Energía solar: definición, características y ventajas de esta energía limpia

La naturaleza, a través del sol, provee una potente solución para frenar el cambio climático, producto en gran parte por la emisión de los gases de efecto invernadero que se generan a partir de los combustibles fósiles. Un fenómeno que está afectando sobremanera al medioambiente, del cual todas las especies, incluida la humana, dependen completamente para vivir en bienestar y equilibrio.

En consonancia, el mundo se está dando cuenta de los múltiples beneficios económicos, ambientales y sociales que aporta la energía solar, y está avanzando en su adopción, aunque se espera que los países aceleren y amplíen su terreno de manera masiva, para lo cual se están ejecutando estrategias de educación pública para generar conciencia, investigación y desarrollo, así como políticas públicas para superar las barreras existentes.

Por ejemplo, en el propósito de la transición energética en Colombia, la empresa de servicios públicos domiciliarios, Empresas Públicas de Medellín (EPM), está construyendo el Parque Solar Fotovoltaico Tepuy, el primer proyecto de energías renovables no convencionales a gran escala en el país, el cual a marzo de 2023 tenía un avance del 68 %.

Este tendrá 199.534 paneles solares que aportará 83 megavatios de energía renovable no convencional al Sistema Interconectado Nacional, con lo que se abastecería hasta 400.000 personas.

Energía solar a gran escala: plantas o parques solares como fuentes de energía limpia

La energía solar es una fuente de energía que se produce a partir del sol en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta). Un bien ilimitado que brinda la posibilidad de generar tres energías limpias, inagotables y renovables como la solar fotovoltaica y la solar termoeléctrica, las cuales actualmente se aprovechan mediante tecnologías avanzadas.

El rasgo que las diferencia radica en el uso de la energía solar, mientras que la térmica la absorbe y la transforma en calor para calentar fluidos o generar electricidad mediante su almacenamiento, la fotovoltaica la utiliza para transformarla en electricidad. (INTELEC Ingeniería Energética)

En cuanto al otro tipo de energía, la solar térmica, depende de las técnicas que se usan desde la arquitectura bioclimática, en cuanto a la posición de los edificios, la selección de materiales y el diseño de espacios.

Específicamente, la generación de energía solar fotovoltaica permite la obtención directa de electricidad, a partir de la radiación solar, la cual puede generar hasta miles de vatios por segundo. Se produce a través de plantas solares o fotovoltaicas, ya sea para autoconsumo (electricidad en hogares o edificios) o el abastecimiento de industrias, territorios urbanos, ciudades o incluso redes de distribución eléctrica. (Svea Solar, 2020)

Una ventaja es que los paneles solares al estar provistos de soportes, por su inclinación pueden adaptarse entre 15° y 45°, de acuerdo a las estaciones y a la posición del sol, lo que garantiza un mejor rendimiento durante el año.

Integración de la energía solar en la red eléctrica: sistemas de conexión a la red y medición neta

La integración de la energía solar en la red eléctrica es un proceso que implica la conexión de sistemas o paneles solares fotovoltaicos a la red pública de suministro de electricidad. Cuyo éxito depende de la combinación de tecnologías, políticas y planificación para garantizar un suministro de energía confiable, sostenible y asequible.

Los siguientes son algunos aspectos clave que se dan en esta integración:

• Generación distribuida: las pérdidas de transmisión y aumento de la eficiencia en la entrega de la energía se logra al producirse la energía solar en múltiples sitios cercanos a los lugares de consumo. Los paneles solares instalados en techos de edificios, instalaciones industriales y viviendas particulares contribuyen a la generación distribuida.

• Infraestructura de red inteligente: Los medidores inteligentes y la automatización en red hacen parte de las tecnologías avanzadas de medición y control, las cuales permiten a los operadores gestionar mejor la entrada intermitente de la energía solar en la red, además de brindarles la capacidad de controlar la producción y el flujo de energía en tiempo real en aras de procurar el equilibrio entre la oferta y la demanda.

• Almacenamiento de energía: Para mitigar la intermitencia inherente de la energía solar y garantizar un suministro continuo, se cuenta con baterías y otros sistemas de almacenamiento que permiten capturar y almacenar el exceso de energía solar generada durante el día, para su uso durante la noche o en momentos de baja generación solar. 

