La energía solar es una energía
renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación
electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra
ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías
que han ido evolucionando. Hoy en día, el calor y la luz del Sol puede
aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas,
helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica
o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que
podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la
humanidad.
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.
Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la
arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección
de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la
dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.
En 2011, la Agencia Internacional de
la Energía afirmó que «El desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e
inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad
energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local,
inagotable y, aún más importante, independientemente de importaciones,
aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes
de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los
precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta
manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados
inversiones; deben ser realizadas de forma correcta y ampliamente difundidas».
La fuente de energía solar más
desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes
de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría
suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.3
Gracias a los avances tecnológicos,
la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar
fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las
primeras células solares comerciales,4 aumentando a su vez la eficiencia, y su
coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las energías no
renovables5 en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la
paridad de red. Otras tecnologías solares, como la energía solar termoeléctrica
está reduciendo sus costes también de forma considerable.
Aproximadamente la mitad de la
energía proveniente del Sol alcanza la superficie terrestre.
La instalación de centrales de
energía solar en las zonas marcadas en el mapa podría proveer algo más que la
energía actualmente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de
conversión energética del 8 %), incluyendo la proveniente de calor, energía
eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores indican la radiación
solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24
horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).
La Tierra recibe 174 petavatios de
radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera.8
Aproximadamente el 30 % regresa al espacio, mientras que las nubes, los océanos
y las masas terrestres absorben la restante. El espectro electromagnético de la
luz solar en la superficie terrestre lo ocupa principalmente la luz visible y
los rangos de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta. 9
La potencia de la radiación varía
según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan 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. Nótese que en términos globales prácticamente toda la
radiación recibida es reemitida al espacio (de lo contrario se produciría un
calentamiento abrupto). Sin embargo, existe una diferencia notable entre la
radiación recibida y la emitida.
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. 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. La radiación directa
puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible
concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o
perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de
constante solar y tiene un valor medio de 1366 W/m² (que corresponde a un valor
máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308
W/m²).
La radiación absorbida por los
océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra incrementan la temperatura de
estas. El aire calentado es el que contiene agua evaporada que asciende de los
océanos, y también en parte de los continentes, causando circulación
atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas altas, donde la
temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor de agua
se condensa formando nubes. El calor latente de la condensación del agua
amplifica la convección, produciendo fenómenos como el viento, borrascas y
anticiclones. La energía solar absorbida
por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C. Para la
fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte en energía
química, que produce alimento, madera y biomasa, de la cual derivan también los
combustibles fósiles.
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