Energía solar: qué es, tipos, historia y futuro

La energía solar es una fuente de energía renovable que aprovecha la radiación solar para generar electricidad mediante células solares. En este artículo exploramos qué es, sus tipos, historia y futuro.

¿Qué es la energía solar?

La energía solar es una forma de energía renovable que se obtiene a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del sol. La energía solar se puede captar y convertir en diferentes formas de energía, como calor o electricidad, utilizando diversos tecnologías.

La energía solar es una energía ilimitada, relativamente limpia y que se puede encontrar en casi todos los lugares del mundo. Es una energía que genera muy bajos costos luego de ser instalado el sistema y es de fácil mantenimiento, tiene una extensa vida útil y, en muchos casos, es fabricada con materiales reciclables.

Además, esta disminuye la interdependencia entre países para obtener energía, permite que poblaciones alejadas de las urbes puedan tener acceso a electricidad e incluso ser generadores, y es un sistema que se adapta a las necesidades de cada consumidor.

De esta manera, la energía solar se posiciona como una excelente alternativa ante las energías fósiles, reduciendo el impacto ambiental que estas generan como la emisión de gases de efecto invernadero.

De igual forma, existe también la energía solar pasiva que es otro sistema más antiguo y que no necesita de un dispositivo intermediario porque tiene en cuenta la ubicación, orientación y diseño de los edificios de manera que se aprovechan las propiedades de los materiales y elementos arquitectónicos para climatizar e iluminar la edificación.

La generación de electricidad a través de la energía solar se puede realizar principalmente mediante dos tecnologías distintas, la Fotovoltaica y la Termosolar, cada una con sus características y aplicaciones específicas.

Fotovoltaica (PV)

La tecnología fotovoltaica convierte la luz solar directamente en electricidad utilizando paneles compuestos por celdas solares.

Las celdas solares están hechas generalmente de materiales semiconductores (como el silicio) que generan electricidad cuando absorben fotones de luz. Este proceso es conocido como el efecto fotovoltaico.

Los sistemas fotovoltaicos pueden variar en tamaño desde pequeñas aplicaciones residenciales hasta grandes plantas solares que ocupan extensas áreas de terreno. La electricidad generada puede ser utilizada in situ, almacenada en baterías para uso posterior o inyectada en la red eléctrica.

Algunas de sus aplicaciones son:

  • Sistemas residenciales y comerciales en techos.
  • Grandes plantas solares en terrenos.
  • Sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés).
  • Sistemas solares portátiles y de pequeña escala para electrificación rural o aplicaciones de emergencia.

Termosolar o Concentración Solar de Potencia (CSP)


La tecnología de concentración solar de potencia o termosolar utiliza espejos o lentes para concentrar una gran área de luz solar, o radiación solar, en un receptor pequeño.

El calor recogido se convierte en energía térmica, que calienta un fluido y produce vapor. Este vapor impulsa una turbina que genera electricidad.

Las plantas CSP generalmente requieren grandes áreas de terreno y son más adecuadas para lugares con alta irradiación solar directa.

Entre sus aplicaciones encontramos:

  • Generación centralizada de electricidad en grandes plantas.
  • Almacenamiento térmico para producir electricidad fuera de las horas de sol.
  • Generación de energía híbrida, combinando CSP con otras fuentes de energía para mejorar la fiabilidad y eficiencia.

Diferencias clave entre la fotovoltaica y la termosolar

Existen algunas diferencias fundamentales entre la generación de electricidad por medio de paneles fotovoltaicos y plantas termosolares Estas son:

Localización

La fotovoltaica puede instalarse en una variedad más amplia de ubicaciones, incluyendo áreas urbanas y pequeños sistemas domésticos. CSP requiere áreas extensas con alta irradiación solar directa, siendo más común en zonas desérticas o semiáridas.

Almacenamiento de energía

Mientras que los sistemas fotovoltaicos suelen requerir baterías para el almacenamiento de energía, las plantas CSP pueden integrar almacenamiento térmico más eficiente y a gran escala, lo que permite generar electricidad incluso cuando el sol no está presente.

Aplicaciones

La fotovoltaica es versátil y puede usarse en aplicaciones que van desde pequeñas hasta grandes escalas. CSP se utiliza principalmente para la generación de electricidad a gran escala.

Para que la energía solar funcione se necesitan paneles solares. Conozcamos más sobre ellos.

Los paneles solares

Los paneles solares son dispositivos que convierten la luz del sol en electricidad. Están compuestos por células solares, que son las unidades básicas capaces de convertir la luz solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico.

