Vivir del sol

Las energías solares son baratas, son limpias y se nutren de una fuente inagotable. El sol todavía tiene muchos años de vida y por eso exprimir al máximo su energía se ha convertido en una necesidad y en una opción sostenible que cada día tiene más adeptos.

En los últimos años, conseguir aprovechar al máximo la energía del sol se ha convertido en una carrera a la que muchos se han sumado. Grandes empresas y particulares han apostado por esta iniciativa, invirtiendo dinero e investigación en el desarrollo de energía solar. Las posibilidades de aprovechamiento de esta gran estrella que nos da luz son prácticamente infinitas. Algunas ya tienen una larga trayectoria, como los paneles fotovoltaicos, aunque la tecnología no deja de evolucionar haciendo que su coste sea cada vez menor y su rendimiento mayor. Pero otras nos siguen pareciendo dignas de películas de ciencia ficción.

Paneles fotovoltaicos para viviendas y grandes instalaciones, algunos fijos y otros móviles, realizados con materiales flexibles y a coste prácticamente nulo, instalados en los tejados o en plantas solares con dirección en el espacio. Sistemas térmicos o termodinámicos, tejas solares y sistemas de concentración que recogen el calor y lo transforman en electricidad. Sistemas híbridos que aúnan energía solar y térmica, tinta que absorbe el sol u hojas artificiales que simulan el proceso de la fotosíntesis. ¿Conoces todas las formas en las que se presenta la energía solar?

Paneles fotovoltaicos: la llegada del silicio a la energía solar

Llegaron en los años noventa irrumpiendo con fuerza y, a día de hoy, nos es difícil no acordarnos de ellos cuando hablamos de energía solar. Los paneles fotovoltaicos son los más conocidos productores de energía solar. Se basan en una serie de células fotoeléctricas que transforman los rayos solares en electricidad. Los más comunes son los fijos, esos que vemos en los tejados de las casas y naves industriales. También en los campos convertidos en grandes espejos que recogen todo lo que elsSol les manda. Pero cada vez ganan más terreno los seguidores solares, es decir, dispositivos que mejoran el rendimiento de los paneles al seguir la trayectoria del astro rey.

Los paneles fotovoltaicos se han desarrollado mucho en las últimas décadas. De hecho, podemos hablar hasta de cuatro generaciones de paneles solares, aunque únicamente dos de ellas son reales hasta la fecha. La primera, la de los paneles estándar de silicio, consiste en dos láminas o placas realizadas con materiales semiconductores. Ambas utilizan unos elementos químicos, denominados “dopantes”, que fuerzan a una de las planchas a tener un exceso de electrones (carga negativa, N) y a la otra, a una falta de estos (carga positiva, P). Esta unión P-N genera un campo eléctrico con una barrera de potencial que impide que se trasvasen electrones entre las planchas. Cuando se expone esta unión P-N a la radiación solar, los fotones de la luz transmiten su energía a los electrones. Con este aporte, rompen la barrera de potencial y salen del semiconductor por un circuito exterior, de manera que se produce corriente eléctrica. Las placas fotovoltaicas se componen de células, el módulo más pequeño capaz de producir electricidad.

La segunda generación de células solares se conoce desde los años noventa y se basan en un método de producción epitaxial para crear láminas mucho más flexibles y delgadas que sus predecesoras, por lo que se las denomina lámina delgada. La eficiencia, entre el 28% y el 30%, es otra de sus principales ventajas, pero su elevado coste limita hoy su uso más doméstico. A pesar de eso, algunas empresas trabajan para generalizar estos sistemas de segunda generación y se habla ya de paneles solares de bajo coste que emplean materiales como como microestructuras CIGS, denominadas así por las materias que utiliza (cobre, indio, galio y selenio), o CIS en caso de no incluir galio.

La tercera generación, todavía en fase de experimentación, persigue mejorar aún más los paneles de láminas delgadas y optimizar la producción de energía (comenzarán a comercializarse en el año 2020), y una cuarta generación de paneles solares uniría nanopartículas con polímeros para lograr células más eficientes y baratas. El panel se basaría en varias capas que no sólo aprovecharían los diferentes tipos de luz, sino también el espectro infrarrojo. La NASA ha utilizado esta tecnología multiunión en sus misiones a Marte.

