Viure del sol

Les energies solars són barates, són netes i es nodreixen d’una font inesgotable. El sol encara té molts anys de vida i per açò esprémer al màxim la seua energia s’ha convertit en una necessitat i en una opció sostenible que cada dia té més adeptes.

En els últims anys, aconseguir aprofitar al màxim l’energia del sol s’ha convertit en una carrera a la qual molts s’han sumat. Grans empreses i particulars han apostat per aquesta iniciativa, invertint diners i recerca en el desenvolupament d’energia solar. Les possibilitats d’aprofitament d’aquest gran estel que ens dóna llum són pràcticament infinites. Algunes ja tenen una llarga trajectòria, com els panells fotovoltaics, encara que la tecnologia no para de desenvolupar-se, fent que el seu cost siga cada vegada menor i el seu rendiment major. Però unes altres ens segueixen semblant dignes de pel·lícules de ciència ficció.

Panells fotovoltaics per a habitatges i grans instal·lacions, alguns fixos i altres mòbils, realitzats amb materials flexibles i a cost pràcticament nuls, instal·lats en les teulades o en plantes solars en el mateix l’espai. Sistemes tèrmics o termodinàmics, teules solars i sistemes de concentració que arrepleguen la calor i la transformen en electricitat. Sistemes híbrids que conjuminen energia solar i tèrmica, tinta que absorbeix el sol o fulles artificials que simulen el procés de la fotosíntesi. Coneixes totes les formes en les quals es presenta l’energia solar?

Panells fotovoltaics: l’arribada del silici a l’energia solar
Van arribar en els anys noranta irrompent amb força i, a dia d’avui, ens és difícil no acordar-nos d’ells quan parlem d’energia solar. Els panells fotovoltaics són els més coneguts productors d’aquesta energia solar, i es basen en una sèrie de cèl·lules fotoelèctriques que transformen els rajos solars en electricitat. Els més comuns són els fixos, aqueixos que veiem en les teulades de les cases i naus industrials. També en els camps convertits en grans espills que arrepleguen tot el que el sol els mana. Però cada vegada guanyen més terreny els seguidors solars, és a dir, dispositius que milloren el rendiment dels panells en seguir la trajectòria de l’astre rei. 

Els panells fotovoltaics s’han desenvolupat molt en les últimes dècades. De fet, podem parlar fins a de quatre generacions de panells solars, encara que únicament dos d’elles són reals fins avui. La primera, la dels panells estàndard de silici, consisteix en dues làmines o plaques realitzades amb materials semiconductors. Ambdues utilitzen uns elements químics, denominats “dopants”, que forcen a una de les planxes a tenir un excés d’electrons (càrrega negativa, N) i a l’altra, a una falta d’aquests (càrrega positiva, P). Aquesta unió P-N genera un camp elèctric amb una barrera de potencial que impedeix que es transvasen electrons entre les planxes. Quan s’exposa aquesta unió P-N a la radiació solar, els fotons de la llum transmeten la seua energia als electrons. Amb aquesta aportació, trenquen la barrera de potencial i ixen del semiconductor per un circuit exterior, de manera que es produeix corrent elèctric. Les plaques fotovoltaiques es componen de cèl·lules, el mòdul més xicotet capaç de produir electricitat. 

La segona generació de cèl·lules solars es coneix des dels anys noranta. Es basen en un mètode de producció epitaxial per a crear làmines molt més flexibles i primes que les seues predecessores, per això s’anomenen de làmina prima. L’eficiència, entre el 28% i el 30%, és una altra dels seus principals avantatges, però el seu elevat cost les limita avui el seu ús més domèstic. Malgrat açò, algunes empreses treballen per a generalitzar aquests sistemes de segona generació, i es parla ja de panells solars de baix cost que empren materials com microestructures CIGS, denominades així per les matèries que utilitza (coure, indi, gal·li i seleni), o CIS en cas de no incloure gal·li.

La tercera generació, encara en fase d’experimentació, persegueix millorar encara més els panells de làmines primes i optimitzar la producció d’energia (començaran a comercialitzar-se l’any 2020), i una quarta generació de panells solars uniria nanopartícules amb polímers per a aconseguir cèl·lules més eficients i barates. El panell es basaria en diverses capes que no solament aprofitarien els diferents tipus de llum, sinó també l’espectre infraroig. La NASA ha utilitzat aquesta tecnologia de fusió en les seues missions a Mart. 


