Energía solar
La conversión de la energía solar describe las tecnologías dedicadas a la transformación de la energía solar en otras formas (útiles) de energía, como la electricidad, el combustible y el calor[1]. Abarca las tecnologías de captación de la luz, incluidos los dispositivos fotovoltaicos de semiconductores tradicionales, la fotovoltaica emergente,[2][3][4] la generación de combustible solar mediante electrólisis, la fotosíntesis artificial y las formas relacionadas de fotocatálisis dirigidas a la generación de moléculas ricas en energía[5].
Los aspectos electro-ópticos fundamentales en varias tecnologías emergentes de conversión de energía solar para la generación tanto de electricidad (fotovoltaica) como de combustibles solares constituyen un área activa de investigación actual[6].
En la década de 1960, la energía solar era el estándar para alimentar los satélites espaciales. A principios de los años 70, la tecnología de células solares se abarató y se hizo más accesible (20 dólares/vatio). Entre 1970 y 1990, la energía solar se hizo más comercial. Cruces de ferrocarril, plataformas petrolíferas, estaciones espaciales, torres de microondas, aviones, etc. Ahora, casas y empresas de todo el mundo utilizan células solares para alimentar dispositivos eléctricos con una gran variedad de usos. La energía solar es la tecnología dominante en el campo de las energías renovables, principalmente debido a su alta eficiencia y rentabilidad. A principios de la década de 1990, la conversión fotovoltaica había alcanzado un nuevo nivel sin precedentes. Los científicos utilizaron células solares construidas con materiales fotovoltaicos altamente conductores, como el galio, el indio, el fosfuro y el arseniuro de galio, que aumentaron la eficiencia total en más de un 30%. A finales de siglo, los científicos crearon un tipo especial de células solares que convertían en energía utilizable más del 36% de la luz solar que recogían. Estos avances dieron un gran impulso no sólo a la energía solar, sino a las tecnologías de energías renovables en todo el mundo.
¿Cómo se convierte la energía solar?
La radiación solar puede convertirse directamente en electricidad mediante células solares (células fotovoltaicas). En estas células, se genera una pequeña tensión eléctrica cuando la luz incide en la unión entre un metal y un semiconductor (como el silicio) o en la unión entre dos semiconductores diferentes.
¿Qué hace un convertidor solar?
La función básica de un inversor es convertir la energía de corriente continua (CC) que generan los paneles solares en energía de corriente alterna (CA) utilizable en los hogares y las empresas o inyectada directamente en la red en los proyectos de frente de contador (matrices solares a escala comercial).
¿Se puede convertir la energía solar directamente en energía eléctrica?
La energía solar puede convertirse en electricidad de dos maneras: Los dispositivos fotovoltaicos (FV) o “células solares”, que transforman la luz solar directamente en electricidad. Los sistemas fotovoltaicos se utilizan a menudo en lugares remotos que no están conectados a la red eléctrica. También se utilizan para alimentar relojes, calculadoras y señales de tráfico luminosas.
Ventajas de la energía solar
Los paneles solares se encargan de generar electricidad y, en la mayoría de los casos, se sitúan en el tejado de cualquier edificio. Por lo tanto, es a través de estos paneles solares donde comienza la verdadera historia y la energía solar se convierte en electricidad. Estos paneles solares, también conocidos como módulos, suelen estar orientados hacia el sur para obtener el máximo potencial y producción de electricidad.
Cada uno de estos paneles solares se compone de una capa especial de células de silicio, un marco metálico, una carcasa acristalada que, además, está rodeada por una película especial y un cableado. Para obtener la máxima producción de electricidad, los paneles solares se disponen juntos en “conjuntos”. De este modo, a través de estas células solares, también conocidas como células fotovoltaicas, se absorbe la luz del sol durante las horas de luz.
La energía eléctrica que obtenemos de la energía solar a través de las células fotovoltaicas se conoce normalmente como electricidad de corriente continua (DC). Pero esta electricidad de corriente continua no se puede utilizar para alimentar hogares y edificios, por lo que para utilizar esta energía eléctrica generada, tenemos que convertirla en electricidad de corriente alterna (CA).
Sistema de energía solar
La energía que está disponible de forma natural en la fuente solar es enorme. El sol suministra 1,2 x 105 TW de potencia de radiación a la Tierra, cantidad que supera a cualquier otro recurso energético por capacidad y disponibilidad. Eso se convierte en 3,78 x 1012 TJ de energía al año. A modo de comparación, según Crabtree y Lewis (2007), todas las reservas recuperables de petróleo de la Tierra (~3 billones de barriles) suponen 1,7 x 1010 TJ de energía. ¡Así, el sol suministra esta cantidad de energía a la Tierra en sólo ~1,6 días!
Según las revisiones de la Universidad de Oxford, la utilización actual de energía a nivel mundial se acerca a 1,6 x 105 TWh al año (es decir, 5,76 x 108 TJ/año). Si volvemos a comparar esta cantidad con el flujo global de energía solar, ¡el Sol es capaz de cubrir esta demanda en sólo 1 hora y 20 minutos! Es un poco alucinante…
Sin embargo, para ser utilizada, la radiación solar necesita ser convertida en otras formas de energía, como electricidad o calor utilizable. La pregunta es: ¿podemos hacerlo efectivamente a la escala de nuestras demandas?
Qué es la energía solar
La conversión, el almacenamiento y la utilización de la energía solar son cada vez más importantes a medida que crece la demanda mundial de energía y se hacen más acuciantes las restricciones normativas sobre la contaminación y la preocupación por el cambio climático. Para que la energía solar se convierta en una alternativa práctica a los combustibles fósiles, se necesitan urgentemente formas eficientes de convertir los fotones en electricidad, combustible y calor. En las últimas décadas se han dedicado grandes esfuerzos al desarrollo y estudio de materiales, física y dispositivos para la conversión avanzada de la energía solar.
Se necesitan muchos más estudios para que la energía solar se convierta en una parte importante del paradigma energético. En esta conferencia nos centraremos en algunos de los principales retos en este campo. En primer lugar, nuestro control de las propiedades de los materiales (como el bandgap, la composición y la absorción de la luz) sigue siendo insuficiente. En segundo lugar, nuestra comprensión de fenómenos como la interacción luz-materia, y el transporte de calor y carga es todavía incompleta. Por último, hay que resolver los problemas relacionados con la fiabilidad y la durabilidad de los dispositivos y sistemas de energía solar antes de que su implantación a gran escala sea práctica.
