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Tormentas Solares y la Energia Solar: Generalidades y Efectos en Chile. Por Nelson Castro Quintana

18/07/2018 05:50 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

La energia solar en Chile no ha sido explotada como corresponde por el deposito Natural de esta, en el Desierto de Atacama

La influencia de las emisiones de energía solar que alcanza a la Tierra es bien poco estudiado en relación a otros temas científicos y poco difundido, más aun en Chile.

Desde 1978 se tienen datos fiables por los científicos obtenidos del satélite Nimbus-7, por encima de la capa atmosférica que protege la Tierra, que se cuantifican en 1.368 watios por metro cuadrado (W/m2).

Corresponde a la “constante solar” y podría alcanzar hasta 1.400 W/m2, con una variación de 0, 1 % a lo largo del ciclo solar. Es un valor promedio de la energía emitida por las manchas, llamaradas y otras actividades magnéticas del Sol en su ciclo de 11 años. Por sí esta constante no nos da información sobre variaciones en radiación electromagnética (ondas energéticas), viento solar o intensidad de campo magnético.

El ciclo de 11 años tiene un máximo de actividad solar como el ocurrido durante el año 2001 (alta cantidad de manchas visibles) y un minimo solar (Sol inmaculado sin manchas) que dura alrededor de 16 meses, pero la actual lleva 26 meses (desde el año 2008), consolidándose como el más largo en los últimos 100 años, periodo que habría llegado a su fin el 11 de agosto del 2010 en que se observaron la aparición de 5 manchas.

Tan importante es el ciclo de 11 años, que entre los años 1645 a 1715 se observó una baja en la actividad de las manchas solares, que algunos científicos denominaron Mínimo de Maunder que habría dado origen a la denominada Pequeña Edad de Hielo con un periódo de enfriamiento de la Tierra, en que se pudo apreciar el avance de los Glaciares de Los Alpes y los Canales de Holanda se congelaban con mucha frecuencia.

Para comprenderlo mejor, es necesario entender que el Sol emite rutinariamente protuberancias y llamaradas solares desde su superficie, con intensidades variables que en la Tierra debido a su campo magnético y atmósfera son difíciles de apreciar. Estas variaciones de intensidad que aumentan o disminuyen se dan en ciclos de 11 años (10, 6) por medio del seguimiento de manchas solares.

Durante los periodos punta de emisiones (llamados máximos solares) pueden ocurrir fenómenos llamados Eyecciones de Masa Coronal (CMEs) que son intensas tormentas de viento solar, que pueden arrojar hasta 100.000 millones de toneladas de gas electrificado a la Tierra, a velocidades de 2.000 kms por segundo, el último ocurrido con la erupción solar del 01 de agosto del 2010, de la sección del Sol orientada a la Tierra. Periodos menores o intermedios de emisiones, son interceptados por el escudo constituido por la magnetosfera de la Tierra, alejándose de esta. Sin embargo algunos de estos CMEs crecientes pueden dar origen a hermosas auroras boreales en las altas latitudes terrestres.

Pero algunos CMEs ocurren durante máximos solares, que en el caso de satélites artificiales pueden dañar su microelectrónica en sistemas de control, quemar circuitos o dañar paneles fotovoltaicos cuando los iones de partículas solares chocan a alta velocidad, que puede alcanzar desde cientos de km/seg hasta 2000 km/seg. o más.

El tiempo de llegada a la Tierra de un CMEs cuya velocidad promedio fuese de 1000 kms/seg, considerando la distancia media al Sol de 150 millones de kms (una unidad astronómica), sin apreciar el ángulo de llegada, velocidad promedio, aceleración y otros factores, sería de aproximadamente 42 horas menos de dos días, que es muy poco tiempo de reacción para prepararse en la Tierra.

Esto también afecta a tripulaciones en el espacio exterior, cuando son sorprendidos por radiación de alta frecuencia y partículas de alta movilidad, que terminan extrayendo los electrones de sus células por “sucesos protónicos solares” como el de 1989, produciendo disfunciones orgánicas por el efecto ionizador en ellas y por el daño permanente a su ADN, al haberse acumulado dosis letales de radiación en los astronautas incluso estando en sus naves, que ocurre en tan sólo 10 horas de exposición.

