La Energía Solar...
¿Es realmente la piedra filosofal de las energías?

Roberto Vazquez Muñoz

Uno de los grandes problemas y limitantes del avance tecnológico y socio-económico de la humanidad, a lo largo de la historia, ha sido la obtención de fuentes de energía que sean constantes, renovables, baratas, limpias, accesibles, fáciles de obtener, manejar y en su caso, transportar, pues la mayoría de las fuentes de energía que se utilizan actualmente no cumplen con las características ideales mencionadas arriba.

Actualmente se cuenta con una gran variedad de generadores de energía alternativa (solar, hidroeléctrica, eólica, geotérmica…), que son más favorables que los combustibles fósiles (como el petróleo y los gases de hidrocarburos), pero la cantidad de energía producida por estas fuentes en conjunto, aún es muy baja. Debido a esto, una parte de los esfuerzos actuales de la ciencia y de la tecnología, van enfocados en mejorar la producción o captación de estas fuentes alternas de energía y una de las líneas de investigación se dedica a la energía solar.


Para entender mejor el panorama general acerca de la energía solar y su importancia, es importante definir algunos conceptos indispensables, tales como energía solar, celda fotovoltaica, etc.

¿Qué es la Energía Solar?

La energía solar es la que recibimos del sol, y se transmite principalmente por medio de radiaciones. Esta energía se produce en el interior del sol por reacciones nucleares a ¡más de 10 millones de grados centígrados! que es una temperatura muy elevada (como ejemplo, el hierro se convierte en vapor a los 2,450 °C aproximadamente). Debido a las reacciones producidas, se genera una gran cantidad de radiaciones de todo tipo, entre las que destacan el calor y la luz visible, además de otras como los rayos infrarrojos, los X, los UV y los gamma.
Gracias a la gran cantidad de energía que se genera, esta puede viajar a grandes distancias, por lo que un buen porcentaje llega a nuestro planeta (tarda un poco más de 8 minutos en llegar) y, después de pasar por nuestro gran filtro solar, la atmosfera, la energía que queda influye en factores ambientales, y en especial, en todas las formas de vida, desde las más simples hasta las más complejas.

En cuanto a la importancia de la luz solar, esta distinción se debe a muchos aspectos, entre los que podemos mencionar su durabilidad y constancia (el sol tienen 5 mil millones de años de edad y esta a la mitad de su vida; además podemos verlo cada día), su costo (la energía por sí misma, ¡es prácticamente gratis!, lo que ya es una gran ventaja), su estabilidad a largo plazo (a pesar de que hay variaciones importantes a lo largo del año, por ejemplo, entre verano e invierno, o entre periodos lluviosos y secos; estas fluctuaciones no son trascendentales en su cuanto a la capacidad de aprovechar la luz solar año con año), su área de cobertura (todo el mundo), su influencia en el crecimiento de los organismos, etc.
Además tiene una gran importancia en los procesos de flujo energético, debido a la gran gama de energía generada, en cuanto a diversidad y cantidad. De esta manera, la energía solar influye en la temperatura superficial de la tierra, en el flujo de las corrientes de marinas y de aire, en efectos del clima (lluvias, tormentas huracanes) y en aspectos biológicos, como la fotosíntesis, la salud, la evolución, la capacidad de mantenerse en actividad en muchos animales (como los reptiles, etc.).
De hecho, lo que se conoce como cadena alimenticia, que tiene su base en los seres vivos que realizan la fotosíntesis, como plantas y algas, se realiza precisamente gracias a la energía aportada por el sol.

Con base en la información anterior, se puede decir que la energía solar ¡es muy importante! Y, de entre todos los aspectos significativos del sol, destaca su importancia como fuente alterna para la producción de energía, que se puede convertir en otros tipos de energía, almacenarse, en forma de calor y electricidad o utilizarse inmediatamente, para preparar alimentos, proporcionar calor y luz, etc.

