Una alternativa sostenible: energía solar – el sistema fotovoltaico

INTRODUCCIÓN

Las sociedades desarrolladas, comunmente conocidas como «primer mundo», han alcanzado un alto grado de bienestar social, sanidad, esperanza de vida y calidad en servicios, y todo ello no sería posible sin el acceso a las diferentes formas de energía. La energía eléctrica es, con diferencia, la más versátil; nos ilumina, permite intercomunicarnos, acceder a internet, radio y televisión, alimenta nuestros electrodomésticos, y nos ofrece calor y refrigeración, entre otros muchos usos y aplicaciones, y todo ello sin olvidar que en su ausencia las industrias no podrían funcionar. El acceso a la electricidad es, por tanto, un índice directo de la calidad de vida.

Pero, el desarrollo y bienestar puede implicar también un coste medioambiental dependiendo de cuáles son las fuentes de la energía que son convertidas en electricidad. Cada vez que una sociedad avanza hacia una mejora de su calidad de vida, se requiere aumentar también el consumo eléctrico, lo que implica incrementar proporcionalmente la extracción y procesado de las materias primas energéticas. Si esas materias no son renovables, tendremos un problema en un tiempo futuro. Los combustibles fósiles, por ejemplo, han requerido millones de años para formarse en el subsuelo; su extracción está siendo muy acelerada con respecto a su velocidad de creación, por tanto al consumirlas terminarán agotándose. Por su parte, la energía nuclear, aunque teniendo un rendimiento notable con respecto a otras energías, produce residuos radiactivos que deben ser almacenados en silos especiales durante cientos e incluso miles de años, por lo que simplemente aplazamos un problema que no podemos resolver durante el tiempo que dura un proyecto de vida, debiendo asumir ese coste las generaciones futuras.

EL SOL, UNA FUENTE INAGOTABLE DE ENERGÍA

Sabido es, que el Sol es una fuente de energía renovable, por tanto la energía solar es limpia y por ende inagotable, pues depende de la fusión del hidrógeno que contiene en su núcleo y que, según estimaciones, podría mantenerse en combustión durante los próximos 4.000 a 5.000 millones de años.

La energía emitida por nuestro astro rey mantiene la vida en el planeta Tierra. Se estima que el Sol irradia cada segundo hacia nuestro planeta unos 50.000 millones de KWh, equivalente a dos millones de veces las necesidades de energía de nuestro mundo actual. Esa energía es, sin embargo, una ínfima parte de toda la energía que el Sol irradia al Universo. El potencial de explotación de la energía solar es impresionante, y teniendo en cuenta que nuestra deriva en el consumo de combustibles fósiles terminará desastrosamente, cumple asumir cuanto antes que las energías renovables, y especialmente la procedente del Sol, deben ir sustituyendo aquellas otras de origen fósil. Baste decir, que el planeta recibe en tan sólo dos días, una cantidad de radiación solar cuya energía sería equivalente a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas.

La energía del sol se produce por la fusión del hidrógeno que contiene en su núcleo y que podría mantenerse en combustión durante al menos 4.000 millones de años. Imagen Wikimedia Commons – Autor: NASA Goddard Space Flight Center

EL DESARROLLO DE ENERGÍAS RENOVABLES

Es evidente, y así lo están asumiendo muchos gobiernos y estamentos internacionales, que es preciso desarrollar energías renovables, no contaminantes y que se hallen disponibles ampliamente, como son la energía solar fotovoltaica o la energía eólica; ambas tienen puntos a favor y en contra, aunque en este artículo nos decantamos sin reservas por el sistema fotovoltaico, y lo explicaremos seguidamente.

La energía eólica, aunque está muy implementada y produce actualmente en el mundo un porcentaje mayor de electricidad que la fotovoltaica, requiere de lugares localizados, abiertos y que presenten determinadas condiciones favorables. La incertidumbre sobre el comportamiento del viento constituye un reto, además de las orografías complejas que obligan a importantes trabajos de ingeniería y transporte para instalar los parques eólicos. El impacto ambiental de un parque eólico es otro punto importante en su diseño, que puede desbaratar un proyecto ya de por sí muy costoso. Por otro lado, un proyecto de este tipo sólo puede ser abordado por grandes empresas y multinacionales, que tienen la suficiente capacidad de inversión y manejo de equipos, infraestructura y grupos humanos. En consecuencia, el acceso a esta energía por particulares, sólo puede hacerse a través de empresas de distribución de energía eléctrica. La generación privada en el ámbito doméstico mediante aerogeneradores no parece practicable en un sentido general, sólo en algunos casos podría ser viable pero no sería nunca una solución global para la población.

