Energía Solar Fotovoltaica, Qué Es, Cómo Funciona, Ventajas Y Desventajas

El sol, como una planta de energía en el cielo, baña la Tierra de la suficiente energía para cumplir varias veces con la demanda de todo el planeta. No tiene emisiones de dióxido de carbono. No se acabará. ¡Y es gratis!

La energía solar fotovoltaica es la tecnología que aprovecha esa energía del sol para convertirla en electricidad útil.

Entonces, ¿cómo puede la gente en la Tierra convertir los rayos del sol en electricidad útil?

La luz del sol (y toda la luz) contiene energía. Por lo general, cuando la luz golpea un objeto esa energía se convierte en calor, como el calor que se siente al estar sentado en el sol. Pero cuando la luz llega a ciertos materiales la energía se convierte en una corriente eléctrica, la cual podemos aprovechar para generar electricidad.

La tecnología solar de la vieja escuela utiliza grandes cristales hechos de silicio, que producen una corriente eléctrica cuando son golpeados por la luz. El silicio puede hacer esto porque los electrones en el cristal se levantan y se mueven cuando se expone a la luz en lugar de sólo balancearse para generar calor. El silicio vuelve una buena parte de la energía luminosa en energía eléctrica, pero es caro porque los cristales grandes son difíciles de producir.

Vldeo, cómo funciona una celda solar para generar electricidad

Nuevos materiales usan cristales más pequeños, más baratos, como el cobre-indio-galio-seleniuro, que puede ser en forma de películas flexibles. Esta tecnología solar “de película delgada”, sin embargo, no es tan buena como el silicio para convertir la luz en electricidad.

En este momento, la energía solar representa sólo una pequeña porción de la generación total de electricidad en el mundo ya que es más cara que otras alternativas como el carbón, barato, pero altamente contaminante. La energía solar es cerca de cuatro veces más cara que lo que la gente paga por la corriente que sale de sus contactos eléctricos, esto principalmente por la gran cantidad de subsidios que se otorgan en la actualidad.

Con el fin de tener una esperanza de sustituir los combustibles fósiles, los científicos necesitan desarrollar materiales que puedan ser producidos en masa fácilmente y convertir suficiente luz solar en electricidad para que la inversión sea rentable.

Las siguientes preguntas responderán los fundamentos y detalles de cómo funciona la energía solar.

¿Qué es una celda solar?

Una celda solar es un dispositivo que toma la energía de la luz solar y la convierte en electricidad.

¿Cómo una celda solar convierte la luz del sol en electricidad?

En un cristal, los enlaces entre los átomos de silicio están hechos de electrones que se comparten entre todos los átomos del cristal. La luz es absorbida, y uno de los electrones que hay en uno de los enlaces se emociona hasta su nivel de energía más alto y puede moverse con más libertad que cuando estaba unido. Ese electrón puede entonces moverse por el cristal libremente, y puede obtener una corriente.

Cómo funciona una celda solar fotovotaica y cuáles son sus partes
Cómo funciona una celda solar fotovotaica y cuáles son sus partes

¿Qué tan buenas son las celdas solares actuales en la captura de energía de la luz?

La eficiencia energética de una celda típica de silicio cristalino es del 22 al 23 por ciento, lo que significa que convierten hasta en un 23 por ciento de la luz que incide sobre ellas en electricidad. Los paneles solares, conjuntos de celdas solares, que normalmente podemos poner en nuestros techos tienen una eficiencia menor, en algún lugar entre el 15 y el 18 por ciento. Las más eficientes, como los que van a bordo de satélites, podrían tener eficiencias de energía cercanas al 50 por ciento.

La eficiencia energética es una de las medidas, pero la otra cosa que nos preocupa mucho es el costo de fabricación y la escala de producción.

La tecnología de silicio no es muy escalable, ya que es muy cara de producir. Tenemos que inventar una nueva tecnología, que podría no ser tan eficiente. La gente está tratando de utilizar nuevos materiales como los plásticos y nanopartículas. Actualmente el costo de un watt de celda solar se encuentra alrededor de $1 dólar americano.

Para conocer las diferencias entre una celda solar y un panel solar mira este artículo: Diferencia entre Panel Solar y Celda Solar

Ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica

Infografia sobre las ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica
Infografia sobre las ventajas y desventajas de la energía solar fotovoltaica

Costos

Como ya lo mencionamos antes la energía solar que viene del sol es gratuita. Ahora bien, los costos para lograr que esa energía sea utilizable son altos, sin embargo son solamente costos iniciales, ya que cuando tenemos un sistema fotovoltaico funcionando, no hay costos de mantenimiento, cuotas mensuales, ni costos de materia prima, como con el carbón o el petróleo, cada vez que queremos prender un foco. Son materiales que necesitan ser producidos una sola vez y su combustible es la luz del sol.

Una de las principales ventajas de la energía solar es que sus costos van a la baja al contrario de otras fuentes de energía no renovables, cuyos costos van a la alza.

Emisiones

La generación de electricidad con el sol no genera emisiones contaminantes, sin embargo la producción de un panel solar si lo hace, ya que involucra manufactura, almacenamiento, transporte e instalación.

Se estima que en todo su ciclo de vida, un sistema de energía solar fotovoltaica emite entre 32 and 82 gramos de carbono por kilowatt hora, lo cual es considerablemente menor que las emisiones del gas natural (272-907 gramos de CO2E/kWh) o el carbón (635-1633 gramos de CO2E/kWh).

En conclusión, la generación de electricidad con un sistema de energía solar fotovoltaico si genera emisiones, pero estas son 20 veces menores que las de producir electricidad con plantas de carbón y más de diez veces menores que las del gas natural que tanto auge tiene en estos días, en especial con las nuevas reformas energéticas.

Impacto ambiental

La energía solar fotovoltaica es una energía muy noble con los ecosistemas, siempre y cuando sea utilizada de modo eficiente. Para esto se requiere que los paneles solares sean instalados en espacios que de otro modo estarían desaprovechados, como las azoteas, techos, superficies impermeables, etc. Así, se aprovecha un espacio con una enorme irradiación solar para generar energía en vez de que esa energía sea mal aprovechada calentando las construcciones innecesariamente (y a su vez consumiendo más energía para refrescar dichas construcciones). En algunos casos se desarrollan proyectos enormes de parque solares, que alteran los ecosistemas o bien ocupan espacios destinados para la agricultura, esto no parece tan eficiente ni sustentable, además de que se requiere de líneas de transmisión para llevar esta energía a quien la va a utilizar, lo cual no sucede con la generación local de energía (en tu propio techo o azotea).

Por otra parte, una buena noticia es que la producción de paneles solares no consume agua.

Almacenamiento

Uno de los grandes problemas de la energía solar es el “cómo almacenarla”, Hasta ahora se han utilizado baterías de ciclo profundo en su mayoría, las cuales son caras, duran poco y contienen elementos tóxicos. Sin embargo, existen otras opciones, debido a que la mayor parte de la energía que consumimos es en horas de sol, podemos aprovechar la energía solar fotovoltaica directamente de los paneles, o bien estar interconectados a la red eléctrica para aprovechar nuestra propia energía en el día y enviar un excedente a la red que consumiremos por las noches, de ese modo, todo nuestro consumo vendrá de los paneles solares.

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