Opinion
Periscopio

Tecnologías de energía solar fotovoltaica

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Armando Sepúlveda Sáenz

miércoles, 30 diciembre 2020 | 05:00

Los problemas de seguridad, economía y sanitarios nos han agobiado en 2020 y los análisis del futuro previsible no indican que la situación vaya a mejorar sustancialmente en 2021, salvo en el ámbito de la pandemia después de la aplicación masiva de las vacunas antivirales. 

Sin embargo, hay razones para esperar en el orden mundial un futuro mejor merced al acelerado crecimiento de la biotecnología, los nuevos materiales, las innovaciones en tecnologías de comunicaciones y de la información, núcleo electricidad y energía alternativa. Los avances en estos campos van a afectar la vida de todos, la diseminación rápida de las innovaciones tecnológicas es un rasgo de nuestros tiempos, porque mejoran nuestra calidad de vida. 

Pese a que el control sobre las aplicaciones tecnológicas sea cada vez más preciso, sin duda habrá quienes las cuestionen y quieran obstaculizar su aplicación.  El espacio de confrontación entre los progresistas y los tradicionalistas se ampliará, asumiendo un cariz político. 

Las aplicaciones particulares en estos campos son muy numerosas, de modo tal que la sola descripción tras resumida llevaría un espacio del que no disponemos. A reserva de abordar otros avances, en esta ocasión pasamos breve revista a algunas tecnologías de conversión de la energía fotovoltaica (conversión de radiación solar y otras fuentes de luz en energía eléctrica).

Las posibilidades de suministro de energía solar son de dimensiones enormes, y con mucho puede ser la principal fuente alternativa de generación de electricidad. Hace ya quizá una década que los europeos formularon las bases de un proyecto gigantesco para generar electricidad para loa países de la Unión Europea, mediante una red que ocupaba territorios de los estados norafricanos. La inestabilidad política permanente en esos países frustró las posibilidades de resolver la escasez de energía eléctrica en Europa, con la mejor opción de acceso a la radiación solar. 

Como se sabe, la distribución de ésta es desigual. Los territorios más cercanos a los polos reciben menor insolación en tanto que los más cercanos al Ecuador, reciben más. El recurso ahí está, hay que aprovecharlo. Empeñarse en quemar combustibles fósiles parece una meridiana necedad. El Instituto de Agricultura de la Universidad de Tennessee, si la energía de la luz del sol que golpea la superficie terrestre de Texas se pudiera convertir en electricidad, se generaría una cantidad de energía de 300 veces la producción total de energía de todas las centrales del mundo. ¡Así de ese tamaño es el recurso!

Aprovechar el potencial energético de la insolación es fundamental para cumplir con los objetivos de reducción de la cuota de emisiones de CO₂ derivadas de la producción energética marcados en el Acuerdo de París (En México dichos objetivos están en suspenso, las emisiones no solo no se reducen se aumentan por política energética) ¿Cuáles son las opciones tecnológicas que permitirán que se consolide como la energía renovable por excelencia? 

1. Nuevos sistemas de celdas solares en tándem. Las celdas solares en tándem funcionan en cascada. Colocadas una sobre la otra, cada una convierte una banda específica de la luz solar en energía eléctrica, evitando así que se desaproveche la energía, pues la restante pasa siempre a la celda siguiente. Según recoge un análisis de la Agencia Internacional de la Energía Renovable (IRENA), existen distintas tecnologías fotovoltaicas emergentes en función de los materiales que utilizan (el más difundido, celdas de perovskita con celdas de silicio), o los tipos de conexión. Además, este planteamiento se ha utilizado para fabricar las celdas solares más eficientes del mundo, que pueden convertir hasta el 46% de la luz solar en electricidad. 

2. Paneles fotovoltaicos flotantes. La combinación del sol, como fuente energética y el mar, en tanto posibilidad espacial parecen haber encontrado una síntesis energética venturosa en los sistemas fotovoltaicos flotantes. Según un informe del Banco Mundial y el Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur, a finales de 2018, la capacidad instalada acumulada global de la fotovoltaica flotante era de 1,1 GW, 100 veces más que tan solo cuatro años antes. A propósito, Riccardo Puliti, Director de Energía del Banco Mundial, “la tecnología solar flotante tiene enormes ventajas para los países donde la tierra es escasa o las redes eléctricas son débiles”. Además, su ubicación en el mar permite destinar la superficie terrestre a la producción de otros recursos y acercar estas centrales solares a áreas urbanas con alta densidad de población, aledañas a las zonas costeras. 

3. Árboles solares. El funcionamiento de los árboles solares se inspira en sus homólogos naturales, ya que disponen de paneles solares en forma de hoja conectados a través de ramas metálicas que usan la luz solar para generar energía. Estas estructuras que imitan formas arbóreas que permiten optimar el uso del espacio (100 veces menos espacio para producir la misma cantidad de electricidad), según cifras del análisis de IRENA. Además, la sombra que proyectan permite mitigar el calor, especialmente en espacios urbanos donde además de producir energía, estas estructuras pueden utilizarse para iluminar las calles, facilitar la conexión WIFI o cargar dispositivos móviles.

4. Agrofotovoltaica: agricultura a la sombra de los paneles solares. Una de las soluciones para mitigar el espacio que ocupan las plantas de paneles solares es combinar la producción de energía fotovoltaica con la agricultura. Según explica un artículo de la revista Nature, los sistemas agrofotovoltaicos de doble uso suponen una gran oportunidad para el futuro de la sostenibilidad energética. La demanda mundial de energía se vería compensada por la producción solar, incluso si menos del 1% de las tierras de cultivo se convirtieran en un sistema agrofotovoltaico, según la citada investigación. La clave está en cultivar bajo los paneles solares, pues los investigadores han confirmado los beneficios de aprovechar la sombra que producen para el rendimiento de los cultivos y su consumo de agua. 

5. Esfera fotovoltaica. “La esfera solar” o mejor conocido como el prototipo de generador de energía solar esférico llamado Rawlemon o “beta.ray”. La esfera solar capta la energía solar aprovechando cada segundo de irradiación, incluso durante las horas de la noche y en regiones con poca luz, merced a su efecto de amplificación (mediante el agua inmersa en la esfera) y concentración (en un pequeño panel colocado en la base) y su sistema de posicionamiento (tracking) de doble eje.  El agua sirve como lupa, concentrando la radiación solar 10,000 veces. El efecto agregado permite alcanzar una eficiencia 35% superior a los paneles fotovoltaicos.

Se puede tener la certeza de que estas tecnologías convergirán en combinaciones varias, con el propósito de aumentar la eficiencia y reducir los costos relativos de inversión/energía generada. Por ejemplo, los paneles fotovoltaicos de las esferas solares se les incorporará la tecnología de traslape o “tándem”, con nuevos compuestos de celda.

Según IRENA, los costes de la producción de energía renovable se abaten rápidamente, tendencia que se ha venido consolidando hasta 2019. Por ejemplo, la caída en el coste global medio de la electricidad producida mediante energía solar fotovoltaica entre 2010 y 2019 fue de un 82%. Una tecnología solar fotovoltaica accesible permitiría transformar el sistema energético global, lo que debiera conducir a beneficios socioeconómicos significativos, la reducción de la huella de CO2 y poner al alcance de mayores segmentos de la población y de localidades aisladas, el acceso a la energía eléctrica por irradiación lumínica.