Por su parte, la energía solar fotovoltaica no presenta el inconveniente de la eólica en cuanto a la localización física y la necesidad de espacios muy abiertos, pues es utilizable en la mayor parte del mundo, obviamente con un rendimiento mayor conforme nos acercamos al ecuador geográfico. Además, debido al abaratamiento acelerado de estos sistemas, es cada vez más asequible para la instalación y uso por particulares, que pueden aplicarlos para autoconsumo o incluso para revender la energía excedente.

Refugio de montaña alimentado mediante energía fotovoltaica, en el Parque nacional de Aigüestortes y Lago de San Mauricio (Pirineos, España). Imagen Wikimedia Commons – Autor: Josep Borrut

Como todo sistema de energía, existen puntos a favor de la energía solar fotovoltaica, y otros menos favorables que en realidad sólo dependen de la tecnología empleada. Así, es obvio que los generadores fotovoltaicos, a diferencia de otras fuentes renovables, sólo producen electricidad cuando reciben luz solar, y que la cantidad de energía generada es directamente proporcional a la fuerza o irradiancia solar que incide sobre los captadores de esa energía (se generará más o menos energía según la fuerza de la radiación solar recibida). Puesto que la demanda del consumo es independiente de la radiación solar (por ejemplo la necesidad de iluminar una estancia por la noche), se requiere pues de un sistema de almacenamiento energético o de acumulación durante el día, habitualmente en forma de baterías eléctricas, que permita su reutilización durante los periodos de penumbra. Este problema de naturaleza técnica está sobradamente solventado, gracias a que la tecnología nos sorprende a diario con invenciones, nuevos materiales y diseños mejorados que permiten multiplicar el rendimiento en relación con aquellos primeros equipos que comenzaban a despuntar en la historia de las tecnologías de la energía.

DESPEGUE DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía solar fotovoltaica procede de una fuente renovable. Como ya se dijo, la energía proveniente del sol es limpia e inagotable, dicho en términos de vida humana sobre el planeta, pues se estima que estará alumbrándonos al menos durante los próximos 4.000 millones de años.
La certidumbre de que las energías de origen fósil se agotarán, y dada la gran dependencia de ellas que tienen los países occidentales, el futuro pasará irremediablemente por las energías renovables, entre ellas y con ventaja la energía solar fotovoltaica.

Podríamos afirmar que la energía solar fotovoltaica se halla en sus mejores momentos, los sistemas fotovoltaicos son cada vez más eficaces y fiables, al tiempo que los precios de paneles y equipos van cayendo y haciéndose más asequibles a la mayoría de las economías familiares. En este sentido, gracias a la invención tecnológica en el campo de las energías, la amortización de una instalación solar fotovoltaica en el ámbito doméstico se va reduciendo de forma progresiva. Además, el coste de mantenimiento de estos sistemas es bajo.

CÓMO FUNCIONA LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La tecnología de aprovechamiento de la energía solar se puede clasificar en «solar térmica» y «solar fotovoltaica», la primera utiliza paneles solares para calentar agua o almacenarla para un uso posterior (también tiene otras aplicaciones que se escapan a este artículo). La segunda, utiliza paneles fotovoltaicos, es la que nos ocupa y que se pretende describir aquí.

Los paneles o placas fotovoltaicas convierten la radiación solar directamente en electricidad, mediante el llamado efecto fotovoltaico. En 1839, el físico francés Alexandre-Edmond Bequerel, descubrió que al incidir la luz en determinado material generaba una corriente eléctrica, pero como ésta era muy débil no se le encontró ninguna aplicación en ese momento, por ello su experimento no tuvo trascendencia inmediata, y pasaron más de 100 años hasta que se descubrió un material que vino a demostrar de forma más eficiente el efecto fotovoltaico, se trataba del silicio. Las primeras celdas o células solares de silicio eran muy caras y complejas de construir, por eso fueron uitlizadas en un principio para una función en la que el precio no era un obstáculo: suministrar electricidad a los primeros satélites artificiales.

