Los combustibles fósiles dan cuenta todavía de más del 80 % de la producción de energía en todo el mundo, aunque las fuentes de energía más limpias cada vez ganan más fuerza. Por contra, en todos los países hay fuentes de energías renovables, cuyo potencial todavía no se ha aprovechado completamente. Actualmente, las energías renovables suponen, en realidad, la opción más asequible en la mayor parte del mundo. Los precios en tecnología para las energías renovables disminuyen con rapidez. El coste de la electricidad proveniente de la energía solar cayó alrededor del 85 % entre los años 2010 y 2020. Esta caída de los precios hace que las energías renovables sean más atractivas en cualquier lugar, incluso en los países con rentas medias o bajas, de donde procederá principalmente la demanda adicional de esta nueva electricidad.
Otra razón fundamental para buscar fuentes adicionales de energía es la creciente demanda. Según la Energy Transitions Commission (2017), el consumo per cápita anual de energía para garantizar una buena calidad de vida es de 80 a 100 Gigajoules (Gj). En 2030, la electricidad más económica con su origen en fuentes renovables podría aportar el 65 % de todo el suministro de energía eléctrica a escala mundial. Además, la preocupación por la salud pública es imperativa; de acuerdo con la Organización Mundial de Salud (OMS), cerca del 99 % de las personas del planeta respiran un aire que no llega a los límites de calidad adecuados, poniendo en peligro su salud. Los niveles perjudiciales de materiales en forma de pequeñas partículas y dióxido de nitrógeno se originan principalmente a partir de la quema de combustibles fósiles, lo que subraya la urgencia de una transición energética y la protección de los ecosistemas naturales.
¿Qué es la Energía Solar?
La energía solar es la producida por la luz -energía fotovoltaica- o el calor del sol -termosolar- para la generación de electricidad o la producción de calor. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. La energía solar, en cambio, jamás morirá de tanto brillar, ya que al Sol aún le quedan 6.500 millones de años de vida, según apunta la NASA. Además, las condiciones para su desarrollo son óptimas: cada hora, el sol arroja sobre la Tierra más energía -en forma de luz y calor- de la suficiente para colmar las necesidades globales de un año completo.
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera. Aproximadamente el 30 % regresa al espacio, mientras que las nubes, los océanos y las masas terrestres absorben la restante. La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la atenúan y la latitud. En condiciones de radiación aceptables, la potencia equivale aproximadamente a 1000 W/m² en la superficie terrestre. Esta potencia se denomina irradiancia. La radiación es aprovechable en sus componentes directos y difusos, o en la suma de ambos. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias, mientras que la bóveda celeste diurna emite la radiación difusa debido a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres.
Beneficios Ambientales y Económicos de la Energía Solar
En la actualidad, el cuidado del medio ambiente se ha convertido en una prioridad global. La energía solar ofrece una serie de beneficios ambientales que la convierten en una opción atractiva para la generación de electricidad. Uno de los principales beneficios de la energía solar es su capacidad para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía solar es una fuente de energía renovable, lo que significa que es inagotable y no se agota con su uso, a diferencia de la producción de energía a partir de combustibles fósiles que conlleva la extracción y quema de recursos naturales no renovables. La huella de carbono es una medida del impacto total de una actividad o producto en las emisiones de gases de efecto invernadero, y la producción y el mantenimiento de los paneles solares generan una cantidad mínima de emisiones de carbono en comparación con las fuentes de energía convencionales, lo que contribuye a la preservación de los ecosistemas naturales.
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Desde una perspectiva económica, la energía solar también ofrece ventajas significativas. Un efecto colateral positivo que las energías renovables están ocasionando en el mundo es la generación de empleos. Cada dólar estadounidense invertido en renovables es capaz de crear tres veces más de puestos de trabajo que el sector de los combustibles fósiles. Además, los sectores energéticos relacionados podrían necesitar 16 millones más de trabajadores, para, por ejemplo, cubrir los nuevos puestos en la fabricación de vehículos eléctricos y en aparatos hipereficientes o, incluso, en tecnologías innovadoras como el uso de hidrógeno. A medida que más empresas instalan paneles solares, se generan oportunidades laborales en la instalación, mantenimiento y fabricación de equipos solares. El desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo, aumentando la seguridad energética de los países, la sostenibilidad, reduciendo la contaminación, disminuyendo los costes de la mitigación del cambio climático y evitando la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales.
