La energía solar y su potencial para ayudar a reducir el calentamiento global

El Sol ha cumplido durante miles de años un rol fundamental en la vida humana, desde el aspecto biológico hasta el social. Sin embargo, y ante la creciente crisis climática, el llamado “astro rey” cobra una importancia todavía mayor, ya que apostar por la energía solar podría ser una estrategia muy eficaz para reducir el calentamiento global causado por las emisiones de combustibles fósiles.

“Definitivamente, el Sol sale para todos”, comentó Aline Kirsten, vicepresidenta de la Asociación Brasileña de Energía Solar (ABENS) en una videollamada con National Geographic. Kirsten, ingeniera eléctrica y aspirante a doctora en energía solar fotovoltaica por la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), se dedica a estudiar el tema desde 2017 y es cofundadora de la Red Brasileña de Mujeres en Energía Solar (MESol), una organización civil que actúa por la igualdad de género en el sector de la energía solar. También forma parte del Consejo de la Sociedad Internacional de Energía Solar (ISES, por sus siglas en inglés).

En su reciente artículo sobre la monitorización de los módulos solares, publicado en CarbonBrief, la investigadora analizó el panorama actual de la energía solar desde Alemania, donde está completando su doctorado en el Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg de Energías Renovables (HI ERN). “Es un camino que no tiene vuelta atrás”, dijo Kirsten al ser consultada sobre el avance de la energía solar en el mundo. “Formará parte de nuestras vidas y ocupará un porcentaje cada vez más mayor de la matriz energética de todos los países”, añadió.

Al igual que muchos otros estudiosos de las energías renovables, también considera que el uso del Sol como fuente de energía es una de las principales formas de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y una alternativa democrática, capaz de repercutir positivamente en otros ámbitos, mucho más allá del sector eléctrico. “Creo que la energía solar tiene varias funciones, no sólo en la transición energética. Sus beneficios van más allá de la geopolítica y conducen al desarrollo social del mundo”, afirma Kirsten.

¿Por qué habría que invertir en energía solar?

Debido a la actual dependencia humana de los combustibles fósiles, el planeta ya se ha calentado más de 1 °C en comparación con los períodos preindustriales. La evidencia procede del Sexto Informe de Evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), publicado en agosto de 2021.

El documento sitúa la quema de combustibles fósiles como uno de los principales responsables del calentamiento global. Por ello, la inversión en fuentes de energía limpia es una de las principales acciones recomendadas para el desarrollo sostenible, de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas (ONU).

Sumada a la emergencia climática, la actual crisis energética (potenciada por la pandemia de coronavirus y los conflictos internacionales en curso) puso en evidencia la necesidad de “limpiar” la matriz energética mundial.

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés) señala que las energías solar y eólica deben ser prioritarias en el sector energético durante los próximos ocho años, es decir, hasta 2030. Esto responde al objetivo de limitar el calentamiento global a un máximo de 1,5 °C, como se estableció en el Acuerdo de París celebrado en 2015.

La posición de IRENA fue recogida en el informe titulado Mirada Global sobre las Transiciones Energéticas 2022, que fue presentado durante la conferencia Berlin Energy Transition Dialogue, celebrada los días 29 y 30 de marzo en Alemania.

De acuerdo con el citado documento, aunque ninguna fuente de energía, incluso las renovables, está totalmente libre de impactos ambientales, la energía solar presenta uno de los más bajos entre todas las fuentes disponibles.  

Una investigación publicada en 2017 en Nature realizó una medición estimada de la cantidad de gases de efecto invernadero que se emitirían a lo largo de todo el ciclo de vida de una serie de fuentes de electricidad para 2050.

Según el informe, cada kWh (kilovatio-hora) de electricidad generada por energía solar tendría una huella de carbono equivalente a 6 gramos de CO² (gCO2e/kWh). A modo de comparación, el carbón emitiría una media de 109gCO2e/kWh, el gas natural 78gCO2e/kWh y la energía hidráulica 97gCO2e/kWh. Entre las fuentes renovables, la bioenergía tendría una huella de 98gCO2e/kWh, mientras que la eólica y la nuclear 4gCO2e/kWh.

