Necesitamos empezar a construir una sociedad que se preocupe por el impacto que está teniendo en el medioambiente. Por eso todos los esfuerzos en los últimos tiempos están dirigidos en buscar nuevas alternativas de energía renovable. Uno de los avances más sólidos se encuentra en la energía solar fotovoltaica, la cual podría convertirse en la norma en cuanto a la generación de electricidad en las próximas décadas. En Futuro Eléctrico analizaremos qué es este tipo de energía solar fotovoltaica, cuáles son sus beneficios y cómo funciona.

¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

Paneles solares en tejado

La energía solar fotovoltaica es aquella que utiliza la energía del Sol para generar electricidad. En este proceso se involucra lo que se conoce como efecto fotoeléctrico. La energía solar fotovoltaica es la tercera fuente de energía en términos de capacidad global, superada por la eólica e hidroeléctrica. Asimismo, es empleada para generar electricidad a gran escala.

Este tipo de energía es renovable y su capacidad parece casi infinita. Las posibilidades de que el Sol desaparezca son bastantes remotas, o al menos se espera que los humanos hayan evolucionado lo suficiente como para tener otras alternativas de energía. A menudo recibe otro tipo de denominaciones como energía fotovoltaica o energía fotoeléctrica.

Puede funcionar tanto a gran escala como para redes domésticas o donde solo se necesite hacer uso de la misma de forma controlada o escasa. La energía solar fotovoltaica solo se puede generar cuando exista buena luz solar. De lo contrario, es inviable. A pesar de ello, la potencia que se puede alcanzar es sumamente grande.

Dentro de la energía solar fotovoltaica se encuentra un concepto que es clave para entender este tema: la radiación solar. Este se define como el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. Sin embargo, no todas alcanzan la tierra, debido a que algunas son absorbidas por los gases de la atmósfera. La radiación solar va desde la ultravioleta hasta el infrarrojo.

Historia de la energía solar fotovoltaica

Parque solar o instalación fotovoltaica

El Sol siempre ha sido aprovechado por la humanidad. Si buscamos registros históricos, nos encontramos con que antiguas civilizaciones lo creían un dios e incluso lo adoraban. Esto quizás fue fundamental para empezar a considerarlo como una alternativa de energía. Así pues, el interés por el Sol ha sido, casi, inherente a la raza humana.

Los primeros registros datan 1839. En ese entonces el físico francés Alexadre-Edmond Becquerel reconoció el efecto fotovoltaico. En el año 83 se construye la primera celda solar, gracias al inventor norteamericano Charles Fritts. Esta se utilizó para usos distintos al de generación de electricidad, ya que tenía altos costos. En esta celda solar se utilizó como semiconductor el selenio con una capa de oro delgada.

El uso del silicio como material principal del semiconductor tuvo su aparición en 1940. Más tarde fue patentada por el inventor norteamericano Russell Ohl. Luego de años de investigación se determinó que este material era altamente sensitivo a la luz solar. Esto permitió que se explotara a nivel comercial.

Otro acontecimiento importante fue cuando se lanzó un satélite integrado con células solares que permitía mejorar las comunicaciones. Este hecho ocurrió en 1958. Los resultados positivos de esta expedición dieron lugar a que se llevaran a cabo más investigaciones para desarrollar una nueva generación de paneles solares, mucho más eficientes.

Una vez que entramos en el siglo XXI, los esfuerzos por buscar alternativas renovables de energía empiezan a ser más apremiantes. De allí que algunos países empezarán a utilizar la energía solar para generar electricidad. Estados Unidos y Australia fueron los países que construyeron las plantas fotovoltaicas más grandes del mundo; mientras que países como Alemania ven la energía solar fotovoltaica como una solución a los problemas energéticos.

Cómo funciona la energía solar fotovoltaica

Instalación de paneles solares

El funcionamiento de la energía solar fotovoltaica consiste en que distintos materiales absorben partículas lumínicas, denominadas como fotones, y liberan electrones. A partir de allí se genera la corriente eléctrica. Para que todo este proceso se pueda llevar a cabo se deben emplear semiconductores, los cuales son células fotovoltaicas de silicio monocristalino, policristalino o amorfo.

De acuerdo al material con el cual estén realizados, pueden tener un rendimiento ligeramente distinto. Los de silicio amorfo tienen una eficiencia entre un 8 % y un 9 %, los de silicio policristalino poseen una eficiencia media de entre el 16 % y el 17,5 %. Por su parte, los de silicio monocristalino alcanzan la máxima eficiencia, pero suele tener un costo más elevado que los anteriores.

A pesar de que el silicio se puede encontrar con facilidad y abundancia en la tierra la verdad es que su transformación es elevada en términos económicos. De allí que los últimos esfuerzos estén dirigidos en conseguir un material que funcione adecuadamente, pero que sea más sencillo de maniobrar y que represente un menor costo económico.

