La energía solar es aquella producida por la luz del Sol. Puede considerarse inagotable y se obtiene por medio de paneles y espejos.
Existen dos tipos de energía solar: la fotovoltaica y la termosolar. La energía fotovoltaica se obtiene a través de celdas fotovoltaicas que convierten una parte del espectro de la radiación solar directamente en electricidad. Las frecuencias elevadas de la radiación solar incidente en la superficie de la Tierra (como la luz ultravioleta) son más energéticas y permiten activar a los electrones de los materiales semiconductores, como el silicio. A este proceso se le llama transferencia de carga fotoinducida, pues los fotones (cuantos de luz) absorbidos liberan electrones en el material, lo que genera la corriente eléctrica.
Por otro lado, la energía termosolar se produce usando las frecuencias de la luz solar que tienen menor energía (visible, infrarrojo). Esta energía se colecta a través de espejos y paneles que concentran y absorben el calor solar y lo transfieren a un fluido. A través de un adecuado sistema de ductos, la energía absorbida por el fluido se aprovecha en diversas instalaciones, así como para producir electricidad a través de la evaporación del fluido y el uso de las turbinas adecuadas.
Una virtud de la generación de energía solar fotovoltaica es que no contribuye al calentamiento global, puesto que durante su funcionamiento no emite gases de efecto invernadero ni sustancias tóxicas contaminantes del aire y el agua. En el desarrollo y la implementación de estas tecnologías hay rigurosos protocolos para limitar los efectos tóxicos de los materiales utilizados, tanto en su producción como en su funcionamiento.
Sin embargo, la fabricación de paneles solares sí conlleva emisiones nocivas al medio ambiente y a la salud, pues requieren materias primas como el acero, aluminio, silicio y cobre, cuya extracción y comercialización conlleva emisión de gases de efecto invernadero y daña localmente ciertos ecosistemas a través de la minería. Sin embargo, la energía utilizada para fabricar e instalar un panel se recupera en un periodo de 3.5 años con la energía eléctrica generada. Puesto que un panel tiene una vida útil aproximada de 25 años, tenemos un gran margen a favor del empleo de estos sistemas como generadores de energía.
Lo anterior permite comprender y visualizar cómo el uso de celdas solares reduce efectos climáticos graves, como la acidificación de ecosistemas terrestres y acuáticos, posicionándose como una tecnología eficiente en la lucha contra el cambio climático.
Por un momento consideremos los efectos de la acidificación, que se manifiestan en la degradación acelerada de complejos sistemas de vegetación (como la muerte de los bosques de montaña) y en la capacidad de reproducción de especies animales clave para el sano funcionamiento de distintos nichos ecológicos (como distintas especies de peces en ríos y zonas lacustres). Los contaminantes de aire y agua tienen también importantes repercusiones en la salud humana, pues están asociados a enfermedades respiratorias, vasculares e incluso causan cáncer.
México es un país que recibe una enorme cantidad de radiación solar. Amplias zonas geográficas muestran intensidades de radiación de siete kilowatts hora (kW h) por metro cuadrado por día. El promedio nacional ronda los 5.3 (kW h) por metro cuadrado al día. Puesto que gran parte de las áreas que gozan de un alto nivel de radiación diario están correlacionadas con regiones de alta marginación social (según Conagua), las poblaciones rurales apartadas de los grandes centros urbanos podrían beneficiarse de la generación fotovoltaica de energía eléctrica.
La energía fotovoltaica local puede contribuir a reducir las distancias y el transporte de energía eléctrica y a crear riqueza y empleo. Por todo ello, la producción de electricidad mediante energía solar y su uso de forma eficiente contribuyen al desarrollo sostenible.
Las razones anteriores nos permiten comprender por qué se invierte una enorme cantidad de recursos financieros a nivel mundial en la investigación y desarrollo de sistemas para la generación solar de energía. Nuevas alternativas están surgiendo cada día. Celdas solares basadas en materiales porosos, como las perovskitas o las celdas solares plásticas, atraen cada día más el interés de los científicos por sus potenciales.
Por ejemplo, en el caso de los materiales fotovoltaicos plásticos, la fotofísica de tales dispositivos fotoactivos se basa en la transferencia de carga inducida por la radiación (fotoinducida) de cierto tipo de polímeros, que son semiconductores de tipo donante a polímeros conjugados de tipo aceptor, o bien a moléculas aceptoras, como los fulerenos. Esta transferencia de carga fotoinducida es reversible y se considera similar a los primeros pasos en la fotosíntesis natural.
Estos notables avances en el área fotovoltaica, aunados a las características mecánicas de los plásticos (flexibilidad y transparencia en ciertas frecuencias), han generado proyectos de arquitecturas fotovoltaicas muy adaptables que pueden potenciar la conversión de la energía solar en energía eléctrica.
Imaginemos, por un ejemplo, el alcance en un paseo dominical a las afueras de la ciudad: invernaderos con cubiertas fotovoltaicas que permiten la producción de alimentos reduciendo el consumo de agua agrícola, a la vez que generan energía eléctrica de forma limpia y sostenible.
El doctor Iván Santamaría Holek es investigador de la Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla
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