En las tormentas magnéticas más potentes, desde la Ionosfera caen intensas corrientes hacia la superficie terrestre, como la del 01 de septiembre de 1859 que interrumpió el telégrafo de USA, ocasionando además una hermosa aurora boreal y la que causó el apagón del 13 de marzo de 1989 (ciclo 22), por el colapso de una planta completa de sus centrales eléctricas en Montreal, Canadá, que interrumpió el flujo eléctrico por 9 horas a 6 millones de personas. Ello también puede producir daños en las líneas de tuberías causando corrosión e interrumpiendo las ondas de radio por pocos minutos hasta horas (influencia Solar parte II, David Lamb; http://astroseti.org/articulo/25/).

De acuerdo a los ciclos de 11 años, estaríamos en el ciclo 24 en enero del 2010, y se presume que sería un 50 % más fuerte que el ciclo anterior, que destacó por la mayor erupción solar jamás registrada (noviembre 2003) que agotó la capa de ozono hasta el 40% en el Artico. Los peaks de mayor intensidad comenzarían a fines del 2011 (octubre) hasta el año 2012 (agosto) según el NOAA y NASA. Sin embargo, esto no acontecería debido a informes recientes de pocas señales del número de manchas solares entregado por científicos en clima espacial, que nos estaría llevando a un periodo de actividad solar tranquila similar al mínimo de Maunder (www.cienciakanija.com/El sol podría estar entrando en un periodo extendido de calma; Septiembre, 2009), que presentaría su mínimo para el año 2016 que registraría fuerzas magnéticas de sólo 1500 gauss, fuerza débil para formar manchas solares.

Esto sería reforzado inesperadamente, por los flujos solares particularmente fuertes del año 2008, que confirmaría que el Sol está en un estado inusualmente débil (Sara Gibson et Al; Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Colorado, USA). Aunque dicho periodo frío estaría en contradicción con la alta cantidad de dióxido de carbono presente en la atmosfera, que hoy es el doble de hace 200 años.

Tenemos que esperar hasta el año 2011, para confirmar dichas hipótesis, entre ellas y ojalá se concrete un periodo de baja actividad solar, que permitiría rechazar la teoría expuesta en televisión abierta del ingeniero chileno Pedro Gaete, sobre posibles cataclismos en Chile en el 2011, por una actividad solar alta. Aunque también recientemente, se está planteando un desfase entre la actividad solar y la fuerza radiactiva solar.

El espectro electromagnético cubre desde los rayos gamma y X, UV, visible, IR, microondas y ondas de radio. El 99% de la energía solar que llega a la Tierra es de onda entre 0.15 -4 um (Micrómetro). Sólo 9% pertenece al rango ultravioleta (ondas menores a 0, 4 um); 49% en el rango luz visible (0, 4-0, 75 um); 42% en el rango onda larga (+ de 0.75-4 um). Es decir desde los rangos utravioleta hasta el infrarojo, desde 0, 15- 4 micrometros.

Entre la energía radiante que llega del Sol, se encuentra la radiación ultravioleta (UV, 9%), que es muy variable dependiendo de los máximos o minimos solares, clasificada por el largo de la longitud de onda en nanómetros (nm) y micrómetros (um). Se distinguen tres tipos, siendo las ondas menores las más nocivas, porque poseen mayor energía de radiación y son:

UV-A: 320 a 400 nm. Es la que llega en mayor cantidad a la Tierra y es la menos nociva.

UV-B: 280 a 320 nm. Puede ser muy nociva y la capa de Ozono absorbe la mayor parte, constituyendo un riesgo por el deterioro de la capa. Es la radiación observada por mediciones en Chile. Pueden alterar el ADN.

UV-C: 200 a 280 nm. Es la más nociva, pero afortunadamente el oxigeno y el Ozono de la estratosfera los absorben y no llegan a la superficie de la Tierra.

El albedo o coeficiente de reflexión de la luz visible e infrarroja (91%) es muy importante, por el nivel de reflejo de la radiación solar en la superficie terrestre en día despejado, así como su nivel de absorción:

nieve fresca (refleja 80-95%; absorbe 14-54%); nieve vieja (refleja 42-70%); superficie del mar (refleja 7-14%, absorbe 90-94%), pasto (refleja 24%, absorbe 85-90%); bosque de coníferas (refleja 16%); bosque de eucaliptus (refleja 19%, absorbe 90-96%) (www.fagro.edu.uy/teoradiacion); agua, con el Sol cerca del horizonte (refleja 50-80%, absorbe 0-20%); arena (refleja 20-30%, absorbe 75-85%); Hormigón o ciudades (refleja 14-18 %); nubes, con un centenar de metros de stratus bajos puede reflejar más del 70%; el otro 30% que los traspasa está conformado por ondas cortas UV (9% del espectro). Los cuerpos “negros” tienen una gran capacidad de absorción que alcanza el 97%, esto es muy importante porque su descubrimiento significaría aprovechar el 100% de su capacidad de absorción. Desde el punto de vista de la salud humana considerando esta característica, lo debido es usar vestimentas de color claro o blanco que permita, reflejar la radiación y no absorberla, como sería el caso de la ropa de color negro.

