El futuro de la energía solar

Por tomás unger

La vida tal como la conocemos se ha originado y evolucionado con energía solar. El Sol irradia tanta energía que a 150 millones de km la tierra recibe 1.368 vatios por metro cuadrado. La cantidad que llega a la superficie terrestre está filtrada por la atmósfera y es de orden de unos mil vatios por metro cuadrado sin nubes y con el Sol en el cenit. La radiación solar que llega a la Tierra es 50% luz infrarroja (calor), 40% de luz visible y 10% ultravioleta, pero la atmósfera filtra la ultravioleta, absorbiendo 70%, sobre todo la más corta.

?Lo que sobra?

La energía que recibe la superficie de la Tierra desencadena la fotosíntesis en las plantas, levanta el agua en nubes y mueve la máquina del clima. Sin embargo, la mayor parte de la energía solar se refleja y vuelve al espacio. Parte de esa energía que se pierde la tratamos de aprovechar con las celdas solares.

Las celdas la convierten en electricidad llamada fotovoltaica (foto, que significa luz, y voltaica, relativo a electricidad). La energía eólica (del viento), la hidroeléctrica y la fotovoltaica son las tres formas de energía limpia que tratamos de aprovechar al máximo para reemplazar a los combustibles fósiles.

La energía fotoeléctrica (PV, por sus siglas en inglés) comenzó a desarrollarse con la era espacial. Los paneles solares que proporcionan la energía a los satélites fueron los que dieron comienzo al esfuerzo por desarrollar celdas PV cada vez más eficientes. De esto han pasado más de 50 años y el progreso ha sido más acelerado.

?El potencial?

Un reciente estudio sobre el futuro de la energía limpia hace notar el gran progreso obtenido y el potencial de la energía solar: al final del 2018, la capacidad de energía solar instalada superaba los 500 gigavatios (GW), y se estima que esta cifra se va a duplicar entre el 2022 y el 2023. Esto nos llevaría a una nueva era en la generación de energía solar, llegando a un teravatio (TW), que es equivalente a un millón de kilovatios (KW).

Este avance se debe principalmente a la de reducción de costo y aumento de la eficiencia de las celdas fotoeléctricas, el progreso alcanzado hace pensar que será posible llegar los 10 TW para el 2030 y entre 30 TW y 70 TW para la mitad del siglo.

?La utilización?

De las épocas de los primeros satélites a hoy, el progreso de la industria de celdas fotovoltaicas se ha desarrollado principalmente en China, EE.UU., Alemania, Japón y Australia, hasta alcanzar una facturación de 100 mil millones de dólares.

El precio del módulo de celdas ha bajado dos veces a la décima parte, siendo aproximadamente hoy 1/20 de lo que era hace 40 años. Debido a eso se ha dado un rápido crecimiento de la generación de la electricidad por energía solar, la cual requiere varios pasos intermedios antes de poder integrarse a la red. Hay que tener en cuenta que tanto la energía solar como la eólica producen corriente continua de forma irregular: la solar solo de día y la eólica solo cuando sopla el viento. Esto requiere algún sistema de almacenaje de energía y/o conversión a corriente alterna de voltaje constante.

Al menos que vaya cerca de una línea de transmisión de alta tensión, es necesario que cuente con un sistema de almacenaje como baterías. En ese campo el progreso ha sido muy grande en la capacidad y eficiencia. Recientemente en Australia, Tesla ha instalado baterías con una capacidad de 100 megavatios, las que en medio año han amortizado el 14% de su costo. Otra manera de almacenar energía es por gravedad. La manera más usada es bombeando agua a un deposito en altura para generar electricidad hidráulicamente. Otra forma de almacenaje es depositando peso en altura.

Los inversores solares son artefactos que convierten la corriente continua producida por un panel solar en corriente alterna de la frecuencia deseada. Para alimentarla a la red, nuevos tipos de instalaciones de inversores están brindando servicio confiable en instalaciones de alta variación de voltaje. El transporte, que consume el 39% de los combustibles fósiles, puede aprovechar los nuevos sistemas de almacenaje.

?Problemas de latitud?

Aunque la mayoría de la humanidad se encuentra entre los paralelos 35 y el Ecuador, a mayores latitudes el gran desafío de la energía solar es el invierno. Las pocas horas de un sol muy débil no permiten generar mucha corriente. En esas latitudes puede obtenerse mucha más energía eólica, ya que los vientos no disminuyen al aumentar la latitud. En todo caso, el sistema de almacenaje mencionado es válido para ambas formas de energía. Coincidentemente, con el problema de la latitud aumenta el requisito de energía para calefacción. Esto ha sido motivo para estudiar nuevas formas de aprovechar directamente la energía variable con el fin de generar calor y conservarlo en forma más eficiente.

?Nuevos usos?

Desde que la energía solar ha alcanzado precios competitivos, se están estudiando nuevas aplicaciones. Por lo pronto, la PV y la eólica se usan para producir hidrógeno, metano u otros hidrocarburos; además, se pueden emplear directamente por electrólisis para fines industriales: biocombustibles y amonio para fertilizantes.

?Nuevas tecnologías?

El progreso de la energía limpia, y en especial de la PV, han dado lugar a la búsqueda de nuevas tecnologías para lograr mayor eficiencia en la conversión de la radiación en electricidad. El año pasado se lograron eficiencias de más del 23,4% con un compuesto de selenio, indio, galio y cobre. Se ha alcanzado más de una eficiencia del 29% con una película de galio y arsénico. También se está experimentando con materiales híbridos, orgánicos-inorgánicos, habiéndose logrado una eficiencia del 24% para una celda de 1 cm2. La investigación científica dedicada a las celdas fotoeléctricas y a todas las otras formas de energía limpia está dando frutos. Por lo pronto, hoy la energía solar compite con la generada por carbón. A medida que se van perfeccionando los sistemas de conversión y almacenaje, irá creciendo el volumen de combustibles fósiles que consumimos, es la esperanza de poder detener el calentamiento global.