Energía solar y eólica: celdas fotovoltaicas, plantas termosolares y aerogeneradores
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En el mundo, cerca del 85 % de la energía viene de combustibles fósiles, alrededor del 5 % de la nuclear y apenas un 10 % de fuentes renovables, según el libro. Las dos renovables que más crecen son la solar y la eólica: ambas aprovechan recursos gratuitos e inagotables, el Sol y el viento.
En tu libro: este tema está en las páginas 103 a 110 de De lo humano y lo comunitario. Tercer grado (SEP).
La energía solar
Cuenta una leyenda que Arquímedes usó espejos ustorios (del latín ustor, «quemador») para concentrar los rayos del Sol e incendiar los barcos romanos que sitiaban Siracusa, durante la segunda guerra púnica. El relato aparece en autores como Luciano de Samósata, y aunque nunca se ha comprobado, muestra que desde la Antigüedad se conocía el poder del Sol.
Nota: en la página 104, el libro ubica a Luciano de Samósata en «125-181 a. n. e.». Vivió en el siglo II de nuestra era (hacia 125-180 d. C.), casi cuatro siglos después de Arquímedes (287-212 a. n. e.).
La energía del Sol se produce por fusión nuclear: en su núcleo, cuatro núcleos de hidrógeno se unen para formar uno de helio y liberan enorme energía, que llega a la Tierra como ondas electromagnéticas (luz y calor). Es renovable porque se repone mucho más rápido de lo que se consume. Se aprovecha de dos formas:
Energía fotovoltaica (la luz)
En una celda solar de silicio, los fotones de la luz chocan con los electrones y les dan energía para moverse. La celda tiene dos capas:
| Capa | Composición | Comportamiento |
|---|---|---|
| Tipo N | Silicio con un elemento del grupo 15 (V): fósforo, arsénico o antimonio | Tiende a donar electrones |
| Tipo P | Silicio con un elemento del grupo 13 (III): boro, aluminio o galio | Tiende a recibir electrones |
El flujo de electrones en una sola dirección produce corriente continua (o directa). Repasa los fotones y el espectro en ondas electromagnéticas.
Datos clave:
- Los paneles comerciales tienen una eficiencia de 21 % a 24 %; se desarrollan celdas de 26 % a 27 %.
- Su instalación es cara al inicio, pero la electricidad es barata durante su vida útil.
- El mantenimiento consiste en limpiar su superficie.
- Son modulares: el mismo tipo de panel sirve para una lámpara o para una fábrica.
- No emiten contaminantes mientras funcionan. En cambio, una central de gas natural emite cerca de 400 gramos de CO₂ por cada kilovatio-hora.
Energía termosolar (el calor)
El calor del Sol se usa para calentar agua (calentadores solares), cocinar (estufas y hornos solares) y generar electricidad en plantas termosolares:
- Los helióstatos (espejos) reflejan y concentran los rayos del Sol.
- Calientan sales fundidas o aceite térmico a entre 315 °C y 500 °C.
- En un intercambiador de calor, ese fluido convierte agua en vapor.
- El vapor a presión mueve una turbina.
- La turbina mueve un generador, que produce electricidad; un transformador la ajusta para la red.
La energía eólica
La energía eólica se obtiene del viento. Su uso más antiguo fue la navegación: los primeros barcos de vela surgieron en Egipto hacia 3200-2700 a. n. e. Hoy es, junto con la solar, una de las formas más baratas de generar electricidad.
Partes de un sistema eólico o solar con baterías
| Componente | Función |
|---|---|
| Aerogenerador o panel solar | Convierte la energía del viento (cinética) o de la luz en electricidad |
| Regulador de carga | Protege las baterías de la sobrecarga y controla la energía que les llega |
| Baterías | Almacenan la energía; las monoblock duran de 4 a 10 años y las estacionarias, unos 20 |
| Inversor (convertidor) | Convierte la corriente continua de las baterías en alterna, la que usan los enchufes |
Nota: en la página 109, el libro dice que en las instalaciones con paneles solares «se prescinde del regulador». Es al revés: un sistema solar con baterías sí necesita regulador de carga, porque los paneles no controlan cuánta energía entregan. Además, en México la tensión nominal de los enchufes es de 127 V (el libro dice 110 V).
Aerogeneradores y parques eólicos
- Los ejes horizontales son los más comunes por su mayor eficiencia.
- Se instalan a 80-120 m de altura, donde el viento es más regular.
- Los parques marinos se colocan en aguas de hasta 60 m de profundidad, donde el viento es más fuerte y constante; se desarrollan plataformas flotantes para instalarlos más lejos de la costa.
- La turbina representa el 70 % del valor de un aerogenerador y tiene más de 8 000 piezas.
- México fabrica algunos componentes: generadores (Ciudad de México y Jalisco), aspas (Ciudad Juárez), torres y rodamientos, pero aún necesita desarrollar tecnología propia.
Impactos de los parques eólicos
- Aves: se estima que solo el 0.01 % de sus muertes se debe a choques con turbinas.
- Ruido e impacto visual en el paisaje.
- Beneficios desiguales: las ganancias se concentran en las empresas, y los empleos para la comunidad suelen ser temporales y mal pagados. Por eso algunas comunidades se han opuesto a estos proyectos.
Comprueba lo aprendido
1. ¿Qué tipo de corriente produce una celda solar?
Corriente continua (o directa): los electrones fluyen en una sola dirección.
2. ¿Para qué sirve el inversor en un sistema solar o eólico?
Para convertir la corriente continua de las baterías en corriente alterna, la que usan los aparatos de casa.
3. Menciona dos desventajas de los parques eólicos.
Por ejemplo: el ruido, el impacto visual, los choques de aves y que los beneficios económicos casi no llegan a las comunidades.
Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:
Ejercicios de energía sustentable
Temas relacionados: energía mareomotriz, hidroeléctrica, bioenergía y geotermia en el curso de De lo humano y lo comunitario 3, y radiactividad, fisión y fusión en física.
Referencias
- Secretaría de Educación Pública (2025). Colección Nanahuatzin. De lo humano y lo comunitario. Tercer grado. SEP, pp. 103-110.
- Agencia Internacional de Energía (2023). Renewables 2023. IEA.
- Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual (10.ª ed.). Pearson.
