En el siglo XXI, la energía solar ya se ha convertido en parte de la vida diaria. Desde piscinas climatizadas con energía solar hasta hogares que funcionan con energía solar, hay muchos ejemplos que demuestran la aplicación útil de la energía limpia, segura y sostenible del sol. A medida que aumenta la preocupación por los efectos de la quema de combustibles fósiles y la posibilidad de agotar las fuentes de energía no renovables, el futuro de la energía solar parece prometedor. A partir de 21, la tecnología no está exenta de problemas y, hasta ahora, las aplicaciones han sido en su mayoría a una escala relativamente pequeña, pero se está realizando una gran cantidad de investigación en esta área y ha habido una serie de desarrollos muy prometedores.
Aprovechamiento de la energía solar
El sol es potencialmente una enorme fuente de energía limpia y renovable. Algunos estiman que la luz solar podría producir 10,000 veces más energía que la que utilizaba la Tierra a principios del siglo XXI. Sin embargo, existen importantes desafíos tecnológicos que deben afrontarse para aprovechar esa energía de manera eficaz. Hay varias tecnologías diferentes disponibles, y en desarrollo, que utilizan la luz solar para proporcionar energía.
La luz del sol se puede utilizar simplemente para calentar agua que luego se utiliza para proporcionar calefacción central a los hogares. Alternativamente, se puede utilizar para generar electricidad utilizando células fotovoltaicas (PV) dispuestas en paneles solares. Un tercer método consiste en concentrar la luz solar en un objetivo para generar calor, que puede utilizarse directamente para fines industriales o para proporcionar electricidad.
Paneles solares
Estos paneles se basan en el efecto fotoeléctrico, donde ciertas sustancias producen una pequeña corriente eléctrica cuando se exponen a la luz. Las células fotovoltaicas se construyen para aprovechar este efecto, y los paneles solares consisten en grandes conjuntos de estos dispositivos colocados para recibir la mayor cantidad de luz solar posible. Juntos, pueden generar cantidades significativas de electricidad. Aunque, a partir de 2013, son relativamente ineficientes, normalmente tienen costos de funcionamiento y mantenimiento muy bajos y pueden ser muy efectivos para proporcionar energía a los hogares. Se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación para mejorar la eficiencia y construir células a partir de materiales más baratos.
La mayoría de los paneles solares consisten en células fotovoltaicas de silicio cristalino, que tienen una eficiencia del 14 al 16% en la conversión de la luz solar en electricidad. Sin embargo, se están investigando varias alternativas. Las celdas de película delgada se pueden fabricar con una variedad de materiales. Aunque actualmente son menos eficientes que las células fotovoltaicas estándar, son livianas, flexibles y más baratas de fabricar. Las células multifuncionales pueden alcanzar una eficiencia de más del 43%. Están estructurados para que diferentes partes de la célula estén sintonizadas para capturar la luz solar en rangos de longitud de onda específicos, en lugar de tener un solo receptor que pierde una parte de la energía disponible.
Otra área prometedora es la celda solar sensibilizada con colorante (DSSC), a veces llamada celda de Gratzel, en honor a Michael Gratzel, quien la desarrolló por primera vez en la década de 1990. Estos usan un tinte para capturar la energía solar y producir un flujo de electrones, que se reponen a través de una capa de electrolito líquido debajo. Aunque su producción es potencialmente barata, solo tienen una eficiencia de aproximadamente un 12% y existen problemas de durabilidad que pueden afectar el uso comercial. Por ejemplo, el líquido puede congelarse en condiciones frías o expandirse cuando está caliente y puede tener fugas. Los investigadores han desarrollado una versión de la celda en la que el electrolito líquido problemático se reemplaza con un material sólido, abriendo el camino para paneles solares baratos y duraderos.
