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¿Qué es la energía solar?

Nace en un parto violento, la fusión nuclear de helio e hidrógeno. Por suerte para la Tierra, la energía solar llega en forma de radiación electromagnética mediante luz, calor y rayos ultravioleta. El sol es la central infinita de tres energías renovables (solar fotovoltaica, solar termoeléctrica y solar térmica), que ya es clave para mitigar los efectos del cambio climático. La economía de escala abarata los costes y optimiza su rendimiento.

Esa estrella tan cercana y lejana a la vez se originó hace más de 4.500 millones de años y dista de la Tierra aproximadamente 150 millones de kilómetros, una distancia que su luz recorre en algo más de ocho minutos.

El hidrógeno acapara casi las tres cuartas partes de su masa (1,39 millones de kilómetros de diámetro, 109 veces mayor que el de la Tierra) y el resto se compone sobre todo de helio. Precisamente la energía que genera se produce mediante la fusión nuclear de ambos elementos. También están presentes, aunque en cantidades mucho más pequeñas, oxígeno, carbono, neón y hierro.

La superficie del sol alcanza unos 5.500 grados centígrados y se calcula que su núcleo ronda unos 15 millones de grados.

Se trata de una estrella de tamaño medio (se han localizado algunas hasta 100 veces mayores) y hace posible la vida en el planeta, junto con la abundancia de agua, gracias al proceso químico de la fotosíntesis.

Tres tecnologías de energía solar

La energía fotovoltaica es la más extendida en grandes instalaciones o huertos solares, y sus paneles transforman directamente la radiación solar en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Fue el físico francés Edmond Becquerel quien lo descubrió en 1839 al percatarse de que una celda de electrodos metálicos producía más electricidad a través de una solución conductora cuando quedaba expuesta a la luz.

En 1883, el científico norteamericano Charles Fritts creó la primera célula fotoeléctrica utilizando el selenio por material semiconductor. Hoy, la industria emplea masivamente el silicio como ingrediente fundamental en el proceso.

Existen ensayos operativos con materiales derivados del carbono en paneles orgánicos, que aportan ventajas como la posibilidad de adaptarlos a superficies irregulares. Esto podría facilitar y abaratar su instalación por ejemplo en entornos urbanos y para usos domésticos.

El primer módulo fotovoltaico lo desarrollaron en 1954 ingenieros de la NASA para alimentar con luz solar los equipos de comunicación de los satélites. A mediados de los años setenta, los avances fotovoltaicos llegaron al ámbito civil, aunque la capacidad de aquellos módulos era bastante inferior a la de los actuales.

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La superficie del sol alcanza unos 5.500 grados centígrados y se calcula que su núcleo ronda unos 15 millones de grados.

Un estímulo convincente: el precio

Como en la mayoría de fuentes renovables, el auge de la energía solar se asocia a su abaratamiento. La gran barrera que impedía su desarrollo hasta hace pocos años eran los gastos de inversión tecnológica. Pero esta dificultad se ha superado gracias a la innovación y la economía de escala.

Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), "globalmente, el coste total de los proyectos solares fotovoltaicos se sitúa por debajo de los costes marginales de las plantas de generación con combustibles fósiles y seguirá bajando drásticamente en las tres próximas décadas".

Un ejemplo. A finales de la pasada década, el precio de la energía eléctrica producida por las plantas fotovoltaicas en España se situaba en 297 euros por MWh (megavatio-hora). Según la Asociación Nacional de Productores de Energía Fotovotaica (ANPIER), "este esfuerzo tecnológico ha permitido bajar en un 90% los costes de instalación para ofrecer precios de la energía cercanos a los 30 euros por MWh, algo que resultaba impensable hace unos pocos años".

Las plantas fotovoltaicas suelen conectarse a la red para verter toda la electricidad que generan. También los generadores para autoconsumo: la energía sobrante que no se emplea en el abastecimiento de una vivienda o una empresa, se canaliza a la red. Sin embargo, otras instalaciones fotovoltaicas funcionan sin esa conexión, por ejemplo las que generan energía para usos agropecuarias (riego, maquinaria, iluminación, etc.) en lugares aislados.

Mejor gestión, más eficiencia

Los avances tecnológicos no solo han conseguido reducir los costes de instalación, operación y mantenimiento, también han multiplicado la capacidad de gestión mediante la monitorización a distancia del rendimiento y las incidencias técnicas o la trazabilidad de la energía eléctrica para certificar su origen 100% renovable, algo fundamental de cara al consumidor y para la financiación de proyectos con garantía de ser sostenibles.

Igualmente, esa evolución tecnológica ha impulsado la eficiencia y el rendimiento de los paneles solares, es decir, en el aprovechamiento de un mayor porcentaje de la luz solar que incide sobre las celdas y finalmente se convierte en electricidad.

