Techos solares: generación de energía distribuida

Luis Hernández*

 

 

El progreso de la Humanidad ha estado vinculado estrechamente  al consumo de energía. Desarrollo tecnológico y bienestar social implican mayor  consumo  energético,  y  su  futuro  incremento  no  podrá  ser satisfecho por las llamadas fuentes tradicionales basadas en  los combustibles fósiles: carbón, gas y petróleo. Estas deberán ser paulatinamente sustituidas por otras fuentes, que a  su vez sean renovables. Uno de los grandes temas de la Ciencia lo constituye la energía  y  encontrar  fuentes  alternativas,  uno  de  sus  objetivos centrales. La solución del problema energético presupone además que las nuevas fuentes sean compatibles con el medio ambiente y permitan un desarrollo sostenible para la Humanidad. Entre las propuestas de nuevas fuentes de energías, el Sol ocupa un lugar de extraordinaria importancia, por lo que se refiere a la cantidad de energía que de él recibimos. Mediante paneles solares, la energía fotovoltaica es la única que convierte directamente la energía solar en eléctrica.

  

En la actualidad los problemas en  el desarrollo de  la energía fotovoltaica a escala tecnológica son: una tecnología relativamente nueva, no existe la suficiente cultura y conocimientos respecto a su capacidad y utilización; las instalaciones no son fáciles de obtener de manera comercial y a gran escala; el costo inicial es alto si se compara con sus similares y su uso en el transporte es actualmente complicado.

 

 Los problemas señalados para la energía fotovoltaica son compensados ampliamente por las siguientes ventajas: muestra una tecnología en pleno  desarrollo  y  aceptada  internacionalmente;  es  altamente confiable, el sol es una fuente limpia, inagotable y de acceso libre; posee bajos costos de operación y de mantenimiento; es la mejor opción en fuentes de energía renovable para introducir en el ámbito urbano; en la mayoría de los casos no posee partes móviles; permite un diseño modular; es aplicable en los más diversos sitios y para muy diferentes usos; fácil de producir e instalar a escala masiva; es una tecnología que permite generar empleos con un desarrollo industrial sustentable y es el modo más directo de proveer de energía a decenas de millones de personas sin electricidad en el mundo.

 

Los  paneles  solares  forman  parte  de  los  sistemas  fotovoltaicos (llamados así por ser el efecto fotovoltaico el principio físico de operación)  autónomos  (SFA)  que  son  utilizados  frecuentemente  en locaciones aisladas para producir electricidad en áreas inaccesibles para la   red eléctrica y de esta forma mejorar las condiciones de salud, educación, comunicación y recreación de la población, al tiempo que favorece la agricultura y el empleo del agua. Los más simples SFA usan la electricidad en forma de corriente continua y la energía es producida donde y cuando es necesaria sin el uso de complejos sistemas de control y transmisión de energía. Sistemas de alrededor de 500 watt pesan menos de 70 kg lo     que permite una fácil transportación e instalación.

 

Los SFA generan energía durante el día al tiempo que la almacenan en los acumuladores para su uso nocturno, convirtiéndolos en sistemas muy fiables  ya  sea  de  día  o  de  noche,  independientemente  de las condiciones climáticas. Después del paso de un huracán, en muy breve tiempo los SFA están generando electricidad. El número de baterías debe estar en correspondencia  con el consumo energético de la carga y el número de horas de autonomía (ausencia de radiación solar) al cual se aspira.

  

En los últimos años el empleo de los paneles solares en los techos de casas y edificios, llamados techos solares, ha promovido considerablemente el uso de la energía solar fotovoltaica debido al elevado potencial de utilización en zonas urbanizadas próximas a la red eléctrica. En el año 2000 se vendieron tantos SFA como sistemas conectados a la red. En cambio en el 2006, las ventas de estos últimos ascendieron al 83% del total. El futuro empleo masivo de la energía solar fotovoltaica estará indisolublemente asociado a los sistemas conectados a la red.

  

Estos novedosos sistemas están compuestos por paneles solares que se encuentran conectados a la red a través de un inversor, produciéndose un intercambio energético entre ambos sistemas. Así, el techo solar inyecta energía en la red    cuando su producción supera al consumo local,  y  extrae    energía  de  ella  en  caso  contrario.  La  figura  representa esquemáticamente este tipo de instalación. Una gran ventaja de los techos solares es que no necesitan de baterías ni reguladores de carga, convirtiéndoles en sistemas   más baratos. En  cambio los inversores si requieren de mayores exigencias ya que deberán estar conectados en fase con la tensión de la red.

 

En Japón principalmente y Alemania en un  segundo lugar, se han empleado con gran éxito los sistemas fotovoltaicos conectados a la red para generar electricidad en las casas y centros de trabajos. A través de un adecuado sistema gubernamental de incentivos financieros, los propietarios de estos sistemas no solamente compran energía eléctrica sino que también la venden. Cuando en la casa o en el trabajo se requiere más energía que la que genera, entonces automáticamente el sistema se conecta a la red, en caso contrario cuando se genera más potencia esta es transferida a la red y vendida a precios mayores por ser una   energía limpia. De esta forma las ventas contribuyen a amortiguar los costos de los sistemas. En la actualidad se ha incrementado fuertemente la comercialización de sistemas fotovoltaicos que trabajan en corriente alterna, con estructuras de soporte prefabricadas y que, además, pueden ser montados por el usuario. Los paneles solares pueden ser instalados en el techo de una casa, bajo el ángulo de inclinación óptimo.

 

La energía distribuida representa ventajas en comparación con  la transmisión  convencional  que  se  realiza  mediante  las  plantas termoeléctricas. La energía generada por estas plantas es transportada a altos voltajes a través de grandes distancias hasta una carga distribuidora donde el voltaje es disminuido para ser utilizado, provocando así considerables pérdidas de energía. En cambio las plantas fotovoltaicas, con varias decenas de MW, son erigidas cercanas a la demanda eléctrica y son muchos más fáciles de construir, de instalar y de algo muy importante, de expandirse en la medida que la demanda se incrementa. A lo anterior se le añade la ventaja de que no consumen combustibles fósiles, no contaminan ni el aire ni el agua y son silentes.

 

Un verdadero desarrollo sostenible no puede estar basado únicamente en obtener energía a partir  de los combustibles fósiles porque  se agotarán o su uso indiscriminado acabará con nuestra civilización. Un futuro equilibrado sólo podrá garantizarse con un suministro solidario de energía para todos los habitantes del Planeta, que proteja el clima y el medio ambiente, y deberá estar necesariamente cimentado en las fuentes renovables de energía.

 

 

 

*Dr. en Ciencias Físicas,

Profesor Titular Universidad de La Habana.