Energía solar: qué es, aprovechamiento, tipos y usos

La energía solar se produce en las reacciones de fusión nuclear en el núcleo del sol, y representa una fuente de energía inagotable y renovable, que supera con creces las necesidades actuales de consumo de energía mundial.

Los principales tipos de aprovechamiento de la energía solar incluyen la energía solar fotovoltaica, la energía solar térmica y de concentración y la energía solar pasiva. La energía solar se utiliza en multitud de ámbitos, como el residencial, industrial, agrícola, así como para múltiples fines como la generación de electricidad, calefacción, bombeo de agua y alumbrado, entre otros.

El uso de la energía solar ofrece importantes beneficios, como la reducción de los costes de electricidad, una mayor independencia energética, versatilidad y emisiones mínimas de gases con efecto invernadero, lo que la posiciona como una alternativa sostenible esencial para la transición energética mundial.

¿Qué es la energía solar?

La energía solar es la energía renovable emitida por el sol en forma de radiación electromagnética, que se origina en los procesos de fusión nuclear que tienen lugar en su núcleo debido a la compresión gravitatoria del astro rey.

Esta fusión consiste en que los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio, liberando enormes cantidades de energía (unos 3,86 x 1026 Vatios de forma constante). De hecho, la temperatura en la superficie del sol, que se genera por este proceso de fusión, puede llegar hasta los 4 millones de grados celsius.

La luz solar recorre 149,6 millones de kilómetros hasta llegar a la Tierra y es la mayor fuente de energía renovable que recibe nuestro planeta, pero su intensidad en la superficie terrestre es en realidad bastante baja. Esto se debe fundamentalmente a la enorme dispersión radial de la radiación procedente del Sol. La atmósfera y las nubes absorben o dispersan hasta el 54% de la luz solar entrante.

La luz solar que llega al suelo se compone de casi un 50 por ciento de luz visible, un 45 por ciento de radiación infrarroja y cantidades menores de radiación ultravioleta y otras formas de radiación electromagnética.

La energía del sol que llega a cualquier punto de la superficie terrestre varía, no es la misma siempre. Aprovechar la energía solar consiste en capturar y convertir esta abundante radiación en formas de energía utilizables. Tecnologías como la energía solar fotovoltaica (FV) transforman la luz solar directamente en electricidad utilizando materiales semiconductores, mientras que los sistemas solares térmicos convierten la radiación solar en energía térmica, que puede utilizarse para calentar agua.

"La energía solar no es una energía alternativa: es la energía", tal como dijo Hermann Scheer

¿Por qué la energía solar es inagotable?

La energía solar se considera renovable y prácticamente inagotable porque el sol produce continuamente enormes cantidades de energía a través de sus reacciones de fusión nuclear, un proceso que se espera que continúe durante otros cinco mil millones de años.

De hecho, la tierra recibe diariamente 173.000 teravatios de energía, que es muy superior al consumo mundial de 27.000 TWh en 2023. Bien es cierto que de esa energía que recibe la Tierra, si descontamos las pérdidas en la atmósfera, por las nubes, el agua y la nieve, la energía aprovechable sería de 1.367 W/m2, que es la llamada constante solar.

Ten en cuenta que la constante solar es el valor de la intensidad de radiación solar (energía recibida del sol) sobre una superficie situada por encima de la atmósfera terrestre y perpendicular a los rayos del Sol. Es decir, no es la que llega a la superficie terrestre, que sería menor.

A diferencia de los combustibles fósiles, que son finitos y disminuyen con la extracción y consumo que les damos, las fuentes de energía solar se regeneran de forma natural, lo que hace que la energía del sol sea renovable.

¿Cómo se transforma la energía del sol en energía útil?

La transformación de la energía solar en energía útil implica métodos sofisticados de captura, absorción y conversión de la radiación solar.

Este proceso de transformación de la energía de la luz solar se lleva a cabo mediante tecnologías diseñadas para convertir la energía solar directamente en electricidad o indirectamente en calor.

