Preguntarse cómo se obtiene la energía solar es cuanto menos curioso, ya que toda la energía que existe en la tierra es, de hecho, producto del sol. Incluso fuentes como la energía eólica, que se alimenta teóricamente de los vientos, lo es, ya que los movimientos de aire se producen por el aumento de las temperaturas que llegan del gran astro. En todo caso, más adelante se abordan los procesos particulares de aprovechamiento de la energía solar, entendida en términos de luz y calor emanados del sol y cómo el funcionamiento de los paneles solares pueden ser la tan ansiada transición a una energía limpia, segura y responsable con el medio ambiente.
Índice de contenido
TogglePrimero: La energía que puede extraerse del sol
Para entender cómo se obtiene la energía solar es necesario conocer que existen dos fuentes de energía primarias que llegan a la tierra directamente desde el sol: El calor y la luz. Dependiendo de la instalación y el objetivo que se tenga, existen procedimientos singulares que se aplican a cada caso.
Energía térmica
La energía térmica, es decir, el calor que llega a la tierra producto de las emanaciones naturales del sol, puede aprovecharse mediante la instalación de paneles refractantes y espejos que guían a los rayos solares a puntos concretos.
Concentrando los 900 W/m2 aprovechables que llegan a la tierra desde el gran astro se pueden producir puntos de calor que superan fácilmente los 1.000° C evaporando con facilidad el agua.
Gracias a esto se pueden crear fuentes de vapor sin combustible. El vapor puede conducirse por tuberías para activar motores que transforme el movimiento en energía eléctrica. El vapor también puede condensarse para producir agua potable y demás.
¿Por qué se dice que la energía termosolar es contaminante?
Se dice que la energía termosolar es contaminante porque se asocia erróneamente a las emanaciones térmicas industriales que sí generan gases de invernadero. Si bien se creía que este sistema contamina de igual forma, pronto se descubrió que aprovechar las fuentes renovables como el calor del sol era inofensivo para el ecosistema.
Otras técnicas de energía termosolar es la del motor de Stirling, que mediante la concentración y redirección del calor pueden expandir y contraer fluidos de trabajo, los cuales alimentan a un motor que produce energía eléctrica.
Para seguir produciendo energía de noche, las termosolares, que son las plantas de energía, almacenan recursos calóricos durante el día en forma de sales fundidas a altas temperaturas que mantienen funcionando el sistema por un tiempo cuando ya no hay luz solar.
Energía lumínica
Ahora, para entender la dinámica del aprovechamiento de la energía lumínica, se debe introducir primero la definición de paneles solares fotovoltaicos.
Estos paneles tienen la capacidad de convertir los fotones que conforman a la luz en electrones, que son conducidos a través de diversos materiales en forma de corriente continua hacia un inversor, el cual la transforma en corriente alterna, que es la que se utiliza a nivel doméstico.
Los paneles tienen materiales especiales como el arseniuro de galio (formando células fotovoltaicas) capaces de absorber los fotones y liberar electrones.
Funcionamiento de los paneles solares: Paso a paso
Explicados los procedimientos básicos, es mucho más sencillo desglosar el paso a paso para obtener energía eléctrica a partir de la luz natural del sol. En este caso, mediante la técnica más popular: La transformación fotovoltaica.
El principio de funcionamiento de la energía fotovoltaica es el siguiente:
Paso 1. Instalación de los paneles
Como es lógico asumir, el procedimiento comienza con la instalación de sistemas energéticos solares que constan de módulos o paneles fotovoltaicos, usualmente en el techo de las residencias o edificios. Algunas aplicaciones avanzadas, como la creación de parques solares, requieren la implantación de fotocélulas a gran escala, pero estas son menos habituales.
Paso 2. Inicia el funcionamiento de los paneles solares
La luz del sol incide directamente sobre la capa superficial de los paneles solares, la cual conduce a los fotones directo a las finas capas internas de silicio, arseniuro de galio u otros semiconductores. Estos fotones entrantes cargan a los átomos del semiconductor y provocan la liberación de los electrones del material. A mayor radiación de fotones, mayor cantidad de electrones liberados.
