El Sol es una estrella que se formó hace 4 mil 650 millones de años, y se estima que durará unos 7,000 millones de años más. En realidad no es eterno, pero, de acuerdo a la escala de vida en la Tierra, lo podemos considerar así; además, para cuando se apague seguramente habremos emigrado a otros planetas.
En el interior del Sol ocurren reacciones termonucleares que transforman el hidrógeno en helio, con lo que se liberan fotones, los cuales, después de un millón de años, llegan hasta la superficie y viajan en forma de luz visible. A los rayos solares el recorrido hasta la Tierra –a una distancia de 150 millones de kilómetros– les toma aproximadamente ocho minutos. Si lo piensan, cuando vemos el Sol, estamos mirando ocho minutos al pasado.
Las explosiones continuas que ocurren en nuestra estrella proporcionan energía al convertir 400 millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo. Gracias a esta energía liberada y a la luz que llega a nuestro planeta, es que fue posible la aparición de la vida. Dentro de miles de millones de años habrá un último amanecer perfecto. Después, el Sol empezará a crecer y a quemar nuestro planeta, por lo que los océanos se evaporarán y una catástrofe inmensa asolará a la Tierra.
Sin embargo, antes de que eso pase, podemos aprovechar la energía que nos ofrece nuestra estrella con el fin de generar energía eléctrica de una forma limpia y segura.
EL CAMBIO CLIMÁTICO
Durante millones de años de existencia de vida en la Tierra los restos de los primeros seres vivos se fueron acumulando en el suelo, así como en el fondo marino, para ser cubiertos con el paso del tiempo. Después de un largo proceso de descomposición, dichos restos se transformaron en carbón, petróleo, y gas natural. Durante la Revolución Industrial –hace doscientos años– los europeos descubrieron las propiedades del carbón para los hornos y las máquinas de vapor, con lo que se le dio un gran impulso a las fábricas, así como a los medios de transporte (trenes y buques de vapor). Posteriormente, se descubrió que también podía utilizarse –además del gas y el petróleo– para generar electricidad.
El carbón, el petróleo y el gas natural reciben el nombre de combustibles fósiles; esto debido a que están constituidos por los restos fósiles de seres que vivieron hace mucho tiempo. Nuestra civilización emergió y funciona con base en la quema de los restos de seres que poblaron la tierra hace millones de años.
Cuando se queman combustibles fósiles se libera carbono, el cual, al combinarse con una molécula de oxígeno, forma un gas de efecto invernadero llamado dióxido de carbono. Si la Tierra reflejara toda la energía que recibe del Sol, su temperatura media sería de veinte grados bajo cero. Sin embargo, los gases de efecto invernadero permitieron la formación de una atmósfera, la cual evita que la radiación infrarroja que refleja la Tierra se vaya al espacio, permitiendo así el calentamiento de nuestro planeta.
Por lo tanto, un poco de efecto invernadero es bueno, pero desde la Revolución Industrial hemos arrojado a la atmósfera una gran cantidad de estos gases, con lo que la cantidad de radiación infrarroja que se queda en la Tierra es mucho mayor, lo que ocasiona su sobrecalentamiento.
El grave problema estriba en que hace tiempo que rebasamos el límite de dióxido de carbono que puede existir en la atmósfera. Una parte muy importante de las emisiones de dióxido de carbono la constituyen las plantas de generación de energía eléctrica, las cuales, en su mayoría, siguen basando su funcionamiento en la quema de carbón (termoeléctricas).
HISTORIA
Alexandre Edmond Becquerel nació en París el 24 de marzo de 1820. Fue miembro de una dinastía de científicos: su padre, Antoine César Becquerel, fue pionero en el estudio de la electricidad, mientras que su hijo, Henri Becquerel, descubrió la radiactividad y recibió, junto con Pierre y Marie Curie, el Premio Nobel de Física en 1903.
Edmond Becquerel realizó gran parte de sus investigaciones junto a su padre. A los 19 años, mientras trabajaba en el laboratorio de éste, descubrió que una solución química, al recibir luz, generaba corriente eléctrica. Este fenómeno es denominado “efecto fotoeléctrico”. Además, Becquerel realizó contribuciones en el campo de la luminiscencia y la fosforescencia. Falleció el 11 de mayo de 1891.
En 1905 Albert Einstein envió cuatro artículos a la revista alemana “Annalen der Physik” (Anales de física). En el primero, aparecido en marzo de ese año, presentó una nueva teoría sobre la composición de la luz, formada por partículas de energía, que llamó “cuantos”, la cual explicaba el efecto fotoeléctrico. Posteriormente, fue galardonado con el Premio Nobel de Física por esta contribución (no se lo otorgaron por la teoría de la relatividad, que en ese tiempo casi nadie entendía).
La primera celda solar, también llamada celda fotovoltaica, se construyó en los Laboratorios Bell en 1953. Era considerada como una curiosidad y demasiado cara para ser producida en serie para su uso masivo. Sin embargo, en los años sesenta la carrera espacial propició una mayor investigación al respecto, con lo que se diseñaron y fabricaron celdas solares más avanzadas, confiables y de menor costo, para su uso en los satélites, las naves y las estaciones espaciales. Posteriormente, durante la crisis energética de los años setenta, comenzó el desarrollo de estos dispositivos para su aplicación en distintas áreas.
PRINCIPIO DE OPERACIÓN
La celda solar está compuesta de placas de silicio (similar al utilizado en los dispositivos electrónicos) o de otros materiales. Cuando los rayos solares –compuestos de fotones– inciden sobre los átomos de silicio, éstos liberan electrones, con lo que se genera una corriente eléctrica. Si se conectan varias celdas se tiene un módulo fotovoltaico. La corriente producida es directamente proporcional a la cantidad de luz que incide sobre la placa.
La principal desventaja de las celdas solares es la baja eficiencia que presentan, ya que sólo convierten en energía eléctrica alrededor del 20 % de la energía solar que reciben. Sin embargo, representan una opción cien por ciento amigable con el medio ambiente, ya que no emiten ningún tipo de contaminante.
El desarrollo de las celdas solares ha permitido proporcionar energía eléctrica a zonas aisladas, y alimentar a equipos que funcionan a la intemperie, como semáforos, sistemas de telecomunicación y anuncios de carretera. Además de que en las últimas décadas ya se conectan a la red eléctrica nacional para inyectar energía.
SITUACIÓN ACTUAL
Aunque México es uno de los países más atractivos para el uso de la energía solar, debido a su posición geográfica, su producción de energía eléctrica por este medio es todavía muy baja.
Esto a diferencia de otros países que, a pesar de su ubicación y el bajo nivel de radiación solar que reciben, generan una gran cantidad de energía eléctrica con esta tecnología, como es el caso de Alemania y España. Actualmente, nuestro país se ha fijado una meta muy ambiciosa: para el año 2024 el 35% de la electricidad generada debe provenir de energías renovables, entre las que se cuentan las celdas solares.
CONCLUSIÓN
Las celdas solares representan una opción limpia para generar energía eléctrica. Su costo sigue a la baja, por lo que, aunado al desarrollo de nuevos materiales, se espera que en un futuro cercano provea un gran porcentaje de la energía eléctrica a nivel mundial, para así contribuir a la reducción del dióxido de carbono y los efectos del cambio climático.
E-mail:
- rechavarrias@upv.edu.mx