Como fuente de energía alterna, la energía solar tiene muchas características ideales, tales como costo de generación nulo; producción continua y a gran escala, es muy estable y constante; se le considera energía limpia, pues no genera contaminación; es de larga duración (se estima que le quedan alrededor de 5, 000 millones de años) y tienen una gran área de cobertura, debido a que llega, prácticamente en todo el mundo.
Por otro lado, entre las principales desventajas que tiene, es que sólo se obtiene de día, en algunos lugares es muy dispersa, su captación depende de las condiciones climáticas, y las tecnologías actuales de colecta y almacenamiento no son muy buenas.
Otros aspecto que puede ser una desventaja, es que en la actualidad, los costos de la infraestructura son elevados, a pesar de que la producción de la energía en sí es gratuita, para poderla captar es necesario hacer uso de diversos sistemas, si es para cocinar, puede utilizarse algo tan sencillo como una olla metálica pintada de negro o como una estufa o un horno solar (ambos de fácil elaboración y bajo costo) hasta una estufa parabólica, de muy alta eficiencia, pero de mayor precio. Para captar la energía eléctrica, es necesario usar paneles solares, pero estos no son todavía muy eficientes y su precio comercial sigue siendo elevado. Además, si se quiere almacenar, se requieren otros dispositivos, que tampoco son eficientes todavía, son costosos y no son tan amigables con el ambiente.

Cómo ejemplo de cómo aprovechar la energía solar de forma eficiente, tanto en su captación, transmisión y almacenaje, en la naturaleza tenemos muchos ejemplos de cómo abordar este problema. Esto nos lleva, básicamente, a la fotosíntesis. En este sentido, una de las grandes inquietudes en la captación de la energía solar es en cuanto a la gran capacidad que tienen las plantas para captar la luz y convertirla en energía de manera eficiente. Actualmente, muchas investigaciones se realizan en ese sentido, para crear una celda fotovoltaica biológica (biocelda solar), que sea mejor y más barata que las que se utilizan actualmente.

A lo largo de la historia, la energía solar se ha aprovechado desde la antigüedad, desde que los pueblos primitivos aprovechaban el calor directo del sol para secar frutos, hasta la actualidad, en que hemos encontrado una gran cantidad de aplicaciones para esta energía.

Así, es conveniente resaltar los siguientes puntos, de uso histórico:

- Tecnología de captación: tradicionalmente la energía solar se utilizaba para secar alimentos, bajo su luz directa; calentar agua, por medio de recipientes negros, preparar alimentos, por medio de ollas negras o estufas solares…

- Actividades agroindustriales: sistema de invernaderos, que, básicamente, evitan que se escape la energía solar, aumentando la temperatura dentro del invernadero.

¿Y las aplicaciones?

Entrando en el tema de las aplicaciones, según las propiedades físicas y químicas de los materiales usados en la construcción del sistema de captación y el diseño de dicho sistema, la energía solar se puede utilizar para la producción de otros tipos de energía, entre los que destacan la energía eléctrica y la calorífica, que a su vez se pueden convertir en otros tipos de energía, como mecánica, lumínica, etc. Generalmente, los sistemas de captación y conversión a electrcidad, se conocen como celdas solares (fotovoltaicas), si la transforma en excitones, son celdas solares excitónicas.
Además del uso de la energía solar en la generación de otros tipos de energía, se puede utilizar para la calefacción de edificios, en base a principios arquitectura. También puede utilizarse para calentar agua (para uso residencial), lo que permite ahorrar en el gasto de gas y electricidad, pues el agua y el aire calentado, pueden conservar el calor por una cantidad considerable de tiempo, mediante el diseño adecuado.
Actualmente, cada vez es más común observar casas y edificios con uno o más de estos sistemas, ya sea de fotovoltaicos, de calefacción y/o de calentamiento de agua, sobre todo en los lugares en donde la energía eléctrica no es tan accesible.

A nivel industrial y comercial, se están buscando aplicaciones que puedan ayudar a combatir la contaminación y disminuir la dependencia de combustibles fósiles, debido a que, además de las repercusiones ambientales, conforme va disminuyendo la cantidad de estos combustibles en el mercado, su costo se va encareciendo, lo que influye en el precio de sus productos derivados, lo que explica porqué productos, tales como la gasolina o el plástico, cada vez son más y más caros. Además de que tiene consecuencias ecológicas muy importantes, en sentido negativo.
Afortunadamente, a nivel industrial las empresas tienen ciertos incentivos, como los “Créditos de Carbono” si contaminan menos de la establecido por la ley, por lo que muchas compañías siguen de cerca el desarrollo de las investigaciones científicas y tecnológicas en este sentido, optando por utilizar energías “verdes”, precisamente como la energía solar.

