio amorfo se aplica directamente a determinadas superficies que pueden, incluso, ser flexibles.

En ocasiones la solución a un problema, resulta peor que el mismo problema y eso parece estar sucediendo con estos que supuestamente son una alternativa energética limpia, sin embargo los procesos de fabricación y los materiales mismos de los paneles solares -silicio-, son altamente tóxicos para el medio ambiente.

Un grupo en pro del medio ambiente, Silicon Valley Toxic Coalition, está solicitando a los fabricantes de estos paneles, que tomen medidas preventivas en la fabricación, ya que de no hacerlo después de 20 o 25 años de vida útil, los paneles se convierten en basura contaminante que contiene componentes peligrosos para la salud de las personas.

Si bien es cierto que al  finalizar su vida útil, la mayor parte de los paneles fotovoltaicos de Silicio pueden ser tratados y recuperado hasta un 95% de ciertos materiales semiconductores y el vidrio, gracias a las innovaciones tecnológicas que se han desarrollado en los últimos años. Esto resulta muy costoso. Por lo tanto, en su gran mayoría, estos tipos de paneles resultan altamente contaminantes al medioambiente una vez en desuso.

No obstante, los sistemas fotovoltaicos, presentan ciertas ventajas frente a los sistemas tradicionales (Kerosene, velas, pilas) como ser:

• No necesitan combustible, utilizan la luz del Sol como fuente de energía.

• Tiene mejor calidad de luz.

• No contaminan directamente el ambiente y no afectan la salud de las personas durante su uso porque no producen humo (como las centrales térmicas).

• Permiten realizar actividades productivas durante la noche (Coser, hacer tareas, etc.).

• Los costos de operación y mantenimiento son mínimos.

 

Un equipo de investigadores neozelandeses ha desarrollado una nueva tecnología aplicada a la generación de energía solar permite obtener el mismo rendimiento con solo el 10% del costo. ¿El secreto? Clorofila sintética.

En el Centro Universitario de Investigación sobre Nanomateriales de Nueva Zelanda están eufóricos. En 2006, el Dr. Wayne Campbell y otros investigadores han desarrollado una tinta orgánica capaz de transformar la luz en energía.

Estas tintas sintéticas son compuestos orgánicos muy simples, emparentados con la clorofila. La clorofila natural es utilizada por los vegetales verdes para transformar la luz en energía por medio de la fotosíntesis. Los investigadores también trabajaron sobre una tinta de color rojo, basada en la hemoglobina, que está presente en la sangre.

Campbell dice que un rectángulo de 10×10 centímetros de color verde alcanza a generar la energía necesaria para mover un pequeño ventilador aún con pobres condiciones de iluminación, lo que lo hace ideal para zonas con climas predominantemente nubosos. Y lo mejor de todo es que esta tintura puede ser incorporada a los vidrios de las ventanas, para que se transformen en verdaderos paneles solares.

“La energía solar verde es más amigable con el ambiente que la basada en el silicio, ya que estas están utilizan dióxido de titanio. Este material es completamente reciclable y no toxico”, agrega Campbell. El dióxido de titanio es utilizado por la industria de los cosméticos y para elaborar pinturas, lo que lo hace fácil de conseguir.

El silicio, a pesar de ser un material muy abundante, requiere de enormes cantidades de agua y energía para ser refinado, lo que lo hace caro. Los investigadores suponen que las nuevas celdas basadas en compuestos orgánicos tengan en el mercado un precio diez veces menor que sus equivalentes de silicio.

El equipo del profesor Campbell lleva diez años trabajando en esta clorofila artificial, y el siguiente paso en su investigación será el uso de nanotecnologías para perfeccionar el desarrollo de paneles solares.

La mayor ventaja de su clorofila sintética es que puede producir energía en condiciones de poca luz, al contrario que los paneles de silicio, que necesitan luz solar directa. Otra ventaja de estos paneles es que serán mucho más baratos; se estima que su coste será una décima parte de los paneles de silicio actuales. Y además su producción será mucho más ecológica, ya que la fabricación de los paneles de silicio es un proceso que consume mucha energía y genera mucha contaminación.

Para que profundicemos mejor esta temática es importante tener en claro los siguientes conceptos:

¿Qué es una célula solar?

La célula solar es un dispositivo semiconductor capaz de convertir los fotones procedentes del Sol (luz solar), en electricidad de una forma directa e inmediata. Esta conversión se conoce con el nombre de efecto fotovoltaico. Una forma más general de célula solar, afectada tanto por los fotones del Sol como los de otras fuentes artificiales, como una bombilla, se denomina célula fotovoltaica. Las células solares tienen muchas aplicaciones. Son particularmente interesantes, y han sido históricamente utilizadas, para producir electricidad en lugares donde no llega la red de distribución eléctrica,  haciendo posible el funcionamiento de todo tipo de dispositivos eléctricos como satélites de comunicaciones, radioteléfonos o bombas de succión de agua.