Paso 3. Se crea una corriente eléctrica
Los electrones (de carga negativa) se mueven de manera natural de un lado de la celda al lado opuesto, gracias a la presencia de un material semiconductor de carga positiva que los atrae. Esto explica cómo se genera la corriente fotovoltaica, la cual es captada por un material conductor. Este efecto sucede de manera simultánea en las decenas de células que conforman a un panel solar, dando como resultado una corriente directa importante.
Paso 4. Regulación
La corriente directa producida de esta manera puede ser muy alta, si la calidad del panel y la cantidad de luz solar lo permite, pero a su vez llega a no ser del todo estable. Para poder aprovecharse, debe pasar por un dispositivo llamado regulador de corriente directa. Este dispositivo, que forma parte de la instalación cableada de los paneles de energía solar, estabilizan la corriente de salida.
Paso 5. Recolección e inversión de corriente
Una vez regulada, la corriente puede ir destinada a dos puntos clave del circuito: Los bancos de baterías o los inversores. Las baterías permiten almacenar parte de la energía eléctrica producida, para su posterior utilización. Por su parte, el inversor tiene la tarea de convertir la corriente eléctrica directa en corriente continua con la que funcionan casi todos los electrodomésticos y equipos a nivel mundial.
Paso 6. Implementación de la energía solar obtenida
Dependiendo de para qué se ocupa la energía, esta se puede transmitir desde el inversor hasta los edificios que lo necesiten en función de la demanda energética o pueden reconducirse hacia las instalaciones de red eléctrica común. Muchas empresas compensan a los usuarios por esta energía sobrante no utilizada y lo contabilizan como facturación a su favor.
Usos destacados que se le da a la energía solar
Los procesos de obtención de energía eléctrica gracias al sol pueden aplicarse a un gran número de escenarios en mayor o menor medida.
¿Por qué la energía fotovoltaica es más apreciada que la térmica?
La energía fotovoltaica es más apreciada que la térmica porque tiene un mayor nivel de practicidad. Los paneles de luz son más compactos y fáciles de transportar e incorporar en vehículos, por ejemplo, mientras que los motores térmicos requieren de procesos más elaborados, aunque son igual de limpios.
Entre los usos más frecuentes que se le da a la energía solar se encuentran:
Fuente del funcionamiento de los satélites
Una de las razones por las que los satélites pueden mantenerse operando por muchos años en el espacio, sin la necesidad de descomunales niveles de combustible, es gracias a la presencia paneles que captan las radiaciones de luz y aprovechan los fotones para obtener la energía eléctrica que necesitan para alimentar sus componentes internos. Esto forma parte de lo último en tecnología fotovoltaica.
Autoconsumo
Hay muchos lugares de difícil acceso como campamentos, casas independientes en zonas rurales, puestos de vigilancia, torres de radio y demás, en donde llevar un tendido eléctrico convencional es inviable. En estos entornos, la instalación de paneles solares de autoconsumo es sumamente beneficiosa y práctica.
Soporte de instalación regular
El modo como trabajan las celdas solares permite realizar instalaciones en conjunto con redes convencionales. Así, los dueños de dichas instalaciones aprovechan horas de autonomía en caso de fallo de la red eléctrica, suplen sus necesidades de consumo directo de la red en caso de necesitar más de lo que puedan proveer los paneles fotovoltaicos o venden la energía sobrante a la compañía eléctrica local.
Calentamiento de agua
El calentamiento de agua es una de las actividades que más energía eléctrica consumen en muchas zonas urbanas del mundo. Gracias a la energía solar es posible conseguir el mismo efecto, sin el impacto medioambiental que suponen las dinámicas convencionales.
Soportes para iluminación de bajo consumo
Gracias a la energía solar es posible conseguir luz verde, es decir, iluminación de interiores que funciona gracias a electricidad fotovoltaica. Esto ayuda a disminuir el consumo eléctrico de muchos edificios. La mayor ventaja de estos equipos es que suelen funcionar sin necesidad de cableado complejo.
