Paneis solares

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

• Energia berriztagarriak

A superficie da Terra non chega máis que a unha parte da enerxía que produce o sol, pero como enerxía renovable, a enerxía solar ten algunhas características que a fan moi interesante paira o seu aproveitamento: por unha banda, é una fonte inesgotable de enerxía gratuíta e, por outro, ten una gran calidade enerxética, xa que a concentración da radiación solar permite alcanzar temperaturas de até 3.000 ºC, e por último, o sistema de contaminación non presenta una vantaxe ambiental lenta.

Con todo, a enerxía solar presenta defectos ou obstáculos que se converten en grandes problemas: Non chega á Terra de forma continua, senón que se somete a ciclos nocturnos, diúrnos e estacionales, así como a condicións atmosféricas variables (nubes, néboas, etc.). Doutra banda, antes do seu uso e/ou almacenamento, é necesario realizar una transformación a outro tipo de enerxía (térmica, eléctrica). Neste sentido, a transformación e acumulación de enerxía eléctrica require de baterías que, ao ser de chumbo/acedo, de xel ou níquel//cadmio, son contaminantes. En terceiro lugar, aínda que a enerxía solar é gratuíta, a tecnoloxía paira o seu aproveitamento é moi cara. Con todo, a carestía deste tipo de enerxía é relativa. Si compárase cos prezos actuais das fontes de enerxía tradicionais, é caro, pero o prezo real destas últimas sería moito maior si tivésese en conta os seus custos ambientais (procesamiento de residuos nucleares, efecto invernadoiro e choiva aceda, por exemplo).

Por último, aínda que a produción de enerxía fotovoltaica é un proceso moi limpo, os produtos utilizados na fabricación de células son tóxicos e a súa transformación en residuos tras esgotar a vida das células fotovoltaicas (nuns 30 anos) pode causar problemas se non se xestiona correctamente. No entanto, hai que ter en conta que a maior parte dos materiais tóxicos que conteñen as células son reciclables. Doutra banda, o uso de grandes superficies no caso das grandes centrais tamén foi motivo de preocupación, aínda que si compárase co espazo ocupado pola unidade de enerxía eléctrica producida polas centrais eléctricas tradicionais pódese dicir que necesitan una superficie similar.

En canto ao rendemento da conversión enerxética, esta é moi baixa (en torno ao 20%), polo que pensar que a curto prazo se utilizará moita enerxía solar é optimista. Estímase que o 10% da enerxía total consumida nos países desenvolvidos dentro dunhas décadas será solar. En cambio, nos países en desenvolvemento e con fortes ventos, non son poucos os que afirman que esa porcentaxe será bastante maior.

Usos da enerxía solar

Existen dúas formas de utilizar a enerxía solar de forma directa e activa. Por unha banda, pódese utilizar paira quentar un fluído mediante colectores adecuados. Doutra banda, as células fotovoltaicas permiten transformar directamente a enerxía solar en enerxía eléctrica. Ambos os procesos non teñen nada que ver tanto no tecnolóxico como no de aplicación.

Uso térmico da enerxía solar

Este sistema de calefacción non é exclusivo paira territorios quentes e, por exemplo, en Canadá, a industria de calefacción de auga por enerxía solar converteuse nos últimos anos nunha industria altamente competitiva. Tamén no País Vasco existen instalacións exemplares.

O sistema de obtención de auga quente solar poderíase instalar en calquera fogar (ver figura 1) e obter o 75% da auga quente desta fonte. Tamén pode utilizarse en polideportivos, piscinas e industria, así como en sistemas de calefacción de edificios. Nos fogares, polideportivos e piscinas utilízanse sistemas de baixa temperatura. Nos procesos industriais, os sistemas máis habituais son os que alcanzan una temperatura entre 80ºC e 250ºC. O principio de funcionamento é moi simple: as placas térmicas captan a enerxía do Sol e a auga que circula polos tubos baixo a placa quéntase. Como xa se comentou, en ocasións a auga quente obtense paira o seu uso e noutras o líquido de baixo punto de evaporación convértese en gas paira producir enerxía eléctrica (ver figura 2). Na aplicación de produción de electricidade mediante vapor, as temperaturas a alcanzar son superiores.

Curiosamente, outro campo de aplicación da calor solar é o da refrixeración. E é que paira conseguir o frío necesítase una fonte de calor, que é o que ofrecen as placas solares colocadas sobre o tellado. Os países árabes son, entre outros, algúns dos que empezaron a utilizar este sistema de forma efectiva.