Según Ignacio Mártil de la Plaza, doctor en Física, catedrático de Electrónica y autor de ‘Energía Solar. De la utopía a la esperanza’, "la eficiencia de las células de silicio está en la actualidad por encima del 26%, muy cerca de su límite teórico, del 29%. Pero con otros materiales y otros conceptos no solo veremos algún día eficiencias del 50%, es que, de hecho, ya las vemos". Los ensayos en laboratorio han permitido ya eficiencias del 46% gracias a una nueva generación de células solares, las de unión múltiple de alta concentración.

La gran barrera que impedía su desarrollo hasta hace pocos años eran los gastos de inversión tecnológica. Pero esta dificultad se ha superado gracias a la innovación y la economía de escala.

Asia, la fábrica del mundo

Los principales productores mundiales de módulos fotovoltaicos se concentran en países asiáticos. El 70% de la producción de energía solar fotovoltaica se concentra en China y Taiwán, mientras que Japón tiene una cuota del 15%. "China tiene una ventaja con la que no es posible competir: su mercado interno de 1.400 millones de potenciales consumidores. No necesita exportar nada ni competir con nadie, los fabricantes chinos venden sus paneles fabricados en China, con las condiciones laborales de China a sus clientes chinos; con eso les basta para tener cifras de negocio astronómicas", explica Mártil de la Plaza.

Por potencia solar fotovoltaica instalada, también destaca el gigante asiático, con 30.1 GW (gigavatios), muy por delante de Estados Unidos (13 GW), Japón (7,5 GW), India (6,53 GW) y los 6GW de Australia, una cantidad considerable en relación con la población del país, que demuestra el compromiso gubernamental sostenido con la generación fotovoltaica en un país rico en radiación solar.

La variedad térmica

Es la segunda modalidad de aprovechamiento tecnológico de la energía que regala el sol. A diferencia de la fotovoltaica, los rayos solares se transforman en calor, no en electricidad, y de ahí que se use sobre todo en calefacción, por ejemplo en el sistema de suelos radiantes, y agua caliente sanitaria en viviendas y oficinas, entre otros edificios.

Los paneles solares térmicos en las edificaciones funcionan con un fluido, mezcla de agua y anticongelante, que se calienta mediante la radiación del sol. El calor acumulado se transfiere por medio de un intercambiador a un circuito secundario, donde se calienta el agua en el depósito general del sistema.

De hecho, las instalaciones de energía solar térmica se imponen en las construcciones de obra nueva de cada vez más países con el fin de mejorar los niveles de sostenibilidad del sector inmobiliario.

Un informe conjunto de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), IRENA y la Red de Energía Renovable para el Siglo XXI (REN21), destaca que "alrededor de 2.800 millones de personas siguen dependiendo de la madera, el carbón, el estiércol animal y otros combustibles ineficientes y contaminantes para cocinar, lo que perjudica su salud, daña el medio ambiente y reduce el bienestar social. La calefacción y la refrigeración representan casi la mitad del consumo mundial de energía. Depender mayoritariamente de los combustibles fósiles contribuye en gran medida a las emisiones de gases de efecto invernadero y a la contaminación atmosférica".

Además de la fotovoltaica y la solar térmica, una tercera forma de aprovechar la energía solar es la termoeléctrica. Emplea el calor y la luz del sol para calentar un fluido, generar vapor de agua y mover una turbina para la producción de electricidad. Los rayos solares se concentran mediante espejos en un receptor que puede alcanzar temperaturas de hasta 1.000 grados centígrados.

Hacia los coches solares

Uno de los usos más intensos del trío clásico de fuentes fósiles (carbón, petróleo y gas natural) es producir energía térmica como la de los motores de combustión de los vehículos o las calderas. Ese procedimiento, sin embargo, es una de las principales causas de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, causa directa del calentamiento global. De acuerdo con el Parlamento Europeo, el 30% de estas emisiones en la Unión corresponden al sector de transporte, y de estas el 72% procede de los vehículos terrestres.

El estímulo al uso de vehículos híbridos (combinación de motor térmico y motor eléctrico) y eléctricos puros (solo motor eléctrico) es un objetivo estratégico de la UE. Según la Asociación de Constructores Europeos de Automóviles, la venta de híbridos y eléctricos se duplicó en el primer trimestre de 2020 respecto al año anterior, a pesar incluso de la pandemia.

Pero investigadores y fabricantes van más allá y trabajan en prototipos de vehículos movidos exclusivamente por energía solar con células fotovoltaicas instaladas en sus superficies. Algunos permiten autonomías de cientos de kilómetros gracias a su ligereza, pero se trata de una línea de investigación muy a futuro, aún está lejos su posible versión comercial.

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