• Incentivos y políticas: Los gobiernos y las autoridades reguladoras implementan incentivos financieros y políticas favorables para fomentar la adopción de energía solar y su integración en la red eléctrica. Estos pueden incluir tarifas de alimentación (feed-in tariffs), beneficios fiscales y estándares de energía renovable.

• Modernización de la infraestructura: Para garantizar la mayor generación de energía solar, se actualiza la infraestructura de la red eléctrica, lo que puede implicar mejoras en las líneas de transmisión y subestaciones.

Como la integración de la energía solar en la red eléctrica es esencial para avanzar hacia una matriz energética más limpia y sostenible sin detrimento del medioambiente, los sistemas de conexión a la red y la medición neta también son componentes esenciales de esta integración.

Sistemas de conexión a la red:

• Sistemas de Inyección a Red (Grid-Tied Systems): Estos sistemas son los más comunes en la integración de energía solar. Los paneles solares generan electricidad de corriente continua (CC), que se convierte en corriente alterna (CA) mediante un inversor antes de ser entregada a la red eléctrica. El inversor también controla la sincronización y la calidad de la electricidad inyectada a la red.

• Inversores Inteligentes (Smart Inverters): Permiten una mayor integración de energía solar al ajustar automáticamente la potencia de salida para cumplir con los requisitos de la red eléctrica. Pueden ofrecer funciones de comunicación bidireccional, lo que facilita la gestión y el monitoreo remotos.
• Sistemas de almacenamiento: Al combinar sistemas solares con almacenamiento de baterías, es posible almacenar el exceso de energía generada durante el día para su uso en momentos de menor generación solar. Esto ayuda a mejorar la estabilidad de la red y a maximizar el autoconsumo de energía solar.

Medición Neta

La medición neta (net metering) es un mecanismo que permite a los propietarios de sistemas solares conectados a la red eléctrica recibir créditos por la electricidad que inyectan en la red y que no consumen instantáneamente. Estos son algunos aspectos clave de este mecanismo:

• Generación excedente. Cuando un sistema solar genera más electricidad de la que se consume en el momento, el exceso se vierte a la red eléctrica.
• Créditos energéticos. Los propietarios reciben créditos en su factura eléctrica por la electricidad excedente que inyectan en la red. Estos créditos se utilizan para compensar el consumo de electricidad de la red en momentos en que el sistema solar no está generando suficiente energía, como durante la noche.
• Balance anual. En la mayoría de los casos, el saldo de créditos y consumo se calcula anualmente. Si se genera más energía de la que se consume durante todo el año, algunos sistemas permiten que los créditos excedentes se «vendan» a la compañía eléctrica a una tarifa acordada.
• Políticas y regulaciones. La medición neta está regulada y definida por políticas gubernamentales y normativas locales. Las tarifas de compra y venta de energía, así como los detalles sobre cómo se aplican los créditos, varían según el país.

Almacenamiento de energía solar: tecnologías y avances en el almacenamiento de energía fotovoltaica

Según estimaciones de la Agencia Internacional de Energías Renovables (o IRENA, por sus siglas en inglés), se espera que para el año 2050 la participación de las energías renovables en la generación de electricidad mundial pase al 90 %.

No es para menos, considerando que la energía fotovoltaica es la de mayor potencial productivo, según un estudio publicado en la revista International Journal of Sustainable Energy Planning and Management.

Para comprender su alcance, el Instituto de Agricultura de la Universidad de Tenessee, de manera hipotética sustenta que, si la luz del sol que golpea la superficie terrestre de Texas se pudiera convertir en electricidad, se generaría una cantidad de energía de 300 veces la producción total de energía de todas las centrales del mundo.

Sin embargo, en este camino a la adopción e implementación masiva de las tecnologías de generación de energía fotovoltaica, se presentan dos barreras en torno al almacenamiento y los costos que representa. (BBVA, 2021).

El almacenamiento de la energía solar, proveniente de la radiación solar que captan los paneles solares, se logra por medio de baterías especiales que se instalan en el propio sistema fotovoltaico, las cuales permiten aprovechar toda la energía solar que se convierte en eléctrica.

Tipos de baterías

Las tecnologías de almacenamiento de energía utilizan distintos tipos de baterías especiales para acumular la electricidad, con el fin de facilitar su posterior uso. Se trata de baterías de ciclo profundo, con alta capacidad de carga y descarga y un tiempo de vida prolongado.

