Energía solar: ¿Algún día se podrá usar en casa?

por Mario 20 junio, 2009, 4:47 pm 55 Comments

Desde hace muchos años vemos que el uso de la energía solar se expande a pasos agigantados, y todos nos hacemos la misma pregunta: ¿cuándo podré tener mi casa totalmente funcional con energía solar? Actualmente vemos que se construyen alrededor de todo el mundo enormes y onerosas centrales generadoras y distribuidoras de esta energía limpia que cuestan varios millones de euros, pero ¿podré algún día hacerlo yo mismo? O como ahora y siempre, ¿dependeré eternamente de que otro me preste el servicio a cambio de valores a veces desproporcionados?

Sin duda alguna los recursos energéticos naturales no son eternos ni infinitos. La voracidad del consumismo nos ha llevado a pensar en fuentes de energía alternativas que, primordialmente, sean limpias, es decir, que no sumen más contaminación a nuestra castigada atmósfera – ya demasiado daño le hemos hecho. Un claro ejemplo de una fuente inagotable de energía es la luz solar. En virtud de que vamos a poder disponer de ella por todo el tiempo que deseemos (aunque algún día se va a agotar), los seres humanos hemos decidido echar mano a este recurso gratuito y abundante por donde se lo mire y estudie.

Tal como vemos, existen países y regiones específicas del planeta que se ven más beneficiadas por la llegada de los rayos solares. Los puntos negros en la imagen indican zonas donde podrían ubicarse centrales generadoras que podrían abastecer la demanda energética casi total del planeta. Considerando que las estimaciones del consumo energético de toda la humanidad oscilan alrededor de los 12 a 13 TW/h (terawatt/hora), utilizando todos los modos conocidos de generación (hidroeléctricas, a carbón, nucleares, etc.), los 18 TW posibles de generación a través de la energía solar hacen que la idea sea muy prometedora.

Un sistema solar elemental

¿Qué necesitamos para construir un sistema de energía solar? En realidad, pocas cosas. Naturalmente, el panel solar y un convertidor de energía capaz de transformar la potencia entregada por el mencionado panel en la corriente alterna que habitualmente utilizamos en nuestro domicilio. La mayoría de los paneles que se encuentran en el mercado y que son accesibles al público común (como tú, como yo, como el vecino) entregan una tensión de 12 Volts y varían su costo de acuerdo a la potencia que sean capaz de entregarnos.

La manipulación de varios paneles puede significar una sumatoria de potencia, pudiendo realizar conexiones en serie (12V + 12V = 24 V) o en paralelo para obtener 12V con el doble de corriente. La elección es nuestra en función del convertidor (conocido como inversor) y de las necesidades del mismo para poder entregar a su salida la tensión deseada para hacer funcionar nuestros electrodomésticos.

Pero como el sol no está a pleno sobre nuestra casa durante las 24 horas del día, debemos contar con un sistema de almacenamiento de la energía no utilizada durante el día (o el excedente de la producida por nuestro panel solar). El elemento de respaldo mencionado es una o varias baterías, según el tamaño del desarrollo. Entonces, si agregamos baterías al sistema, debemos procurar obligatoriamente una carga adecuada de ellas para mantenerlas siempre listas y dispuestas a funcionar durante los momentos en que los paneles no lleguen a suministrar la energía que nuestro consumo demanda. Esto es durante la noche y los días nublados o de lluvia.

Entonces, si consideramos la posibilidad de utilizar la energía solar acumulada en una batería o la del panel solar inicial, estamos obligados a agregar un sistema cuasi-inteligente que sea capaz de interpretar si vamos a trabajar con la energía del sol, o si vamos a utilizar la batería, o si vamos a cargar la batería y a la vez generar energía con el módulo solar, y todas las variables que nuestro sistema requiera según la situación de necesidad y el momento del día. Resumiendo, entre los materiales que necesitamos para iniciar un sistema, podemos nombrar:

Sol
Panel Solar
Cargador de baterías
Baterías
Selector de suministro (panel solar o batería)
Inversor 12VCC a 220VAC (110 VAC, en muchos países de América)

Ahora que tenemos en claro los distintos elementos que necesitamos para realizar un sistema de energía solar, analicemos la dimensión de cada uno de éstos y su posible obtención. Como vimos en la primera imagen, si tenemos la fortuna de vivir en una región bendecida por el baño de sol (es decir, ubicada entre los trópicos), el primer recurso lo tenemos asegurado en las cantidades necesarias para el emprendimiento. En cuanto a los cargadores de baterías, selectores de suministro e inversores de 12VCC a 220VCA, encontraremos mucha bibliografía en la Web para construir cada uno de estos dispositivos. Además, en próximas entregas iremos estudiando las distintas exigencias que deberán afrontar estos circuitos. En un sistema como el que estamos analizando, donde la energía no está disponible las 24 horas a pleno, cada Coulomb (unidad de carga eléctrica) cobra importancia, y su apropiada administración es fundamental para lograr un sistema eficaz y funcional.

