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La luz de un rey

El uso de la energía solar fotovoltaica, como parte de la estrategia de avance de las fuentes renovables de energía en el país, comienza poco a poco a despegar

 

Autor:

Mario Alberto Arrastía Avila

Las investigaciones sobre celdas solares comenzaron en la Universidad de La Habana en la década de 1970 y la primera celda solar de silicio se obtuvo en 1975 en condiciones de laboratorio.

El primer sistema fotovoltaico (SFV) se instaló en Cuba en 1982 y tenemos una línea de ensamblaje de paneles fotovoltaicos.

Cubasolar, organización que cumplirá 20 años en el 2014 promoviendo las fuentes renovables de energía y el respeto ambiental, ha apoyado el avance de la energía solar fotovoltaica.

No obstante, esta tecnología, que convierte directamente la energía solar en electricidad, está lejos de tener una amplia presencia en nuestra matriz energética.

Según la Oficina Nacional de Estadísticas e Información, en el 2011 había en Cuba 4 717 SFV. La sincronización al Sistema Electroenergético Nacional (SEN) del Parque Solar Fotovoltaico (PSFV) construido en Cantarrana, Cienfuegos, es un hito en el uso de esta fuente renovable de energía en Cuba.

Es el primero en llegar a un megawatt de potencia instalada y ya se amplió a 2,6 MW. Los 962 kW (kilowatt) del PSFV de Santa Clara tributan también energía limpia al SEN y avanza la construcción de parques fotovoltaicos en otras provincias.

Recientemente se concluyó un PSFV de 4 320 módulos ubicados en un área de 15 mil metros cuadrados aledaña a Expocuba. Dicho parque evitará la emisión de 1 405,9 toneladas de dióxido de carbono al año.

Descubrimiento y desarrollo

El efecto fotovoltaico lo descubrió en 1839 Edmund Becquerel, quien obtuvo una tensión eléctrica al iluminar un contacto de platino revestido con plata que estaba inmerso en una solución electrolítica.

En 1873 Willoughby Smith observó que el selenio era sensible a la luz. Cuatro años más tarde William Adams y Richard Day observaron el efecto fotovoltaico en el selenio y en 1894 Charles Fritts desarrolló la primera celda solar de selenio.

En 1905 Albert Einstein publicó su trabajo con la explicación del efecto fotovoltaico externo por el que recibió el Premio Nobel en 1921.

Con el avance científico y la aparición de los semiconductores, se crearon celdas solares a base de estos materiales. Hoy la mayor parte de la producción de celdas solares es a partir de silicio.

Cuando al silicio puro se le añaden ciertas «impurezas», este se convierte en lo que los físicos llaman silicio tipo N o silicio tipo P.

Dicho simplificadamente, una celda solar es una combinación de una región tipo N y otra tipo P entre las que se crea una zona especial llamada juntura PN. En esa zona aparece un «campo eléctrico» interno que separa los electrones que surgen en exceso al incidir la radiación solar sobre la celda. Estos electrones llegan a los contactos externos de la celda y producen una tensión eléctrica.

Al conectar la unión PN a un circuito, los electrones libres se mueven a través de este dando lugar a una corriente eléctrica que sirve para cargar una batería en los sistemas autónomos o para enviarla a la red como en los parques fotovoltaicos.

En 1952 la compañía American Telephone & Telegraph (AT&T), tenía problemas con sus baterías, que se descargaban con rapidez en climas cálidos. Necesitaban hallar una fuente alternativa de energía para recargarlas y confiaron la tarea a los científicos de Bell Laboratories.

En 1954, Daryl Chapin, Calvin Fuller y Gerald Pearson, crearon la primera celda solar de silicio con una eficiencia del seis por ciento. El costo fue de 200 dólares por watt, pero su creación marcó el inicio de una nueva era en la utilización de la energía solar.

Hoy el costo de producción ronda los 50 centavos de dólar por watt del módulo fotovoltaico y se pronostica que bajará a 37 centavos de dólar por watt en el 2017, según la firma consultora GTM Research.

