Solar

El Sol ha estado presente en nuestra galaxia desde hace unos 4 mil 500 millones de años y se calcula que aún no ha llegado ni a la mitad de su vida. Es la fuente energética por excelencia para los seres vivos: las plantas utilizan los rayos solares para realizar la fotosíntesis, los herbívoros absorben indirectamente una pequeña cantidad de esta energía al consumir vegetales y los carnívoros hacen lo propio al alimentarse de animales vegetarianos. Pero además, los combustibles fósiles preservan una buena cantidad de suministro solar capturado hace millones de años mediante la fotosíntesis de algas u otros seres vegetales pretificados. La energía hidroeléctrica también usa la energía potencial del agua que se condensa en las alturas después de haberse evaporado gracias a las emisiones caloríficas.

Breve historia

La potencia del Sol fue calculada en 1905 por Albert Einstein al relacionar la equivalencia entre la materia y la energía mediante su ecuación E=mc2. Esta teoría indicaba principalmente que una mínima cantidad de materia puede convertirse en una enorme manifestación de energía, y gracias a este principio los científicos pudieron explicar más tarde por qué el Sol ha brillado en el cielo por miles de millones de años. En su interior se producen continuas reacciones termonucleares, y de este modo convierte cada segundo unos 564 millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de toneladas de helio. Esto significa que unos 4 millones de toneladas de materia se transforman en energía solar y una pequeña parte llega a la Tierra. Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

En 1861, el profesor de matemáticas Augustin Mouchot patentó la primera máquina capaz de generar energía eléctrica empleando los rayos solares. Este invento consistía en introducir agua en una cubeta de hierro rodeado por una capa de cristal. Las emisiones captadas entre el cristal y el recipiente de hierro calentaron el líquido hasta la evaporación, lo que accionaría un pequeño motor. Mouchot perfeccionó su máquina utilizando espejos cóncavos con el fin de concentrar los rayos solares para aumentar la cantidad de vapor. Estos espejos los montó en dos ejes para que pudieran moverse según la posición del Sol, consiguiendo así un primer seguimiento solar con el cual aumentó aún más el calor dentro de la cubeta metálica. Sin embargo, la energía generada por este aparato era tan mínima, que era más fácil seguir utilizando otros combustibles como el carbón.

El Sol como energía

La energía solar podría ser la primera fuente de electricidad para finales del siglo, pero hasta ahora su rol ha sido insignificante debido a que los productores aguardan una paridad de precios con los combustibles fósiles, dijeron líderes de la industria. En 1905, Albert Einstein, partiendo de las teorías cuánticas propuestas por Max Planck, afirmó que la luz está compuesta de cuantos o paquetes de energía, y explicó satisfactoriamente otro efecto llamado “fotoeléctrico” que se presenta en los metales. Con esto, se daban las bases que llevarían a Niels Bohr, Max Born, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Edwin Schrödinger, P.A.M. Dirac y Wolfang Pauli, entre otros, a establecer en 1930 la mecánica cuántica. En el proceso fotoeléctrico, cuando la luz llega a metales como el platino o el cesio, los electrones pueden empezar a moverse, y si los fotones de los rayos de luz tienen frecuencias y energía apropiadas, hacen saltar a los electrones de la superficie iluminada y se genera una corriente eléctrica.

Gordon Pearson, Darryl Chapin y Calvin Fuller, investigadores de los Laboratorios Telefónicos Bell, fabricaron las primeras celdas solares con tecnología de punta como una solución para tener una fuente de energía en las instalaciones telefónicas de las áreas rurales; pero una de las desventajas era su costo, lo que las hacía inaccesibles. Para rescatar esta invención del olvido, a la NASA se le ocurrió que estos artefactos podrían ser la fuente más indicada para los satélites espaciales, y dedicaron mucho tiempo y dinero para perfeccionarlas y producirlas. En 1949, las actividades en torno al aprovechamiento de la energía solar empezaron nuevamente a prosperar. Se construyó el primer gran horno solar en Mont Louis, cerca de Odeillo, Francia. Este complejo aprovechaba la fachada de un edificio para formar un gran espejo parabólico para concentrar los rayos solares en otra construcción cercana.

Asimismo, en Natick, Massachussets, la década de los cincuenta se fabricó un espejo de grandes dimensiones que concentraba la radiación solar en el foco de la parábola para que alcanzara temperaturas de 4, 400º C, suficiente para derretir el acero. En este sitio se realizaron pruebas de calor para conocer las resistencias de diversos materiales destinados a proteger al ejército estadounidense. En Baristow, California, se tiene una planta con 1 800 espejos que concentran el calor del Sol en una torre central de 90 m de altura. Ahí, un fluido como el agua, el aceite o las sales fundidas se emplea para producir vapor de agua y mover un turbogenerador que produce 10 MW (megawatts). En nuestro país, el Instituto de Ingeniería de la UNAM tiene una pequeña planta solar con colectores cilíndrico-parabólicos que siguen el movimiento del Sol, con una capacidad de 10 a 15 kilowatts; en esta planta se emplea aceite como fluido de trabajo para calentar agua y producir vapor.

Ventajas y desventajas

Las celdas solares tienen la ventaja de aprovechar tanto la radiación directa como la difusa, poseen una larga vida y convierten directamente la energía solar en electricidad. En principio, su uso es costoso y, por lo tanto, no pueden competir con otras fuentes de energía como el petróleo y el gas. Como cada celda genera corrientes entre 10 y 40 miliamperes (mA) por cm² y voltajes de 0.4 a 1 volt, se tienen que unir varias celdas en serie o en paralelo, para formar páneles con potencias de 2 a 60 watts-pico que sean útiles para satisfacer diferentes necesidades de energía eléctrica. Por ejemplo, si se quiere tener una potencia de 100 watts, se requerirían 120 V (volts) y 0.8 A (amperes). Para ello, se necesitaría un pánel que tuviera 300 celdas solares en serie (0.4×300=120 V) y 20 celdas solares colocadas en paralelo (0.040×20=0.8 A).

Las dos principales desventajas del uso de la energía solar son, en primer lugar, el costo elevado de los sistemas solares, en comparación con los convencionales y, en segundo lugar, el mantenimiento de toda la tecnología. Es necesario crear sistemas de almacenamiento de energía solar que sean poco costosos, sencillos, eficientes y duraderos. Sin embargo, estas desventajas pueden ser controladas por la investigación básica y aplicada que se realice en los centros de investigación científica. El futuro de la energía solar depende de estas investigaciones y del deber que se tiene para disminuir las emisiones contaminantes en nuestro planeta.

Fuentes

www.gsm-solar.de
Gerard Wynn. Reuters, 19 de Octubre de 2007 www.enllave.es
www.consumer.es