Tecnologías de Energía Solar
Las diferentes tecnologías solares se pueden clasificar en pasivas o activas según cómo capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solares térmicos para recolectar la energía.
Energía Solar Fotovoltaica
La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Las células solares fotovoltaicas convierten la luz del sol directamente en electricidad por el llamado efecto fotoeléctrico, por el cual determinados materiales son capaces de absorber fotones (partículas lumínicas) y liberar electrones, generando una corriente eléctrica. Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar, aunque hay líneas de investigación sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de silicio policristalino oscilan entre el 14 %-20 %, mientras que las células de silicio amorfo son menos eficientes que las de silicio cristalino pero también menos costosas.
El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el propio consumo, a través de equipos de electricidad renovable, algunos de ellos autoinstalables. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctrico mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado con éxito en muchos países. El balance neto permite verter a la red eléctrica el exceso producido por un sistema de autoconsumo con la finalidad de poder hacer uso de ese exceso en otro momento. En los últimos años, debido al creciente auge de pequeñas instalaciones de energía renovable, el autoconsumo con balance neto ha comenzado a ser regulado en diversos países del mundo, siendo una realidad en Alemania, Italia, Dinamarca, Japón, Australia, Estados Unidos, Canadá y México, entre otros, debido en parte a la constante bajada de coste de los módulos fotovoltaicos. En 2013, el precio de los módulos solares se había reducido en un 80 % en 5 años, colocando a la energía solar por primera vez en una posición competitiva con el precio de la electricidad pagado por el consumidor en un buen número de países soleados. Cuanto más desciende el coste de la energía solar fotovoltaica, más favorablemente compite con las fuentes de energía convencionales, y más atractiva es para los usuarios de electricidad en todo el mundo.
Energía Solar Térmica (Termosolar)
La energía solar térmica (o energía termosolar) consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Los captadores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor.
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Tipos de Colectores Solares Térmicos
- Colectores de baja temperatura: Las temperaturas inferiores a 95 °C son suficientes para calefacción de espacios, en ese caso generalmente se usan colectores planos del tipo no concentradores. Debido a las relativamente altas pérdidas de calor a través del cristal, los colectores planos no logran alcanzar mucho más de 200 °C incluso cuando el fluido de transferencia está estancado.
- Colectores de temperatura media: Son los dispositivos que concentran la radiación solar para entregar calor útil a mayor temperatura, usualmente entre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabólicos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tamaño.
- Colectores de alta temperatura (Termosolar de Concentración - CSP): Para lograr altas temperaturas en las plantas de energía termal, la radiación solar es concentrada por medio de espejos o lentes. Fueron inventadas por Frank Shuman y hoy día existen en tres tipos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. A medida que la temperatura aumenta, diferentes formas de conversión se vuelven prácticas. Hasta 600 °C, las turbinas de vapor tienen una eficiencia de hasta 41 %. Por sobre los 600 °C, las turbinas de gas pueden ser más eficientes. Las temperaturas más altas de operación le permiten a la planta usar intercambiadores de calor secos de alta temperatura para su escape termal, reduciendo el uso de agua de la planta, siendo esto crítico para que las centrales ubicadas en desiertos sean prácticas.
Una ventaja clave de la energía termosolar de concentración (CSP) es que puede almacenar el calor generado antes de convertirlo en electricidad. Con la tecnología actual, el almacenamiento de calor es mucho más barato que el almacenamiento de electricidad, lo que permite a una planta CSP producir electricidad durante el día y la noche. Esto es vital para la generación de carga base y potencia de punta, con el potencial de reemplazar a las centrales que usan combustibles fósiles. El calor es transferido a un medio de almacenamiento termal en un depósito aislado durante las horas con luz solar y es recuperado para la generación de electricidad en la noche.