Explicación simple

  1. Los fotones de la luz solar chocan contra la célula solar y son absorbidos por un material semiconductor, por ejemplo el silicio.
  2. Los electrones (carga negativa) salen despedidos de sus átomos respectivos, recorriendo el semiconductor y produciendo electricidad. Complementariamente a este efecto, también se crean (como burbujas) los huecos (carga positiva), que fluyen en dirección opuesta a la de los electrones.
  3. Una agrupación numerosa de células solares, convierte la energía solar en corriente eléctrica continua lista para ser utilizada.

La región n y la región p

Existen varias formas de crear un campo eléctrico en el interior de un semiconductor, casi todas ellas se basan en el potencial de contacto y la afinidad que ciertos materiales tienen por los electrones. En las células solares, lo que se suele hacer es unir dos regiones del silicio que han sido tratadas químicamente de forma diferente. Una de las regiones, la denominada n ha sido dopada, impurificada con fósforo. El fósforo tiene 5 electrones de valencia, uno más que el silicio, de modo que esta región muestra una afinidad por los electrones menor que el silicio.

La otra región, denominada p, ha sido dopada con boro. El boro tiene sólo tres electrones de valencia, por lo que su afinidad para captar electrones es mayor que la del silicio puro.

Si unimos estas dos regiones por medio de materiales conductores, la unión p-n así formada presenta una diferencia de potencial que hace que los electrones liberados vayan hacia la zona n y los huecos hacia la zona p, produciéndose una corriente eléctrica.

Materiales absorbentes de luz

Todas las células solares requieren de un material absorbente de luz capaz de atrapar los fotones y desplazar electrones por medio del efecto fotovoltaico. Los materiales usados en las células solares suelen estar diseñados para absorber la luz solar que llega a la superficie de la Tierra; sin embargo, hay células solares optimizadas para absorber longitudes de onda que no llegan a atravesar la atmósfera. Estos materiales pueden usarse en múltiples configuraciones físicas para absorber diferentes longitudes de onda produciendo la separación de cargas (electrones y huecos).

  • La mayoría de las células solares entran dentro de la categoría de materiales gruesos (bulk, en inglés), suelen fabricarse a partir de barras (generalmente de silicio) cortadas en rodajas u obleas y tratadas químicamente de forma distinta por cada cara. Otros materiales se configuran como películas delgadas (thin-films) depositadas sobre un sustrato adecuado y, por último, el tercer grupo son los puntos cuánticos (quantum-dots).
  • La materia está compuesta por átomos, los cuales a su vez están formados por dos partes bien diferenciadas: el núcleo, dotado de carga eléctrica positiva y los electrones, que giran alrededor del núcleo en diferentes bandas de energía, con carga negativa que compensa a la del núcleo. Este conjunto, en condiciones normales, se mantiene estable y es eléctricamente neutro.

Para entender el comportamiento de una célula solar, es útil partir de un modelo eléctrico equivalente, basado en componentes eléctricos bien conocidos. Una célula ideal puede ser modelada como una fuente eléctrica conectada con un diodo en paralelo.

¿Qué es la Clorofila?

Las hojas contienen un compuesto químico especial llamado clorofila, que absorbe muy bien las ondas azules y rojas de la luz del sol pero muy poco las ondas verdes. Esta es la razón por la que las hojas son verdes – porque solo vemos la luz verde que casi no absorben.

La clorofila hizo que algunas de las cianobacterias de la Tierra primitiva se volvieran verdes. Y aún hoy, la clorofila es la responsable de que la mayoría de las hojas sean verdes.

La clorofila absorbe la energía de la luz y la convierte en energía eléctrica. Las hojas, entonces, utilizan esta energía eléctrica para producir alimento a partir del dióxido de carbono y del agua.

Las clorofilas son una familia de pigmentos de color verde que se encuentran en las cianobacterias y en todos aquellos organismos que contienen cloroplastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas que son llamados algas.

  • Historia: La clorofila fue descubierta en 1817 por los químicos franceses Pelletier y Caventou, que consiguieron aislarla de las hojas de las plantas. Pelletier introdujo los métodos, basados en la utilización de disolventes suaves, que permitieron por primera vez aislar no sólo la clorofila, sino sustancias de gran importancia farmacológica como la cafeína, la colchicina o la quinina.

  • Ecología: La clorofila puede detectarse fácilmente gracias a su comportamiento frente a la luz. Medir ópticamente la concentración de clorofila en una muestra de agua da poco trabajo y permite una estimación suficiente de la concentración de fitoplancton (algas microscópicas) e, indirectamente, de la actividad biológica; de esta manera la medición de clorofila es un instrumento importante de vigilancia de los procesos de eutrofización.

