Entender qué es la energía solar, conocer las diferencias de cada tipo y saber cuál es la más ventajosa
¿Qué es la energía solar?
La energía solar es energía electromagnética cuya fuente es el sol. Puede transformarse en energía térmica o eléctrica y aplicarse en diferentes usos. Las dos formas principales de aprovechar la energía solar son la generación de electricidad y el calentamiento solar de agua.
Para la producción de energía eléctrica se utilizan dos sistemas: el heliotérmico, en el que la irradiación se convierte primero en energía térmica y luego en energía eléctrica; y fotovoltaica, en la que la radiación solar se convierte directamente en energía eléctrica.
Energía heliotérmica o energía solar concentrada (CSP)
Según el Ministerio de Minas y Energía, Brasil tiene alrededor del 70% de su matriz eléctrica basada en energía hidráulica y, más recientemente, otras fuentes de energía, como biomasa, eólica y nuclear, han recibido incentivos.
- ¿Qué es la energía hidroeléctrica?
Ante las condiciones hidrológicas desfavorables, con periodos de sequía cada vez más prolongados, la energía heliotérmica se presenta como una alternativa. Más aún si tenemos en cuenta que los períodos de sequía están asociados con un mayor potencial solar debido a la baja interferencia de las nubes y la radiación solar más intensa.
Hay varios tipos de colectores y la elección del tipo apropiado depende de la aplicación. Los más utilizados son: el cilindro parabólico, la torre central y el disco parabólico.
¿Como funciona?
Los captadores de energía solar heliotérmica son dispositivos que captan la radiación solar y la convierten en calor, transfiriendo este calor a un fluido (aire, agua o aceite, en general). Los colectores tienen una superficie reflectante, que dirige la radiación directa a un foco, donde se encuentra un receptor. Una vez que se ha absorbido el calor, el fluido fluye a través del receptor.
Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica es aquella en la que la radiación solar se transforma directamente en energía eléctrica, sin pasar por la fase de energía térmica (como sería en el sistema heliotérmico).
¿Como funciona?
Las células fotovoltaicas (o células de energía solar) están hechas de materiales semiconductores (generalmente silicio). Cuando la célula se expone a la luz, parte de los electrones del material iluminado absorbe fotones (partículas de energía presentes en la luz solar).
Los electrones libres son transportados por el semiconductor hasta que son arrastrados por un campo eléctrico. Este campo eléctrico se forma en el área donde se unen los materiales, debido a una diferencia de potencial eléctrico entre estos materiales semiconductores. Los electrones libres se extraen de las células de energía solar y están disponibles para su uso en forma de energía eléctrica.
A diferencia del sistema heliotérmico, el sistema fotovoltaico no requiere una alta radiación solar para funcionar. Sin embargo, la cantidad de energía generada depende de la densidad de las nubes, por lo que un número bajo de nubes puede resultar en una menor producción de electricidad en comparación con los días completamente abiertos.
La eficiencia de conversión se mide por la proporción de radiación solar en la superficie de la celda que se convierte en energía eléctrica. Normalmente, las celdas más eficientes proporcionan una eficiencia del 25%.
Según el Ministerio de Medio Ambiente, el gobierno desarrolla proyectos de generación de energía solar fotovoltaica para suplir la demanda energética de comunidades rurales y aisladas. Estos proyectos se enfocan en algunas áreas tales como: bombeo de agua para suministro doméstico, riego y piscicultura; iluminación pública; sistemas de uso colectivo (electrificación de escuelas, centros de salud y centros comunitarios); cuidados en el hogar.
Explotación térmica
Otra forma de aprovechar la radiación solar es el calentamiento térmico. El calentamiento térmico a partir de energía solar se puede realizar mediante un proceso de absorción de la luz solar por colectores, que suelen instalarse en los techos de edificios y viviendas (conocidos como paneles solares).
Como la incidencia de la radiación solar en la superficie terrestre es baja, es necesario instalar unos pocos metros cuadrados de captadores.
Según la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), para abastecer el suministro de agua caliente en una vivienda de tres a cuatro habitantes se requieren 4 m² de colectores. Si bien la demanda de esta tecnología es predominantemente residencial, también hay interés de otros sectores, como edificios públicos, hospitales, restaurantes y hoteles.
Si está interesado en instalar un sistema de calefacción solar en su hogar, consulte la Guía para instalar energía solar en el hogar.
¿Ventajas y desventajas de la energía solar?
La energía solar se considera una fuente de energía renovable e inagotable. A diferencia de los combustibles fósiles, el proceso de generación de electricidad a partir de energía solar no emite dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de carbono (CO2), todos ellos gases contaminantes con efectos nocivos para la salud humana. y que contribuyen al calentamiento global.
La energía solar también se muestra ventajosa en comparación con otras fuentes renovables, como la hidráulica, ya que requiere áreas menos extensas que la hidroeléctrica.
El incentivo a la energía solar en Brasil se justifica por el potencial del país, que tiene grandes áreas con radiación solar incidente y está cerca del Ecuador.
Las regiones semiáridas del noreste de Brasil son ideales para la generación de energía heliotérmica, ya que cumplen con las condiciones de alta radiación solar y poca lluvia.
Sin embargo, la desventaja de la energía heliotérmica es que, aunque no requiere áreas tan extensas como las represas hidroeléctricas, aún requiere grandes espacios. Por tanto, es fundamental que se haga un análisis del sitio más adecuado para la implantación, ya que se producirá la supresión de la vegetación. Además, como ya se mencionó, el sistema heliotérmico no es adecuado para todas las regiones, ya que se considera bastante intermitente.
La no dependencia de alta irradiación es una gran ventaja del sistema fotovoltaico, lo que contribuye a convertirlo en una alternativa.
En el caso de la energía fotovoltaica, la desventaja más mencionada es el alto costo de implementación y la baja eficiencia del proceso, que varía del 15% al 25%.
Sin embargo, otro punto de suma importancia a considerar en la cadena productiva del sistema fotovoltaico es el impacto socioambiental que provoca la materia prima más utilizada para componer las células fotovoltaicas, el silicio.
La extracción de silicio, como cualquier otra actividad minera, tiene impactos en el suelo y las aguas subterráneas en el área de extracción. Además, es fundamental que los trabajadores cuenten con buenas condiciones laborales para evitar accidentes de trabajo y el desarrollo de enfermedades profesionales. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (Iarc) señala, en un informe, que la sílice cristalina es cancerosa y puede causar cáncer de pulmón cuando se inhala de forma crónica.
El informe del Ministerio de Ciencia y Tecnología señala otros dos puntos importantes relacionados con el sistema fotovoltaico: la disposición de los paneles debe eliminarse adecuadamente, ya que tienen potencial de toxicidad; y el reciclaje de paneles fotovoltaicos tampoco ha alcanzado hasta ahora un nivel satisfactorio.
Otro punto importante es que, a pesar de que Brasil es el segundo mayor productor de silicio metálico del mundo, solo superado por China, la tecnología para la purificación del silicio a nivel solar aún está en desarrollo. Un problema recientemente identificado, especialmente en plantas heliotérmicas, es la quema involuntaria de aves que pasan por la región.
Por tanto, aunque es renovable y no emite gases, la energía solar sigue tropezando con obstáculos tecnológicos y económicos. Aunque prometedora, la energía solar será económicamente viable solo mediante la cooperación entre los sectores público y privado, y con la inversión en investigación para mejorar las tecnologías que abarcan el proceso de producción, desde la purificación del silicio hasta la eliminación de células fotovoltaicas.
