Visión general de la energía solar y la vida en la Tierra
La energíasolar es cualquier energía que procede del sol.
La energíasolar se produce por la fusión nuclear que tiene lugar en el sol. La fusión nuclear se produce cuando los protones de los átomos de hidrógeno (H) chocan rápidamente y se combinan para crear un átomo de helio (He).
En el proceso de fusión se libera energía porque la masa del átomo de helio resultante es menor que la de los átomos de hidrógeno iniciales.
El núcleo del sol fusiona unos 620 millones de toneladas métricas de hidrógeno cada segundo y proporciona al sol, una estrella, una cantidad infinita de energía y calor. La temperatura es de unos 4 millones de grados Kelvin, o 7 millones de grados Fahrenheit.
Laluz y la energía del sol viajan principalmente a través de los rayos X, los rayos gamma, la radiación ultravioleta (UV) y los infrarrojos. Los rayos X, los rayos gamma y la luz ultravioleta son luz de alta frecuencia absorbida principalmente por la atmósfera terrestre. Casi todo el calor que recibimos en la Tierra es en forma de luz infrarroja.
Entre la luz UV y la infrarroja se encuentra el espectro visible, que incluye todos los colores que podemos ver a simple vista.
La luzemitida por el sol es esencial para la supervivencia, ya que crea un " efecto invernadero". Cuando pensamos en el efecto invernadero, pensamos en el calentamiento global, pero el efecto invernadero es esencialmente sólo calor causado por la luz infrarroja, ultravioleta y visible irradiada por el sol. El calor de estas ondas hace que la Tierra se caliente lo suficiente para mantener la vida.
Alrededor del 30% de la energía solar en la Tierra se refleja en el espacio, y el resto es absorbido por la superficie terrestre y la atmósfera. La energía o radiación solar calienta la superficie terrestre y, al ascender por la atmósfera, queda atrapada por los gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (\(CO_2\)) y el metano (\(CH_4\)).
Al atrapar la radiación, los gases de efecto invernadero pueden compararse a las paredes de cristal de un invernadero, por lo que sostienen la vida atrapando el calor.
Figura 1: Ilustración del efecto invernadero. Wikimedia, EPA.
Importancia del sol para la vida en la Tierra
Ahora que sabemos qué es la energía solar y cómo se relaciona con el sol y la vida en la Tierra, podemos repasar cómo sustenta el sol la vida en la Tierra.
El sol puede proporcionar calor que calienta el planeta a través del efecto invernadero. La energía solar también puede ser utilizada por organismos vivos como las Plantas para sintetizar nutrientes en forma de glucosa. Los productores primarios o autótrofos pueden fabricar su alimento mediante fotosíntesis y proporcionar energía a otros organismos mediante su consumo.
Por ejemplo, las Plantas fabrican su propio alimento, obteniendo la energía luminosa del sol, y a su vez, organismos como los humanos las consumen para obtener energía. Los organismos que necesitan comer otros organismos para obtener nutrientes se llaman Heterótrofos, o consumidores.
La energía creada por las plantas fotosintetizadoras de hace millones de años es la responsable de la formación de los combustibles fósiles. Los combustibles fósiles proporcionan actualmente alrededor del 80% de la energía de nuestro planeta, lo que los convierte en una fuente crucial de energía y gas para nosotros. Los combustibles fósiles se formaron hace millones de años a partir de restos de plantas y animales. Estos restos sufrieron enormes presiones e intensas temperaturas para crear los combustibles fósiles. Los combustibles fósiles incluyen cosas como el gas natural, el petróleo, el propano y el queroseno y, por desgracia, no son renovables, ya que tardan millones de años en formarse.
El sol también nos proporciona energía solar, que es un recurso renovable.
Un recurso renovable es un recurso que se autoabastece al cabo de cierto tiempo.
La energía solar puede captarse mediante paneles o células y convertirse en energía utilizable en forma de electricidad y calor.
El sol también sustenta la vida impulsando nuestras estaciones, el clima, el tiempo y las corrientes oceánicas.
La Tierra, que gira con un eje inclinado alrededor del Sol, nos proporciona las estaciones.
La energía solar calienta las masas de aire provocando cambios climáticos y meteorológicos.
