Energía solar ilimitada: el camino hacia un futuro sostenible

El sol nos regala cada día ingentes cantidades de energía, mayores que todo el consumo humano actual. Sin ir más lejos, suministra unos 173.000 teravatios (TW) diarios de energía frente a un consumo mundial de 16 TW. De este modo, ¿llegará el día en que podamos capturar y aprovechar esa energía aparentemente ilimitada para generar electricidad y combustibles de forma sostenible e infinita? 

Este es el sueño de la energía solar ilimitada , un concepto que nos anima a construir un futuro energético más justo y próspero impulsado por el «Astro Rey». Con este objetivo, sobre todo a raíz de la Covid-19, la invasión de Rusia a Ucrania y la urgencia cada vez mayor de minimizar los efectos del cambio climático, los sistemas de generación solar fotovoltaicos se han ido extendiendo por todo el mundo en estos últimos años , formando parte ya de nuestro día a día. Solo en el último año, según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA ), la capacidad de generación eléctrica solar creció un 22% en todo el planeta, situándose a la cabeza de todas las energías renovables por potencia nueva instalada.

¿Cuál es el límite de la energía solar? Diferentes estudios estiman que, cubriendo el 0,1% de la superficie terrestre con paneles solares de un 15% de eficiencia, podría satisfacerse el consumo mundial. Otros estiman que la extensión sería de alrededor del 20% de todo el desierto del Sáhara. Con estos datos, el potencial del sol parece ilimitado. 

Y, sin embargo, sabemos que, en la práctica, nos enfrentamos con restricciones que impiden conseguir esta energía solar infinita : problemas de intermitencia, capacidad de almacenamiento de las baterías aún reducida, generación y transmisión limitadas, escasez de espacios aptos, costes elevados, competencia con otros usos del suelo o dependencia de materiales escasos son algunos de los desafíos que dificultan escalar la energía solar a niveles que cubran la demanda global energética. 

Teniendo en cuenta estos retos, la historia está llena de visionarios que traspasaron una y otra vez los “límites de lo posible”. Ahí reside nuestra esperanza porque, aunque hoy por hoy parezca una quimera, cada vez estamos más cerca de conseguir energía ilimitada procedente del sol. Científicos de todo el mundo investigan sin descanso para desarrollar tecnologías que nos acerquen al sueño de esa energía solar infinita, capaz de garantizar un futuro sostenible para las próximas generaciones.

Cómo conseguir energía solar de forma infinita

En este camino por la energía solar ilimitada, las instalaciones fotovoltaicas actuales son el inicio del recorrido. Con la tecnología dominante en estos momentos, el parque de generación de energía solar fotovoltaica en España ha pasado de los 30 MW en 2008 a los 22.454 MW en septiembre de este año, según los datos de Red Eléctrica Española. 

“En el ámbito mundial, IRENA prevé que la energía solar y eólica suministrarán más de un tercio de toda la electricidad mundial, frente al 12% actual, generando una media de entre 12.000 y 14.000 teravatios hora (TWh) en 2030”.

Esta consolidación como una de las principales fuentes renovables a nivel global es un incentivo para seguir innovando, tratar de captar energía solar y transformarla en electricidad de manera perpetua; sobre todo, si tenemos en cuenta que el Gobierno de España ha remitido el borrador del futuro PNIEC a Europa previendo instalar 76 GW de potencia fotovoltaica frente a los 36 GW contemplados en 2021 (más del doble). ¿Será posible conseguirlo? ¿Cómo estamos avanzando y mejorando los sistemas para maximizar la eficiencia? ¿En qué tecnologías se está investigando? 

Paneles solares más allá de los convencionales

Los paneles fotovoltaicos tradicionales, principalmente fabricados en silicio cristalino (monocristalino o policristalino), llevan décadas siendo la opción dominante en el sector. Sin embargo, el tiempo ha puesto de manifiesto la imperante necesidad de lograr una mayor eficiencia en la conversión de la luz solar en energía utilizable, la cual se sitúa actualmente entre el 15% y 23%.

En el campo de las materias primas para optimizar esta eficiencia, el carburo de silicio y el nitruro de galio son dos semiconductores prometedores que se están investigando para poder mejorar el rendimiento de las células solares. También, las células de perovskita se perfilan como una opción muy interesante por su alto potencial de eficiencia y la versatilidad en cuanto a aplicaciones. Son materiales híbridos orgánico-inorgánicos, finos, ligeros y potencialmente muy baratos de producir. 