• Baterías Monoblock. Se utilizan en instalaciones solares caseras para el autoconsumo. Son de baja a media potencia, suficiente para la iluminación y uso de electrodomésticos. Su duración es más limitada que otros tipos de baterías (de cuatro a diez años) y son la alternativa más económica del mercado. 

• Baterías estacionarias. Su estructura y funcionamiento y estructura es similar a las anteriores, aunque se utilizan en instalaciones de medio y alto consumo, con un mayor ciclo de vida que puede llegar a 20 años y su costo es superior, pero a largo plaza resultan más rentables.

• Baterías de litio. Se consideran una buena opción por contar con mayor profundidad de carga y descarga, tienen alta durabilidad y requieren poco mantenimiento, condiciones que generan rentabilidad a largo plazo.
• Almacenamiento en hidrógeno. La energía solar se puede utilizar para electrólisis del agua y producir hidrógeno, que luego se almacena y utiliza para generar electricidad o como combustible.

Impacto ambiental de la energía solar: reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y huella de carbono

La ONU sustenta que de la generación de energía parte el problema del cambio climático, pero también la solución.

Lo cual se debe a que una gran porción de los gases de efecto invernadero que cubren la Tierra y retienen el calor del Sol se generan debido a la producción de energía, mediante la quema de combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el petróleo, con el objetivo de generar electricidad y calor.

“Los combustibles fósiles son con diferencia los mayores causantes del cambio climático global, ya que son responsables de más del 75 % del total de emisiones de gases globales de efecto invernadero y cerca del 90 % de todas las emisiones en dióxido de carbono”, resalta la ONU.

De manera que, para reducir los no bienvenidos efectos del cambio climático por su impacto en la calidad de vida, la ONU y la comunidad científica manifiesta que es necesario reducir las emisiones a casi la mitad en 2030 y alcanzar al cero neto en el año 2050.

Para ello, la solución es invertir en fuentes de energía alternativas como la solar, ya que su impacto ambiental es de los menos contaminantes, entre las fuentes de energía que se conocen, incluidas las renovables; porque en su generación no se utiliza ningún proceso químico que emita sustancias contaminantes. Además, es reconocida como “una de las tecnologías renovables más eficientes en la lucha contra el cambio climático”. (Acciona).

Ahora bien, el problema se encuentra en la fabricación de los paneles solares y en los residuos que producen, una vez culmina su vida útil, aunque no comparable con el impacto que provocan en la Tierra los combustibles fósiles.

La energía solar genera estos otros impactos positivos a nivel ambiental y económico:

• Reducción de la contaminación del aire y del agua. La producción de energía solar no produce contaminantes atmosféricos ni emisiones tóxicas, lo que ayuda a reducir la contaminación del aire y del agua, un factor importante teniendo en cuenta la escasez de agua y los problemas de salud que desencadenan estas sustancias tóxicas.

• Es inagotable y se renueva. A diferencia de las fuentes tradicionales de energía, cuyas reservas son limitadas, la radiación solar está disponible en todo el mundo, lo que hace que se que la energía solar sea una fuente de energía renovable y sostenible a largo plazo.                        

• Genera riqueza y empleos. La importación de energía tiende a reducirse por el valor comparativo de la energía solar que puede generarse en cualquier territorio. 

Naciones Unidades en su afán por un desarrollo sostenible mediante el alcance de los ODS resalta un panorama que facilita la tan esperada transición energética a fuentes renovables. Por ejemplo, destaca que cada dólar estadunidense invertido en estas fuentes es capaz de crear tres veces más puestos laborales les que el sector de combustibles fósiles; que se perderían 5 millones, pero se crearían unos 14 millones nuevos. 

• Precio competitivo. Así como la eólica, la energía fotovoltaica resulta más asequible en la mayor parte del mundo en comparación con la que producen las plantas de generación con combustibles fósiles, ya que los gastos de inversión tecnológica se han abaratado por la innovación y la economía de escala.

Señala la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) que “el coste total de los proyectos solares fotovoltaicos seguirá bajando drásticamente en las tres próximas décadas”. Mientras que Naciones Unidas dice que el coste de la electricidad proveniente de esta fuente renovable cayó alrededor del 85 % entre los años 2010 y 2020.

Por tanto, el consumidor final se beneficia por la reducción en el precio, debido a que los costos de instalación de estas tecnologías han bajado significativamente.