Este proceso ocurre cuando los fotones de luz solar inciden sobre el material semiconductor de las células solares, liberando electrones y generando un flujo eléctrico.

Aunque existen aun mitos sobre los paneles solares, en general son tecnologías muy limpias, accesibles y económicas en la actualidad.

Los paneles solares se clasifican principalmente en dos tipos, según el material semiconductor utilizado en las células solares:

Paneles solares de silicio cristalino

Son los más comunes y se dividen en dos categorías principales.

Silicio monocristalino

Fabricados a partir de un único cristal de silicio, estos paneles son fácilmente reconocibles por su color uniforme y apariencia suave. Ofrecen la mayor eficiencia en la conversión de luz solar en electricidad entre los tipos de paneles solares disponibles comercialmente, pero también suelen ser más caros.

Silicio policristalino (o multicristalino)

Estos paneles están hechos de fragmentos de silicio cristalizado, lo que les da un aspecto más fragmentado y un color azulado. Aunque tienen una eficiencia ligeramente menor que los paneles de silicio monocristalino, son más económicos de producir.

Paneles solares de película delgada

Estos paneles se fabrican depositando una o más capas delgadas de material fotovoltaico sobre un sustrato. Los materiales comunes incluyen el telururo de cadmio (CdTe), el diseleniuro de cobre e indio (CIS/CIGS), y las variantes de silicio amorfo (a-Si).

Los paneles de película delgada son más ligeros y flexibles que los paneles de silicio cristalino, lo que permite una mayor variedad de aplicaciones, como en superficies no planas o en productos portátiles. Sin embargo, generalmente ofrecen una menor eficiencia de conversión en comparación con los paneles de silicio cristalino.

A un nivel más interno, el principal componente de los paneles solares son las celulas o celdas solares. A continuación conoceremos más sobre ellas.

Las celulas o celdas solares

Las celdas o células solares son dispositivos que convierten la energía de la luz directamente en electricidad mediante el efecto fotovoltaico.

Son el componente principal de los paneles solares y se fabrican generalmente con materiales semiconductores, siendo el silicio el más común debido a su eficiencia y disponibilidad.

La estructura básica de una célula solar incluye una capa superior que actúa como un conductor para recoger los electrones, una región semiconductor que absorbe la luz solar y promueve el movimiento de los electrones, y una capa inferior que completa el circuito eléctrico.

Cuando la luz solar incide sobre la célula solar, los fotones de la luz son absorbidos por el material semiconductor, lo que provoca que los electrones se liberen de los átomos del material. Estos electrones libres son capturados por los campos eléctricos en la célula, creando un flujo de corriente eléctrica cuando la célula está conectada a un circuito cerrado.

Existen varios tipos de células solares, clasificados según el material semiconductor utilizado o su construcción. Veamos cuales son estos tipos de celulas solares.

Células de Silicio Monocristalino

Estas células se fabrican a partir de un único cristal de silicio puro. Ofrecen las eficiencias más altas entre las células solares comerciales, pero son más caras de producir.

Células de Silicio Policristalino (o Multicristalino)

Se hacen a partir de bloques de silicio fundido compuestos por muchos cristales pequeños. Son más baratas que las monocristalinas pero tienen una eficiencia ligeramente menor.

Células de Película Delgada

Estas células se fabrican depositando una o más capas delgadas de material fotovoltaico sobre un sustrato. Pueden hacerse de una variedad de materiales, incluyendo silicio amorfo, telururo de cadmio, y diseleniuro de cobre e indio. Son más flexibles y menos costosas que las células de silicio cristalino, pero generalmente ofrecen eficiencias más bajas.

Células de Perovskita

Una tecnología emergente que utiliza materiales de perovskita para la absorción de luz. Tienen el potencial para ofrecer altas eficiencias a un costo menor en comparación con el silicio, aunque aún están en etapas tempranas de desarrollo comercial.

Células de Tándem o Multijunción

Combinan múltiples capas de materiales semiconductores diferentes para capturar un rango más amplio del espectro solar, lo que puede aumentar significativamente la eficiencia total de la célula solar.

La energía solar en la historia

Para los seres humanos, la energía solar siempre ha sido una fuente importante de energía y desde las civilizaciones antiguas se ha aprovechado este recurso al construir con materiales sensibles a la radiación solar.

La historia de la energía solar se remonta a tiempos antiguos, aunque su desarrollo como tecnología para generar electricidad comenzó en el siglo XIX. A lo largo de los años, la energía solar ha evolucionado de ser una curiosidad científica a convertirse en una importante fuente de energía renovable.

