30 de marzo del 2017
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Llegamos al último capítulo de este ciclo monográfico de introducción a las energías renovables y lo hacemos con una de las más conocidas para el público general: la solar fotovoltaica.

Perspectiva actual:

Existen tres factores fundamentales para que esta tecnología esté en la palestra: la evolución tecnológica, especialmente a raíz de la Era Espacial; el vector económico a partir de la primera Crisis del Petróleo; y la visión de un futuro sostenible con diversos acuerdos como impulsores de este escenario. En la actualidad la generación mediante esta vía ofrece una paridad de coste con el KWh generado con los medios convencionales (lo que se denomina “Grid Parity”), tanto a nivel industrial como doméstico, por lo que su grado de desarrollo es mayor por ejemplo que la solar térmica a alta temperatura que abordábamos en el capítulo anterior y no precisa de subvenciones. Pero sí han sido éstas las que han facilitado en gran medida el descenso de costes que se prevé que continúe; además y aunque no sea el factor más determinante, los módulos fotovoltaicos pueden ser reciclados.

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En términos legislativos el panorama actual no es nada favorable, lo que unido a la coyuntura económica ha llevado a un estancamiento del sector y de la potencia instalada. España posee unos 45.000 MW instalados y 60.000 instalaciones, pero el 74% de las mismas fueron conectadas antes de 2009. En el caso de la fotovoltaica aislada se calculan unos 24,6 MW que en el caso concreto de nuestro país y como adelantamos en el artículo sobre la eólica, además de pagar un “peaje” por cada Kw generado, no perciben ningún tipo de compensación por la energía que vierten a la red como sí sucede en otros países de nuestro entorno. Nos encontramos ante la evidente paradoja de que si bien en otras materias debemos atender los designios de la Unión Europea, las directivas de este organismo son hasta el momento desoídas ante las trabas del poderoso oligopolio español. Es de prever en cualquier caso que en el medio y largo plazo el autoconsumo y las medidas de “balance neto” no sólo en la fotovoltaica sino también ante otras tecnologías se abran hueco paulatinamente. España no puede ni debe contradecir una tendencia que ha llegado para quedarse. En el contexto internacional la tónica general es la de la estabilidad en Europa a raíz de la crisis y el crecimiento en otros mercados emergentes; en potencia instalada destacan China, Alemania e Italia.

¿Pero qué principios rigen el funcionamiento de la fotovoltaica?

Una célula de este tipo funciona gracias al efecto fotoeléctrico, que consiste en la emisión de electrones por parte de un material cuando sobre él incide una radiación electromagnética. El modelo atómico clásico de un material cualquiera, un esquema imaginario pero práctico del funcionamiento del átomo, se resume en la siguiente imagen:

fotovoltaica
Desde el punto de vista de la fotovoltaica nos interesan los electrones situados en la órbita externa o de Valencia, la órbita estable más externa en la que pueden encontrarse antes de abandonar la estructura del átomo. Este modelo sirve también para explicar los diferentes tipos de materiales: materiales conductores, que poseen -1 ó -2 electrones en la banda de Valencia, no existiendo en ellos banda prohibida y pudiendo sus electrones saltar entre ellas con escaso aporte energético del exterior; materiales aislantes, que disponen de una gran cantidad de electrones en su última órbita (5-8 generalmente), con una banda de Valencia estable de la que cuesta mucho “sacar” un electrón; y materiales semiconductores, capaces de comportarse como aislante o conductor en función de las condiciones externas (energía aplicada). En la fotovoltaica se hace uso de los materiales semiconductores, ya que en ellos la banda de separación entre conducción y Valencia es suficientemente pequeña para “arrancar” electrones por un fotón al incidir la luz, pero a la vez lo suficientemente grande como para que el electrón no se recombine automáticamente disipando la energía del fotón casi inmediatamente en forma de calor. Uniendo materiales semiconductores con cargas globales distintas en una misma célula (dopar un material) se crea una diferencia de potencial entre sus caras evitando que los electrones liberados se recombinen y, en definitiva, creando una corriente eléctrica. No vamos a complicarnos más en el ámbito teórico, baste acabar aclarando que cada material posee una respuesta distinta al espectro de luz y sólo aprovecha de forma óptima una parte del mismo (rendimiento teórico del material). El silicio, el material más usado en la industria, aprovecha aproximadamente un 25% de la energía solar incidente.

