Potencial de la Energía Solar; Energía solar, radiación del Sol capaz de producir calor, provocar reacciones químicas o generar electricidad. La cantidad total de energía solar que incide en la Tierra supera ampliamente las necesidades energéticas actuales y previstas del mundo. Si se aprovecha adecuadamente, esta fuente altamente difusa tiene el potencial de satisfacer todas las necesidades energéticas futuras. En el siglo XXI se espera que la energía solar sea cada vez más atractiva como fuente de energía renovable por su suministro inagotable y su carácter no contaminante, en claro contraste con los combustibles fósiles finitos carbón, petróleo y gas natural.

Tabla Informativa: Potencial de la Energía Solar

El Sol es una fuente de energía extremadamente potente, y la luz solar es, con mucho, la mayor fuente de energía que recibe la Tierra, pero su intensidad en la superficie terrestre es en realidad bastante baja. Esto se debe esencialmente a la enorme dispersión radial de la radiación procedente del lejano Sol. Una pérdida adicional relativamente menor se debe a la atmósfera terrestre y a las nubes, que absorben o dispersan hasta un 55% de la luz solar entrante. La luz solar que llega al suelo está compuesta por casi un 40% de luz visible, un 50% de radiación infrarroja y cantidades menores de radiación ultravioleta y otras formas de radiación electromagnética.

El potencial de la energía solar es enorme, ya que cada día la Tierra recibe en forma de energía solar unas 210.000 veces la capacidad total de generación eléctrica diaria del mundo. Desgraciadamente, aunque la energía solar en sí es gratuita, el elevado coste de su captación, conversión y almacenamiento sigue limitando su explotación en muchos lugares. La radiación solar puede convertirse en energía térmica (calor) o en energía eléctrica, aunque la primera es más fácil de conseguir.

Entre los dispositivos más comunes utilizados para captar la energía solar y convertirla en energía térmica están los colectores planos, que se utilizan para aplicaciones de calefacción solar. Como la intensidad de la radiación solar en la superficie de la Tierra es tan baja, estos colectores deben tener una gran superficie. Incluso en las zonas soleadas de las regiones templadas del mundo, por ejemplo, un colector debe tener una superficie de unos 40 metros cuadrados para recoger suficiente energía para satisfacer las necesidades energéticas de una persona. La continua mejora de materiales para captar el sol tiene por objetivo intentar conseguir un mínimo de todo el Potencial de la Energía Solar.

Los colectores planos más utilizados consisten en una placa metálica ennegrecida, cubierta con una o dos láminas de vidrio, que se calienta con la luz solar que incide sobre ella. Este calor se transfiere al aire o al agua, llamados fluidos portadores, que pasan por la parte posterior de la placa. El calor puede utilizarse directamente o transferirse a otro medio para su almacenamiento. Los colectores planos se utilizan habitualmente para los calentadores solares de agua y la calefacción de viviendas. El almacenamiento del calor para utilizarlo por la noche o en días nublados se suele realizar mediante tanques aislados para almacenar el agua calentada durante los periodos soleados.

Un sistema de este tipo puede suministrar agua caliente a una vivienda desde el tanque de almacenamiento o, con el agua calentada fluyendo a través de tubos en suelos y techos, puede proporcionar calefacción de espacios. Los colectores planos suelen calentar los fluidos portadores a temperaturas que oscilan entre los 67 y los 94 °C. El rendimiento de estos colectores (es decir, la proporción de la energía recibida que convierten en energía utilizable) oscila entre el 30% y el 70%, dependiendo del diseño del colector.

Otro método de conversión de la energía térmica se encuentra en los estanques solares, que son cuerpos de agua salada diseñados para recoger y almacenar la energía solar. El calor extraído de estos estanques permite la producción de productos químicos, alimentarios, textiles y otros productos industriales, y también puede utilizarse para calentar invernaderos, piscinas y naves ganaderas. Los estanques solares se utilizan a veces para producir electricidad mediante el uso del motor de ciclo Rankine orgánico, un medio relativamente eficiente y económico de conversión de la energía solar, que resulta especialmente útil en lugares remotos. Los estanques solares son bastante caros de instalar y mantener y suelen limitarse a zonas rurales cálidas.