Celda o célula solar. Imagen Wikimedia Commons

Para aprovechar el efecto fotovoltaico se utilizan semiconductores de silicio. Éstos tienen la facultad de conducir la electricidad mejor que un material aislante, pero peor que un material de metal, como puede ser el cobre. Para poder crear un voltaje en un semiconductor, se necesitan dos que estén construidos con distinta polaridad; uno de ellos será tipo N o negativo (que cede electrones) y el otro será tipo P o positivo (que acepta electrones); si unimos ambos semiconductores obtenemos lo que se denomina «celda» o «célula». Cuando iluminamos la unión de una celda se produce una corriente y se crea una diferencia de potencial en los extremos, es decir, hemos conseguido un voltaje o fuente eléctrica con un polo positivo y otro negativo, similar a la que obtenemos en una pila.

La potencia que aporta esa celda es muy pequeña, pero si unimos muchas celdas, tanto en paralelo como en serie, podemos conseguir el voltaje y la corriente que deseemos. Generalmente se fabrican para producir voltajes de 12 o 24 voltios. Al conjunto de celdas interconectadas se le llama módulo fotovoltaico o panel fotovoltaico.

DE QUÉ CONSTA UNA INSTALACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía eléctrica que producen los módulos o paneles fotovoltaicos no puede ser empleada directamente, es preciso una serie de equipos que permitan estabilizar, almacenar y convertir esa energía.

El módulo o panel fotovoltaico

Ya se habló de él y no necesita más explicación, sólo indicar que se pueden combinar varios módulos, tanto en serie como en paralelo, para incrementar el voltaje y/o la potencia. Por ejemplo, si un módulo suministra 12 voltios y una potencia de 10 vatios, conectando dos módulos en paralelo obtendremos un sólo módulo del mismo voltaje pero de 20 vatios. Y si en vez de conectarlos en paralelo lo hacemos en serie, la potencia no cambiará, pero el voltaje ascenderá a 24 voltios.

Batería

Habitualmente, se utiliza una batería para acumular la energía durante el día y poder utilizarla para los servicios que se requieran durante la noche. Su voltaje nominal tiene que ser inferior al de los paneles fotovoltaicos. Por ejemplo, una batería de 12 voltios, puede ser alimentada por módulos fotovoltaicos de 18 o 24 voltios, pero siempre a través de un regulador de carga (más abajo hablaremos de ese dispositivo). Cuando cesa la generación solar, la electricidad es proporcionada directamente por la batería.

Regulador de carga

Este dispositivo es fundamental en una instalación solar fotovoltaica, su función es controlar la carga de la batería acumuladora, para evitar que se produzcan sobrecargas o descargas excesivas, lo que repercutiría directamente sobre la vida útil del acumulador. Cuando la batería ya está cargada, el regulador interrumpe el paso de corriente desde los módulos fotovoltaicos hacia ella; y si alcanza el máximo nivel de descarga entonces interrumpe el paso de corriente hacia las cargas (salida de suministro). Es el aparato que también estabiliza el voltaje a la salida, en el punto de suministro, de forma que se mantenga siempre ese voltaje aunque los módulos solares aporten más o menos energía, es decir, aunque la radiación solar sea muy intensa (entrega de corriente alta) o muy débil (entrega de corriente baja).

Inversor

La corriente que generan los módulos solares es continua (es una corriente similar a la suministrada por pilas o baterías), y aunque es posible alimentar numerosos dispositivos con esa corriente de forma directa, no sería viable si deseamos alimentar todos los aparatos y electrodomésticos de un hogar, los cuales funcionan conectados a la Red eléctrica, que como se sabe entrega corriente alterna. En consecuencia, para poder utilizar en un hogar la corriente continua que ofrece una instalación fotovoltaica, es necesario convertirla antes a corriente alterna. El inversor es el dispositivo encargado de esa función, tomando el voltaje de la salida del inversor (por ejemplo 12 voltios) y convirtiéndolo en corriente alterna con el mismo voltaje y frecuencia de nuestra red eléctrica; este voltaje puede ser diferente según el país, por ejemplo en España son 220 voltios y 50 hercios, pero hay países donde varía entre 100 y 127 voltios, y con frecuencias de 50 y 60 hercios.