Además del desarrollo de células fotovoltaicas más baratas y eficientes, una parte importante del futuro de la energía solar reside en la construcción de nuevos edificios y la modernización de muchos más antiguos. Algunos expertos predicen que la mayoría, si no todos, los edificios nuevos tendrán paneles solares instalados en los techos. Dado que estos también se instalan fácilmente, muchos edificios antiguos pueden recibir mejoras para funcionar con energía solar. Los expertos y ambientalistas esperan que los gobiernos fomenten la construcción de energía verde a través de generosos incentivos fiscales, exenciones y subvenciones para el uso de energías alternativas.
Los paneles solares en un techo pueden, en algunas áreas, cubrir todas o la mayoría de las necesidades energéticas de una casa. Sin embargo, en los casos en que las personas viven en alojamientos de varios pisos, la cantidad de espacio en el techo es muy pequeña en comparación con el número de viviendas. Si bien las aplicaciones pequeñas e individuales pueden aliviar parte de la tensión de la red eléctrica, si el Sol va a satisfacer las necesidades de energía de las ciudades y las industrias, su futuro debe estar en las grandes estaciones generadoras de electricidad con energía solar.
El mayor problema al que se enfrenta el aprovechamiento de la energía solar mediante células fotovoltaicas es el espacio necesario para construir las centrales eléctricas. Una planta está compuesta por miles de paneles solares, no muy diferentes a los instalados actualmente en hogares con energías alternativas. Debido a esto, requieren un área constantemente soleada y una cantidad considerable de espacio. Actualmente, una de las centrales eléctricas más grandes del mundo cubre más de 10 millas cuadradas (16.9 km2) y genera suficiente electricidad para hacer funcionar alrededor de 200,000 hogares. Algunos expertos sugieren que para proporcionar energía a todo Estados Unidos, se necesitaría un área de aproximadamente 100 millas (160.9 km) por lado, probablemente en algún lugar del clima desértico del suroeste de Estados Unidos.
Alternativas a los paneles solares
Existen otras posibilidades para el aprovechamiento a gran escala del poder del Sol. Un ejemplo es la tecnología de energía solar de concentración (CSP). En lugar de generar electricidad directamente, estos concentran la luz solar para calentar el agua, proporcionando vapor para impulsar una turbina que produce electricidad como una central eléctrica convencional. Pueden consistir en matrices de espejos parabólicos que enfocan la luz solar en un tubo lineal lleno de líquido. Alternativamente, el calor del Sol puede ser enfocado por un espejo parabólico para calentar un fluido que impulsa un motor Stirling, que proporciona la energía mecánica para la generación de electricidad.
Otro sistema probado es la «torre de energía», en la que una serie de espejos planos que siguen al sol concentran el calor del sol en un recipiente de líquido que se utiliza para proporcionar vapor a un generador. Hay varias plantas en funcionamiento que producen entre 10 y 20 megavatios de electricidad. Las plantas futuras pueden entregar hasta 200 megavatios.
El futuro
Una tendencia alentadora relacionada con el futuro de la energía solar es que muchos de los mayores innovadores del mundo están optando por enfocar sus talentos y fondos en mejorar la tecnología de energía alternativa. Muchos esquemas de premios, financiados por varios gobiernos de todo el mundo, se centran en proporcionar energía solar de forma económica y a gran escala. En muchos países, los ciudadanos reciben incentivos económicos para cambiar a fuentes de energía «verdes» e instalar sus propios paneles solares.
Aunque, a partir de 2013, hay muchas señales alentadoras de que los gobiernos están reconociendo la necesidad de fuentes de energía alternativas y promoviendo la investigación sobre la energía solar, la respuesta está en parte en manos de los ciudadanos del mundo. Lo que los ciudadanos comunes decidan comprar y apoyar influirá en las tendencias del futuro. Al instalar paneles solares, donar a organizaciones de investigación involucradas en energías alternativas, obtener un título universitario en un tema relacionado y votar por medidas que promuevan el desarrollo de energías alternativas, cualquiera puede opinar sobre el futuro de la energía solar.