El siglo XX se ha caracterizado, entre otras cosas, por un aumento considerable en el consumo de petróleo. El llamado oro negro ha sido utilizado, y continúa siéndolo, como combustible y como materia prima para obtención de plásticos, entre otros materiales. Este consumo acelerado provoca poco a poco el agotamiento de dicha fuente natural. El nuevo siglo que acabamos de estrenar estará necesariamente marcado por el uso de energías alternativas y renovables. Entre ellas, la energía solar es la que más posibilidades ofrece y de la que se puede sacar un mayor aprovechamiento.

El sol y el flujo solar

El sol es la estrella de nuestro sistema solar. Las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en su interior constituyen la mayor fuente de energía de nuestra vecindad. Gracias a dichas reacciones, el sol emite energía electromagnética a la vez que consume 600 millones de toneladas de hidrógeno por segundo. Esto se traduce en una potencia de 3,9E+26 watios (es decir, 390 cuatrillones de watios) radiada en todas direcciones desde el sol. Dado que la Tierra está a 150 millones de kilómetros de distancia del sol, sólo le llega una pequeña fracción. El flujo total de radiación solar que llega a una superficie de 1 m2 perpendicular a los rayos solares es de 1370 watios, un tercio de la cual, es absorbida por la atmósfera.

La cantidad que recibimos, no obstante, equivale al consumo medio diario de un ser humano en la Tierra. Dado que somos 6000 millones de personas, no es difícil deducir que la cantidad hipotética de superficie que sería necesario cubrir de paneles solares para satisfacer las necesidades de la humanidad es de 6000 km2. Si se tiene en cuenta que los paneles solares no son capaces de transformar el 100% de la radiación que reciben, la superficie real que habría que cubrir es bastante mayor, unos 100.000 km2.

Paneles

La energía solar que llega a una superficie no puede ser aprovechada a menos que dispongamos de un sistema de almacenamiento de dicha energía. Esto lo conseguimos con los paneles solares. Los paneles solares están compuestos de una multitud de células fotovoltaicas, unos dispositivos capaces de transformar la energía solar en energía eléctrica. Las células fotovoltaicas se construyen depositando una capa de óxido sobre un metal conductor, como el cobre. En ausencia de factores externos, esta unión actúa de resistencia. Sin embargo, cuando la luz incide sobre la capa de óxido, circulan electrones hacia el metal y se establece una diferencia de potencial entre ambos; la intensidad de la corriente que circula es proporcional a la cantidad de flujo lumínico recibido.

La Unión p-n como Receptor

A partir de mediados de los años 50 se desarrolló un nuevo dispositivo capaz de transformar la energía solar en eléctrica: la batería solar. Ésta consiste en lo que se conoce como unión p-n, esto es, una unión de dos policristales de silicio, cada uno de los cuales ha sido dopado con electrones (semiconductor tipo n) y con huecos (semiconductor tipo p). Cuando la luz incide sobre una película de silicio tipo p, la cual se sitúa por encima de un disco de silicio tipo n, se establece una diferencia de potencial entre ambas regiones. Esto es consecuencia del llamado efecto fotoeléctrico interno, por el cual, un electrón de la región p absorbe un fotón incidente y adquiere la energía necesaria para atravesar la unión p-n y llegar a la región n. Si se conectan ambas regiones mediante dos electrodos, puede obtenerse una corriente eléctrica. Esta corriente dependerá de la intensidad de luz (número de fotones que llegan), de su longitud de onda y de la cantidad de electrones que consiguen llegar a la región n.

El almacenamiento

La energía eléctrica obtenida en las baterías solares, debe ser almacenada, puesto que es necesaria durante la noche y los días nublados. Para ello, se instalan en el circuito, de tal modo que están sometidas a continuos ciclos de carga y descarga. Este tipo de baterías, por tanto, es imprescindible en el montaje de un panel solar, ya que permite el uso de la energía eléctrico a medio plazo, en ausencia de luz solar.

Ventajas e inconvenientes

Entre las ventajas más importantes del aprovechamiento de la energía solar, se encuentra el que es una energía limpia, barata e inagotable. Así mismo, proveen de energía a los satélites artificiales y estaciones espaciales. Por otro lado, la fabricación de los paneles solares produce residuos contaminantes y tóxicos, y la obtención de energía está supeditada tanto a las condiciones meteorológicas como a la estación del año y la latitud del lugar, las cuales influyen en el número de horas de sol y en la inclinación de los rayos respecto de la horizontal.

Autor: Gema Mónica Heras Hitos.