Para que este proceso se pueda llevar a cabo se debe realizar una instalación fotovoltaica. Al día de hoy existen varios tipos, entre ellos, la flotante, en la pared, en el techo o en el suelo. También se han ido desarrollando en otro tipo de materiales como las tejas y los paneles solares. Para que la energía solar puede ser realmente aprovechable se debe tomar en consideración el momento del día. En buenas condiciones la potencia que se puede alcanzar es de aproximadamente 1000 W/men la superficie terrestre.

Gracias a este funcionamiento se puede considerar la energía solar fotovoltaica como una de las más competitivas y con mejor rendimiento con respecto a otras fuentes de energía. Además, sus materiales son bastante duraderos.

Tipos de instalaciones fotovoltaicas

Uso de energía solar fotovoltaica en vivienda residencial

En la actualidad existen dos grandes tipos de instalaciones fotovoltaicas. Las primeras son las que se encuentran aisladas a la red. Estas tienen la capacidad de satisfacer total o parcialmente la demanda energía. Por otro lado, se encuentran las instalaciones fotovoltaicas que están conectadas a la red. Son aquellas que entregan la energía generada a la red eléctrica pública. En los últimos tiempos también se ha hecho un esfuerzo por incluir un tercer tipo de estas instalaciones: las híbridas.

Instalaciones aisladas a la red

Este tipo de instalaciones fotovoltaicas son ideales para zonas rurales, donde no hay acceso a la red eléctrica. Estas áreas tienen en común la deficiencia en cuanto a la iluminación, redes públicas o servicio de telecomunicaciones. Dentro de estas instalaciones se pueden encontrar dos tipos: central fotovoltaica y generador con autoconsumo.

En el primer caso, central fotovoltaica, se trata de que toda la energía producida por los paneles solares se vierte en la red eléctrica. También tiene la capacidad de cubrir todas las necesidades que demandan un conjunto de usuarios.

El generador de autoconsumo es cuando parte de esta energía es consumida por el propio producto y el resto se vierte en la red eléctrica pública. Una de las principales desventajas de estas instalaciones fotovoltaicas es que suelen tener un costo mayor en comparación con la central fotovoltaica.

Instalaciones conectadas a la red

La energía generada en viviendas o en centrales fotovoltaicas pasa a formar parte de la red eléctrica pública. Este sistema permite que se desarrollen los huertos solares. En este tipo de instalaciones no se necesita almacenamiento porque la potencia es aprovechada directamente.

Su funcionamiento requiere de tres equipos esenciales. Entre ellos se encuentran los paneles fotovoltaicos para captar la energía del Sol, los inversores para transformar la corriente continua en corriente alterna y los transformadores para transformar esta energía a media tensión (hasta 36 kV).

Instalaciones híbridas

Las instalaciones híbridas para el tratamiento de la energía solar fotovoltaica vienen siendo uno de los inventos más recientes. En este caso se combinan los módulos fotovoltaicos con fuentes de energía auxiliares, los cuales pueden ser los aerogeneradores. El problema es que este tipo de generación de energía no resulta tan limpia.

Ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica

Ejemplo de cómo en la naturaleza se encuentra energía renovable

Beneficios de la energía solar fotovoltaica

  • La mayor ventaja de la energía solar fotovoltaica se encuentra en que es un tipo de energía limpia y renovable. Lo que quiere decir que no contamina el medioambiente ni se utilizan combustibles fósiles.
  • No existe riesgo de que se acabe. De hecho, se puede considerar como abundante. Lo que es una ventaja frente a otras fuentes de energía cuyos recursos se pueden agotar.
  • La energía solar fotovoltaica no solo es útil para generar electricidad, sino que puede ser ideal para la calefacción o para otros usos.
  • Se considera que los costos de generación de energía solar fotovoltaica son bastante bajos. En especial si se analizan con otras fuentes de energía renovables, como la geotérmica.
  • Esta energía solar no solo puede ser producida a gran escala o por parte de las instituciones y gobiernos, sino que cualquier persona particular puede empezar a generarla.
  • Los paneles solares no son un inconveniente en el estilo de vida y son fáciles de instalar en el caso residencial.
  • Este tipo de instalaciones son silenciosas y pueden ser atractivas desde un punto de vista estético.
  • Hoy en día no solo se considera utilizar la energía solar fotovoltaica para residencias, edificios o corporaciones, sino que se emplea en nuevos inventos y tecnologías. Tal es el caso de las mochilas solares o los autos solares.
  • Ahorro económico: Mediante el uso de paneles solares las personas pueden reducir los gastos en su factura mensual de consumo eléctrico. Esto se debe a que combinan ambas formas de energía. Evidentemente esto es de muchísima utilidad para disminuir la dependencia a la red eléctrica convencional.