La presencia de clorofila es también medida por sistemas de teledetección, que informan sobre la distribución de la producción primaria, incluidas las oscilaciones estacionales y las fluctuaciones interanuales. En esta forma la medición de la clorofila ayuda a la investigación del cambio climático y ecológico a escala global (ver figura a la derecha).

  • La clorofila en la salud humana: La clorofila es un suplemento alimenticio que tiene una gran actividad desodorizante. De gran utilidad para combatir los problemas de mal aliento ocasionados por el tabaco, bebidas alcohólicas y alimentos; ayuda a eliminar los olores provocados por la transpiración.

  • Posee acción antioxidante.

  • Nutre y fortalece los sistemas circulatorios e intestinales.

  • La clorofilina disminuye de forma significativa el colesterol y triglicéridos séricos en estudios preliminares en animales (no comprobado en humanos).

  • La clorofila y la clorofilina poseen potencial anti carcinogénico y antimutagénico, pueden ayudar a proteger contra algunas toxinas y pueden mejorar los efectos secundarios de algunos fármacos.

  • Es efectiva en la reducción del dolor urinario y fecal en algunas circunstancias pueden ayudar a aliviar el estreñimiento.

 

¿Qué es el Alcohol?

En química se denomina alcohol a aquellos compuestos químicos orgánicos que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente a un átomo de carbono. Además, este carbono debe estar saturado, es decir, debe tener solo enlaces simples a sendos átomos, esto diferencia a los alcoholes de los fenoles.

Si contienen varios grupos hidroxilos se denominan polialcoholes. Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, en función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo.

La molécula de clorofila viajará más rápido en alcohol que en agua ya que consideramos la solvente agua y alcohol como la variable independiente y la molécula de clorofila como la variable dependiente.

Propiedades generales: Los alcoholes suelen ser líquidos incoloros de olor característico, solubles en el agua en proporción variable y menos densos que ella. Al aumentar la masa molecular, aumentan sus puntos de fusión y ebullición, pudiendo ser sólidos a temperatura ambiente (p.e. el pentaerititrol funde a 260 °C). A diferencia de los alcanos de los que derivan, el grupo funcional hidroxilo permite que la molécula sea soluble en agua debido a la similitud del grupo hidroxilo con la molécula de agua y le permite formar enlaces de hidrógeno. La solubilidad de la molécula depende del tamaño y forma de la cadena alquílica, ya que a medida que la cadena alquílica sea más larga y más voluminosa, la molécula tenderá a parecerse más a un hidrocarburo y menos a la molécula de agua, por lo que su solubilidad será mayor en disolventes apolares, y menor en disolventes polares. Algunos alcoholes (principalmente polihidroxílicos y con anillos aromáticos) tienen una densidad mayor que la del agua.

El hecho de que el grupo hidroxilo pueda formar enlaces de hidrógeno también afecta a los puntos de fusión y ebullición de los alcoholes. A pesar de que el enlace de hidrógeno que se forma sea muy débil en comparación con otros tipos de enlaces, se forman en gran número entre las moléculas, configurando una red colectiva que dificulta que las moléculas puedan escapar del estado en el que se encuentren (sólido o líquido), aumentando así sus puntos de fusión y ebullición en comparación con sus alcanos correspondientes. Además, ambos puntos suelen estar muy separados, por lo que se emplean frecuentemente como componentes de mezclas anticongelantes. Por ejemplo, el 1,2-etanodiol tiene un punto de fusión de -16 °C y un punto de ebullición de 197 °C.

 

¿Qué es un Circuito Electrónico?

Un circuito eléctrico es un conjunto de operadores o elementos que, unidos entre sí, permiten una circulación de electrones (corriente eléctrica). Hablamos de “circuito” porque la corriente eléctrica va desde un punto de partida, recorre un camino y vuelve a ese mismo.

TIPOS DE CIRCUITOS

Cuando todos los componentes de un circuito están conectados entre sí, y no hay ninguna discontinuidad, la corriente eléctrica puede circular, se dice entonces que el circuito está cerrado. Si existe alguna discontinuidad (como un cable roto, un componente desconectado o un interruptor apagado) la corriente no circulará, se dice que el circuito está abierto.

GENERADORES ELÉCTRICOS

De forma genérica se llama generador eléctrico a todo aparato o máquina capaz de producir corriente eléctrica a expensas de cualquier otro tipo de energía. Los que se utilizan con más frecuencia son los que transforman energía química en energía eléctrica, generadores electroquímicos (pilas y baterías) y los que transforman energía mecánica en eléctrica, generadores electro-mecánicos (dinamos y alternadores).