energia solar

¿Se pueden abastecer las necesidades mundiales de energía con energía solar?

17 febrero, 2021 Ignacio Mártil 2 COMENTARIOS

Empiezo este post con un dato apabullante: en la superficie de la Tierra, la densidad de potencia incidente debida a la energía emitida por el Sol, tras atravesar la atmósfera, es de 1.366 W/m², valor que se conoce como Constante de Irradiación Solar y permanece casi inalterada en el transcurso del año, debido a que la radiación solar varía poco de un mes a otro.

En otras palabras, la cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra es gigantesca. Si se utiliza el dato anterior para calcular la cantidad total de energía que incide sobre la superficie de la Tierra cada año, esa energía es 1,1 x 10¹⁸ kWh, que es ¡7.000 veces el consumo mundial de energía primaria! Por esta razón, podemos considerar que la energía solar es la fuente de energía renovable más valiosa y el recurso más capaz de desplazar los combustibles fósiles en un mundo libre de emisiones. Esto lo ilustra de manera muy llamativa la figura siguiente:

El enorme potencial de la energía solar. — El potencial del recurso solar, puesto en comparación con la energía consumida por el planeta en un año.

Los orígenes de la energía solar fotovoltaica

19 junio, 2018 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

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El descubrimiento del efecto fotovoltaico, base de funcionamiento de las células solares, se remonta al siglo XIX, cuando H. Becquerel lo describió en 1839. Trabajando en el laboratorio de su padre cuando tenía diecinueve años, generó electricidad al iluminar un electrodo con diferentes tipos de luz, incluida la luz solar, al sumergirlo en un electrolito que tenía diluida un pequeña concentración de ácido nítrico, y observó que, si uno de los electrodos se iluminaba con luz solar, se generaba una diferencia de potencial entre los electrodos; fue la primera comunicación del conocido como efecto fotovoltaico (aunque no en un sólido), base del funcionamiento de las células solares modernas.

El siguiente hecho significativo surgió al estudiar el fenómeno de la fotoconductividad en el selenio. Al investigar este efecto, Adams y Day (1877) notaron una anomalía que pensaban que podría explicarse por la generación de voltajes internos. Investigaron esta anomalía con más cuidado utilizando muestras, como se aprecia a continuación. Situaron contactos de platino en los extremos opuestos de pequeños cilindros de selenio amorfo. El objetivo del experimento realizado por Adams y Day era comprobar si sería posible inducir una corriente en el selenio simplemente por la acción de la luz, como en efecto, así ocurrió. Su experiencia se muestra en la siguiente figura:

Algunas cuestiones económicas relativas a la energía solar fotovoltaica

8 noviembre, 2017 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

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Como indiqué en la anterior entrada de este blog, el mercado fotovoltaico está dominado en la actualidad por la tecnología de silicio. El silicio es el elemento más abundante de la corteza terrestre, ya que cerca del 30% de ésta es silicio, pero para poder utilizarlo en la fabricación de las células solares debe estar purificado y ser de una calidad elevada. El proceso de purificación es muy costoso y la célula solar se obtiene tras múltiples pasos de fabricación, algunos delicados y que necesitan el uso de maquinarias también muy costosas. Como consecuencia, el precio de las células solares es elevado, aunque se ha reducido significativamente en el último decenio. Así, el coste en el año 2000 era de 4-5 euros/W y hoy en día es de 0,5-0,6 euros/W.

Una célula solar genera poca potencia eléctrica, dado su reducido tamaño (~4 W), por lo que debe unirse adecuadamente con otras para hacer módulos fotovoltaicos (en los módulos estándar, hay 60, 6 x 10, que tienen unas dimensiones de ~1, 5 m²) y así, obtener potencias más altas. Un módulo suele generar, en condiciones óptimas de iluminación y dependiendo del fabricante, alrededor de 250 W. La eficiencia de conversión de la energía solar en energía eléctrica de los módulos comerciales está comprendida en la margen de 14-22%. Por lo tanto, si se quieren emplear células solares en instalaciones de edificios con objeto de autoabastecer de energía un domicilio típico de una familia integrada por cuatro personas y equipada con todos los electrodomésticos habituales, es preciso utilizar del orden de 20-25 m² de módulos (12-16 módulos, dependiendo de la irradiación solar).

De otra parte, si lo que se pretende es obtener energía eléctrica en cantidades equiparables a las que generan las centrales térmicas convencionales, por las razones apuntadas en el párrafo precedente, es preciso utilizar decenas de miles de paneles solares y, por lo tanto, millones de células solares. Puesto que, además, el sol solo luce la mitad del día y no lo hace cuando esta nublado, el resultado de todos estos condicionantes es que obtener energía eléctrica a partir de células solares es más costoso que con fuentes de energía basadas en combustibles fósiles o uranio. Como consecuencia de lo indicado, hoy en día el precio de la electricidad de origen fotovoltaico es del orden de 0,15-0,4 euros/kWh. Por comparación, el precio de la energía eléctrica de origen nuclear es 0,05-0,1 euros/kWh. Para situar esos datos, en los últimos meses el precio medio al que estamos pagando la energía eléctrica que consumimos en nuestros hogares es de ~ 0,12-0,14 €/kWh, aunque últimamente y debido a la gran sequía que padecemos (entre otros factores), ha habido repuntes espectaculares, alcanzando el precio de la electricidad puntualmente valores de hasta 0,18 euros/kWh hace pocas semanas.

