Feas pero útiles

A raíz del llamado embargo petrolero en el año 1973 se generó un gran interés en el desarrollo de tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar. Esta energía es una fuente prácticamente inagotable, pero hace cincuenta años, cuando ocurrió la crisis del petróleo, no existían tecnologías para competir económicamente con las fuentes de energía fósiles. Para ser precisos, en 1973 existían celdas solares que convertían directamente la energía del sol en energía eléctrica, pero su alto costo no las hacía competitivas.

A lo largo de los últimos cincuenta años, la tecnología de las celdas solares se ha desarrollado a tal grado que hoy compite económicamente con otras fuentes de generación de energía, además que su operación no genera contaminantes atmosféricos, como es el caso de las fuentes fósiles. Una medida del éxito que están teniendo las celdas solares nos la dan quizá las protestas que están generando en algunas de las comunidades de los Estados Unidos por la instalación de las llamadas granjas solares, constituidas por extensas áreas cubiertas de paneles solares. Las críticas que se hacen a dichas granjas es que ocupan grandes áreas que resultan con daños ecológicos, incluyendo la erosión del suelo y la contaminación con los herbicidas empleados para prevenir el crecimiento de maleza. Además de que afean el paisaje y hacen que baje el valor de las propiedades en sus alrededores.

Las celdas solares son particularmente competitivas para la electrificación de zonas rurales o de sitios alejados de la red de distribución de energía eléctrica. Para este tipo de aplicaciones, no obstante, se hace más notoria su mayor limitación: generan energía durante el día, mas no durante la noche. Así, se requiere de un medio de almacenamiento -típicamente un sistema de baterías- que capture la energía generada durante el día para ser usada durante la noche. Las baterías, sin embargo, añaden complejidad al sistema de generación de energía, lo que limita su atractivo.

En este sentido, un artículo aparecido esta semana en la revista “Applied Physics Letters” reporta el desarrollo de una celda solar que produce energía, no solamente durante el día, sino también durante la noche. El artículo fue publicado por un grupo de investigadores encabezado por Sid Assawaworrarit de Stanford University, en California.

El desarrollo de Assawaworrarit y colaboradores parte de una celda solar de silicio convencional a la que se le adaptó una placa termoeléctrica. La celda de silicio produce energía durante el día a partir de la radiación que recibe del sol, mientras que la placa termoeléctrica lo hace durante la noche. Para que esto último suceda, es necesario establecer una diferencia de temperatura entre la cara superior y la cara inferior de la placa termoeléctrica.

Para entender cómo el generador termoeléctrico puede producir energía durante la noche, cuando no hay radiación solar, consideremos lo siguiente. Primeramente, habría que hacer mención que todos los objetos emiten una cierta cantidad de calor que tiende a enfriarlos. No obstante, si el objeto está, por ejemplo, en el interior de una habitación, absorberá el calor emitido por las paredes o por otros objetos en la habitación y compensará el calor perdido. Si, por el contrario, está expuesto a la intemperie en una noche estrellada, emitirá radiación hacia el cielo que se perderá irremediablemente y no tendrá manera de ser compensada. De este modo, el objeto se enfriará por abajo de la temperatura ambiente- tal como una planta se enfría y puede incluso llegar a helarse en una noche despejada.

La celda de Assawaworrarit y colaboradores fue construida uniendo la celda solar a la placa termoeléctrica, con la celda colocada en la parte superior viendo al sol. Durante el día el arreglo opera como una celda típica. Durante la noche, se enfría emitiendo calor hacia el firmamento a través de la celda, lo que produce una diferencia de temperatura de unos pocos grados centígrados entre las dos caras de la placa termoeléctrica, y la consecuente energía eléctrica. La energía generada durante la noche -que es, ciertamente, mucho menor que la generada durante el día- podría ser usada para iluminación. Para este propósito, un área de 20 metros cuadrados de celdas sería suficiente para una lámpara de 1 watt, según los autores del artículo de referencia.

Como hacen notar Assawaworrarit y colaboradores, los elementos empleados para construir su celda no fueron diseñados específicamente para la aplicación y habría mucho espacio para optimizar el arreglo. En estas condiciones, consideran que sus resultados demuestran una opción viable para construir dispositivos para generar energía a partir de la radiación solar, tanto de día como de noche. Y con esto avanzar en la sustitución de las fuentes fósiles de generación de energía. Por más que contribuyan a afear el paisaje con tendidos de celdas solares.