La radiación solar como fuente primaria de energía

La energía primaria que es la base para la realización del algún trabajo o proceso, hasta nuestros días, la dependencia básica de energía en México es a partir de hidrocarburos.

El aprovechamiento de estos recursos no renovables implica la combustión de los mismos, el cual propicia emisiones de gases de efecto invernadero dando origen al sobrecalentamiento de la tierra y sus efectos negativos como; sequías extremas, huracanes más destructivos, tornados, descongelamiento de los polos, etc.

Para mitigar los efectos mencionados es imprescindible dejara de depender al 100% de los hidrocarburos y emigrar a las energías renovables o energías menos contaminantes, como es el aprovechamiento de la energía solar, la energía eólica, la energía minihidráulica, la bioenergía, entre otros.

El planeta recibe energía promedio a 3 x1017 kWh al año del sol, equivalente a 4000 veces el consumo de energía del mundo entero de un año,

A nivel nacional existe un potencial muy amplio de energía solar. En el Valle del Mezquital tiene una insolación promedio anual es de 5.05 kWh/día/m2, donde el 59% es radiación es directa y 41% es difusa1. La eficiencia de los sistemas varían en función de la tecnología, el nivel de irradiación incidente en el colector, la temperatura ambiente y la temperatura de entrada del fluido. En placa plana se logra eficiencias de hasta 85% de la radiación total, mientras que los concentradores solares aprovechan del 35 al 57% de la radiación directa.

El estudio realizado de la radiación solar con el apoyo del software llamado Meteonorm  con los datos de geográficos el Nith, Ixmiquilpan, Hidalgo esta dentro del Valle del Mezquital (longitud de 99º11’ y una latitud de 20º,29’, una altitud de 1,740 msnm). Se logró determinar el comportamiento de irradiancia diaria durante los doce meses de un año típico en 4 posiciones del plano (horizontal e inclinado [latitud-1/2 de la latitud, latitud y latitud + ½ de la latitud]). Se puedo observar el comportamiento de la radiación diaria promedio mensual, el periodo de invierno la radiación es más abundante y el periodo de verano es más bajo porque existe mayor nubosidad, la cual es común en el Valle del Mezquital. Cada parte del país tiene sus propias particularidades en función de la ubicación geográfica.

La insolación diaria oscila de 4,500 a 6,500 Wh/m2 día, dichos valores son similares a los oficialmente se utiliza en los reportes del CIE de la UNAM y reportes de la NASA, en este caso se analiza con mayor detalle. Si  consideramos solo la radiación directa los valores oscilan de 1,800 a 4,700 Wh/m2dia con un perfil similar.

El recurso solar de radiación total promedio disponible por metro cuadrado es de 1,915 kWh/m2año (5.24 kWh/m2día) útiles para sistemas de calentamiento de agua en placa plana y sistemas fotovoltaicos. Si usamos un metro cuadrado de calentador solar de placa plana en lugar de calentar agua con gas LP, se puede lograr temperaturas de 60 a 80ºC y ahorrar hasta 162 kg de gas LP por año con un ahorro económico de 2,037 $/año (12.58 $/Kg de gas LP al mes de octubre de 2013), reduciendo emisiones por media ton de CO2 por año por la quema de gas LP (62.4 ton de CO2/TJ, fuente IPCC)

La radiación directa por metro cuadrado disponible es de 1,228 kWh/m2año (3.09 kWh/m2día) dicha energía es aplicable a sistemas de concentración solar, la ventaja es que se puede alcanzar temperaturas mas elevadas y que puede generar vapor para aplicación industrial. La desventaja es que se aprovecha menos la recurso de energía solar (solo radiación directa) y solo se puede aplicar en zonas donde no predomine días nublados. Aplicar esta tecnología con giro en un eje, se puede dejar de consumir 56 kg de gas LP por año equivalente a 705 $/año por cada metro cuadrado dejando de emitir 173 kg de CO2 por año.

Estos sistemas pueden ser de mayor impacto conforme se incremente el área de captación de energía solar, contribuyendo al medio ambiente, reduciendo costos y mejorando la calidad de vida de nuestra sociedad. Sin embargo aun no tiene gran penetración de estas tecnologías por varios factores como; el costo inicial elevado de estos equipos, el desconocimiento de la tecnología y la falta de impulso con programas de gobierno, sin embargo será la alternativa más importante conforme se vayan agotando las reservas de hidrocarburos.

Mtro. Rufino Demillón Pascual

Profesor de la carrera energías renovables de la UTVM.

lrivera@utvm.edu.mx