Desafíos y barreras para la adopción masiva de la energía solar

La adopción masiva de la energía solar enfrenta varios desafíos y barreras, que pueden variar según la región y las circunstancias locales. Para los cuales es necesario un trabajo mancomunado de avances tecnológicos, acertadas políticas gubernamentales, educación pública parea generar conciencia, inversión en investigación y desarrollo, así como una colaboración entre los sectores públicos y privados.

• Costos iniciales. Aunque los costos de instalación de sistemas solares han disminuido en los últimos años, todavía pueden representar una barrera para muchos países en desarrollo o con recursos financieros limitados. 

• Almacenamiento de energía. La intermitencia de la energía solar debido a las variaciones en la radiación solar requiere soluciones de almacenamiento de energía eficientes y asequibles para garantizar un suministro continuo durante la noche o en días nublados. 

• Integración en la red eléctrica. La incorporación de grandes cantidades de energía solar en la red eléctrica puede plantear desafíos técnicos y operativos, como la necesidad de modernizar la infraestructura y gestionar la variabilidad de la generación solar.
• Educación. La falta de conocimiento sobre los beneficios y la viabilidad de la energía solar puede ser un obstáculo. La educación y la sensibilización pública son cruciales para superar la resistencia al cambio y promover la adopción.

• Disponibilidad de espacio. La instalación de paneles solares a gran escala requiere espacio adecuado, lo que puede ser un desafío en áreas urbanas densamente pobladas o en lugares con limitaciones de tierra.
• Materiales y reciclaje. La producción y eliminación de materiales utilizados en la fabricación de paneles solares plantean preocupaciones ambientales. La industria debe abordar cuestiones de sostenibilidad y reciclaje de manera efectiva.

Políticas y regulaciones gubernamentales para promover la energía solar

El mundo se está dando cuenta de las bondades de la energía solar por ser una opción segura, limpia y barata, además que se precia de ser abundante en todas partes y más en América Latina, razón por la que el presidente ejecutivo de la Asociación Brasileña de Energía Solar Fotovoltaica (Absolar), Rodrigo Sauaia, señala que “América Latina tiene potencial para jugar en las grandes ligas de la energía solar”. (National Geographic, 2022)

La adopción de esta fuente de energía solar en el mundo muestra este comportamiento, según datos del experto Sauia: “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)”.

Con respecto a América Latina, de acuerdo a referencias de National Geographic, entre los países mayores productores de energía, “se encuentra Brasil, responsable del 40 % de la potencia instalada de 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”.

Para su masificación y seguir avanzando en el sector es esencial un marco regulatorio estable y favorable, el cual varía de acuerdo al país y a su enfoque de transición hacia fuentes de energía verdes.

La siguientes son algunas de las estrategias que los gobiernos están implementando o que son claves para fomentar su adopción, en lo que es importante destacar que la efectividad de estas políticas y regulaciones puede depender del contexto económico, político y social de cada país.

Las estrategias exitosas suelen ser aquellas que combinan varios enfoques para abordar las diversas barreras que puedan existir en la adopción de la energía solar.

• Incentivos fiscales y financieros. Hay gobiernos que ofrecen incentivos fiscales, como créditos fiscales, exenciones de impuestos y deducciones, para fomentar la inversión en sistemas de energía solar. A su vez, proporcionan préstamos de bajo interés o garantías crediticias para facilitar el acceso a financiamiento.
• Tarifas de alimentación. Algunos países implementan tarifas de alimentación (feed-in tariffs), que garantizan un precio fijo y preferencial por la electricidad generada a partir de fuentes renovables, incluida la energía solar. Esto proporciona un incentivo para que los propietarios de instalaciones solares vendan su exceso de energía a la red eléctrica.
• Subvenciones y subsidios. Los programas de subvenciones y subsidios directos reducen el costo inicial de instalación de sistemas solares para hogares, empresas y otras entidades. Estos fondos gubernamentales tienen la posibilidad de cubrir parte de los costos de equipos y mano de obra.
• Estándares y requisitos de energía renovable. Algunos países establecen metas obligatorias para el uso de fuentes de energía renovable, incluida la solar, en la generación de electricidad. En las que se incluyen requisitos específicos para la proporción de energía solar en la mezcla energética total.
• Net metering (medición neta). Esta política permite a los propietarios de sistemas solares recibir créditos por la energía que generan y no consumen en tiempo real. Estos créditos se utilizan para compensar la energía que consumen de la red cuando sus sistemas no están produciendo suficiente energía.
• Compra obligatoria de energía solar. Algunos gobiernos incentivan a que las compañías eléctricas compren una cierta cantidad de electricidad generada a partir de fuentes solares u otras renovables, para alentar la inversión en proyectos solares a gran escala.