Dentro de los productos que se benefician de estos desarrollos, están lo que se elaborados por la industria automovilística y ya es posible encontrar a los llamados “autos híbridos”, nombrados así por que ya no dependen al 100% de la gasolina para funcionar (y otros ya ni la utilizan); son vehículos que se basan en el uso de gasolina/electricidad, gasolina/energía solar o, los más ecológicos electricidad/energía solar.

En las actividades agropecuarias también existen muchas aplicaciones que se benefician de la energía solar, que van desde las más tradicionales, como los invernaderos, hasta las más modernas, que utilizan sistemas de sensores de luz y celdas solares, para activar sistemas de riego, de medición de temperatura, humedad, etc. lo que permite que estos sistemas se vuelvan automáticos y, por consecuencia, más eficientes y exactos.

La diversidad de los dispositivos de captación de esta energía es muy variable y pueden ir desde mini-celdas de bolsillo flexibles que caben dobladas en una cartera, hasta los grandes complejos de captación solar de muchas empresas y países, que cuentan con cientos de celdas conectadas en un solo circuito.


¿Cuáles son las implicaciones de su uso?

Entre las principales implicaciones de su uso, se encuentra la revolución energética en cuanto a la transición de fuentes fósiles a las fuentes de energía verde. Esto significa que, gradualmente, vamos teniendo un cambio profundo de la tecnología en ese sentido; pues ya no es sólo mejorar los sistemas existentes (en base energías obsoletas), sino que la tendencia va a un rediseño de la tecnología actual, en cuanto a maquinaria, procesos, capacitación humana, etc. lo que conlleva a una remodelación en la captación en la estructura de las plantas productoras de energía y de las industrias que se integren al uso de esta nueva fuente de energía, principalmente de las industrias manufacturares.

Todo esto nos lleva a los siguientes puntos:

Tecnología verde: es un concepto muy general en torno al tipo de energía que, en su producción y manejo, genera un mínimo de contaminación, por lo que se le considera limpia y amigable para el medio ambiente. En este sentido hay varios tipos de energía que se consideran “verdes”, siendo la solar una de las más destacadas. Muchos países, sobre todo en Europa, ya se han dado cuenta del impacto que tiene el uso de este tipo de energías no solo a nivel ambiental, sino también en el sector económico, debido al ahorro que representan.

Construcción verde: Otro aspecto importante que refleja el impacto de la energía solar en la vida diaria, es la innovación en las técnicas de arquitectura, principalmente de casas y edificios públicos, pues mediante diferentes dispositivos y formas de construcción, se puede ahorrar una buena parte de la energía utilizada en sistemas de calefacción y para calentar agua. Entre las técnicas utilizadas se considera el ángulo de construcción con respecto al sol, el tipo de material para construir, la forma de la casa, la inclinación del techo, la distribución de las tuberías de agua, etc.

Disminución del impacto ambiental

De entre todos los resultados obtenidos por el uso de energías alternativas, tiene una mención especial el uso menor de las combustibles fósiles, lo que tiene muchos efectos benéficos para el medio ambiente y para nosotros, pues se producen menos contaminantes, como CO2, compuestos azufrados, hollín, etc.
Si se logra reducir la producción de sustancias dañinas, se evitan sus consecuencias nocivas, tales como el efecto de invernadero (que influye en el calentamiento global), enfermedades respiratorias (por partículas microscópicas), la lluvia ácida, contaminación del medio ambiente, que afecta a todas las formas de vida silvestre, contaminación de las fuentes naturales de agua, daños graves a la salud por sustancias contaminantes y cancerígenas, etc.


Economía

Otro de los resultados positivos, que se ha mencionado de manera constante por su importancia, es el aspecto económico, pues en una época en donde las condiciones monetarias son tan cambiantes, es importante controlar y disminuir los gastos, buscando la manera de seguir teniendo las comodidades aportadas por la ciencia y la tecnología, al mismo tiempo que se cuida el ambiente.
Todo esto trae como consecuencias nuevos paradigmas en la producción de energía, y afortunadamente vivimos en una época en la que se ve el inicio de una gran revolución energética, que de seguro será muy positiva.

