¿Cuál es el futuro de la energía solar?

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 con energía solar, hay muchos ejemplos que demuestran la aplicación útil de la energía limpia, segura y sostenible del sol. A medida que crece 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 se ve brillante. A partir de 2013, la tecnología no está exenta de problemas, y hasta ahora, las aplicaciones han sido en su mayoría de escala relativamente pequeña, pero se está realizando una gran cantidad de investigación en esta área, y ha habido una serie de desarrollos muy prometedores.

Aprovechando la energía solar

El Sol es potencialmente una gran fuente de energía renovable y limpia. Algunos estiman que la luz solar podría producir 10,000 veces más energía que la Tierra utilizada a principios del siglo XXI. Sin embargo, hay grandes desafíos tecnológicos que deben cumplirse para aprovechar esa energía de manera efectiva. Hay varias tecnologías diferentes disponibles, y en desarrollo, que utilizan la luz solar para proporcionar energía.

La luz del sol se puede usar simplemente para calentar el agua que luego se usa para proporcionar calefacción central para 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 con fines industriales o para proporcionar electricidad.

Paneles solares

Estos paneles dependen del efecto fotoeléctrico, donde ciertas sustancias producen una pequeña corriente eléctrica cuando se exponen a la luz. Las células fotovoltaicas se construyen para explotar este efecto, y los paneles solares consisten en grandes conjuntos de estos dispositivos posicionados 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 muy bajos de funcionamiento y mantenimiento, y pueden ser muy efectivos para proporcionar energía a los hogares. Se está investigando mucho 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 18-24% en la conversión de la luz solar en electricidad. Sin embargo, se están investigando varias alternativas. Las células de película delgada pueden estar hechas de 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 se sintonicen 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 célula solar sensibilizada por colorantes (DSSC), a veces llamada la célula 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 son potencialmente baratos de producir, solo tienen un 12% de eficiencia 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 problemático electrolito líquido se reemplaza por un material sólido, abriendo el camino para paneles solares baratos y duraderos.

Además del desarrollo de células fotovoltaicas más baratas y más eficientes, una parte importante del futuro de la energía solar radica en la construcción de nuevos edificios y la modernización de muchos de los más antiguos. Algunos expertos predicen que la mayoría, si no todos, los nuevos edificios tendrán paneles solares instalados en los techos. Como estos también se pueden instalar fácilmente, muchos edificios antiguos pueden recibir mejoras para funcionar con energía del sol. 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 energía alternativa.

Los paneles solares en un techo pueden, en algunas áreas, proporcionar todas o la mayoría de las necesidades de energía de un hogar. Sin embargo, en los casos en que las personas viven en alojamientos de varias plantas, la cantidad de espacio en el techo es muy pequeña en comparación con la cantidad de hogares. Si bien las aplicaciones pequeñas e individuales pueden aliviar la tensión de la red eléctrica, si el Sol debe 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 que enfrenta el aprovechamiento de la energía solar utilizando células fotovoltaicas es el espacio requerido para construir las plantas de energía. Una planta está compuesta por miles de paneles solares, no muy diferentes de los instalados actualmente en hogares de energía alternativa. 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 km ² ) y genera suficiente electricidad para operar alrededor de 200,000 hogares. Algunos expertos sugieren que para proporcionar energía a todo Estados Unidos, se requeriría un área de aproximadamente 160 kilómetros (100 millas) 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 concentración de energía solar (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 al igual que una planta de energía convencional. Pueden consistir en conjuntos 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 comprobado es la "torre de energía", en la cual una serie de espejos planos de seguimiento solar enfoca el calor del Sol en un recipiente de líquido que se utiliza para proporcionar vapor a un generador. Una serie de plantas están en funcionamiento, produciendo 10-20 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 más grandes innovadores del mundo eligen enfocar sus talentos y fondos en mejorar la tecnología de energía alternativa. Muchos planes de adjudicación, financiados por varios gobiernos de todo el mundo, se centran en proporcionar energía solar de manera económica y a gran escala. En muchos países, los ciudadanos reciben incentivos financieros para cambiar a fuentes de energía "verde" e instalar sus propios paneles solares.

Aunque, a partir de 2013, hay muchas señales alentadoras de que los gobiernos reconocen la necesidad de fuentes alternativas de energía y promueven la investigación sobre la energía solar, la respuesta está en parte en manos de los ciudadanos del mundo. Lo que los ciudadanos comunes eligen 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 energía alternativa, cualquiera puede opinar sobre el futuro de la energía solar.