Enerxía fotovoltaica

O sistema de produción de enerxía eléctrica a partir das radiacións solares está baseado na capacidade das células fotovoltaicas paira transformar a enerxía dos raios solares en corrente eléctrica. A unidade de produción básica é a célula fotovoltaica, formada por capas de material semiconductor que fornecen e captan electróns (ver figura 3).

O conxunto de células fotovoltaicas forma o panel solar. A isto chámaselle tamén módulo e é a unidade básica que se instala paira producir enerxía. Pódense unir tantas veces como se queira.

O semiconductor que forma a célula fotovoltaica adoita ser de silicio, aínda que na actualidade utilízanse outros materiais. Debido aos raios solares, algúns dos electróns do condutor son expulsados da estrutura cristalina. Non hai que deixarlles volver atrás, pero para que volvan aos orificios da rexión cargados positivamente que deixaron baleiros hai que crear un camiño exterior, por exemplo, cun fío metálico que une ambas as rexións. Os electróns desprazaranse ao longo da rosca xerando corrente eléctrica.

O silicio monocristalino é o semiconductor máis utilizado na actualidade, xa que é o máis eficiente (rendemento en torno ao 23%), pero ten un alto custo de produción. Por iso, os investigadores tiveron que buscar novos camiños. Por unha banda, atópase o silicio policristalino, máis económico pero de menor rendemento (15-17%). As capas finas de silicio amorfo (0,001-0,002 mm) son a terceira opción, económica pero de menor rendemento (12% en laboratorio). Tamén se investigaron e desenvolvido láminas finas doutros materiais como o cobre/indio/diselenio “sandwiches” (CuInSe), o dióxido de titanio (TiO) e o teluro de cadmio, entre outros. Poderíanse obter capas finas de técnicas electroquímicas baratas (mediante baños). As capas de dióxido de titanio, desenvolvidas recentemente, son de gran interese pola súa transparencia e por tanto poden ser utilizadas como xanelas.

Até a crise do petróleo, a enerxía fotovoltaica que comezou a desenvolverse nos anos 50 utilizouse sobre todo nos satélites. Actualmente, ademais dos satélites, está dispoñible en tres ámbitos principais: a) en pequenos produtos de consumo como as calculadoras, os reloxos; b) paira os que viven lonxe da rede eléctrica e c) paira a subministración da rede eléctrica.

En Navarra, a diferenza das propiedades particulares e en canto a enerxía fotovoltaica, a potencia instalada actualmente é de 96 kW, a maior en Gerinda con 320 paneis, mentres que na térmica a superficie instalada é de 6.000 m2. Na Comunidade Autónoma do País Vasco, con todo, en canto a enerxía fotovoltaica instalouse ao redor de 59 kW e en canto a enerxía térmica, uns 580 m2.

Onde podemos utilizar a enerxía solar?

Hoxe en día a utilización de enerxía solar por parte dos particulares é bastante difícil, xa que os edificios existentes non están pensados paira iso. Con todo, hai cousas que se poden facer, sobre todo en obras de reforma ou novas construcións. Por exemplo, en instalacións xerais en edificios de rúas con varias plantas, a enerxía eléctrica pódese obter a través da enerxía solar, pero probablemente as forzas deberían ir encamiñadas ao aforro enerxético mediante o deseño e os materiais de illamento. Con todo, en casas únicas pódense facer máis cousas. A construción dunha nova vivenda deste tipo sería en torno ao 15% máis cara que a dunha "normal" cando se constrúe (12 millóns custará 13 millóns), xa que o principal incremento de gasto débese a un maior número de elementos de illamento. Despois, dependendo do consumo, necesitaremos máis ou menos tempo paira amortizar esa diferenza.

En calquera caso, haberá que ter en conta que para que una instalación autónoma deste tipo sexa economicamente rendible (tendo en conta prezos de mercado e deixando ao carón criterios ambientais, xa que non están incluídos nos prezos), para que un fogar ou outro tipo de instalación poida acceder á enerxía lumínica deberá estar a unha distancia mínima de 1,5 km. do punto máis próximo. Ademais, nos casos nos que sexa posible, convén pór algún sistema auxiliar que se poña en marcha cando a irradiación solar sexa insuficiente ou cando a demanda sexa demasiado elevada. Todo iso sen ter en conta o beneficio ambiental.