EL AUTOCONSUMO FOTOVOLTAICO EN ESPAÑA – NUEVA LEY DE AUTOCONSUMO ENERGÉTICO

Todos recordamos la tasa instaurada en 2015 que gravaba el autoconsumo eléctrico a quiénes utilizasen placas fotovoltaicas, y que fue conocida popularmente como «impuesto al sol». En aquel Real Decreto se estipulaba un peaje a los consumidores por usar esas tecnologías para producir electricidad, pero además se le instaba a un compromiso de volcar a la Red todo el excedente de energía no consumido sin ninguna compensación económica.

En abril de 2019 el Gobierno de España publicó el Real Decreto 244/2019 de autoconsumo de energía eléctrica, que deroga el llamado «impuesto al sol» y establece una nueva normativa, cuyo fin es no sólo facilitar la posibilidad de que los hogares aprovechen la energía solar, sino también favorecer su propia economía y el medio ambiente.

La nueva ley es muy favorable al autoconsumo y se puede resumir en los siguientes puntos:

  • «La energía autoconsumida de origen renovable estará exenta de todo tipo de cargos y peajes». El objetivo es propiciar el crecimiento de instalaciones de autoconsumo mediante instalaciones solares fotovoltaicas.
  • Posibilidad de volcar a la Red eléctrica el excedente de energía no consumido, y recibir por ello una compensación económica, que será efectiva mediante un descuento en la factura de la compañía eléctrica. Esta compensación tendrá la limitación de que no podrá ser superior al importe de la factura por energía consumida de la propia Red.
  • Posibilidad de instalar paneles en bloques de pisos. Dado que en España dos tercios de la población residen en pisos, esta medida puede resultar de gran ayuda a las economías familiares, junto con un beneficio evidente en términos medioambientales.
  • Sin límite de potencia instalada. Antes de la ley, la instalación fotovoltaica no podía superar la potencia contratada con la compañía eléctrica, ahora el único límite será el del espacio físico donde desplegar los paneles, pudiendo instalarse todos los que quepan sin incumplir otras leyes o reglamentos sobre seguridad o construcciones urbanísticas.
  • Simplicidad de los trámites. La nueva ley simplifica todos los trámites para instalaciones de autoconsumo. Estarán «exentas de obtener permisos de acceso y conexión» las instalaciones hasta 15 kW. Tampoco será obligatorio instalar un segundo contador exterior (salvo como es obvio para instalaciones colectivas). El único trámite exigible será el certificado de instalación eléctrica del sistema fotovoltaico, e informar a la consejería correspondiente de la comunidad autónoma, y a la empresa distribuidora/comercializadora.

Diagrama de un sistema fotovoltaico de autoconsumo con volcado de excedente a la Red eléctrica. Imagen Wikimedia Commons – Autor:
Hanjin

Indicar también que existen legislaciones estatales y autonómicas que establecen beneficios, bonificaciones o incentivos fiscales a la instalación de sistemas solares fotovoltaicos, que pueden suponer una parte importante de la cuota de amortización de las instalaciones.

EN CONCLUSIÓN

La instalación de un sistema fotovoltaico es una opción en auge, gracias a que la invención tecnológica ha permitido abaratar los costes de fabricación de los diferentes elementos, y hacerlos más fiables, eficaces y de vida útil más larga. La energía fotovoltaica procede de una fuente de energía limpia, renovable e inagotable, no genera residuos ni ruidos y sus costes de mantenimiento son bajos. Además, en España es posible volcar a la Red los excedentes que no consumamos y obtener así una compensación económica. El sistema fotovoltaico es pues un recurso energético viable, cada vez más económico y, sobretodo, totalmente respetuoso con el medio ambiente.

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