¿Cómo se obtiene la energía solar para el transporte?
Los coches eléctricos pueden recargarse gracias a la instalación de paneles solares, ya sea en el propio vehículo o en cocheras y puntos de recarga. Existen otros transportes como los aviones y barcos que aprovechan el ciclo de la marea solar para abastecer todos sus componentes electrónicos. Las aplicaciones más avanzadas sugieren la posibilidad de tener medios de transportes como trenes y pequeños navíos operando completamente con energía solar.
Beneficios de la energía solar
Hay muy buenas razones por las que la energía solar ha estado ganando mucho terreno durante los últimos años y se ha mantenido dentro del foco de la innovación tecnológica como alternativa viable para solucionar problemas humanos complejos.
¿Por qué se considera un elemento clave contra la contaminación global?
Se considera un elemento clave contra la contaminación global porque la energía solar es limpia, no genera gases nocivos de efecto invernadero como si lo hacen muchas termoeléctricas de carbón, ni deterioran el ambiente, modificando ecosistemas amplios como la hidroeléctrica, por ejemplo.
Entre los beneficios principales de obtener energía solar se reconoce que:
1. Fomenta el comercio local
Algo de lo que poco se habla es del impacto social de los paneles solares los cuales han hecho posible el abastecimiento de autoconsumo en zonas de difícil acceso, traído crecimiento económico gracias a la implementación de nuevas figuras como las empresas de energía verde y mejorado la calidad de vida en forma de ahorro en facturas de luz bajo ciertas condiciones.
2. Puede amortizarse por sí misma
Aunque se espera que con el paso de los años la condición actual de las instalaciones en lo que respecta a costos de montaje mejoren significativamente, hoy día se puede asegurar que la inversión inicial en energía fotovoltaica se amortiza por sí misma en varios años, lo que ayuda a los beneficiarios a reducir sus costos de vida a largo plazo.
3. El sol es global
La luz del sol es un recurso que llega a toda la superficie terrestre, por lo que todas las personas a nivel mundial son capaces de beneficiarse de ella para producir electricidad limpia. Si bien es cierto que diversas zonas geográficas reciben más o menos horas de luz dependiendo de factores climáticos complejos, no quita el hecho de su gran alcance.
4. La luz solar no se puede prohibir
Casi todos los mecanismos que se disponen actualmente para producir energía eléctrica están propensos a amplias tareas de mantenimiento y a regulaciones estatales que inciden en su coste e incluso prohibición en determinadas temporadas. La energía solar no puede prohibirse (aunque si regularse). En un sentido amplio, esto reduce significativamente el control que pueden ejercer fuentes externas sobre la producción de energía y los costos de esta.
5. Silenciosa
Uno de los más grandes beneficios de la energía solar es que esta es completamente silenciosa, por lo que puede instalarse en las viviendas y, con el control ecológico adecuado, integrarse en muchos ecosistemas sin suponer un riesgo de contaminación sónica.
5. Desarrollo sustentable: Energía solar renovable e inagotable
La energía solar es renovable y virtualmente inagotable, lo que la posiciona en un nivel muy por encima de otras producciones energéticas, como es el caso de los hidrocarburos en el transporte, por ejemplo. Además, dado que los paneles no afectan en absoluto la capacidad del sol para producir luz, sino que “recolectan” este recurso del ambiente, no hay impacto medioambiental directo, siendo una alternativa muy sólida.
¿Por qué se dice que la energía solar es inagotable?
Se dice que la energía solar es inagotable porque aún se espera su llegada a la tierra por cerca de 5 mil millones de años, más de lo que ha tardado la vida humana en evolucionar.
¿Cómo se obtiene la energía solar en una casa?: rentabilidad y limitaciones
Existen muchas dudas con respecto a cómo funciona una planta fotovoltaica para una casa, su alcance y sus limitaciones.