De moment, a l’energia fotovoltaica es poden instal·lar per a autoconsum i en habitatges particulars o comunitàries, o a gran escala, com els denominats horts solars, que venen la seua electricitat a la xarxa. Algunes empreses comencen a col·locar aquests materials en altres parts dels habitatges, com les com les finestres solars, i existeixen diversos projectes que proposen situar panells solars en l’aigua i en l’aire per a aprofitar al màxim l’energia del Sol.

Energia Termosolar: el model híbrid
El funcionament d’una planta termosolar és similar al d’una central tèrmica, però en lloc de carbó o gas utilitza l’energia del sol. Els rajos solars es concentren mitjançant espills en un receptor que aconsegueix temperatures de fins a 1.000 ºC. Aquesta calor s’usa per a calfar un fluid i generar vapor, que mou una turbina i produeix l’electricitat. Encara que les primeres centrals només podien operar durant les hores d’irradiació solar, avui dia és possible emmagatzemar la calor per a produir de nit. 

Les centrals solars termoelèctriques o centrals termosolars es van començar a construir a Europa i Japó a principis dels 80. Els avantatges d’aquesta font d’energia són que és neta, abundant i renovable: cada deu dies la Terra rep energia del sol equivalent a totes les reserves conegudes de petroli, gas i carbó. Espanya està considerada com una potència mundial en energia termosolar, ja que les condicions del país, amb moltes hores de sol i àmplies zones desèrtiques, són molt favorables per a instal·lar aquest tipus de plantes. Des que es van instal·lar les primeres centrals experimentals conegudes en Tavernes (Almeria) en 1981 i 1983, s’han desenvolupat fins a 21 centrals a Espanya, i es preveu que en 2014 Espanya siga la primera productora d’energia termosolar a nivell mundial.

Evidentment, l’energia termosolar també ha trobat alguns esculls. El primer, el cost dels materials, que s’ha començat a reduir a mesura que s’ha desenvolupat la tecnologia i augmentat el volum de producció. D’altra banda, està la impossibilitat d’emmagatzemar aquesta energia, tot i que alguna cosa s’està aconseguint gràcies també al desenvolupament tecnològic pensant en sistemes que conserven la calor. D’altra banda, encara que Espanya és un país òptim per a aquest tipus d’energia, la seua implantació està limitada a zones meridionals que reben més sol. No obstant açò, projectes ambiciosos com Desertec proposen instal·lar les plantes en zones com el desert del Sahara i després transportar l’electricitat a Europa.

Com de ciència ficció: tinta solar i teules solars

Com en altres camps, la nanotecnologia també forma part ja dels avanços en energia solar. La tinta solar és una de les últimes novetats, sent més neta i barata que les plaques solars, i més funcional, sobretot a nivell domèstic, que l’energia termosolar. Sota la denominació tinta solar s’amaga un grup de nous materials que poden pintar-se o imprimir-se en superfícies, com la tinta dels periòdics, i que tenen la propietat de convertir l’energia dels rajos solars en electricitat. Els consumidors podrien generar la seua pròpia energia a casa pintant portes, sostre o finestres amb aquesta tinta. A més de la seua versatilitat, la tinta solar seria més barata i ecològica, segons els seus impulsors, encara que està en procés de recerca. El gran repte és optimitzar l’energia, doncs fins ara, els prototips de tinta solar únicament transformen un 2% de l’energia, enfront d’un 25% que aconsegueixen les plaques.

Potser el major avantatge d’aquesta tècnica siga que suposa una important reducció en el volum de desaprofitament de materials, un aspecte transcendental en termes econòmics i d’eficiència ambiental. Val recordar que alguns dels materials que se cerca incorporar en les cèl·lules solars més avançades, com l’indi, són relativament cars. Amb la tinta solar s’elimina l’ús d’aquests materials i també la generació de residus, condició també molt avantatjosa des del punt de vista de l’eficiència ambiental i de la sostenibilitat dels processos. Un dels desenvolupaments més prometedors són els dispositius de calcopirita, un material amb una eficiència extraordinària en termes d’energia solar. Per exemple, una capa d’un o dos microns d’espessor de calcopirita té la capacitat de capturar més energia solar que una capa de 50 microns d’espessor realitzada amb silici.

Igualment estètiques i prometedores són les teules solars, que s’assemblen a les convencionals quant a forma o color, però a més produeixen electricitat o calor. Diverses empreses nord-americanes i europees han desenvolupat diversos models que ja es poden instal·lar en qualsevol teulada. Venècia, una ciutat amb una estricta normativa de protecció d’edificis històrics que limitava l’ús de plaques fotovoltaiques, utilitza aquestes teules solars. S’han imitat les teules corbes d’argila de color marró clar que cobreixen la gran majoria de les teulades d’aquesta ciutat patrimoni de la UNESCO.