Panells solars

1999/05/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia berriztagarriak

La superfície de la Terra no arriba més que a una part de l'energia que produeix el sol, però com a energia renovable, l'energia solar té algunes característiques que la fan molt interessant per al seu aprofitament: d'una banda, és una font inesgotable d'energia gratuïta i, per un altre, té una gran qualitat energètica, ja que la concentració de la radiació solar permet aconseguir temperatures de fins a 3.000 °C, i finalment, el sistema de contaminació no presenta un avantatge ambiental lent.

No obstant això, l'energia solar presenta defectes o obstacles que es converteixen en grans problemes: No arriba a la Terra de manera contínua, sinó que se sotmet a cicles nocturns, diürns i estacionals, així com a condicions atmosfèriques variables (núvols, boires, etc.). D'altra banda, abans del seu ús i/o emmagatzematge, és necessari realitzar una transformació a una altra mena d'energia (tèrmica, elèctrica). En aquest sentit, la transformació i acumulació d'energia elèctrica requereix de bateries que, a l'ésser de plom/àcid, de gel o níquel//cadmi, són contaminants. En tercer lloc, encara que l'energia solar és gratuïta, la tecnologia per al seu aprofitament és molt cara. No obstant això, la carestia d'aquesta mena d'energia és relativa. Si es compara amb els preus actuals de les fonts d'energia tradicionals, és car, però el preu real d'aquestes últimes seria molt major si es tingués en compte els seus costos ambientals (processament de residus nuclears, efecte d'hivernacle i pluja àcida, per exemple).

Finalment, encara que la producció d'energia fotovoltaica és un procés molt net, els productes utilitzats en la fabricació de cèl·lules són tòxics i la seva transformació en residus després d'esgotar la vida de les cèl·lules fotovoltaiques (en uns 30 anys) pot causar problemes si no es gestiona correctament. No obstant això, cal tenir en compte que la major part dels materials tòxics que contenen les cèl·lules són reciclables. D'altra banda, l'ús de grans superfícies en el cas de les grans centrals també ha estat motiu de preocupació, si bé si es compara amb l'espai ocupat per la unitat d'energia elèctrica produïda per les centrals elèctriques tradicionals es pot dir que necessiten una superfície similar.

Quant al rendiment de la conversió energètica, aquesta és molt baixa (entorn del 20%), per la qual cosa pensar que a curt termini s'utilitzarà molta energia solar és optimista. S'estima que el 10% de l'energia total consumida als països desenvolupats d'aquí a unes dècades serà solar. En canvi, als països en desenvolupament i amb forts vents, no són pocs els que afirmen que aquest percentatge serà bastant major.

Usos de l'energia solar

Existeixen dues maneres d'utilitzar l'energia solar de manera directa i activa. D'una banda, es pot utilitzar per a escalfar un fluid mitjançant col·lectors adequats. D'altra banda, les cèl·lules fotovoltaiques permeten transformar directament l'energia solar en energia elèctrica. Tots dos processos no tenen res a veure tant en el tecnològic com en això d'aplicació.

Ús tèrmic de l'energia solar

Aquest sistema de calefacció no és exclusiu per a territoris calents i, per exemple, al Canadà, la indústria de calefacció d'aigua per energia solar s'ha convertit en els últims anys en una indústria altament competitiva. També al País Basc existeixen instal·lacions exemplars.

El sistema d'obtenció d'aigua calenta solar es podria instal·lar en qualsevol llar (veure figura 1) i obtenir el 75% de l'aigua calenta d'aquesta font. També pot utilitzar-se en poliesportius, piscines i indústria, així com en sistemes de calefacció d'edificis. En les llars, poliesportius i piscines s'utilitzen sistemes de baixa temperatura. En els processos industrials, els sistemes més habituals són els que aconsegueixen una temperatura entre 80 °C i 250 °C. El principi de funcionament és molt simple: les plaques tèrmiques capten l'energia del Sol i l'aigua que circula pels tubs sota la placa s'escalfa. Com ja s'ha comentat, a vegades l'aigua calenta s'obté per al seu ús i en unes altres el líquid de baix punt d'evaporació es converteix en gas per a produir energia elèctrica (veure figura 2). En l'aplicació de producció d'electricitat mitjançant vapor, les temperatures a aconseguir són superiors.

Curiosament, un altre camp d'aplicació de la calor solar és el de la refrigeració. I és que per a aconseguir el fred es necessita una font de calor, que és el que ofereixen les plaques solars col·locades sobre la teulada. Els països àrabs són, entre altres, alguns dels quals han començat a utilitzar aquest sistema de manera efectiva.