Las corrientes oceánicas son el resultado de patrones de viento globales alimentados por la energía solar.
Figura 2: El sol impulsa procesos como la fotosíntesis. Daniela Lin, Study Smarter Originals.
Tipos de energía que la vida recibe del sol
Tras comprender el papel del sol en el mantenimiento de la vida en la Tierra, debemos repasar en detalle los tipos de energía que emite el sol.
El sol proporciona dos tipos principales de energía, en forma de luz y calor. En general, llamamos radiación solar a la radiación electromagnética producida por el sol. La radiación solar puede convertirse en energía valiosa, como calor y electricidad, que pueden alimentar nuestro planeta. La energía del sol procede de la fusión nuclear o cuando los átomos de hidrógeno se convierten en helio. Este proceso libera energía en forma de ondas electromagnéticas.
Las ondaselectromagnéticas hacen que las partículas cargadas, como los electrones, se desplacen por el tiempo y el espacio a unos 300.000 kilómetros por segundo, es decir, a la velocidad de la luz. Las ondas electromagnéticas pueden describirse mediante ondas y frecuencias.
Cuanto mayor es la longitud de onda, menor es la frecuencia; cuanto menor es la longitud de onda, mayor es la frecuencia.
El espectro electromagnético es la gama de longitudes de onda y frecuencias a las que puede extenderse la radiación electromagnética.
Recuerda que el sol emite energía principalmente a través de los rayos X, la radiación UV y la luz infrarroja. Los rayos gamma no se emiten tal y como los produce el sol, sino que los convierte en fotones bajos antes de emitirlos al espacio.
Laradiación ultravioleta es un tipo de radiación electromagnética que constituye aproximadamente el 10% de la energía total emitida por el sol. Su longitud de onda es más corta que la de la luz visible, pero más larga que la de los rayos X. A niveles controlados, es beneficiosa para el ser humano, ya que permite la síntesis de vitamina D, pero en exceso puede provocar afecciones cutáneas como quemaduras solares y cáncer.
Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética con longitudes de onda cortas, lo que significa que tienen una gran energía que les permite atravesar la mayoría de las cosas; por eso los médicos pueden utilizarlos para realizar radiografías del cuerpo.
La luzinfrarroja es un tipo de radiación electromagnética de longitud de onda más larga que la luz visible, pero más corta que las ondas de radio. La luz infrarroja es esencial porque proporciona calor a nuestra tierra y nuestras aguas. Más de la mitad de los rayos emitidos por el sol son luz infrarroja.
Figura 3: Ilustración del espectro electromagnético. Wikimedia, NASA.
Ventajas de la energía solar
Ahora que comprendemos por qué la energía solar es vital y los tipos de energía solar, podemos repasar las ventajas de utilizar energía solar.
- La energía solar es un recurso renovable que puede reponerse o restaurarse en un periodo de uso. La energía solar seguirá siendo una forma de energía accesible, a diferencia de los combustibles fósiles, mientras el sol permanezca en nuestro cielo.
Está previsto que nuestro sol muera porque es una estrella, pero afortunadamente no hasta dentro de miles de millones de años.
- La energía solar es diversa, ya que puede generar electricidad y calor. La electricidad se genera mediante energía solar fotovoltaica o materiales semiconductores como el silicio. En comparación, los paneles solares térmicos recogen la energía del sol y la convierten en calor.
En general, la energía generada por el sol es más rentable y barata que los combustibles fósiles.
- La energía solar puede proporcionar energía a lugares sin redes energéticas, alimentar satélites de energía en el espacio e incluso limpiar el agua.
- La energía solar es también una forma de energía más limpia que los combustibles fósiles.
Cuando se queman, los combustibles fósiles liberan óxidos de nitrógeno a la atmósfera, lo que provoca niebla tóxica y lluvia ácida. Los combustibles fósiles también liberan grandes cantidades de dióxido de carbono a nuestro aire, lo que provoca el calentamiento global.
La energía solar también es más limpia que la nuclear.
La energía nuclear en dosis elevadas puede causar enfermedades y la muerte a los seres humanos y libera residuos radiactivos. La energía nuclear tiene un elevado coste de puesta en marcha, no es renovable, puede afectar a nuestro medio ambiente y tiene riesgos de accidentes.
