Electricidad solar

Uno de los tópicos de mayor actualidad en el campo de la ciencia y la tecnología es sin duda el de las energías renovables. Esto, debido a que los combustibles fósiles empleados en la generación de energía son no renovables y por lo tanto tendrán un fin inexorable en algún momento futuro, además de que su uso intensivo está incrementando la concentración de gases de invernadero en la atmósfera con el consecuente incremento en la temperatura de la superficie terrestre.

La generación de energía a nivel mundial proviene en aproximadamente un 66 % de la quema de combustibles fósiles: petróleo, gas natural y carbón, por lo que la sustitución de los mismos en un porcentaje significativo por fuentes renovables no contaminantes representa un reto formidable. Existen varias energías renovables que podrían contribuir en esta dirección, entre la que se encuentran la solar, la del viento, la hidroeléctrica, la geotérmica y la asociada a las mareas.

De las diferentes alternativas de energías renovables, la que pareciera ser la opción natural a escoger es la solar, particularmente aquella que emplea celdas solares que transforman directamente la energía del Sol en energía eléctrica. En efecto, tenemos por un lado que la radiación solar que incide sobre la superficie de la Tierra excede con mucho nuestros requerimientos energéticos y solamente sería necesario aprovechar una parte minúscula de la misma para satisfacerlos. Por otro lado, la energía solar es una fuente limpia no contaminante, que no emite gases de invernadero a la atmósfera y que es además prácticamente inagotable.

En la práctica, sin embargo, las celdas solares no han constituido la primera opción entre las energías renovables, debido fundamentalmente a factores económicos que superan todas las consideraciones técnicas. Así, se encuentra que el costo de generación de electricidad por kilowatt-hora de una celda solar es unas 5 veces mayor al de, por ejemplo, la energía del viento. Como resultado, encontramos que mientras que esta última contribuye con un 1.5 % al total mundial de energía eléctrica generada, la celdas solares solamente aportan el 0.08 %, es decir, unas veinte veces menos. La otra fuente renovable significativa es la energía geotérmica que constituye el 0.5 % del total mundial generado, porcentaje que es también significativamente mayor al correspondiente a la energía solar.

Hay que ser justos, sin embargo, con las celdas solares, pues si bien en términos globales su contribución a la generación mundial de energía eléctrica es significativamente menor que la correspondiente contribución de las energías eólica y geotérmica, hay ventajas intrínsecas a las celdas solares que las hacen únicas. Estas ventajas tienen que ver con la escalabilidad de una instalación solar, que lo mismo puede tener una potencia de kilowatts, adecuado para una casa-habitación, que decenas de megawatts, suficientes para energizar a un pueblo pequeño. Las celdas solares trabajan, además, de manera silenciosa y sin partes móviles que lleven a un desgaste mecánico. Así, una vez instalado, una planta de celdas solares se espera que funcione por al menos 20 años, sin más mantenimiento que el de limpiar periódicamente el polvo acumulado en su superficie.

Hay, además, quienes ven a las celdas solares proporcionando por si mismas un porcentaje mayoritario de la energía eléctrica mundial. Por ejemplo, en un artículo aparecido en la revista Scientific American el pasado año -“A solar grand plan”, K. Zweibel, J. Mason y V. Fthenakis, 2008- se delinea un plan para generar por medio de celdas solares un 69 % de la energía eléctrica que necesitaran los Estados Unidos en el año 2050. El plan requeriría cubrir una superficie de aproximadamente 50,000 kilómetros cuadrados con celdas solares -un área de aproximadamente 220 por 220 kilómetros-, en la región de mayor insolación en el suroeste de los Estados Unidos. Para almacenar la energía generada y usarla en las horas en que no hay sol, los autores del artículo de referencia proponen bombear aire a presión en cavernas durante el día y emplear dicho aire para mover una turbina y un generador de electricidad durante la noche.

Sin duda, en el futuro las energías renovables no contaminantes jugarán un papel cada vez más significativo en la generación mundial de energía, y si bien en la actualidad la energía eólica seguida de la geotérmica ocupan los lugares preponderante en este respecto, con seguridad desarrollos tecnológicos futuros en el área de las celdas solares harán que estas adquieran una importancia cada vez mayor y eventualmente dominen la escena.

La tecnología de celdas solares dominante en la actualidad es la basada en el silicio cristalino, que acapara el 90 % del mercado mundial de módulos solares. El silicio está, no obstante, en intensa competencia con tecnologías basadas en otros materiales y no queda claro cual de todas saldrá finalmente triunfante. Lo que si es seguro es que la simplicidad conceptual, flexibilidad y ausencia de contaminación del esquema de producción de energía eléctrica por medio de celdas solares, aunada a la abundancia de la energía solar, dará mucho de que hablar en el futuro.