El objetivo de la investigación en esta área es, ni más ni menos, encontrar materiales que sean abundantes, de alto rendimiento, que permitan la fabricación a gran escala y no tóxicos. De ahí que, en soluciones como las de perovskita, que contienen plomo, se esté analizando la combinación de la placa convencional de silicio con una fina lámina de perovskita para reducir la toxicidad y, al mismo tiempo, aumentar su eficiencia.

Más allá de los materiales, los nuevos diseños y formas de los paneles solares también están abriendo un mundo de posibilidades para integrarlos en todo tipo de superficies y espacios, optimizando las posibilidades de generación eléctrica con energía solar. 

Entre los nuevos diseños, nos encontramos con la posibilidad de utilizar ya los paneles bifaciales que, al contrario que los monoficiales actuales, son capaces de captar luz por ambos lados. Gracias a ello, producen más energía y proporcionan un aumento adicional del 5% al 25%. 

Asimismo, hay empresas que ya están trabajando en la fabricación a gran escala de paneles solares transparentes para ventanas y fachadas para uso doméstico, así como en la producción de paneles de alta concentración que usan lentes para maximizar la potencia generada.

Con estas innovaciones, nos estamos acercando a la posibilidad real de desplegar paneles solares de manera masiva en edificios, vehículos eléctricos, infraestructuras y, prácticamente, en casi cualquier superficie imaginable.

Almacenamiento de energía solar

El desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía es otra pieza clave para aprovechar al máximo la fotovoltaica. Las baterías nos permiten guardar los excedentes producidos durante las horas de máxima radiación solar, y liberar esa energía cuando no hay sol o la demanda es muy elevada . En un contexto en el que el sistema energético y eléctrico tiende hacia la descentralización, contar con baterías de almacenamiento va a ser imprescindible para atender la mayor demanda de consumo energético.

En estos momentos, las baterías de ion-litio son la opción más extendida para el almacenamiento a pequeña y mediana escala, mientras que, para grandes capacidades, se usan otras tecnologías como las baterías de flujo. Al igual que con los paneles solares, la investigación para maximizar la eficiencia de estos sistemas de almacenamiento es intensa y está enfocada en la utilización de nuevos materiales químicos. De hecho, ya son muchas las soluciones que están surgiendo para mejorar el rendimiento de este tipo de baterías. El MIT, por ejemplo, confeccionó una batería recargable de dióxido de zinc-manganeso que mejoraba las prestaciones de las baterías existentes y a un precio menor. 

En cuanto a los sistemas de almacenamiento a gran escala, cada vez hay más por todo el mundo. En términos de capacidad, la instalación de Moss Landing de 300 MW/1,200 MWh de Tesla en California está entre las más grandes del planeta. Otros proyectos, como el que planea la empresa Sun Cable, al norte del municipio de Tennant Creek en Australia, prevén poder almacenar hasta 4.200 MW. 

Si bien es cierto que las baterías físicas tienen todas las de ganar en el futuro para resolver el puzle de las renovables, también es verdad que hace falta una alternativa “puente” hasta que estas tecnologías alcancen su madurez. Y, por suerte, las conocemos: son las centrales hidroeléctricas reversibles.

Estas centrales de bombeo , como también son conocidas, son una tecnología de almacenamiento de energía (de cualquier tipo) que utiliza la energía potencial gravitatoria del agua para almacenar energía eléctrica. Constan de dos embalses, uno situado a una cota superior y otro a una cota inferior. En horas de baja demanda eléctrica, el agua se bombea desde el embalse inferior al superior, utilizando energía eléctrica de la red. En horas de alta demanda eléctrica, el agua se libera desde el embalse superior al inferior, generando electricidad a través de una turbina. Esta solución de bombeo tiene en España un potencial de almacenamiento de alrededor de 6.800 MW en 2030.