A nivel mundial ya se trabaja con la modificación de las tecnologías existentes, así, aunque es relativamente común ver calculadoras solares y otros artefactos parecidos, ahora empezamos a ver autos solares, eléctricos, híbridos, etc. Otro ejemplo es el de las cocinas solares, pues a pesar de que no son tan conocidas, muchas comunidades rurales las utilizan a lo largo del año, por el ahorro que representan, además de que son relativamente fáciles de elaborar. En este sentido, muchas comunidades del centro y del sur de México se han visto beneficiadas por estos dispositivos, que abarcan desde ollas térmicas-solares, hasta concinas-horno solares de gran eficiencia.

Y ya hablando de nuestro país, se pueden señalar otros casos que, a pesar de no ser tan conocidos, por la falta de difusión al respecto, es muy importante que se divulguen, para beneficio de la comunidad en general. Uno de estos ejemplos es un convenio que uno puede realizar con la Comisión Federal de Electricidad (convenio autorizado por la SENER), en el que uno puede producir su propia energía, a pequeña escala (10 kilowatts residencial), y 30 Kw de uso general, lo que para muchas familias significaría un ahorro del 100% del gasto de energía eléctrica.

Es importante mencionar que, a pesar de la muy buena noticia que representa la información anterior, la CFE se queda con el excedente de la energía producida (es decir, si a nivel residencial hubo una producción de 11 Kw, solo te permiten usar 10 y se quedan con el restante, aunque según Ener-Sur, esta energía podría salir como saldo a favor; aunque esto no se menciona ni en la página electrónica de la SENER (www.sener.gob.mx) ni en la de la CFE (www.cfe.gob.mx). El otro punto, igual de importante, es que la toda la inversión en cuanto a la infraestructura e instalación va por parte del usuario, y el costo inicial puede ser elevado, según los requisitos particulares de cada vivienda.

En cuanto a los proyectos de investigación relacionados con la producción de energía solar, hay muchas áreas de la ciencia y la tecnología que tienen un interés especial en este tema, tales como la biología, la física, la química, así como varias ingenierías, y cada una desde su base de conocimientos han aportado la información necesaria para ir mejorando cada vez más estas tecnologías.

En este sentido, hay muchos proyectos interesantes, que permiten buscar soluciones muy variadas, por ejemplo, dentro de las aplicaciones de la biología en cuanto a las celdas solares, se intenta usar la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos, tanto de plantas como de otros organismos, para mejorar el sistema de captación solar; por parte de la física, se utilizan formas alternativas de transmitir la energía, mas allá de la corriente eléctrica, etc.

Situación actual del uso de la Energía Solar:

Un punto importante de mencionar es cuál es la postura de los países a nivel mundial en cuanto a la energía solar. En este sentido, Europa es el continente más avanzado, pues países como Alemania, Austria, Grecia y España, han realizado numerosos estudios acerca de la aplicación de esta energía y ahora son los más avanzados en el aprovechamiento de la energía solar. Se prevé que España, por ejemplo, para el 2010 ya tenga una representación importante (12%) de la energía total producida. Esto se debe tanto por sus avances tecnológicos como por su clima privilegiado, el clima mediterráneo, (que es similar al de la zona noroeste de Baja California, representado por la ciudad de Ensenada).
Otras zonas del mundo, como los países asiáticos, han hacho también grandes avances en esta industria. Los EUA no tienen tanta representación en cuanto aplicación ni tecnología, pues son fácilmente superados por lo europeos, lo que podría deberse a su muy alta dependencia por el petróleo y otros combustibles fósiles.

En México no se ha hecho mucho al respecto, y apenas se están empezando a concretar iniciativas (algunas muy buenas) para el adecuado aprovechamiento de esta energía. En general se puede decir que el avance es poco, a pesar de tener grandes zonas para la instalación de paneles solares, con muchas regiones con un clima privilegiado, ideales también, para la producción de otras fuentes de energía alternativa, tal como la eólica.

Para mayor información:
http://www.anes.org/anes/ Asociación Nacional de Energía solar.
http://www.alternativaenergetica.com.mx/ Energía solar
http://www.ener-sur.com/incentivos-fiscales.html Ener-Sur (convenio de la energía solar)
http://www.escueladeenergiasolar.org En Baja California