Desventajas de la energía solar fotovoltaica

  • Inicialmente para su instalación necesita una inversión que puede resultar alta.
  • Se necesita seguir trabajando en el almacenamiento de energía, debido a que en la actualidad son costosos y no resultan tan fiables.
  • El clima lluvioso o nublado puede afectar la generación de energía.
  • En los lugares desérticos es donde se alcanza el mayor nivel de radiación solar. Pero estos suelen estar alejados de los centros poblados.
  • Se puede ver gravemente afectada por la contaminación del aire.
  • A las celdas fotovoltaicas en desuso se le suele echar químicos tóxicos como el sulfuro de cadmio y el arseniuro de galio. Estos perduran en el ambiente por siglos y son peligrosos para la salud.

Usos y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

Tejado con energía solar fotovoltaica

Generación de electricidad

El principal uso de la energía solar fotovoltaica se encuentra en la generación de electricidad. Para calcular la potencia de energía que se puede generar se debe calcular la radiación media diaria de la zona en la que vives multiplicada por la máxima potencia del panel de sol instalado.

Uso en la industria agrícola y ganadera

Por otro lado, se puede empleada en aplicaciones agrícolas y ganaderas; las cuales pueden ser muy beneficiosas para el medioambiente, en especial porque se cree que esta industria es altamente contaminante. Sin embargo, al hacer uso de la energía solar fotovoltaica se contribuye a mejorar aspectos como:

  • El bombeo de agua.
  • El sistema de riego.
  • La iluminación en las granjas.

Uso de la energía solar fotovoltaica en el alumbrado público

De igual forma, esta energía se empleada para mejorar el alumbrado público. Esto puede significar una reducción del uso de la energía eléctrica tradicional, lo que se transforma en un ambiente mucho más limpio. En este caso, puede ser empleada para la iluminación de paradas de autobuses o monumentos.

Tecnología wearable

Asimismo, la tecnología wearable empieza a hacer uso con más énfasis en la energía solar fotovoltaica. Principalmente porque han comenzado a lanzar gadgets al mercado que se cargan a través de este sistema. Uno de los más populares son los cargadores solares como Anker Powerport. Estos tienen la capacidad de cargar desde un teléfono celular hasta una laptop.

Importancia de la energía solar fotovoltaica

Instalación de paneles solares en centros urbanos

Es obvio que la manera en la que generamos energía actualmente no será viable en el largo plazo. ¿Por qué? Porque solo existe un lugar donde el ser humano pueda vivir y desarrollarse: la Tierra. De allí la importancia de revertir el cambio climático y empezar a tener acciones mucho más conscientes. Es por esta razón que la energía solar fotovoltaica ha ganado bastante relevancia y se ha estudiado con mucho interés y detenimiento.

Además, la tendencia apunta a que nuestras necesidades de consumo lejos de reducirse solo aumentarán. Pero el problema es que a mayor consumo aumenta el dióxido de carbono que se desprende en la atmósfera. Este no solo es perjudicial para el ambiente, sino también para los seres humanos.

Por otro lado, la energía solar fotovoltaica puede ser ideal para disminuir el calentamiento global. El cual es responsable del aumento del nivel del mar y la erosión de las costas. Con esta energía no se produce gases de efecto inverno. Por lo tanto, no se contribuye a que este calentamiento siga sucediendo.

De igual forma, cumple con el acuerdo para el «Cambio Climático de París en 2015» donde se estableció que para antes del 2030 se debe promover el desarrollo económico a partir de energías renovables. En este acuerdo participan varios países, de allí que muchos estén haciendo esfuerzos para que la energía solar fotovoltaica sea rentable.

El futuro de la energía solar fotovoltaica

Paneles de energía fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica estará más presente en los distintos países al instalarse nuevos paneles solares que generen gran potencia. De hecho, uno de los proyectos más recientes es el que lleva adelante la multinacional Acciona. Se trata del inicio de las obras de las plantas Malgarida I y II (Chile), las cuales suman 238 MWp. Al término del 2021, esta compañía pretende alcanzar 922 MW de capacidad instalada en ese país sudamericano.

Otros proyectos como el que lleva adelante el consorcio Desertec, esperan la construcción de gigantescas centrales solares en los desiertos del norte de África. Esto ha sido aprobado por las voces que exigen mayor celeridad en la construcción de parques solares que generen energía renovable.

Tal parece que existe un sentimiento de desespero en parte de la población, quienes sostienen que la energía solar fotovoltaica debe ser parte de la vida diaria en grandes escalas. El problema principal es que no todos los países están en las mismas condiciones. Algunos libran complicadas situaciones socioeconómicas y el uso de la energía solar luce lejano para ellos.

Por otro lado, la energía solar fotovoltaica debe prepararse para un nuevo escenario: la realidad post COVID-19. No obstante, las expectativas son positivas. Luego de que la economía mundial tambaleara, la transición energética pudiese ser una escalera para salir de esta crisis. Según el Pacto Verde Europeo, esta energía limpia puede ser clave para la fase posterior a la pandemia.

Palabras finales

Los objetivos para 2030 con respecto a la energía solar fotovoltaica son ambiciosos. A pesar de que la financiación de proyectos y construcción de instalaciones fotovoltaicas se han visto afectados, en las predicciones futuras se espera que la energía solar fotovoltaica sufra un gran impulso.

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