Energía solar en la tierra y en el espacio

La energía que nos llega a diario del Sol puede ser aprovechada para generar calor (conversión fototérmica) o electricidad (conversión fotovoltaica).

Desde 1974 el Grupo Energía Solar de la CNEA viene trabajando en diferentes desarrollos, formación de recursos humanos y difusión sobre Energía Solar.

Entre otros proyectos, a partir de 1998 se comenzó a trabajar en colaboración con la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) en celdas solares y paneles para uso espacial.
En este marco, se pusieron en órbita celdas solares a bordo del satélite SAC-A.
Entre 2008 y 2009 se integraron por primera vez en el país los paneles para la misión espacial argentina Aquarius/SAC-D; y en la actualidad se está trabajando en los paneles para el satélite argentino SAOCOM-1A de CONAE.

Energía solar en la tierra y en el espacio
En el Centro Atómico Constituyentes el Grupo de Energía Solar (GES) investiga y desarrolla aplicaciones de una de las principales fuentes de energía renovable: la energía solar.


Pero... ¿qué es la energía solar?

El objetivo de quienes estudian la energía solar es aprovechar la luz proveniente del sol y transformar esa luy en calor o electricidad.

La transformación de la energía solar en calor se denomina conversión fototérmica. Este proceso permite obtener temperaturas que van de los 80°C para uso doméstico a temperaturas que pueden superar los 1000°C (¡¡mil grados!!) utilizando grandes sistemas de concentración.

Cuando se desea transformar la energía solar en electricidad, el proceso utilizado se denomina conversión fotovoltaica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan las celdas solares, que son dispositivos que nos entregan una corriente eléctrica al ser expuestos a la luz.


¿Cómo funciona una celda solar?

Para entender cómo funciona una celda solar es necesario recordar que la materia está formada por moléculas, las que a su vez están formadas por átomos, éstos están formados por un núcleo que contiene partículas -llamadas protones y neutrones- y electrones en órbitas a su alrededor.

Los electrones son partículas de carga eléctrica negativa y los responsables de la corriente eléctrica.
Es decir, cuando en un cable circula una corriente eléctrica lo que ocurre es que por dicho cable existe un flujo (corriente) de electrones.

Otra cosa que debemos saber es que hay materiales llamados conductores, semiconductores y aislantes, esta clasificación se realiza teniendo en cuenta la diferencia de energía que hay entre lo que se llama banda de valencia que es donde se encuentran los electrones y banda de conducción que es donde los electrones pueden moverse libremente.

Una celda solar está fabricada a partir de un material semiconductor y la mayoría de las celdas solares están fabricadas de un elemento llamado silicio.

En los conductores estas bandas están "mezcladas" por lo que los electrones pueden circular sin agregado de energía. Para los aislantes, esta diferencia es tan grande que para que los electrones puedan circular hay que entregar una gran energía, en cambio para los semiconductores esta diferencia no es tan grande y con una pequeña cantidad de energía los electrones pueden pasar a la banda de conducción y circular libremente. ¿Cómo logramos entregarle esa energía que les falta? ¡Con la luz del sol!


Del sol a la lamparita

Para que estos electrones sean útiles, es necesario "sacarlos" de la celda solar; para ello se utilizan bornes, que en las celdas solares estos bornes se encuentran uno en la cara expuesta al sol y el otro en la opuesta.

En la que está expuesta al sol se realiza una grilla metálica (metalización) que le permite el paso de la luz y la conexión de los cables, mientras en la cara opuesta -donde no necesita que llegue la luz-, la metalización se hace en toda la superficie.
De esta manera se extrae la corriente generada, o mejor dicho fotogenerada.

Las celdas solares no producen mucha energía en forma individual, pero pueden ser conectadas en serie y/o en paralelo, al igual que las baterías, para que produzcan la tensión y corriente necesarias para nuestros requerimientos.


Celdas solares en el espacio

Las celdas solares fotovoltaicas nacieron ante la necesidad de proveer de energía a los primeros satélites.
Si bien son muy parecidas a las de uso terrestre, estas deben estar preparadas para soportar las inclemencias del ambiente espacial como el bombardeo de protones, electrones, radiación ultravioleta, y otros tipos de partículas.
Además, su peso tiene que ser menor porque los elementos puestos en órbita deben ser lo más livianos posibles.

La primera aplicación mundial de este tipo se hizo en el satélite estadounidense Vanguard I, puesto en órbita el 17 de marzo de 1958.
En Argentina, fue hacia fines de los ´90, cuando desde el GES la CNEA elaboró 2 pequeños paneles con 7 celdas c/u y los sensores de posición SAC - A que fue puesto en órbita en por el Transbordador Espacial "Endeavour" de la NASA en el año 1998.


Celdas para tener los pies sobre la tierra

Los usos fundamentales de las celdas solares para uso terrestre comenzaron como alternativa para proveer energía eléctrica a equipos o viviendas en zonas aisladas o donde no existe el tendido de líneas eléctricas.
En la actualidad se sumó la incorporación de equipos fotovoltaicos en viviendas o edificios que ya contaban con conexión eléctrica convencional. A este tipo de instalaciones se las llama sistemas conectados a la red, ya que al estar incorporados al sistema eléctrico convencional entregan (es decir, venden) energía eléctrica a la red cuando producen más energía de la que se consume en la vivienda.
Esta práctica se encuentra en fuerte crecimiento en Europa, Japón y Estados Unidos.

Asimismo, existen otras instalaciones conectadas a la red en forma de centrales eléctricas que, así como lo hacen las convencionales, generan energía eléctrica en forma concentrada en un determinado lugar.

Además, las celdas solares son utilizadas en juguetes, calculadoras, equipos de campamento, boyas, equipos de transmisión y muchas en aplicaciones más.