• Programas de capacitación y educación. Los gobiernos pueden establecer programas para capacitar a profesionales en la instalación y mantenimiento de sistemas solares, lo que puede fomentar el crecimiento de la industria y la adopción generalizada.
• Facilitación de permisos y trámites. Simplificar y agilizar los procesos de permisos y aprobaciones para la instalación de sistemas solares puede reducir las barreras burocráticas y alentar a más personas a adoptar esta tecnología.
• Regulaciones de construcción. Introducir regulaciones que requieran la integración de tecnologías solares en nuevos edificios y desarrollos urbanos puede promover la adopción a largo plazo.
• Desarrollo de infraestructura. Inversiones en infraestructura relacionada con la energía solar, como parques solares y redes eléctricas inteligentes, pueden ayudar a crear un entorno propicio para la generación y distribución de energía solar.

Perspectivas y futuro de la energía solar: innovaciones tecnológicas y su papel en la transición hacia una matriz energética más limpia

Lo que se espera es que al 20230 el 34 % de la electricidad mundial se genere de fuentes renovables, como la eólica y solar, y que en el 2040 la llegue al 50 %. Escenario en el que la energía solar tendrá un gran protagonismo por sus valores comparativos en términos de independencia energética, costos, mantenimiento, accesibilidad e impacto ambiental.

Como es un sector que está en crecimiento y con alientos de masificarse, se está invirtiendo en investigación y desarrollo, lo que está facilitando fabricar células fotovoltaicas más económicas que en un futuro no muy lejano, harán parte de construcciones, viviendas, barrios, vehículos e incluso ropa. Algo que supondrá un ahorro para los usuarios

Desde ya se está viendo en algunas ciudades la implementación de un modelo de generación de energía descentralizada o distribuida, mediante la instalación de pequeñas fuentes fotovoltaicas cercanas a los puntos de consumo (microgeneración). Mientras que la generación distribuida consiste en un mecanismo de complementación entre esta microgeneración y la generación de las centrales convencionales.

Así, las prospectivas cercanas es la producción de nuevos materiales para fabricar paneles solares. Por ejemplo, que la placa encargada de convertir la energía solar sea del peso de un papel, cuyos costos serán menores.

Otras de las investigaciones que se está desarrollando se centra en los coches eléctricos totalmente autónomos con ventanas fotovoltaicas y paneles solares en el techo, pintura fotovoltaica que sea capaz de generar electricidad, vidrios fotovoltaicos para los edificios y tejas fotovoltaicas, etc.

La generación de la energía solar es una forma de las formas con las que se le puede quitar peso a la contaminación de la Tierra, la cual está generando un desbalance que puede ser hasta irreversible.

Fuentes consultadas

Acción por el clima. Naciones Unidas. https://www.un.org/es/climatechange/raising-ambition/renewable-energy

Afonso, J. (2023). La adopción de energías renovables, clave en la transición energética. El Periódico de la Energía. https://elperiodicodelaenergia.com/la-adopcion-de-energias-renovables-clave-en-la-transicion-energetica/

(2022). La energía solar y su potencial para ayudar a reducir el calentamiento global. National Geographic. https://www.nationalgeographicla.com/medio-ambiente/2022/04/la-energia-solar-y-su-potencial-para-ayudar-a-reducir-el-calentamiento-global

Mondragón, Edgar. (2021). El reto del almacenamiento de la energía solar. BBVA. https://www.bbva.ch/noticia/el-reto-del-almacenamiento-de-la-energia-solar/

(2022). Pérez P. Cambios que la energía solar fotovoltaica puede provocar en el futuro. Powen. https://powen.es/futuro-energia-solar-fotovoltaica/

(2020). ¿Qué es un parque solar y cómo funciona? SVEA SOLAR. https://sveasolar.es/es-es/blog/parque-solar

¿Qué es la energía solar y cómo se produce? Cuando el sol es el protagonista. BBVA. https://www.bbva.com/es/sostenibilidad/que-es-la-energia-solar/

(2021). Sistemas de almacenamiento de energía solar: diferentes tecnologías. Blog SEAS. https://www.seas.es/blog/energias_renovables/sistemas-de-almacenamiento-de-energia-solar-diferentes-tecnologias/