En esta línea de ampliar el almacenaje energético, Europa también está haciendo grandes inversiones para reforzar su autonomía estratégica y no depender de terceros países. Desde 2019, la capacidad de almacenamiento en nuestro continente ha pasado de 0,6 GWh a unos 9,4 GWh en 2022, habiéndose duplicado entre 2021 y 2022. España, según el informe elaborado por Trinomics, Fraunhofer-Gesellschaft y TNO, cuenta con una capacidad instalada de almacenamiento de energía de alrededor de 3 GW (el 6% de la capacidad total de la UE) y la de Alemania es de alrededor de 7 GW (14% de la UE).

Con la proliferación y mejora de los sistemas de almacenamiento, ya sean a gran escala, de redes o para uso residencial, estamos dotando al sistema de flexibilidad, estabilidad y resiliencia energética, haciendo frente a la variabilidad de las renovables y alcanzando poco a poco el sueño de tener acceso ilimitado a la energía solar.

Tecnologías emergentes para su uso extendido

Además de los paneles solares y las baterías, existen otras tecnologías solares emergentes que están llegando y cuya implantación a nivel global podría escalar la energía solar a niveles masivos en el futuro.

• Energía solar flotante. Esta tecnología utiliza paneles solares instalados sobre cuerpos de agua, como embalses, lagos o ríos, y ofrece la posibilidad de instalar estos sistemas fotovoltaicos en espacios que, de otro modo, estarían desaprovechados. Algunas de las ventajas de su implantación son que reduce la evaporación del agua, minimiza el impacto ambiental y aumenta la capacidad de generación de energía solar. 
• Agrovoltaica. Este modelo compatibiliza los cultivos agrícolas con los paneles solares fotovoltaicos en un mismo espacio, generando energía sin comprometer la productividad de las tierras. Con la agrivoltaica, además, los cultivos pueden emplear agua de manera más eficiente, toleran mejor las altas temperaturas y están protegidos de fenómenos meteorológicos potencialmente dañinos. 
• Energía solar térmica de concentración (CSP). A diferencia de los paneles solares fotovoltaicos convencionales, la CSP utiliza espejos o lentes para concentrar la luz solar en un punto focal, crear altas temperaturas en ese punto y generar la mayor electricidad posible. 
• Energía solar procedente del espacio . Científicos ya han instalado paneles solares en la órbita terrestre y capturado energía solar de manera continua y sin restricciones atmosféricas o nocturnas. A través de microondas o láser, esta tecnología tiene un gran potencial para proporcionar una fuente inagotable de energía a la Tierra. 
• Imitación de la fotosíntesis natural. La idea central de estas investigaciones científicas es la de ser capaces de producir combustibles solares sintéticos directamente a partir de la luz solar, agua y dióxido de carbono, emulando la fotosíntesis de las plantas. El hidrógeno formado podría usarse como combustible en vehículos a motor en sustitución del petróleo.

Todas estas tecnologías solares que hemos visto, los nuevos diseños de paneles, los sistemas de almacenamiento de gran capacidad o el desarrollo de nuevos medios de transporte como los aviones solares de Airbus nos hacen soñar con un futuro 100% renovable donde generar energía solar de forma ilimitada y continua sea posible.

“Es vital integrar todas estas soluciones de manera inteligente e implementarlas de forma masiva a nivel global. Solo de este modo estaremos más cerca de conseguirlo. Además, los beneficios para la sociedad son enormes: electricidad barata e inagotable, combustibles renovables, independencia energética, lucha contra el cambio climático o acceso a la energía en zonas aisladas.”

La tecnología para conseguirlo, como hemos visto, existe y está madurando rápidamente. Por ello, ahora es el momento de comprometerse y realizar las inversiones necesarias para hacer posible este sueño , por ambicioso que nos parezca ahora. Y es que la historia ha confirmado una y otra vez que hay que confiar en nuestra capacidad para innovar y hacer posible lo imposible. 

Quizás, algún día, todos apostemos por el camino que desde Cuerva ya estamos recorriendo y basemos nuestra civilización en una fuente de energía verdaderamente infinita como el sol. Nosotros ya trabajamos para lograr un modelo de consumo energético sostenible y ecológico y, por ello, toda la energía que producimos es 100% renovable. No obstante, mostrar el camino para evolucionar hacia este futuro en el que latransformación energética pase por disponer de energía solar ilimitada y, al mismo tiempo, dar respuesta a las necesidades de la sociedad sería una de nuestras mayores contribuciones a las generaciones futuras.