¿Cómo trabaja la energía Solar?

El químico Paul Alivisatos explica cómo generar electricidad de la luz solar.

El Sol baña la Tierra con energía de sobra para llenar todas las necesidades energéticas mundiales por mucho tiempo.
El Sol baña la Tierra con energía de sobra para llenar todas las necesidades energéticas mundiales por mucho tiempo.

El Sol – esa planta de energía en el cielo- baña la Tierra con energía de sobra para llenar todas las necesidades energéticas mundiales por mucho tiempo. No produce emisiones de dióxido de carbono. No se agotará. Y es gratis.

Entonces, ¿Cómo en la Tierra la gente puede convertir esta generosidad de rayos de sol en electricidad útil?

La luz del Sol (y toda luz) contiene energía. Usualmente, cuando la luz golpea un objeto la luz se convierte en calor, como el calor que se siente cuando se está sentado bajo el sol. Pero cuando la luz golpea ciertos materiales la energía se convierte en su lugar en una corriente eléctrica que se puede aprovechar como energía.

La tecnología solar de la vieja escuela usa cristales grandes hechos de silicio que producen una corriente eléctrica cuando son golpeados por la luz. El silicio puede hacer esto porque los electrones en el cristal se excitan y mueven cuando son expuestos a la luz en lugar de solamente tambalearse en su sitio para producir calor. El silicio convierte una buena porción de la energía lumínica en electricidad pero esto es costos porque es difícil que crezcan cristales grandes.

Materiales novedosos usan cristales más pequeños y baratos, tales como cobre-indio-galio-seleniuro que pueden ser moldeados en películas flexibles. Esta tecnología solar de película delgada, sin embargo, no es tan buena como el silicio para convertir luz en electricidad.

Actualmente, la energía solar solo da cuenta de una pequeña porción del total de energía generada en E.U. porque es más costosa que las alternativas tales como  el carbón que es barato pero altamente contaminante. La energía solar es cerca de cinco veces tan costosa como lo que la gente paga por la corriente que sale de los tomacorrientes.

Con el fin de tener esperanza en reemplazar los combustibles fósiles, los científicos necesitan desarrollar materiales que puedan ser fácilmente producidos en masa y convertir suficiente electricidad para que valga la pena la inversión.

Le pedimos a Paul Alivisatos, director de laboratorio adjunto en el Lawrence Berkeley National Laboratory en California y un líder de su proyecto de investigación energía solar de helio, explicar cómo las personas capturan energía de la luz solar y cómo lo podemos hacer mejor.

¿Qué es una célula solar?

Una célula solar es un dispositivo que las personas pueden hacer que toma energía de la luz del sol y la convierte en electricidad.

¿Cómo una célula solar convierte la luz solar en electricidad?

En un cristal, los enlaces (entre átomos de silicio) están hechos de electrodos que son compartidos por todos los átomos del cristal. La luz es absorbida  y uno de los electrones que está en uno de los enlaces se excita a un nivel mayor de energía y puede moverse más libremente que cuando está atado. Este electrón puede moverse por el cristal libremente y obtenemos una corriente.

Imagine que tiene un saliente, como un estante en la pared y toma una pelota y la lanza arriba hacia ese saliente. Esto es como promover un electrón a un nivel más alto de energía y puede caerse. Un fotón (paquete de energía lumínica) entra y eleva el electrón sobre el saliente (representando el nivel más alto de energía) y permanece allí hasta que podamos venir y recolectar la energía (usando la electricidad).

¿Cuál es la mayor diferencia entre cómo una planta captura la energía lumínica y cómo la hacemos nosotros con células solares?

Desearíamos poder hacer lo que hacen las plantas porque ellas absorben la luz y utilizan ese electrón para cambiar el enlace químico dentro de la planta para hacer combustible.
¿Podrían hacer fotosíntesis artificial y emular una planta?

Adoraríamos ser capaces de hacer una célula solar que en lugar de hacer electricidad hiciera combustible. Eso sería un gran avance. Es un tema muy activo actualmente entre los investigadores, pero es difícil predecir cuándo seremos capaces usarlo.

Una de las razones por las que queremos plantar  árboles es porque toman el CO2 fuera del aire. Si pudiéramos hacer esto con una célula solar, entonces podríamos lidiar con el problema del calentamiento global de forma más directa porque estaríamos arrastrando el CO2 fuera del aire para crear nuestro combustible.

¿Qué tan buenas son las células solares actuales capturando energía solar?

Entonces estamos hablando de eficiencia energética. La eficiencia energética de un silicio cristalino típico se encuentra entre el 22 y el 23 por ciento (rango, lo que significa que convierte 23% de la luz que lo golpea en electricidad). Los que usualmente se pueden costear para ponerse sobre los tejados tienen una eficiencia energética menor, entre un 15 y un 18 por ciento. Los más eficientes, como los de los satélites, podrían tener eficiencias energéticas cercanas al 50% .

La eficiencia energética es una medida, pero lo otro que nos preocupa es el costo de hacerlos y la escala de producción.

En mi opinión la tecnología de silicio no se puede extender fácilmente porque es costoso de hacer. Debemos inventar una nueva tecnología, que puede no ser tan eficiente, pero de se deben fabricar de acres de esta cosa si se quiere generar mucha energía. La gente está tratando de usar nuevos materiales como plásticos y nanoparticulas.

La producción solar total en 2004 fue cerca de una milinésima del total de energía consumida en E.U. Esto no es suficiente. Algo tiene que cambiar. Áun no estamos allí. Aún hay muchos descubrimientos por hacer.

Por: Susannah Locke

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