Energia fotovoltaica

El sistema de producció d'energia elèctrica a partir de les radiacions solars està basat en la capacitat de les cèl·lules fotovoltaiques per a transformar l'energia dels raigs solars en corrent elèctric. La unitat de producció bàsica és la cèl·lula fotovoltaica, formada per capes de material semiconductor que subministren i capten electrons (veure figura 3).

El conjunt de cèl·lules fotovoltaiques forma el panell solar. A això se'n diu també mòdul i és la unitat bàsica que s'instal·la per a produir energia. Es poden unir tantes vegades com es vulgui.

El semiconductor que forma la cèl·lula fotovoltaica sol ser de silici, encara que en l'actualitat s'utilitzen altres materials. A causa dels raigs solars, alguns dels electrons del conductor són expulsats de l'estructura cristal·lina. No cal deixar-los tornar enrere, però perquè tornin als orificis de la regió carregats positivament que han deixat buits cal crear un camí exterior, per exemple, amb un fil metàl·lic que uneix totes dues regions. Els electrons es desplaçaran al llarg de la rosca generant corrent elèctrica.

El silici monocristalino és el semiconductor més utilitzat en l'actualitat, ja que és el més eficient (rendiment entorn del 23%), però té un alt cost de producció. Per això, els investigadors han hagut de buscar nous camins. D'una banda, es troba el silici policristalino, més econòmic però de menor rendiment (15-17%). Les capes fines de silici amorf (0,001-0,002 mm) són la tercera opció, econòmica però de menor rendiment (12% en laboratori). També s'han investigat i desenvolupat làmines fines d'altres materials com el coure/indi/diselenio “sandvitxos” (CuInSe), el diòxid de titani (TiO) i el tel·luri de cadmi, entre altres. Es podrien obtenir capes fines de tècniques electroquímiques barates (mitjançant banys). Les capes de diòxid de titani, desenvolupades recentment, són de gran interès per la seva transparència i per tant poden ser utilitzades com a finestres.

Fins a la crisi del petroli, l'energia fotovoltaica que va començar a desenvolupar-se en els anys 50 es va utilitzar sobretot en els satèl·lits. Actualment, a més dels satèl·lits, està disponible en tres àmbits principals: a) en petits productes de consum com les calculadores, els rellotges; b) per als quals viuen lluny de la xarxa elèctrica i c) per al subministrament de la xarxa elèctrica.

A Navarra, a diferència de les propietats particulars i quant a energia fotovoltaica, la potència instal·lada actualment és de 96 kW, la major en Gerinda amb 320 panells, mentre que en la tèrmica la superfície instal·lada és de 6.000 m². En la Comunitat Autònoma del País Basc, no obstant això, quant a energia fotovoltaica s'ha instal·lat al voltant de 59 kW i quant a energia tèrmica, uns 580 m².

On podem utilitzar l'energia solar?

Avui dia la utilització d'energia solar per part dels particulars és bastant difícil, ja que els edificis existents no estan pensats per a això. No obstant això, hi ha coses que es poden fer, sobretot en obres de reforma o noves construccions. Per exemple, en instal·lacions generals en edificis de carrers amb diverses plantes, l'energia elèctrica es pot obtenir a través de l'energia solar, però probablement les forces haurien d'anar encaminades a l'estalvi energètic mitjançant el disseny i els materials d'aïllament. No obstant això, en cases úniques es poden fer més coses. La construcció d'un nou habitatge d'aquest tipus seria entorn del 15% més cara que la d'una "normal" quan es construeix (12 milions costarà 13 milions), ja que el principal increment de despesa es deu a un major nombre d'elements d'aïllament. Després, depenent del consum, necessitarem més o menys temps per a amortitzar aquesta diferència.

En qualsevol cas, caldrà tenir en compte que perquè una instal·lació autònoma d'aquest tipus sigui econòmicament rendible (tenint en compte preus de mercat i deixant a un costat criteris ambientals, ja que no estan inclosos en els preus), perquè una llar o un altre tipus d'instal·lació pugui accedir a l'energia lumínica haurà d'estar a una distància mínima de 1,5 km. del punt més pròxim. A més, en els casos en els quals sigui possible, convé posar algun sistema auxiliar que es posi en marxa quan la irradiació solar sigui insuficient o quan la demanda sigui massa elevada. Tot això sense tenir en compte el benefici ambiental.