Del mismo modo, existen tres grandes grupos de células fabricadas gracias al silicio: las monocristalinas de silicio puro en lingotes, las policristalinas de menor rendimiento pero más baratas y las thinfilm sustentadas en un soporte semirígido con baja eficiencia pero alto grado de integración arquitectónica.

Tipos de instalaciones:

Sistemas de conexión a red (on grid): poseen una serie de componentes esenciales. El generador compuesto por un conjunto de módulos FV, en serie para determinar la tensión y en paralelo la intensidad; el inversor que convierte la corriente continua en alterna, una estructura soporte y el cableado y los elementos pertinentes de seguridad. Su aplicación es muy diversa: sector residencial, electrificación rural, uso comercial y público y en forma de grandes parques solares.

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Sistemas sin conexión a red (off grid): puede aplicarse al alumbrado público, a sistemas de bombeo de agua, sistemas de telecomunicaciones, electrificación rural y desarrollo energético, aplicaciones industriales, etc. En este caso los módulos fotovoltaicos pueden alimentar una carga de corriente continua como una bomba sin baterías, o hacer uso de un regulador que determina qué cantidad del flujo eléctrico se destina a las baterías y/o al bus de potencia; el esquema de instalación varía también en función de si instalamos un inversor para alimentar equipos que precisen corriente alterna.

acumuladores

Los acumuladores o baterías, que almacenan la energía, son vitales cuando queremos gozar de autonomía en instalaciones de esta tipología, ya que nos permiten “guardar” el exceso de energía generada para su consumo posterior. Generalmente se usan sistemas electroquímicos de plomo-ácido aunque existen muy diversas tecnologías en este campo, todas estas baterías tienen en común el hecho de que liberan electrones en el proceso de descarga produciendo una corriente eléctrica en un fenómeno reversible “REDOX” (Oxidación-Reducción). Son muy similares a las baterías de un automóvil, pero de mayor eficiencia, vida útil y capacidad, y con un régimen de carga y descarga más lento que se adecua a este uso. En una instalación aislada los acumuladores suelen conllevar un peso elevado sobre la inversión económica total, y además hay toda una serie de parámetros que deben analizarse adecuadamente y que podrían mermar su vida útil, como el calor; también deben instalarse en zonas adecuadamente ventiladas, ya que desprenden hidrógeno altamente explosivo.

Y hasta aquí mi pequeña contribución divulgativa sobre las energías renovables. Espero sinceramente que sirva de introducción para aquellos que deseen acercarse a estas tecnologías y conocer un poco más acerca de qué tipos hay, los fundamentos básicos de su funcionamiento, sus aplicaciones, el grado de penetración en el mercado o sus perspectivas futuras. El ejercicio de la pedagogía en este sentido también es un vector vital para promover una transición energética que garantice un futuro más sostenible y respetuoso con el planeta en el que moramos. El ser humano ha alcanzado cotas de desarrollo inimaginables para nuestros antepasados, pero aunque conocemos los males que traerán y existe en ello consenso científico, seguimos anclados en una etapa de negación ante fenómenos como el calentamiento global y la finitud de los hidrocarburos en los que fundamentamos nuestra civilización.

El futuro siempre está empezando ahora (Mark Strand).

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Mario Siles García

Ingeniero, escritor, pintor por hobbie y activista por necesidad. En definitiva, un hombre renacentista que aúlla desubicado en plena era de la especialización.

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