Además de constituirse como un factor positivo para el medio ambiente, la energía solar es también una de las fuentes energéticas más baratas, tanto en su producción como en su instalación. No es de extrañar que se señale como la fuente renovable con mayor potencial de crecimiento para los próximos años. Sólo en 2021, la energía solar generó más de 994 TWh (teravatios/hora) en todo el mundo, según los datos más recientes de la Asociación Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés). Asimismo, la energía solar sigue siendo la tercera tecnología de electricidad renovable más extendida, detrás de la hidroeléctrica y la eólica terrestre, tras relegar al cuarto puesto a los biocombustibles en 2019.

El informe Renewable Energy 2021 difundido por la Asociación destaca que la capacidad de generación de electricidad renovable debería aumentar una media de 305 GW (gigavatios) de capacidad instalada al año de aquí a 2026. El documento detalla, además, que sólo la energía solar fotovoltaica representaría el 60% de este crecimiento.

En teoría, considerando que 1 GW de energía solar es capaz de abastecer a unos 500.000 hogares con un consumo medio de 180 a 200 kWh, y tomando las estimaciones de IAE, la electricidad generada por el sol tendría el potencial de abastecer la demanda de más de 400 millones de hogares.

Carlos Cabrera Rivas, profesor de mercado y regulación energética de la Universidad de Santiago de Chile y presidente de la Asociación Chilena de Energía Solar (Aquesol), asegura que todo ese potencial es el resultado de los avances tecnológicos de los últimos 10 años: “Las tecnologías para generar energía a partir del sol han evolucionado mucho en la última década. Esto ha convertido a la energía solar en la más eficiente, menos costosa y más respetuosa con el medio ambiente”.

Además, añade Rivas, este auge del sector de la energía solar se debe también a la gran evolución de los sistemas solares fotovoltaicos, uno de los dos principales modelos de generación de energía a partir de la luz solar. El otro modelo, llamado heliotérmico consiste básicamente en una central termoeléctrica alimentada por la luz solar. La radiación solar se utiliza para calentar agua y generar vapor que, a su vez, hace girar una turbina para generar electricidad. Sin embargo, Rivas explicó que “la escala de esta tecnología es todavía muy pequeña, poco accesible y sus precios son también mucho más altos”.

¿Cómo funciona la energía solar fotovoltaica?

La energía solar fotovoltaica es la conversión directa de la radiación solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico, un método descubierto en 1839 por el físico francés Alexandre Edmond Becquerel. Sin embargo, la tecnología de la energía solar cercana a la que conocemos hoy es relativamente nueva.

En 1954 se presentó formalmente la primera célula de energía solar durante la reunión anual de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, en Washington, y el primer uso oficial de la energía fotovoltaica se produjo cuatro años después, en 1958, con motivo del lanzamiento del satélite Vanguard I, que utilizó un pequeño panel solar para alimentar una radio.

Hoy, para generar energía a partir de la luz solar por este medio es necesario instalar módulos (o paneles) fotovoltaicos. Formadas por células solares, hechas de materiales semiconductores como el silicio, su función es transformar la luz solar en energía.

Pero, ¿cómo ocurre esto? El material semiconductor presente en estas células contiene electrones libres que reaccionan a la radiación presente en la luz solar. Cuando se iluminan, estos electrones se agitan (en otras palabras, se “cargan”) y se dirigen hacia un lado del semiconductor debido al campo magnético permanente del material.

“Los electrones, por naturaleza, tienen una carga negativa. Entonces el lado del semiconductor que tiene más electrones se cargará negativamente, mientras que el lado opuesto tendrá carga positiva”, explica Rodrigo Sauaia, magíster en energías renovables por la Universidad de Loughborough, en el Reino Unido, doctor en energía solar fotovoltaica por la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUC-RS) y presidente ejecutivo de la Asociación Brasileña de Energía Solar Fotovoltaica (Absolar), una entidad sin fines de lucro que congrega a empresas y organizaciones del sector solar fotovoltaico en Brasil. La asociación realiza, entre otras actividades, estudios técnicos y encuestas mensuales sobre la producción de energía solar en ese país.

