La radiación solar es una fuente de energía que se ha utilizado desde la antigüedad, aunque entonces solamente se valían de ella mediante lo que hoy se denomina «energía solar pasiva». Desde hace un tiempo atrás se le saca partido de un modo mucho más eficaz, mediante el empleo de nuevas tecnologías que se continúan perfeccionando. Se trata de una energía renovable y limpia, ya que su obtención no genera contaminación ni residuos difíciles de desechar. A continuación veremos cuál es la forma en la que actualmente se aprovecha la energía solar.
El aprovechamiento de la radiación solar para obtener energía
La energía solar pasiva, como se ha indicado anteriormente, se aprovecha desde tiempos remotos, ya que consiste en utilizar la radiación solar sin emplear ningún dispositivo o aparato intermedio. Se trata de diseñar y orientar las construcciones, y de elegir sus materiales, de modo de aprovechar al máximo la luz y el calor del sol. Actualmente la arquitectura bioclimática consigue reducir las necesidades de proporcionar calefacción y luz a los edificios.
Las otras dos maneras actuales de aprovechamiento de la radiación solar son activas. Una de ellas es la energía solar fotovoltaica. Esta energía deriva de sacar partido del efecto fotovoltaico, mediante paneles especiales, para generar corriente eléctrica. La otra forma de aprovechar los rayos solares es mediante la energía solar térmica. Para ello se emplean colectores solares. Esta energía se utiliza para obtener agua caliente sanitaria y para alimentar sistemas de calefacción.
La energía solar térmica
Las instalaciones solares térmicas se valen de colectores solares térmicos, dispositivos que usan paneles o espejos para absorber y concentrar el calor solar. Este calor se transfiere a un fluido, el cual es conducido por tuberías para su aprovechamiento en edificios e instalaciones, y también para la producción de electricidad termoeléctrica.
Hay varios tipos de colectores térmicos, y se emplean en función de la utilización que se les vaya a dar. Por ejemplo, si se pretende calentar una piscina hasta una temperatura de entre 25 ºC y 28 ºC en primavera, se necesitará un captador solar simple o plano. Y si se requiere calentar un fluido hasta temperaturas del entorno de los 200 ºC serán necesarios colectores solares con sistemas de concentración de la radiación.
La energía solar fotovoltaica
La energía fotovoltaica fue reconocida por primera vez por el físico francés Henri Becquerel en 1839. Recién en el año 1883, el filósofo estadounidense Charles Fritts construyó la primera célula solar. Tenía una eficiencia de un 1 %. En 1946 el ingeniero estadounidense Russell Ohl patentó la célula solar que se utiliza hasta hoy, y en 1954 los Laboratorios Bell, experimentando con los semiconductores, desarrollaron la primera célula fotovoltaica de silicio, cuya eficiencia era del 4,5 %. Actualmente, la mejor tasa de conversión de luz solar en energía fotovoltaica llega a una eficiencia del entorno del 22 %.
Los paneles fotovoltaicos están formados por células fotovoltaicas, normalmente de cristales de silicio o de germanio. A mayor tamaño de estos cristales, mayor eficiencia de los paneles. Sin embargo, también son más costosos y pesados. Estas células solares fotovoltaicas convierten la luz del sol directamente en electricidad, gracias a su capacidad de absorber fotones (partículas lumínicas) y liberar electrones, lo cual genera una corriente eléctrica continua. Este tipo de corriente eléctrica, que desarrolla un movimiento de cargas en una dirección y un solo sentido a través de un circuito, debe ser llevada a un circuito conversor para transformarla en corriente alterna, la cual ingresa en el panel eléctrico para su utilización.
Ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica se ha convertido en la tercera fuente de energía renovable más importante a nivel global, en términos de instalaciones, después de las energías hidroeléctrica y eólica. A principios de 2017 ya había 300 GW de potencia fotovoltaica instalada alrededor del mundo.
Entre las principales ventajas de la energía solar fotovoltaica destaca que no contamina, pues la energía se genera sin producir agentes que dañen el medio ambiente, por lo cual se evita la emisión de gases de efecto invernadero. Su desventaja más notoria es que la producción se ve afectada cuando existen condiciones meteorológicas adversas, es decir, en días nublados, lluviosos o con temperaturas muy altas. Además, cuando se deposita demasiada suciedad sobre los paneles también se reduce radicalmente la producción del sistema fotovoltaico. Por eso, para garantizar el suministro eléctrico constante es necesario complementar esta energía con energías procedentes de otras fuentes como, por ejemplo, combustibles fósiles, energía hidroeléctrica o energía nuclear.
Gracias a los avances tecnológicos y a la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma significativa. Además, se aumentó su eficiencia, por lo cual su coste de generación eléctrica es hoy competitivo frente al de las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas.
Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica
La producción industrial de los paneles fotovoltaicos a gran escala se extendió a partir de la década de 1980, y entre sus múltiples usos destacan:
- Telecomunicaciones y señalización. Es muy útil para abastecer de energía a las centrales locales de telefonía, antenas de televisión y de radio, repetidoras de microondas y otros tipos de enlaces electrónicos para las comunicaciones.
- Dispositivos electrónicos portátiles. Por ejemplo, se utilizan células solares para alimentar relojes y calculadoras.
- Dispositivos fijos situados en lugares donde el coste de la conexión eléctrica o las baterías desechables son excesivamente costosas. La energía solar se utiliza, por ejemplo, en lámparas de iluminación urbana y suburbana, bombas de agua, parquímetros, compactadores de residuos, señales de tráfico o sistemas remotos de vigilancia.
- Electrificación rural. En este sentido es especialmente importante, ya que alrededor de una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso aún a la red eléctrica.
- Abastecimiento de agua. Los sistemas de bombeo fotovoltaico pueden proporcionar energía para alimentar sistemas de riego, agua potable en comunidades aisladas o abrevaderos para el ganado.
- Transporte y navegación. La energía fotovoltaica se utiliza cada vez más para proporcionar energía auxiliar en barcos y automóviles. Es posible adaptarla para alimentar el aire acondicionado, para recargar baterías sin necesidad de conectarse a la red eléctrica y para la iluminación de faros, boyas, balizas, naves de recreo, acumuladores de energía de barcos y sistemas de proyección catódica.
Instalación de paneles fotovoltaicos en domicilios, comercios e instituciones
Los paneles solares fotovoltaicos se están instalando cada vez más en residencias unifamiliares y en comunidades de vecinos, gracias a los recientes cambios en la normativa que rige la energía solar. Hoy en día se encuentran instalaciones fotovoltaicas situadas en los tejados de los edificios, en el suelo o integradas en ciertos elementos estructurales como tragaluces, tejas, fachadas o claraboyas. La energía fotovoltaica integrada en edificios o BIPV, según sus siglas en inglés, se utiliza cada vez más como fuente de energía eléctrica principal o secundaria en los edificios domésticos e industriales de nueva construcción, e incluso en otras estructuras arquitectónicos como, por ejemplo, los puentes.
Es posible optar por instalar paneles fotovoltaicos para generar energía para autoconsumo aislado, aunque esta alternativa es rentable sólo en aquellos casos en los que no se dispone de red eléctrica cercana. Sucede que la necesidad de complementar la instalación con unas baterías para almacenar la energía generada, de modo de utilizarla en momentos de ausencia de luz solar, todavía encarece considerablemente el precio de la instalación.
Otra opción es apostar por el autoconsumo en red. Ello implica que toda aquella energía que se genera gracias a las placas fotovoltaicas propias y que no se utiliza se vierte a la red eléctrica. De ese modo se descontará de la factura cuando se utilice la energía procedente de la red eléctrica. Como desventaja aparecen los impuestos que se aplican a este sistema en España, aunque no se pagan si la potencia instalada es inferior a 10 kW.
¿Los paneles solares funcionan en los días nublados? ¿Y por la noche?
En los días nublados los paneles solares sí funcionan, aunque solo producen entre el 10 % y el 25 % de su potencia normal. Cabe añadir, además, que los paneles solares funcionan mejor con temperaturas ambientales de hasta 25 ºC, ya que si se supera ese nivel térmico el rendimiento disminuye.
Por la noche, los paneles solares no producen energía. Las células fotovoltaicas deben recibir luz solar para poder generar electricidad. Sin embargo, existen soluciones energéticas nocturnas indirectas. Es posible acceder a la energía producida durante el día después de la puesta del sol de dos maneras, a través de la medición neta y del almacenamiento de la batería solar.
El almacenamiento de la batería solar permite acceder a la electricidad generada por los paneles solares cuando están inactivos. Es la mejor solución para disponer de un respaldo de energía por la noche. La medición neta opera mediante la conexión a la red, para verter la energía sobrante y acceder a energía cuando sea necesaria. Estas dos soluciones indirectas pueden trabajar en conjunto durante la noche, con el objetivo de maximizar la seguridad energética y minimizar el gasto en las facturas de electricidad.
Conclusiones
La energía que irradia el sol es abundante y se considera inagotable, ya que esta estrella lleva 5000 millones de años emitiendo radiación y se estima que no ha llegado ni al 50 % de su existencia. Además, es una de las energías limpias, por lo cual es una excelente alternativa a las energías tradicionales como, por ejemplo, el carbón, el petróleo o la energía nuclear. De ahí que es tan importante el aprovechamiento de la energía solar pues, además de ser el recurso sostenible más abundante, al utilizarla se minimiza la huella de carbono y se establece un camino válido y accesible para garantizar el equilibrio entre el crecimiento económico, la preservación del medio ambiente, la salud y el bienestar social.