La tecnología solar fotovoltaica es un ejemplo de conversión directa: las células fotovoltaicas, compuestas normalmente por materiales semiconductores como el silicio, absorben la luz solar y desencadenan el efecto fotovoltaico. Este fenómeno se produce cuando los fotones de la luz solar transfieren su energía a los electrones del semiconductor, lo que hace que estos se exciten y se muevan libremente, generando así un flujo de corriente continua (CC) eléctrica.

Por otro lado, la tecnología solar térmica funciona convirtiendo indirectamente la radiación solar en calor utilizable. Este método utiliza colectores solares para concentrar y absorber la radiación solar, elevando la temperatura de los fluidos o materiales especializados que circulan por su interior. Este calor recogido puede emplearse directamente para calentar viviendas, comercios o edificios, producir agua caliente (ACS) o transformarse en energía eléctrica mediante la generación de vapor que impulsa turbinas en centrales eléctricas.

¿Qué tipos de energía solar existen?

Las tecnologías de energía solar se pueden clasificar en varios tipos, cada uno de los cuales utiliza métodos distintos para aprovechar y transformar la radiación solar. Estas tecnologías van desde la conversión directa de la luz solar en electricidad, la generación de calor utilizable, la concentración de la luz solar para la producción de energía, hasta estrategias arquitectónicas pasivas que aprovechan la energía solar de forma natural.

Los tipos de energía solar principales son los siguientes.

• Energía solar fotovoltaica
• Energía solar térmica
• Energía solar de concentración
• Energía solar pasiva

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica consiste en la conversión directa de la luz solar en electricidad mediante paneles solares fotovoltaicos, que contienen células solares fabricadas con materiales semiconductores como el silicio.

La base de funcionamiento de la energía fotovoltaica es el efecto fotovoltaico, en el que los fotones de la luz solar crean una corriente eléctrica.

Los paneles solares fotovoltaicos basados en silicio dominan el mercado actual, con eficiencias entre el 19 % y el 24 % y eficiencias de laboratorio que superan el 27 %. Estos se utilizan en sistemas conectados a la red, como los utilizados para el autoconsumo en viviendas o comercios, y en sistemas aislados, adecuados para zonas remotas sin acceso a las redes eléctricas tradicionales.

Además, las plantas fotovoltaicas a escala industrial (utility scale) aportan generación de electricidad a gran escala para suministrar una parte de la demanda eléctrica local o nacional.

Energía solar térmica

La energía solar térmica aprovecha la radiación solar para generar calor, que puede utilizarse directa o indirectamente para diversos fines (calefacción, agua caliente, etc).

El calor del sol se captura mediante colectores solares planos, que absorben la luz solar y transfieren esta energía a un fluido caloportador, generalmente agua o una solución anticongelante. Este fluido calentado entre 60ºC y 90ºC puede almacenarse o transferir ese calor para agua caliente sanitaria (ACS), aplicaciones de calefacción a baja temperatura o también procesos a alta temperatura.

Por otro lado, los tubos de vacío alcanzan temperaturas de hasta 150ºC lo que los convierte en una opción muy utilizada en aplicaciones industriales que necesitan de temperatura más alta.

Energía solar de concentración

La energía solar de concentración (CSP) o “termosolar” utiliza espejos o lentes para enfocar y concentrar gran cantidad de luz solar en un pequeño receptor o absorbedor, lo que aumenta mucho las temperaturas (400ºC a 1000ºC) para generar energía térmica.  Este calor concentrado convierte el agua en vapor, que a su vez impulsa turbinas conectadas a generadores eléctricos para producir electricidad.

Las plantas de CSP suelen integrar sistemas de almacenamiento térmico que permiten que la generación de energía continúe incluso en períodos sin luz solar directa, lo que ofrece una fuente de energía renovable estable y gestionable.