Para explicar un poco el contexto primero se debe entender que las instalaciones de paneles solares dependen de varios factores. Para comenzar a producir energía fotovoltaica es necesario escoger un lugar adecuado para la instalación. Es por esta razón que la capacidad de producción dependerá del espacio disponible como tejados y patios.
Una vez evaluada la zona de instalación se pueden configurar entre 4 y 20 paneles solares que producirán una energía promedio entre 1000 – 10.000 kWh al año.
Esta relación de panales instalados y de producción anual de energía dependerán de las necesidades de consumo, así como de la calidad del material.
La energía solar no puede producirse durante la noche o en momentos donde no hay incidencia del sol, como en medio de una tormenta. Para saltarse esta limitación se requieren de medios para reservas de energía solar como baterías, capaces de extender la autonomía de una vivienda el tiempo suficiente hasta que regrese la luz solar.
Siguiendo esta misma lógica, es claro que los paneles solares son incapaces proveer energía de manera eficiente en hogares que se expongan por tiempos prolongados a inviernos nublados.
Si bien esta sigue siendo una alternativa deseable en la mayoría de contextos, también hay que considerar la cantidad de inversión que se requiere para ponerlo en marcha en una vivienda.
Para no llevarse sorpresas imprevistas se debe prestar especial atención a las mencionadas variables ambientales, como el consumo, calidad y cantidad de material; horas de sol y espacio disponible. No siempre se cumple la regla de paneles solares = energía solar rentable.
Curiosidades de la energía solar
La energía solar está llena de datos fascinantes y curiosidades imperdibles. Algunos de los más impactantes son:
- La primera célula fotovoltaica fue inventada por un joven de 19 años, Edmond Becquerel, en 1939.
- El costo de la energía solar se ha reducido casi en un 88% durante la última década. (IRENA)
- China es el país con mayor potencia de energía solar instalada, haciendo alarde de más de 300 GW. Suficiente para abastecer casi 50 millones de hogares.
- Estudios revelan que la energía solar total que llega a la tierra en un día, es capaz de abastecer las necesidades de consumo de todo un año.
- Entre la energía solar y eólica se produce actualmente más del 10% de la energía eléctrica del planeta.
- Existieron muchos estudios que intentaron falsificar supuestas pruebas sobre la contaminación de la energía solar para frenar su avance, en cambio, esto solo provocó más crecimiento sostenido de esta tecnología gracias a la propaganda.
¿Por qué recibió A. Einstein el Premio Nobel de la Física en 1921?
A. Einstein el Premio Nobel de la Física en 1921 porque hizo grandes aportaciones a la física teórica, entre ellas, un detallado estudio donde exponía el fenómeno fotoeléctrico, imposible de explicarse previo al desarrollo de sus teorías cuánticas. Publicó estos trabajos incluso antes de que se creara la primera fotocélula.
El futuro de la energía solar
Los últimos informes sobre el desarrollo de la energía en el mundo apuntan a que para el año 2050 la energía solar será una de las fuentes más económicas de energía eléctrica en todo el mundo. Si bien se encuentra muy lejos de los 300.000 Km de instalaciones de paneles necesarios para surtir a todo el planeta, sigue siendo una proyección alentadora.
Este cambio, además de económicamente factible, es necesario para el planeta, el cual ha resentido enormemente los efectos colaterales de la explotación de las fuentes no renovables.
En todo caso, el panorama para esta tecnología, tanto termo como foto voltaica es muy positivo. Puede que a finales de siglo los seres humanos hayan reflexionado sobre su impacto en la tierra y lo que la alternativa renovable puede ofrecer.
Dado este repaso de cómo se obtiene la energía solar a través del funcionamiento de los paneles solares, es fácil darse cuenta de que esta fuente queda lejos de las costosas utopías que planteaban años antes los trabajos de ciencia ficción y que al día de hoy son un factible compromiso que se puede asumir para con la sostenibilidad del planeta, uno que además dejará a las futuras generaciones con un mundo mucho mejor fundado.