¿Llegó la hora de la energía solar en Venezuela? Consideraciones acerca de la energía fotovoltaica

Más por necesidad que por convencimiento, sectores de nuestro país están considerando la adopción de fuentes alternativas de energía, a pesar de ser un país petrolero, y ésta, una opción no económica pero sustentable. La  NO tan reciente crisis eléctrica asociada a la geo-político-social ha desnudado la fragilidad actual de nuestro Sistema Eléctrico Nacional (SEN), y ya que, no hay un servicio más costoso que el que no se tenga, y por nuestra ubicación en latitud media y en franja ecuatorial, somos candidatos casi por excelencia a optar por este recurso, por ahora, inagotable de energía.

Hablemos un poco del origen de esta energía, el Sol es la fuente de la mayor parte de la energía sobre la Tierra, es la fuente de alimentación de plantas, la causa de los flujos atmosféricos y del agua, el origen del calor que hace posible la vida, en fin, nada existiría sin él. En la órbita terrestre, sin considerar la absorción atmosférica, cada metro cuadrado de área recibe unos 1380 julios por segundo, o lo que es lo mismo, 1.4 KW/m². Esta cantidad es conocida como constante solar, la cual varía muy poco, tal como se observó mediante sensores a bordo de satélites de la NASA.

El primero que consideró el origen de la energía solar con seriedad fue el físico alemán Hermann von Helmholtz, que observó en 1854 que la propia gravedad del Sol suministraría una apreciable cantidad de energía. Si el Sol se estuviera contrayendo gradualmente se estaría emitiendo suficiente energía para mantener su radiación durante mucho tiempo. Calculó que esta fuente proveería energía al Sol durante más de 20 millones de años. Posteriormente, hacia finales del siglo XIX y principios del XX se descubrió la radiación nuclear, forma de energía no conocida hasta entonces y proveniente de la descomposición de los elementos pesados  en otros más ligeros, con emisión de partículas rápidas  que contienen gran cantidad de energía. Es esta energía, cuando se despide de los elementos radiactivos de las rocas, la que proporciona el calor interno de la Tierra.

Durante el primer cuarto del siglo XX, se desarrolló buena parte de la teoría que explica cuál es la fuente de energía capaz de durar los miles de millones de años que los geólogos sabían que tenía la Tierra, y esta fuente no es otra que la nuclear. Así mismo el siglo XX fue testigo de avances increíbles en la física, uno de los más revolucionarios fue la teoría cuántica, iniciada en buena medida por el físico alemán Max Planck cuando trataba de explicar la llamada “Catástrofe Ultravioleta”. En la representación gráfica del espectro de radiación asociado a diferentes temperaturas (rojo, azul y verde) se muestran similitudes a sus mediciones reales, mientras que en la de color violeta, la emisión de radiación tiende a infinito a medida que disminuye su longitud de onda, representación  predicha por la teoría clásica. La teoría clásica no podía explicar la radiación emitida por un cuerpo caliente, ya que, daba resultados incongruentes con respecto a los datos reales, como ya dijimos. Cuando Planck postuló que la energía luminosa estaba compuesta de partículas llamada fotones, logró obtener una ecuación que se ajusta a los datos experimentales de una manera asombrosamente precisa y fue determinante en la validación de la nueva teoría.  Esto permitió entender y representar el espectro solar para su aprovechamiento energético, y saber con certeza,  que parte del espectro es aprovechable en la Tierra.

Una vez realizada esta breve y resumida reseña histórica, empecemos a familiarizarnos con la denominación energía solar fotovoltaica y su breve historial. El término fotovoltaico proviene del griego phos (Φωσ) y voltaico, que proviene del término voltio, que es la unidad de medida la diferencia de potencial en el Sistema Internacional de medidas, el cual a su vez, fue dado en honor al físico italiano Alejandro Volta. Este término comenzó a usarse en Inglaterra a partir del 1849, pero no fue sino hasta  1883 que se construyó la primera celda solar por Charles Fritts, quien recubrió una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme. Este primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de sólo un 1%. Russel Ohl patentó la celda solar moderna en 1946, aunque Sven Ason Berglund había patentado con anterioridad un método que trataba de incrementar la capacidad de las celdas fotosensibles. En el año 1954  los laboratorios Bell descubrieron, de manera accidental, que los semiconductores de silicio dopado con ciertas impurezas eran muy sensibles a la luz. Estos avances contribuyeron a la fabricación de la primera celda solar comercial con una conversión de la energía solar del 6%. En 1970 la primera celda solar con heteroestructura de arseniuro de galio (GaAs) y altamente eficiente se desarrolló en la extinta URSS por Zhore Alferov y su equipo, y así hasta nuestros recientes tiempos que se han logrado obtener arreglos de hasta 40% de eficiencia.