El desarrollo de la energía Fotovoltaica es un factor sub explotado que podría crecer extraordinariamente como energía limpia

En resumen, al tope de la atmosfera llega un 100% de radiación solar, pero sólo un 25% directo a la superficie terrestre; otro 26% es dispersado por la atmosfera como radiación difusa hacia la superficie, lo que suma un 51% de radiación que da a la Tierra.

Otro 19% es absorbido por nubes y gases atmosféricos. El restante 30% se refleja hacia el espacio: en la atmosfera (6%); en las nubes (reflejan 20%) y suelo (refleja 4%).

La radiación solar tiene la ventaja que puede producir calor por la energía térmica y además energía eléctrica, proceso último que se privilegiara en este estudio, como una fuente libre de contaminación ambiental, renovable que en el Caso de Chile podría diversificar su reducida matriz energética, por fuentes naturales de alta radiación solar, que se localizan entre la primera y cuarta regiones donde se concentran las mayores irradiaciones solares geográficas en Chile, que pueden desarrollarse en energía térmica y energía eléctrica por medio de:

granjas heliovoltaicas; el desarrollo de colectores solares (sin concentración y de concentración para calentar aguas a altas temperaturas para uso industrial); mediante la localización de paneles fotovoltaicos y plantas de concentración voltaica; CCPs (espejos cilindricos parabolicos) que capte la radiación solar para satisfacer las necesidades de agua caliente, calefacción y energía electrica locales de consumo particular, urbano e industrial (sistema interconectado norte grande, SING) y distribuirse hacia otras regiones vecinas (al sistema interconectado, SIC) y exportarse al norte argentino, Perú o Bolivia.

Se estima que un metro cuadrado de paneles solares o módulos fotovoltaicos de buena calidad (silicio mono-cristalino de rendimiento energético entre 15-19 %), conectados con una batería, un regulador y un inversor, puede producir una media de 180 kwh al año, del orden de 15 kwh al mes. Con poco más de 5 metros cuadrados se podría abastecer aproximadamente 80 kwh de energía eléctrica mensuales de consumo domiciliario, que correspondería a las necesidades de una casa y familia pequeña. Es fácil ver las proyecciones a nivel regional, nacional y supranacional.

Con 20 kms cuadrados de módulos solares, según la anterior relación, se podrían producir 3.600 millones de KW/H al año adicionales a la capacidad instalada nacional y abastecer con 200-300 KW/H mensuales a 1, 5 o 1 millon de hogares respectivamente, cifra probablemente sobreestimada para el consumo domiciliario del Norte Grande y Chico de Chile, que al censo del 2002, tenían poco mas de 522 mil viviendas, que podría derivarse a consumos industriales y urbanos.

En España la potencia instalada fotovoltaica en la actualidad es de 3.523 MW (3.5 gigavatios) y hoy se están desarrollando en Australia, U.S.A., China plantas de concentración fotovoltaica de grandes dimensiones por encima de 1 MW, que podrían construirse en Chile en las regiones geográficas del norte señaladas, que se caracterizan por su alta radiación solar directa, pero que además tiene extensas áreas geográficas no pobladas y sin construcción, ideales para su localización y estudios de preinversión.

En Zacatecas, México, en un proyecto entre el Gobierno central mexicano y la empresa británica British Petroleum se utilizará esta tecnología de células fotovoltaicas para cubrir la necesidades de energía eléctrica de 300 comunidades y más de 400 mil personas .

Alemania tiene el liderazgo de la capacidad instalada de la energía fotovoltaica de Europa con 9, 8 gigavatios seguido de España con 3, 5 según Joint Research Centre (JRC)-European Comission para el año 2009. En el mundo ya hay 22 gigavatios instalados y Europa destaca con el 70% del total mundial.