La energía eléctrica obtenida con células solares tiene contrapartidas muy evidentes a su coste, siendo las dos principales que es una energía limpia, lo que evita emisiones de CO₂ a la atmósfera, y que permite mayor independencia energética, aspecto muy importante para un país como España, que importa cerca del 80% de la energía primaria que necesita para hacer funcionar las industrias, los automóviles, las cocinas, las lavadoras…

Los mayores fabricantes del mundo de células solares

Al comienzo de este siglo, cuando aún no había empezado a generalizarse su uso, entre los principales fabricantes del mundo había empresas de varios continentes y países, España entre ellos (Isofotón). En la actualidad, los fabricantes europeos o han desaparecido (la británica BP Solar) o han sido absorbidos por fabricantes asiáticos (la alemana Q-Cell, adquirida en 2012 por la surcoreana Hanwha, es uno de los ejemplos más representativos de esta situación). Pero la ciencia que hay detrás de las células solares para mejorar sus características se lleva a cabo en laboratorios de todo el mundo y las aportaciones a la misma de países como el nuestro son muy significativas y obtienen gran reconocimiento internacional.

La siguiente tabla recoge la lista de los diez primeros fabricantes del mundo en el año 2016, entre los que solo hay dos que no están instalados en Asia, la canadiense Canadian Solar y First Solar, de EEUU:

Diez primeros fabricantes del mundo de células solares.

Se tienen sospechas de que en los últimos años los fabricantes chinos han practicado “dumping”, proceso de venta por debajo de costes incentivado por su propio gobierno, para penetrar decisivamente la mayoría de los mercados mundiales.

Desarrollo tecnológico y eficiencia energética de la energía solar fotovoltaica

27 febrero, 2017 Ignacio Mártil 3 COMENTARIOS

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El desarrollo tecnológico alcanzado por la energía solar fotovoltaica en los últimos 10-15 años es, sencillamente, impresionante. La eficiencia de las células solares se incrementa un mes tras otro de manera que, en algo más de una década, hemos pasado de paneles con un 12% de eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica a paneles con un 20%. No hay ninguna otra tecnología de generación de energía que haya mejorado sus niveles de eficiencia a este ritmo en las últimas dos décadas. Las centrales basadas en combustibles fósiles tienen un rendimiento de generación de energía eléctrica neta de un 30%, cifra al alcance de la fotovoltaica.

Además, en los últimos años se ha conseguido una drástica mejora de dos factores relacionados con la eficiencia energética de la fotovoltaica, que han frenado su desarrollo durante mucho tiempo.

Energía solar fotovoltaica, ¿la solución al problema energético?

11 noviembre, 2016 Ignacio Mártil 3 COMENTARIOS

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Desarrollo tecnológico y eficiencia energética de la energía solar fotovoltaica

El desarrollo tecnológico alcanzado por la energía solar fotovoltaica en los últimos 10-15 años es, sencillamente, impresionante. La eficiencia de las células solares se incrementa un mes tras otro, de manera que en algo más de una década hemos pasado de paneles con un 12% de eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica a paneles con un 22%. No hay ninguna otra tecnología de generación de energía que haya mejorado sus niveles de eficiencia a este ritmo en las últimas dos décadas. Las centrales basadas en combustibles fósiles tienen un rendimiento de un 30%-40%, cifra no muy alejada de la fotovoltaica.

Además, en los últimos años se ha conseguido una drástica reducción de un factor que ha frenado el desarrollo de la fotovoltaica durante mucho tiempo: el tiempo necesario para que un panel solar produzca tanta energía como la que se utilizó en su construcción e instalación (Tiempo de Amortización Energética o Energy Pay Back Time en inglés, en lo que sigue EPBT). Los datos demuestran que la EPBT ha pasado de casi ¡cincuenta años! en 1970 y más de tres en 1990, a poco más de siete meses en la actualidad. Hoy día, el EPBT en la mitad meridional de España está comprendido entre 6 meses y 1,4 años.