La electricidad que aporta un SFV es limpia y renovable, pero fabricar las celdas y los componentes del sistema contamina el entorno como otras actividades humanas. Al terminar su vida útil los paneles solares son «residuos electrónicos» y pueden contaminar si no son tratados adecuadamente. La Unión Europea obliga a reciclar los paneles que terminan su vida útil.

Criterios errados y crisis

Existe el criterio errado entre algunos especialistas de que fabricar una celda solar demanda más energía que la entregada por esta en su vida útil.

Según el Fraunhofer Institute of Solar Energy de Alemania, el tiempo de recuperación de la energía invertida en fabricar paneles fotovoltaicos varía entre 0,5 y 2,8 años, dependiendo del tipo de tecnología de la celda y el lugar donde sean instalados los paneles.

Hay quienes «atacan» a la fotovoltaica diciendo que su factor de capacidad es bajo comparado con el de las termoeléctricas que utilizan carbón mineral, gas natural o energía nuclear.

Este factor se halla dividiendo la energía producida por una planta generadora de electricidad, por ejemplo, durante un año, entre la que hubiese generado durante las 24 horas de cada día de ese año funcionando a plena capacidad.

No es justo usar la misma métrica para comparar el factor de capacidad de la generación eléctrica a base de carbón, gas o energía nuclear, con la fotovoltaica, que depende no solo de características inherentes a la propia tecnología, sino además de factores ambientales como la disponibilidad de energía solar y la temperatura.

¿Cuál será el factor de capacidad de las termoeléctricas basadas en energía nuclear, gas o carbón cuando ya no sea rentable extraer esos recursos o haya oposición para usarlos por los riesgos de trágicos accidentes como el de Fukushima o el cambio climático?

El experto en energía fotovoltaica Daniel Stolik sostiene que la comparación debe hacerse a partir del costo del kilowatt-hora de la electricidad generada en la vida útil de la tecnología.

Un artículo publicado el 28 de mayo de 2013 en el New York Times destapó una supuesta «crisis de confiabilidad» de los paneles fotovoltaicos.

Esto fue refutado por Laurie Guevara-Stone, del Rocky Mountain Institute, en su artículo Mientras brille el sol: La no crisis de confiabilidad de los paneles fotovoltaicos, publicado un mes después en el blog de la organización estadounidense.

La autora dice que toda compañía o industria enfrenta problemas de calidad y la fotovoltaica no está exenta. Afirma también que Yingli Solar, el mayor fabricante mundial de celdas solares, somete sus productos a pruebas independientes muy rigurosas y solo 15 de los 2,8 millones de paneles enviados a EE.UU. desde 2009 fueron rechazados.

Señala además que First Solar reparó o repuso 230 mil paneles defectuosos producidos entre 2008 y 2009, un dos por ciento de las ventas de la compañía que recuperó la confianza de sus clientes al superar sus problemas de calidad.

Como se sabe, nuestra generación eléctrica tiene una alta dependencia de los combustibles fósiles, aspecto que debe ser corregido de cara a la sostenibilidad económica-ambiental y la independencia energética del país.

No está planteada una meta de «penetración» de las fuentes renovables de energía en nuestra matriz energética, pero existe la voluntad de cambiarla. La creación de parques fotovoltaicos es una prueba de ello.

En su intervención en el Congreso Mundial de Energía Eólica celebrado en La Habana en junio pasado, el ingeniero Alfredo López, ministro de Energía y Minas, expuso los proyectos de desarrollo de las fuentes renovables de energía que se ejecutan en el país y las perspectivas para aumentar la participación de estas fuentes en el escenario energético nacional.

En ese sentido dijo que se evalúa instalar 400 MW fotovoltaicos en los próximos años. Ello demuestra que la energía solar fotovoltaica inicia su despegue en Cuba.

* El autor es especialista de Cubaenergía y miembro de Cubasolar

Agradecimientos a la Dirección de Energías Renovables del Ministerio de Energía y Minas por los datos ofrecidos del primer parque fotovoltaico de Cuba, y al Dr.C. Daniel Stolik por la revisión del artículo.

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