Con cada gigavatio se abastece de electricidad a 250 mil hogares durante un año (333 watts de consumo mensual); esto significa que Alemania cubriría con esta nueva tecnología a 2, 45 millones de hogares, que traspasando los datos a Chile (por un factor de 3 personas por hogar), se habría abastecido al 43 % de la población total con energía eléctrica de procedencia fotovoltaica, dato importantísimo considerando las actuales necesidades de energía renovable y limpia para el país.

Europa sólo tiene un potencial de 3-4 kw/dia por metro cuadrado de generación de energía fotovoltaica, en cambio Chile con el Desierto de Atacama, dicho potencial es del doble de Europa con 8 kw/día (siendo la radiación solar que llega al desierto, la mayor del mundo con 275 W/m2, superior a Sahara, Great Sandy y Medio Oriente Arábigo. De acuerdo a este factor, con 20 kms cuadrados se generarían 5, 5 GW de energía eléctrica en el desierto norteño).

Se espera que en Chile gracias a la ley de energías renovables no convencionales del 2008, empiece a funcionar una planta fotovoltaica industrial en noviembre del 2011 llamada Calama solar 3 financiada por Solarpack y Codelco, generando 2, 69 GWh/año de electricidad, la mas productiva del mundo. Su capacidad de potencia instalada será de 1 MW (para consumo de equivalente de 5.000 hogares) que abastecerá de energía eléctrica a Chuquicamata.

Otra planta fotovoltaica a futuro será el Complejo solar fotovoltaico de Pica de 90 MW de potencia, llamados Altos de Pica, Pica y Pintados (comunas de Pica y Pozo Almonte) donde se instalaran 149.040 paneles y 244.723 metros cuadrados (367 W/m2) de superficie de generación que se conectara al Sistema Interconectado del Norte Grande (SING).Tendrá mas de 2.700 seguidores de 2 ejes y 30 inversores. También una granja fotovoltaica en San Pedro de Atacama, anunciado en mayo del 2009.

En agosto, en La Tirana, se inauguró un sistema de bombeo de agua desde las napas subterráneas para regadío de cultivos con sistema fotovoltaico en una parcela, que le permite ahorrar el costo de electricidad a su dueño garantizado para 20 años de funcionamiento útil.

La energía solar esperada entre ellas la fotovoltaica en Chile, de acuerdo a las proyecciones del gobierno de un 15 % de producción de fuentes de energía renovables (ERNC) para el año 2010 (que llegaría a 20% en el 2020) seria como maximo 2, 39 GW (capacidad instalada sector eléctrico en Chile considerando generación termoeléctrica, hidráulica y eólica es de 15, 94 GW a abril del 2010; Wikipedia, Sector Eléctrico en Chile).

Esto es casi 25% de dicha producción actual en Alemania, condición que sería muy eficiente, pero obviamente está lejos de cumplirse, pero sirve como valor comparativo que subestima las bondades naturales que tiene el país para la producción de energía fotovoltaica o por otros sistemas mayores de transformación de la energía solar, condición que podría entenderse por su alto costo de producción actual en relación a la energía hidroeléctrica (aproximadamente US $121 versus US $ 30 por MW/h respectivamente; Central Energia, Complejo Solar Fotovoltaico de Pica, Joaquin Barañao, nov. 2010), la segunda de mayor generación de todos los sistemas. Aunque dicha brecha ha disminuido en los últimos años.

La capacidad instalada fotovoltaica real de Chile, hoy en día considerando incluso las obras no terminadas para el 2011 (no incluye domiciliaria), es de poco mas de 91 MW (0, 091 GW), que no alcanza al 1% de la producción actual de Alemania, líder mundial de esta.

La generación actual de energias renovables no convencionales (ERNC) en Chile que incluye además la energía eólica, es sólo 0, 48 GW, es decir el 3% de la energía total producida.

Es decir para el 2020 falta un 17% que puede obtenerse de la energía solar en base a energía fotovoltaica y relacionada.

Esta nueva tecnología y especialmente la fotovoltaica de gran desarrollo en Europa se presenta como la solución necesaria, para ampliar nuestra pequeña matriz energética, considerando las probabilidades crecientes de energía que exige una sociedad orientada a la búsqueda de un mayor desarrollo económico y social, que nos libere proporcionalmente en el tiempo de la dependencia de acceder a energías de origen externo y lograr la autonomía necesaria tan vital en este campo, que pueda proyectarnos a un futuro de progreso sostenido, armónico e integral.

Atentamente:

Por Nelson Castro Quintana.

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