El potencial de las energías renovables

15 julio, 2016 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En combustibles fósiles, energía renovables, producción de energía eléctrica

Cada vez cobra más fuerza la opinión que propugna la sustitución de los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables. Las energías renovables se utilizaron históricamente para proporcionar energía durante la fase inicial de la revolución industrial (la madera que alimentó las primeras calderas). ¿Por qué queremos volver a utilizarlas ahora? Existen varias razones esenciales para propiciar su uso masivo:

No es posible seguir utilizando los combustibles fósiles sin alterar de manera irreversible el clima. La combustión del carbón, gas y petróleo producen elevadas emisiones de CO₂, principal responsable del conocido como efecto invernadero.
La sustitución de los combustibles fósiles por la fisión nuclear plantea infinidad de problemas: el coste, la seguridad y la disponibilidad a largo plazo del combustible. No es verosímil que la fisión nuclear vaya a representar una alternativa energética digna de mención.
Los combustibles fósiles no van a durar siempre. He analizado las perspectivas de agotamiento de los combustibles fósiles en un reciente artículo. Ese hecho obliga necesariamente a repensar como mantener nuestro modo de vida, tan dependiente de la energía, de una manera sostenible y respetuosa con el planeta en su conjunto. En este artículo analizaré las alternativas energéticas de las que disponemos en la actualidad, sus potencialidades y sus limitaciones.

Potencialidad de los principales recursos renovables

Los flujos naturales de energía del planeta, impulsados principalmente por la energía proveniente del sol, así como el clima y el sistema hidrológico, dan lugar a las que conocemos como fuentes de energía renovables. Se reponen continuamente de manera natural y son intrínsecamente inagotables. Son la única opción a largo plazo para un suministro de energía continuado, seguro y sostenible. Además, algunos de ellos (la energía solar y la eólica) son sostenibles en el sentido de que no impactan significativamente en el medio ambiente de una forma que impediría su uso continuado en el tiempo. Este no es el caso de la energía hidráulica, como detallaré en los siguientes párrafos.

La magnitud de los principales recursos renovables se puede entender mejor con unos datos y una imagen:

La radiación solar que incide en la superficie de la tierra durante un año es equivalente a 85.000 TW. La gran mayoría se invierte en calentamiento del aire, la tierra y los océanos. Otra parte la convierte la naturaleza en biomasa mediante el lento proceso de la fotosíntesis; una parte de ese proceso lo aprovechamos en forma de alimentos. Así pues, gran parte de esa energía no puede aprovecharse directamente, pero cerca de 1.000 TW de radiación directa son accesibles para su aprovechamiento en forma de calor o de conversión en energía eléctrica.

El viento es una forma de energía solar transformada. Su potencial es enorme (370 TW), aunque su utilización práctica también se reduce sustancialmente a 40-70 TW.

El ciclo del agua debido a los ríos con caudales renovados mediante la lluvia proporciona 34.000 TW, pero sólo una muy pequeña fracción de entre 3-4 TW puede aprovecharse en embalses y presas hidráulicas.

Por comparación, como indiqué en otro artículo, el consumo de energía mundial total es en la actualidad 18 TW. La siguiente figura muestra en términos comparativos el potencial de los principales recursos. Hay otras fuentes de energía renovables (biomasa, geotermia, energía mareomotriz, etc.), pero, dado su menor potencial en comparación con los tres principales, no serán analizadas aquí.

Potencial de utilización de los recursos renovables al cabo de un año. El tamaño de cada círculo es aproximadamente proporcional al potencial de cada recurso. También se muestra a escala el consumo de energía del planeta en 2014.

El futuro será renovable, sin duda. El ritmo al que se haga el cambio de modelo energético dependerá de decisiones políticas y regulatorias que poco o nada tiene que ver con las características técnicas de estas fuentes de energía. En próximas entradas a este blog, ya después de las vacaciones, iré describiendo las limitaciones, la situación actual y las expectativas en un futuro más o menos inmediato de estas fuentes de energía.

Funcionamiento del mercado mayorista de la energía

11 febrero, 2016 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

En comercializadoras de energía, energía renovables, mercado eléctrico, mercado mayorista, precio de la electricidad, precio de la luz

El coste de la electricidad tiene tres componentes esenciales: el coste de la electricidad negociada en el mercado mayorista, los costes indirectos –conocidos como costes regulados– y los impuestos (principalmente el IVA, 21%). En este artículo, explicaré brevemente las claves del mercado mayorista; en una próxima entrada, la composición de los costes regulados.

El precio de la electricidad se negocia a diario en el mercado mayorista, que gestiona el operador económico del sistema (Operador del Mercado Ibérico de Energía, OMIE). A él acuden los productores de energía y los grandes compradores: grandes empresas muy demandantes de energía (Arcelor, Renfe, industrias químicas), las compañías distribuidores de la energía y las compañías comercializadoras que después nos venderán la energía a los pequeños consumidores. Este proceso de oferta y demanda tiene lugar para cada hora de todos los días del año, es decir, se negocian precios para la energía eléctrica 8.760 veces al año. Efectuadas las ofertas de unos y otros, se realiza un proceso de casación entre ellas, mediante el que se fija la energía que venden los productores cada hora y a qué precio la adquieren los compradores.