Cuando los dos lados de este sistema están conectados, los electrones fluyen del lado negativo al positivo. “Es en este proceso”, explica Sauaia, “el movimiento de los electrones, donde se extrae la energía que llamamos electricidad”.

Una vez generada la electricidad, hay que dirigirla para su uso. Pero aún falta un paso para que la energía solar pueda alimentar una lámpara o un microondas.

Los paneles solares producen electricidad en corriente continua, pero en los hogares los electrodomésticos utilizan corriente alterna, cuya diferencia es el sentido en que se mueven los electrones. En la corriente continua, la electricidad va hacia un solo lado, mientras que en la corriente alterna varía su dirección constantemente.

Para esto existe el llamado inversor solar fotovoltaico, que convierte la energía eléctrica de corriente continua en energía eléctrica de corriente alterna, para luego distribuirla a toda la red eléctrica.

Para los especialistas, una de las principales razones por las que la energía solar tiene esta proyección de crecimiento es su precio. Tanto para el consumidor final como para los inversores, la energía solar fotovoltaica es una de las más baratas, incluso en comparación con otras fuentes renovables

De acuerdo con el mencionado informe de la IEA, la energía solar fotovoltaica a escala de servicio público (es decir, cuando las empresas de servicios públicos instalan módulos en tejados de viviendas, edificios o propiedades privadas) es la opción menos costosa para añadir capacidad eléctrica, especialmente en un contexto de aumento de los precios del gas natural y el carbón. Paralelamente, el documento de IRENA indica que el coste global de los proyectos fotovoltaicos a escala comercial ha disminuido un 85% entre 2010 y 2020.

“Una de las explicaciones de este descenso es que la tecnología fotovoltaica es cada vez más accesible y eficiente”, afirma Rivas. “La fabricación de módulos fotovoltaicos también ha experimentado un enorme crecimiento en los últimos años gracias a las nuevas fábricas de China, que ahora es líder en el sector”, explica.

¿Cuánto cuesta instalar un equipo de energía solar en casa?

El hecho de que sea una energía más barata de producir también significa que la energía solar es más barata de consumir. Sauaia asegura que el consumidor que opta por un módulo fotovoltaico en su casa ya ve una disminución de hasta el 90% en la factura de la luz en el primer mes tras la instalación. 

“Hoy en día, generar tu propia energía en el tejado de tu casa, de tu pequeño negocio o de tu propiedad rural ya es más barato que comprar esa energía a un tercero, por lo que la inversión compensa”, sostiene Sauaia. 

Sin embargo, el especialista alerta que la inversión inicial de un sistema fotovoltaico todavía no es tan accesible. En Brasil, por ejemplo, la instalación de un sistema con capacidad para abastecer a una familia de cuatro personas puede costar entre 12.000 y 15.000 reales (aproximadamente entre 2.500 y 3.200 dólares según la cotización actual).

“Por eso es importante que quien quiera instalar energía solar en su casa haga un estudio de consumo”, recomienda Sauaia. Además, la transición a la fotovoltaica, añade, suele valer la pena, teniendo en cuenta que los módulos tienen una vida útil de 25 años y, con el ahorro en la factura de la luz, la inversión se amortiza en tres o cinco años de uso.

Energía solar en Brasil: menos gases de efecto invernadero

Como fuente renovable, la principal ventaja de la energía solar fotovoltaica es la baja emisión de gases de efecto invernadero. Según los estudios, no se puede decir que la fuente tenga cero emisiones teniendo en cuenta la energía consumida para la producción de los paneles y otros equipos fotovoltaicos. Pero una vez en funcionamiento, un sistema fotovoltaico puede compensar su huella de carbono en poco tiempo. 