Suficientes antecedentes reseñados, ahora establezcamos los principios de funcionamiento teóricos del sistema fotovoltaico. Ya habiendo descritos algunos conceptos utilizados en esta tecnología, hablaremos del proceso de generación eléctrica de manera bien simplificada: Algunos de los fotones, que provienen de la radiación solar, impactan sobre la primera superficie del panel, penetrando en este siendo absorbidos por materiales semiconductores tales como el silicio  el arseniuro de galio. Los electrones, partículas atómicas que forman parte del exterior de los átomos, y que se alojan en orbitales de energía cuantizada, son golpeados por los fotones (interaccionan) liberándose de los átomos a los que estaban originalmente confinados y acumulándose hacia el lado negativo de la celda, esto posteriormente les permite circular a través del material, produciendo así electricidad. Los espacios vacíos” dejados por electrones excitados conforman la parte positiva de los átomos  (burbujas de carga positiva)  y se denominan huecos, fluyen en el sentido opuesto al de los electrones en el panel solar, formando el lado positivo.

Un conjunto de paneles solares transforman la energía solar (energía en forma de radiación y que depende de la frecuencia de los fotones) en una determinada de corriente continua, también denominada (DC) (por sus siglas en inglés) que corresponde a un tipo de corriente eléctrica que se describe como un movimiento de cargas en una dirección y en un solo sentido, a través de un circuito. La corriente continua se lleva a un circuito electrónico convertidor que transforma ésta en corriente alterna (AC)  de 120 a 220 voltios, que es el tipo de corriente disponible en el suministro eléctrico de cualquier hogar. La potencia  (AC) entra al panel eléctrico de la casa o tablero de distribución, ésta  se distribuye, casi siempre, a los dispositivos de iluminación de la casa, ya que éstos no consumen excesiva energía y son los adecuados para que funcione correctamente con la corriente generada con el panel, sobre todo si son del tipo “led”. La electricidad que no se dispone para alumbrado puede usarse en otros dispositivos de la casa, eso sí, con criterio de uso.

Existe variedad de aplicaciones de uso, convencionales y nuevas, de los paneles solares: Electrificación de pueblos en áreas remotas (electrificación rural), corriente eléctrica para casas de campo, sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad de agua, bombeo para sistema de riego, agua potable en áreas rurales y abrevaderos para el ganado, sistemas de desalinización, postes SOS (teléfonos de emergencia en carreteras), estaciones de repetidoras de microondas y de radio, entre muchas otras.

A principios de los años 80 se realizó en Caracas, Venezuela, una de las primeras cumbres internacionales en materia de energía solar, donde se presentaron propuestas innovadoras que hoy son realidad en algunos de los países que participaron, lamentablemente el nuestro no sólo no siguió en el camino, si no que se afianzó en su negocio medular, el petrolero, con el resultado ya conocido. Intentos tímidos y aislados, como la participación en la Cumbre de la Alianza Solar en New Delhi, India en Marzo de 2018, con propuestas con poco fundamento, han marcado nuestro desempeño en el uso energías renovables. Creo con vehemencia que llegó el momento de las energías alternativas en nuestro país, más por necesidad que por convencimiento.


AUTOR:  Angel Araujo P. Ing. Mec – Servinproca CEO

1 comentario en “¿Llegó la hora de la energía solar en Venezuela? Consideraciones acerca de la energía fotovoltaica”

  1. Excelente reseña técnico -histórica sobre este tema. Es lastimoso nuestro profundo rezago en esta materia teniendo la potencialidad del astro rey en nuestra tierra tropical con patrones de irradiación envidiables para cualquier país. Grandes daños nos han ocasionado la ausencia por el Estado, de políticas firmes en su uso, regulación e incentivos sobre uso de energias alternativas , tarifas totalmente subsidiadas acompasadas por fatal politica comercial. Ojalá esta crisis eléctrica y petrolera severas nos permita aprender las lecciones y alinearnos a nuevos horizontes energéticos amigables con la naturaleza como lo está haciendo el resto de la comunidad planetaria

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