Políticas y Subsidios en la Transición Energética
El éxito de la introducción de una tecnología nueva en un mercado ya existente depende, entre otros factores, de los costos que implique adquirirla. Este coste inicial puede resultar desalentador para muchos países que carezcan de los recursos suficientes y muchos necesitarán ayudas financieras y técnicas para llevar a cabo la transición. Sin embargo, las inversiones en energías renovables tendrán su compensación. A comienzos del siglo XXI, la adopción de mecanismos de subvención y políticas de apoyo a las energías renovables, que daban a éstas prioridad de acceso a la red, incrementaron exponencialmente el desarrollo de la energía fotovoltaica, primero en Europa y después en el resto del mundo.
Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad de red -igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garantizan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de Alemania, Italia o España. Se desarrollaron las primeras estrategias de desarrollo, centradas en programas de incentivos como el Federal Photovoltaic Utilization Program en Estados Unidos y el Sunshine Program en Japón, poniendo de nuevo el foco de atención en las incipientes tecnologías solares tras las crisis del petróleo de 1973 y 1979.
El Caso de México
Adicional al exceso de demanda de energía, el Gobierno Federal de México tiene el compromiso, a través de la Ley de Transición Energética (LTE) (DOF, 2015), de incrementar la participación de energías limpias en la matriz eléctrica. Es decir, que del total de la energía eléctrica generada, cada vez sea mayor la proporción que se genera de tecnologías verdes. La postura que México tiene con respecto a la energía solar es relevante, dado su gran potencial.
Según la International Renewable Energy Agency (IRENA) (2015), México se encuentra entre 15° y 35° de latitud, región considerada la más favorecida en recursos solares, donde se recibe diariamente, en promedio, 5.5 Kwh/m2. El noroeste del país es la zona con mayor potencial, donde la radiación excede los 8 Kwh/m2 en primavera y verano. Incluso, con respecto a China, a pesar de que México tiene un territorio 4.9 veces menor, tiene una radiación solar promedio 1.2 veces mayor.
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| Característica | México | China (Referencia) |
|---|---|---|
| Latitud favorable | Entre 15° y 35° | No especificada |
| Radiación solar diaria promedio | 5.5 Kwh/m² | No especificada |
| Zonas de alto potencial | Noroeste (> 8 Kwh/m² en primavera y verano) | No especificada |
| Territorio comparado con China | 4.9 veces menor | - |
| Radiación solar promedio (vs. China) | 1.2 veces mayor | - |
Hasta 2007, la generación de electricidad en México estuvo en manos del gobierno. El Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012 (DOF, 2007) permitió a usuarios residenciales, comerciales e industriales, generar su propia electricidad mediante sistemas solares, con la posibilidad de intercambiar flujos en la Red General de Distribución (RGD). Es decir, el usuario puede, a partir de entonces, satisfacer su consumo eléctrico con paneles solares propios y, si su generación es mayor a su consumo, puede vender el excedente a la Comisión Federal de Electricidad (CFE). El sistema de Generación Distribuida (GD) se permite para centrales eléctricas con capacidad de generación menor a 0.5 Megawatts (MW). El usuario tiene la opción de vender solamente los excedentes de su energía generada, o el total de ésta, bajo la modalidad de cobro neto (net billing).
No obstante, la implementación de estas políticas no está exenta de desafíos. Desde 2012, la importación de tecnología para generar energía solar no es libre de aranceles. Con la modificación a la fracción arancelaria, los diodos se clasificaron en la partida 8501 en la sección de motores y generadores eléctricos, mismos que están sujetos a aranceles de 15%. Como consecuencia de esto, resulta complicado darle seguimiento a los recursos destinados para cumplir los objetivos de la LTE. La matriz eléctrica no ha reducido su dependencia de combustibles fósiles, e incluso la ha aumentado. Si se desea aprovechar los beneficios potenciales de la energía solar y proteger los ecosistemas naturales, México debe alinear sus políticas, buscando una generación eléctrica menos dependiente del carbono, en línea con sus compromisos nacionales (Ley de Transición Energética) e internacionales (COP 21 de París).
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