De momento, la energía fotovoltaica se pueden instalar para autoconsumo y en viviendas particulares o comunitarias, o a gran escala, como los denominados huertos solares, que venden su electricidad a la red. Algunas empresas empiezan a colocar estos materiales en otras partes de las viviendas, como las ventanas solares, y existen diversos proyectos que proponen ubicar paneles solares en el agua y en el aire para aprovechar al máximo la energía del sol.

Energía Termosolar: el modelo híbrido

El funcionamiento de una planta termosolar es similar al de una central térmica, pero en lugar de carbón o gas utiliza la energía del sol. Los rayos solares se concentran mediante espejos en un receptor que alcanza temperaturas de hasta 1.000 ºC. Este calor se usa para calentar un fluido y generar vapor, que mueve una turbina y produce la electricidad. Aunque las primeras centrales sólo podían operar durante las horas de irradiación solar, hoy en día es posible almacenar el calor para producir de noche.

Las centrales solares termoeléctricas o centrales termosolares se empezaron a construir en Europa y Japón a principios de los 80. Las ventajas de esta fuente de energía son que es limpia, abundante y renovable, cada diez días la Tierra recibe energía del sol equivalente a todas las reservas conocidas de petróleo, gas y carbón. España está considerada como una potencia mundial en energía termosolar, ya que las condiciones del país, con muchas horas de sol y amplias zonas desérticas, son muy favorables para instalar este tipo de plantas. Desde que se instalaron las primeras centrales experimentales conocidas en Tabernas (Almería) en 1981 y 1983, se han desarrollado hasta 21 centrales en España, y se prevé que en 2014 España sea la primera productora de energía termosolar a nivel mundial.

Evidentemente, la energía termosolar también ha encontrado algunos escollos. El primero, el coste de los materiales, que se ha empezado a reducir cuando se ha desarrollado la tecnología y aumentado el volumen de producción. Por otra parte, está la imposibilidad de almacenar esta energía, algo que se está consiguiendo gracias también al desarrollo tecnológico pensando en sistemas que conservan el calor. Por otra parte, aunque España es un país óptimo para este tipo de energía, su implantación está limitada a zonas meridionales que reciben más sol. Sin embargo, proyectos ambiciosos como Desertec proponen instalar las plantas en zonas como el desierto del Sahara y luego transportar la electricidad a Europa.

Como de ciencia ficción: tinta solar y tejas solares

Como en tantos otros campos, la nanotecnología también forma parte ya de los avances en energía solar. La tinta solar es una de las últimas novedades, y prometen ser más limpia y barata que las placas, y más funcional, sobre todo a nivel doméstico, que la energía termosolar. Bajo la denominación tinta solar se esconde un grupo de nuevos materiales que pueden pintarse o imprimirse en superficies, como la tinta de los periódicos, y que tienen la propiedad de convertir la energía de los rayos solares en electricidad. Los consumidores podrían generar su propia energía en casa pintando puertas, techo o ventanas con esta tinta. Además de su versatilidad, la tinta solar sería más barata y ecológica, según sus impulsores, aunque todavía está en proceso de investigación. El gran reto es optimizar la energía, pues hasta ahora, los prototipos de tinta solar únicamente transforman un 2% de la energía solar, frente a un 25% que consiguen las placas.

Quizás la mayor ventaja de esta técnica sea que supone una importante reducción en el volumen de desperdicio de materiales, un aspecto trascendental en términos económicos y de eficiencia ambiental. Vale recordar que algunos de los materiales que se busca incorporar en las células solares más avanzadas, como el indio, son relativamente caros. Con la tinta solar se elimina el uso de estos materiales y también la generación de residuos, condición también muy ventajosa desde el punto de vista de la eficiencia ambiental y de la sostenibilidad de los procesos. Uno de los desarrollos más prometedores son los dispositivos de calcopirita, un material con una eficiencia extraordinaria en términos de energía solar. Por ejemplo, una capa de uno o dos micrones de espesor de calcopirita tiene la capacidad de capturar más energía solar que una capa de 50 micrones de espesor realizada con silicio.

Igualmente estéticas y prometedoras son las tejas solares, que se parecen a las convencionales en cuanto a forma o color, pero además producen electricidad o calor. Diversas empresas estadounidenses y europeas han desarrollado varios modelos que ya se pueden instalar en cualquier tejado. Venecia, una ciudad con una estricta normativa de protección de edificios históricos que limitaba el uso de placas fotovoltaicas, utiliza estas tejas solares. Se han imitado las tejas curvas de arcilla de color marrón claro que cubren la gran mayoría de los tejados de esta ciudad patrimonio de la UNESCO.