Energía solar pasiva

La energía solar pasiva aprovecha la radiación solar de forma natural a través del diseño arquitectónico y las técnicas de construcción, sin depender de sistemas mecánicos o eléctricos ajenos a la vivienda.

Los elementos fundamentales de la arquitectura solar pasiva incluyen la orientación del edificio y la ubicación estratégica de las estructuras y aberturas, como las ventanas, para optimizar la exposición solar y la sombra.

Los materiales con una alta masa térmica (capaces de absorber, almacenar y liberar lentamente cantidades significativas de energía térmica), como el hormigón, los ladrillos y la piedra, almacenan el calor solar durante el día y lo liberan gradualmente durante las horas más frías, estabilizando así la temperatura interior.

La aplicación adecuada de la solar pasiva mejora la eficiencia energética, reduciendo normalmente el consumo de energía de un edificio entre un 30% y un 50% o más.

¿Cómo se utiliza la energía solar?

La energía solar se utiliza en muchos sectores y en la vida cotidiana, como aplicaciones residenciales, industriales, agrícolas y públicas.

A continuación te dejamos una lista de los 10 usos más habituales de la energía solar.

• Aplicaciones residenciales: para electricidad, sistemas solares térmicos para agua caliente y calefacción.
• Aplicaciones industriales: calentamiento de procesos, secado, pasteurización y generación de electricidad.
• Aplicaciones agrícolas: bombeo para riego, calefacción de invernaderos o secado de cultivos.
• Transporte y movilidad: estaciones de recarga de vehículos eléctricos o también vehículos asistidos por energía solar.
• Aplicaciones remotas y aisladas de la red: electrificación de comunidades, telecomunicaciones y servicios sanitarios.
• Alumbrado público: alumbrado solar de calles y zonas públicas.
• Purificación y desalinización de agua: sistemas solares que proporcionan agua potable.
• Cocina y preparación de alimentos: cocinas y hornos solares.
• Aplicaciones espaciales: para suministro eléctrico de satélites y misiones de exploración espacial.
• Respuesta a emergencias y desastres: unidades portátiles de energía solar para suministrar electricidad de forma inmediata en situaciones de crisis.

¿Qué beneficios tiene la energía solar?

La energía solar por su perfil renovable y gratuita, tiene multitud de beneficios y ventajas de los cuales resumimos los 7 más relevantes a continuación.

• Renovable e inagotable: disponibilidad continua gracias al sol y sus procesos de fusión.
• Sostenibilidad medioambiental: sin emisiones de CO2 durante el funcionamiento y con emisiones muy bajas durante el ciclo de vida en comparación con los combustibles fósiles.
• Ahorro económico: reducción sustancial de las facturas de electricidad gracias al autoconsumo y a la menor dependencia de proveedores de energía externos.
• Versatilidad: amplia gama de aplicaciones en los sectores residencial, comercial, industrial y agrícola.
• Independencia energética: mejora de la seguridad energética local y nacional, reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles importados.
• Alternativa sostenible: promueve una transición energética sostenible, reduciendo el impacto medioambiental y luchando contra el cambio climático de forma eficaz.
• Incremento del Valor de las Propiedades (viviendas, edificios...): Las instalaciones solares pueden aumentar el valor de mercado de las propiedades, haciéndolas más atractivas para los compradores potenciales.

Entonces ¿vale la pena tener paneles solares?

Sí, los paneles solares ofrecen numerosas ventajas, entre las que se incluyen una reducción significativa de la factura eléctrica, un ahorro energético a largo plazo y un aumento del valor de la propiedad.

Además,son una alternativa sostenible, ya que producen unas emisiones de gases de efecto invernadero mínimas a lo largo de su ciclo de vida, lo que contribuye positivamente a la protección del medio ambiente.

Sin embargo, invertir en paneles solares puede no ser lo ideal en lugares con poca exposición al sol o con mucha sombra. Por otra parte, las restricciones normativas o la falta de un tejado o terreno adecuado también pueden afectar a su viabilidad.