¿Qué es la energía solar?
La energía solar es una fuente de energía renovable que usa partículas de luz solar (fotones) para la producción de energía.
El uso de energía solar puede ayudar a las organizaciones a reducir su uso de energía, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y alcanzar los objetivos de cero neto en la lucha contra el cambio climático. Para 2027, se proyecta que la energía solar supere la producción de carbón y gas natural y se convierta en una alternativa de energía limpia líder para los combustibles fósiles.1
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La historia de la energía solar se remonta a algunas de las primeras civilizaciones, que empleaban lupas para concentrar los rayos del sol y encender fogatas. Sin embargo, la energía solar en el contexto actual a menudo se remonta al descubrimiento del efecto fotovoltaico, observado por primera vez por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel en 1839.
Becquerel descubrió que cuando un material semiconductor como el platino o la plata se expone a la radiación solar, se forma una corriente eléctrica. En la década de 1880, Charles Fritts amplió el trabajo de Becquerel al crear la primera célula solar. Varios científicos defendieron el trabajo con energía solar hasta que se produjo un gran avance en 1954, cuando Bell Labs desarrolló la primera célula fotovoltaica de silicio. Hoy en día, la energía fotovoltaica es la forma más común de aprovechar la energía solar.
La energía solar es posible gracias a las reacciones nucleares que tienen lugar en el núcleo del Sol. Los protones de hidrógeno chocan violentamente y se fusionan para crear helio, produciendo enormes cantidades de energía. Esta energía se irradia desde el sol hacia el sistema solar a través de un espectro de ondas electromagnéticas, también conocidas como radiación electromagnética.
La energía solar desempeña un papel crucial en la creación y el mantenimiento de la vida en la Tierra. El efecto invernadero, por ejemplo, es un fenómeno en el que la energía solar es absorbida por la superficie de la Tierra y se irradia de nuevo a la atmósfera. Los gases de efecto invernadero, como el vapor de agua y el dióxido de carbono, atrapan el calor y crean una capa de aislamiento que mantiene el planeta cálido y habitable. Casi todos los seres vivos dependen de la energía solar, ya sea directamente, a través de procesos como la fotosíntesis, o indirectamente como afiliadas a la cadena alimentaria.
En la Tierra, los sistemas solares fotovoltaicos (PV) y de energía solar concentrada (CSP) se emplean para convertir la luz solar en otras formas de energía, como electricidad y energía térmica.
La energía solar fotovoltaica utiliza el efecto fotovoltaico, la generación de voltaje al exponerse a la luz, para producir electricidad. Un panel o módulo solar es un ejemplo común de un sistema fotovoltaico, ya que puede albergar una matriz de células fotovoltaicas (o células solares). El número de células fotovoltaicas puede variar de una a cientos en un solo panel fotovoltaico.
Cada célula fotovoltaica contiene un semiconductor que está hecho de silicio u otros materiales semiconductores que se utilizan para crear un campo eléctrico. A medida que se absorbe la luz solar, los electrones se sueltan del semiconductor y son arrastrados por una corriente eléctrica que se mueve hacia un dispositivo externo. Este flujo de energía se considera una corriente continua (CC), que genera electricidad proporcional a la cantidad de luz solar recibida. La electricidad de CC se puede convertir en corriente alterna (CA) a través de inversores solares, que permiten producir electricidad de CA en un voltaje establecido.
La electricidad generada por un sistema de paneles solares se puede emplear de inmediato. El exceso de energía puede almacenarse en una batería solar o enviarse a la red eléctrica. Los propietarios de viviendas pueden recibir créditos de energía en su factura de electricidad a cambio de sus contribuciones a los paneles solares. Esto se hace a través de la medición neta. Los sistemas fotovoltaicos son el método de conversión más común para aplicaciones de menor escala y se pueden emplear para algo tan simple como alimentar una calculadora. Sin embargo, también se pueden escalar para una mayor generación de electricidad. Algunas centrales fotovoltaicas pueden proporcionar energía a ciudades enteras.
La energía solar concentrada (también llamada energía termosolar concentrada) emplea espejos para reflejar y recoger la luz solar en receptores llenos de líquido. El calentamiento solar eleva la temperatura del fluido, generando energía térmica a través del agua caliente. La energía se emplea para impulsar motores o hacer voltear turbinas, que luego generan electricidad que fluye hacia las centrales eléctricas o complementan las redes eléctricas.
Normalmente, la ESTC se emplea para aplicaciones industriales y de servicios públicos a gran escala. Las centrales solares, por ejemplo, pueden producir cientos de megavatios (MW) de energía eléctrica al año mediante sistemas ESTC. Sin embargo, la ESTC también puede emplearse a menor escala para aparatos como parrillas solares.
Tanto los sistemas fotovoltaicos como los de CSP se consideran sistemas de energía solar activos, ya que emplean tecnologías solares para producir energía directamente.
En cambio, los sistemas de energía pasiva emplean enfoques de diseño sostenible, como la arquitectura solar, para aprovechar el calentamiento y enfriamiento naturales de la Tierra. A medida que el sol calienta la Tierra a lo largo del día, los materiales de construcción, como la madera, el metal y el vidrio, absorben la energía solar. Cuando el sol se pone y la atmósfera se enfría, los materiales de construcción emiten su calor almacenado a través de conducción, convección y radiación.
Los arquitectos e ingenieros pueden emplear este intercambio de calor para crear soluciones eficientes y económicas para calentar y enfriar edificios. Por ejemplo, pueden pintar un techo de blanco para reflejar la energía del sol o instalar un solárium para calentar naturalmente partes de un edificio.
Se están gestando varios avances en materia de energía solar en el panorama regulatorio, comercial y tecnológico internacional. En Estados Unidos, el Departamento de Energía está trabajando estrechamente con la administración de Biden para reducir los obstáculos al almacenamiento de energía y mejorar los esfuerzos de descarbonización. Esto ocurre en un momento en que estados como California y Nevada, donde los incentivos de crédito fiscal recompensan a los propietarios de viviendas por emplear energía solar, enfrentan un problema único: las empresas solares están viendo superadas sus necesidades energéticas por un exceso de instalaciones solares.
En India, Adani Green Energy encargó 1 gigavatio (GW) de energía solar en el parque solar fotovoltaico Khavda en el estado de Gujarat, un paso crucial en su camino hacia la construcción de 30 GW de capacidad.2 Mientras tanto, Lightsource, con sede en el Reino Unido, está desarrollando un parque solar fotovoltaico de 560 MW en Grecia que se convertirá en el segundo parque solar más grande de Europa, un título que actualmente ostenta el parque solar Witnitz en el este de Alemania.3
Los refrigeradores que funcionan con energía solar ayudan a combatir los brotes de malaria en África al almacenar las vacunas a una temperatura segura.4 En Japón se están llevando a cabo planes para enviar energía solar directamente desde el espacio hasta la Tierra en 2025.5 Estas innovaciones son posibles gracias a la reducción del costo de la energía solar, que disminuyó un 90 % en la última década, y a los avances en los sistemas de almacenamiento de energía.6