Un estudio realizado por investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven, la Universidad de Columbia (ambas de Estados Unidos) y la Universidad de Utrecht (Países Bajos) concluyó que se requieren 250 kWh para producir un panel solar de un metro cuadrado fabricado con silicio cristalino.

Ese mismo metro cuadrado, en las condiciones evaluadas, produjo 100kWh al año. Esto significa que el periodo de amortización del panel fotovoltaico de silicio cristalino ensayado, es decir, el tiempo en que el módulo reduciría a cero su impacto ambiental, fue de aproximadamente 2,5 años.

Resulta pertinente citar aquí una encuesta regional realizada por la Asociación Brasileña de Empresas de Servicios de Conservación de Energía (ABESCO) en 2016, la cual indicó que una residencia equipada con un sistema fotovoltaico capaz de generar 180 kWh por mes puede reducir alrededor de 1,3 toneladas de CO² en la atmósfera en un año. En 25 años, el periodo de garantía de los módulos fotovoltaicos, este volumen puede alcanzar unas 32 toneladas.

A nivel nacional, Sauaia afirma que para 2021, la energía solar ayudó a Brasil a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero para la generación de electricidad en 19,6 millones de toneladas.

La contracara de la energía solar

Pero no todo es tan sencillo cuando se trata de la energía solar. Incluso con menos emisiones, sigue causando impactos ambientales, aunque sean mucho menores en comparación con las fuentes fósiles. Uno de los problemas consiste en que muchos de los insumos utilizados para fabricar módulos fotovoltaicos son minerales no renovables, como el silicio, utilizado en la fabricación de silicio metálico, componente esencial para convertir la luz en electricidad.

Otro problema son los residuos y la contaminación que genera la eliminación de los paneles solares. Cuando se eliminan de forma inadecuada, los módulos, como cualquier otro equipo electrónico, contienen residuos tóxicos que pueden contaminar el suelo y las aguas subterráneas e incluso causar daños a la salud de animales, plantas y seres humanos. 

“Un gran problema para los próximos años será el reciclaje de estos módulos, especialmente con el volumen de producción actual”, refuerza Kirsten. Ante la creciente popularidad de la energía solar, añadió, “el mercado pronto tendrá más soluciones para la correcta eliminación de los equipos, pero es un tema que debe ocupar la atención de la industria y pronto”.

El Sol, como una fuente democrática de energía

Además de las ventajas que presenta en cuanto a los niveles de emisiones de dióxido de carbono, la energía solar, añade Kirsten, también sirve como medio para el desarrollo social y la inclusión de grupos minoritarios en la toma de decisiones, especialmente en el caso de las mujeres: “El mercado emergente de la energía solar es una oportunidad para que las mujeres también participen en esta transición, para que formen parte de estas decisiones y puedan tener voz dentro de un sector que, hasta ahora, ha sido todo masculino, especialmente en Sudamérica”.

Según la especialista, una de las cofundadoras de la Red Brasileña de Mujeres en Energía Solar, la transición hacia una matriz eléctrica más limpia y sostenible pueda implicar también una puerta hacia una mayor diversidad en el sector energético.

Al respecto, Rivas señaló que hay otro aspecto de este tipo de energía que la convierte en una herramienta de inclusión y es el hecho de que haya luz solar en todo el planeta: “Es un tipo de energía que está al alcance de todos, independientemente de la posición geográfica. Por supuesto, hay zonas más privilegiadas en relación con la radiación [solar] que otras, pero hay sol en todas partes”.

Además, como es posible instalar módulos fotovoltaicos de diferentes tamaños y potencias, la energía solar también se utiliza para llevar la energía eléctrica a regiones donde no llega la red convencional. Esto se hace mediante sistemas fotovoltaicos off grid o aislados, es decir, aquellos que no necesitan estar conectados a la red eléctrica.

En Bolivia, por ejemplo, esta tecnología se está utilizando como solución para llevar la electricidad a zonas rurales aisladas donde, según estimaciones oficiales de 2020, el 13% de la población rural aún no tenía acceso a los servicios eléctricos. Esto equivaldría a más de 400.000 personas sin electricidad.