Aquí hay un vistazo a algunos de los hitos clave en la historia de la energía solar:

Antigüedad y Edad Media

Ya en el siglo VII a.C., se utilizaban lentes simples para concentrar la luz del sol y encender fuegos para el ritual y la cocina. En la antigua Grecia y Roma, se utilizaba la arquitectura solar pasiva, orientando los edificios hacia el sol para maximizar el calor solar en invierno.

Sin embargo, sólo hasta el siglo XVIII se empezaron a elaborar sistemas para un aprovechamiento real de la energía solar, como la caja caliente, inventada por Horace de Saussure en 1767 y el horno solar en 1792 fabricado por Antoine Lavoisier.

Siglo XIX: Los Inicios de la Conversión Fotovoltaica

En 1839, el físico francés Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico mientras experimentaba con una célula electrolítica hecha de dos electrodos de metal colocados en una solución electrolítica. Observó que la célula producía más electricidad cuando estaba expuesta a la luz.

Algunos modelos de concentradores solares fueron diseñados por Auguste Mouchot en 1861.

En 1876, William Grylls Adams y Richard Evans Day demostraron que la luz solar podría convertirse en electricidad sin partes móviles ni calor, utilizando selenio.

Siglo XX: Desarrollo y Mejoras Tecnológicas

En 1954, científicos del Bell Labs en EE.UU desarrollaron la primera célula solar práctica de silicio. Este invento marcó el comienzo de la fotovoltaica moderna, con una eficiencia de conversión de alrededor del 6%.

En las décadas de 1960 y 1970, las células solares encontraron su primer uso significativo en satélites espaciales.

La crisis del petróleo de 1973 despertó un renovado interés por las fuentes de energía renovables, incluida la solar, lo que llevó a aumentos significativos en la investigación y desarrollo de tecnologías solares.

En la decada de 1980, los avances tecnológicos y la producción en masa empezaron a reducir los costos de las células solares. La eficiencia de las células solares de silicio monocristalino también mejoró, alcanzando más del 15%.

Siglo XXI: Crecimiento y Adopción Masiva

Desde el año 2000 en adelante, la capacidad de energía solar instalada en todo el mundo creció exponencialmente, impulsada por políticas gubernamentales favorables, reducción de costos y preocupaciones crecientes sobre el cambio climático.

Las eficiencias de las células solares han seguido aumentando, y la introducción de nuevas tecnologías, como las células de perovskita y los sistemas de energía solar concentrada, prometen revolucionar aún más el campo.

El auge de la energía solar en el mundo

En la actualidad, China se posiciona como el país con mayor producción de electricidad por medio de energía solar y también el que mayor inversión ha realizado en energías renovables, convirtiéndose en líder a nivel global.

Japón, Alemania y Estados Unidos son los países que continúan respectivamente en la lista de los países con mayor producción de energía solar y presentan no solo extensas instalaciones sino metas a largo plazo para que este tipo de energía se convierta en una fuente principal.

Por su parte, Chile, México, Brasil y Argentina son los países que más se destacan en América Latina en cuanto a producción de energía solar, estimulando el crecimiento de este sector.

Tendencias en Energía Solar y su Futuro

La implementación de la energía solar en varios países ha ido aumentando con los años y también la tecnología e innovación para mejorar las instalaciones de producción de celdas solares.

Por ejemplo, un avance reciente son los módulos fotovoltaico bifaciales de silicio, que al presentar dos caras puede producir mayor energía eléctrica que los módulos de una sola cara superficial. Este nuevo diseño podría permitir masificar la producción de energía solar y reducir el costo de los paneles fotovoltaicos.

Normalmente, las celdas fotovoltaicas más utilizadas en la actualidad son de silicio pero este podría llegar a ser reemplazado por el carburo de silicio, que soporta una mayor tensión y temperatura, y aumenta la eficacia del sistema. Sin embargo, todavía se encuentra en etapas de pruebas.

Por último, otra innovación que se espera mejore la producción de energía solar son las celdas fotovoltaicas de perovskita, un avance que lleva desarrollándose desde hace ya un buen tiempo y es muy prometedor.

Hechas con tecnología de película fina, estas cuentan con plomo, yodo y una molécula orgánica, con una eficiencia superior a la de las celdas de silicio. No obstante, todavía presentan problemas de estabilidad y seguridad por lo que aún continúan bajo investigación.

Así pues, se espera que en los próximos años la tecnología en energía solar pueda mejorar la eficiencia y las técnicas de fabricación, reducir costos de venta y producción, incrementar la vida útil de las celdas y desarrollar sistemas integrados en edificios duraderos y con elementos menos tóxicos.

Andrea Vivas
Andrea Vivas
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