A menor escala, aprovechando todo el potencial de la Energía Solar también puede aprovecharse para cocinar alimentos en hornos solares especialmente diseñados. Los hornos solares suelen concentrar la luz solar de una amplia zona en un punto central, donde un recipiente de superficie negra convierte la luz solar en calor. Los hornos suelen ser portátiles y no requieren ningún otro tipo de combustible.

La radiación solar puede convertirse directamente en electricidad mediante células solares (células fotovoltaicas). En estas células, se genera una pequeña tensión eléctrica cuando la luz incide en la unión entre un metal y un semiconductor (como el silicio) o en la unión entre dos semiconductores diferentes. La potencia generada por una sola célula fotovoltaica suele ser de sólo unos dos vatios. Sin embargo, conectando un gran número de células individuales, como en los conjuntos de paneles solares, se pueden generar cientos o incluso miles de kilovatios de energía eléctrica en una planta eléctrica solar o en un gran conjunto doméstico.

La eficiencia energética de la mayoría de las células fotovoltaicas actuales es sólo del 15 al 20 por ciento y, dado que la intensidad de la radiación solar es baja para empezar, se necesitan grandes y costosos conjuntos de dichas células para producir incluso cantidades moderadas de energía. Sin duda con el paso del tiempo conseguiremos un mayor Potencial de la Energía Solar.

Las pequeñas células fotovoltaicas que funcionan con la luz del sol o con luz artificial se han utilizado mucho en aplicaciones de baja potencia, como fuentes de energía para calculadoras y relojes, por ejemplo. Las unidades de mayor tamaño se han utilizado para suministrar energía a bombas de agua y sistemas de comunicación en zonas remotas, así como a satélites meteorológicos y de comunicaciones. Los paneles clásicos de silicio cristalino y las tecnologías emergentes que utilizan células solares de película fina, incluida la fotovoltaica integrada en edificios, pueden ser instalados por los propietarios de viviendas y empresas en sus tejados para sustituir o aumentar el suministro eléctrico convencional.

Las plantas de energía solar concentrada emplean colectores de concentración, o de enfoque, para concentrar la luz solar recibida desde una amplia zona en un pequeño receptor ennegrecido, aumentando así considerablemente la intensidad de la luz para producir altas temperaturas. Los conjuntos de espejos o lentes cuidadosamente alineados pueden enfocar suficiente luz solar para calentar un objetivo a temperaturas de 2.000 °C (3.600 °F) o más. Este calor puede utilizarse para hacer funcionar una caldera, que a su vez genera vapor para una central eléctrica con turbina de vapor. Para producir vapor directamente, los espejos móviles pueden disponerse de forma que concentren grandes cantidades de radiación solar en tubos ennegrecidos por los que circula el agua y que, por tanto, se calienta.

La energía solar también se utiliza a pequeña escala para fines distintos de los descritos anteriormente. En algunos países, por ejemplo, la energía solar se utiliza para producir sal a partir de agua de mar por evaporación. Asimismo, las unidades de desalinización con energía solar transforman el agua salada en agua potable convirtiendo la energía del Sol en calor, directa o indirectamente, para impulsar el proceso de desalinización. Esta claro que todavía nos falta mucho por explotar todo el potencial de la Energía Solar hacia nuevos horizontes.

La tecnología solar también ha surgido para la producción limpia y renovable de hidrógeno como fuente de energía alternativa. Imitando el proceso de la fotosíntesis, las hojas artificiales son dispositivos basados en el silicio que utilizan la energía solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, sin dejar prácticamente ningún contaminante. Es necesario seguir trabajando para mejorar la eficacia y la rentabilidad de estos dispositivos para su uso industrial.