Las comunidades ribereñas e indígenas que viven en lugares de difícil acceso en la Amazonía o en los Andes peruanos, que normalmente dependen de generadores diésel para obtener electricidad, también han sido objeto de iniciativas de sistemas fotovoltaicos aislados.

En Brasil, se instaló  a principios de este mes un sistema de energía fotovoltaica en una centro de atención primaria de salud en Santarém, en Pará, para garantizar la correcta conservación de las vacunas.

El caso, una asociación entre las autoridades municipales y la organización civil sin fines de lucro Proyecto Salud y Alegría (PSA), puede servir de modelo para otras comunidades remotas de toda América Latina.

La energía solar en América Latina 

Para Sauaia, América Latina tiene potencial para jugar en las grandes ligas de la energía solar. Actualmente, el sector está liderado por China, que cuenta con más de 225 GW de capacidad instalada, seguida por los Estados Unidos (76 GW), la Unión Europea (72 GW) y la India (38 GW). 

“La energía solar está demostrando ser una opción segura, limpia, fiable y barata en todo el mundo. Más concretamente en América Latina, que tiene una gran abundancia de la fuente”, sentenció Kirsten.

En la actualidad, América Latina cuenta con una capacidad solar fotovoltaica instalada de 23,5 GW. Para 2026, la IEA predice que la región alcanzará el quinto lugar entre las zonas analizadas, superando los 54 GW. Todavía estaría lejos del cuarto puesto que ostenta la India, cuya previsión para 2026 es de más de 130 GW de capacidad instalada, pero supondría el doble del crecimiento de los últimos cinco años.

Entre los mayores productores de energía solar en América Latina, según datos de las mencionadas asociaciones brasileña y chilena, se encuentra Brasil, responsable del 40% de la potencia instalada en la región. Le sigue México, que representa el 28%, Chile con el 16%, Argentina en cuarto lugar con el 4% y Honduras en quinto lugar, representando el 3% de la capacidad. 

Este escenario, según Rivas, es el resultado de más de 15 años de avances en el sector, incluyendo la tendencia hacia la masificación y el abaratamiento de la tecnología. “La energía solar ha crecido exponencialmente en la última década, creo que principalmente por la reducción de costes que ha supuesto la entrada de China e India como productores de módulos”, contextualiza el presidente de Acesol.

Sauaia cree que la energía solar fotovoltaica será cada vez más relevante en la región, alcanzando protagonismo en la matriz eléctrica de los países, principalmente en el gigante sudamericano: “Para Brasil, por ejemplo, las proyecciones de los analistas de mercado para 2040-2050 apuntan a que la fuente solar debe convertirse en la número uno de la matriz eléctrica brasileña, superando incluso a las hidroeléctricas en potencia instalada”. 

Uno de los más recientes hitos para la energía solar fotovoltaica en ese país se dio en marzo de este año, cuando la producción brasileña alcanzó la marca histórica de 14 GW de capacidad instalada, la misma potencia de la hidroeléctrica binacional de Itaipú.

Según un reciente estudio de la consultora Bloomberg New Energy Finance, en 2050 cerca del 32% de la energía brasileña provendría del sol, mientras que la hidroelectricidad, principal fuente de energía en la actualidad (más del 60% de la matriz eléctrica nacional), se reduciría al 30%. “Esto ocurrirá no porque las centrales hidroeléctricas disminuyan, sino porque la energía solar crecerá más rápido y con más intensidad en este periodo que otras fuentes”, pronostica Sauaia.

Con Brasil a la cabeza, el sector de la energía solar en América Latina está en pleno desarrollo y tiene un alto potencial para transformar la forma en que la región produce y consume electricidad, centrándose en la descarbonización de las matrices energéticas. De acuerdo con Rivas, “la energía solar tiene la capacidad de ser el buque insignia de este cambio. Es una tecnología cada vez más popular y creo que el futuro de Brasil, de Chile y de toda América Latina será solar”.

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