Un ejemplo famoso de accidente nuclear es el de Chernóbil, en Ucrania, en 1986.
Impactos negativos de la energía solar
Apuesto a que ahora estás pensando que si la energía solar es tan buena, ¿por qué seguimos utilizando la energía nuclear y los combustibles fósiles? Pues bien, la cantidad de energía solar ha aumentado en los últimos años.
Por ejemplo, en 2020, ¡la tasa de crecimiento de las energías renovables creció en torno al 45%!
A pesar de ello, el aprovechamiento de la energía solar sigue presentando escollos, que trataremos en esta sección.
Hay dos formas de aprovechar la energía solar: mediantecélulas solares fotovoltaicas o mediante centrales solares térmicas. La ubicación y la cantidad de terreno necesario pueden variar en función de la que utilicemos.
La estimación para los paneles fotovoltaicos es de 3,5 a 10 acres por meg avatio y de 4 a 16,5 acres por megavatio para los térmicos. Las instalaciones solares tampoco pueden compartir el terreno con usos agrícolas como otras formas de energía. Algunas soluciones a esto incluyen construir plantas fotovoltaicas de tamaño comercial y utilizar terrenos contaminados u otras zonas donde la pérdida de hábitat sea menos preocupante.
Elagua es necesaria para la refrigeración cuando fabricamos paneles de energía solar. La cantidad de agua utilizada depende del diseño, la ubicación y el tipo de sistema utilizado. Podemos utilizar tecnología de refrigeración en seco para reducir al mínimo la cantidad de agua utilizada, pero ello conlleva índices de eficiencia más bajos, significativamente por encima de temperaturas de 100 grados Fahrenheit. Esto es un problema porque muchas regiones de EEUU que más necesitan formas alternativas de energía están en los climas más secos.
Los productos químicos utilizados para producir plantas de energía solar también pueden ser peligrosos.
Por ejemplo, el ácido clorhídrico y sulfúrico se utiliza en la industria de los semiconductores, y las plantas fotovoltaicas se componen de arseniuro de galio. Si no se recicla adecuadamente, podría dañar el medio ambiente.
Aunque la energía solar no está asociada a las emisiones de calentamiento global, la fabricación de paneles fotovoltaicos y térmicos sí lo está. La mayoría de los problemas no están relacionados con el uso de la energía solar, sino con el material que utilizamos para convertir la energía en electricidad y calor. La instalación, fabricación, mantenimiento, etc., causan una media de 0,07 y 0,18 libras de dióxido de carbono por kilovatio-hora.
En general, a medida que mejore nuestra implantación tecnológica, deberíamos ver un mayor uso de las energías renovables, como la energía solar. El sol es una estrella esencial en nuestras vidas y nos proporciona muchas formas de energía, por lo que es estudiado de cerca por muchos científicos e investigadores.
La energía solar y la vida en la Tierra - Puntos clave
- La energía solar es cualquier energía que procede del sol, una estrella esencial.
- La energía solar se produce por la fusión nuclear que tiene lugar en el sol. La fusión nuclear se produce cuando las colisiones ocurren rápidamente y provocan la liberación de energía.
- El sol proporciona dos tipos principales de energía la luz y el calor. La radiación solar puede convertirse en energía útil, como calor y electricidad, que pueden alimentar nuestro planeta.
- La luz emitida por el sol es esencial para la supervivencia, ya que crea el "efecto invernadero". El efecto invernadero es el calor causado por la radiación electromagnética procedente del sol, que hace que la Tierra se caliente lo suficiente para mantener la vida.
- En general, a medida que mejore nuestra implantación tecnológica, deberíamos ver un mayor uso de las energías renovables, como la energía solar.
Referencias
- Kimberly Dumke, El poder del sol, National Geographic, 2022.
- Andrew Turgeon Elizabeth Morse, Energía solar, National Geographic, 2022.
- British Geological Survey, El efecto invernadero, 2022.
- Climate Science Investigations (CSI), Radiación electromagnética, 2013.
- Union of Concerned Scientists, Impactos medioambientales de la energía solar, 2013.
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