Potencias, costes y rendimiento

Según Wikipedia, en un día soleado, el sol llega a la Tierra con una potencia cercana a 1 KW/m2. Considerando que los paneles fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia típica de entre el 12% y el 25%, esto supondría una producción aproximada de entre 120 y 250 W/m2, en función de la eficiencia del panel fotovoltaico y las horas de irradiación solar. A latitudes medias y septentrionales, teniendo en cuenta el ciclo diurno y las condiciones atmosféricas, llegan a la superficie terrestre 100 W/m2 en invierno y 250 W/m2 en verano. Con una eficiencia de conversión de aproximadamente el 12%, se puede esperar obtener 12 y 30 vatios por metro cuadrado de celda fotovoltaica en invierno y verano, respectivamente.

Debes tener en cuenta que estos números son sólo aplicables a los paneles y que los demás dispositivos que intervienen en la cadena de producción de energía no son perfectos. Esto significa que también producen pérdidas energéticas durante su funcionamiento resultando en una menor cantidad de Watts por metro cuadrado.

Llegamos al momento crucial de la construcción: se trata de la obtención del panel fotovoltaico adecuado a nuestras necesidades. Para ello, debes saber algo muy importante antes de continuar: puedes intentar las mil y una maneras de exponer el silicio al sol en cualquiera de sus formas, para tratar de obtener de él algunos milivolts y algunos miliamperes, pero debes tener en cuenta que un panel solar útil no se construye de manera artesanal. Puedes encontrar cientos de videos y sitios en la Web donde te anuncien la forma mágica de construir tus propios paneles solares, pero en todos advertirás que se trata de comprar celdas individuales y ensamblar un panel.

Es decir, sólo verás armar un bonito y prolijo bastidor de madera, pero lo verdaderamente útil no se construye en casa un domingo de ocio, sino que se compra. Aquí tienes un ejemplo: How I built an electricity producing Solar Panel. El título del enlace promete enseñarte cómo construir un panel solar. Entra, mira y sigue buscando. Hay cientos que prometen lo mismo, pero ninguno cumple. Una vez que tengas en claro que para los paneles vas a necesitar algunos billetes, sería bueno comenzar a sacar cuentas de cuántos billetes estamos hablando. Buscando en la Web encontramos los siguientes paneles a un poco menos de 100 euros.

Como podrás ver en las especificaciones, este tipo de panel sería ideal para utilizar junto a un regulador de voltaje ajustado a 12 VCC y cargar baterías de este valor de tensión para tenerlo de respaldo en momentos en que no haya sol. Esta clase de paneles son utilizados en embarcaciones, postes de S.O.S. a la vera de la carretera, balizamiento a gran altura, señalización ferroviaria, parquímetros y muchas otras aplicaciones “pequeñas”.

Con una corriente nominal entregada de 0,57 Amperes (observa siempre los datos en la imagen) ¿cuántas horas llevaría cargar una batería común de un vehículo de 12 Volts / 60 Amperes? ¡Claro, más de 100 horas! Más de 100 horas de buen sol significan 5 horas diarias de carga durante 20 días. Y aquí viene la pregunta del millón: ¿qué podemos energizar con una batería de coche = 12 Volts / 60 Amperes = 720 Watts? Lo siguiente:

Una plancha de ropa durante 45 minutos.
Un ordenador durante 3 horas.
Mirar TV durante 10 horas.
Conectar un refrigerador durante media hora.
Ni soñar con calentar una taza de café en el microondas.

No creas que podrás lograr todas esas cosas en simultáneo. Son sencillos ejemplos de una sola cosa que podrás realizar antes de quedarte sin energía. ¿Como suplimos esto en una casa? Muy sencillo: incrementando la cantidad de baterías, la cantidad de paneles y construyendo (o comprando) un inversor de mayor potencia.

Ahora analicemos juntos lo siguiente: ¿cuántos paneles serían necesarios para una vivienda media como la tuya, como la mía? Una casa de ejemplo con refrigerador, TV, equipo de audio, luminarias en cada habitación, ordenador, microondas, DVD y algún que otro gadget, consume un promedio de 300 KW/h por mes, y esto equivale a 10KW/h por día. Pero suponiendo que nos vamos a cuidar y vamos a ahorrar energía, es decir, nos vamos a privar de varias de las comodidades que hoy tenemos y vamos a reducir el consumo a la mitad, a 5KW/h por día, ¿cuántos paneles de 10W hacen falta para lograr 5000W? No es muy difícil la cuenta: 500

500 paneles caben en el techo de la vivienda de la imagen de presentación, y tal vez más. El panel del ejemplo mide 0,11 metros cuadrados, por lo que 500 de ellos ocuparían una superficie de 55 metros cuadrados aproximadamente. Ahora las baterías: para lograr 5000 Watts necesitamos unas 7 baterías, pero mejor contemos con 10 para suplir más eficientemente los picos de consumo. Y el inversor de 5000W ¿que tamaño tendría? Seguramente, junto a las baterías, ocuparía una habitación alejada de la casa para evitar las emanaciones ácidas de las baterías, el calor producido por los sistemas de control y el riesgo eléctrico que podría tener la instalación para los niños.

Una batería como la mencionada cuesta unos 75 euros, lo que significa que necesitamos 750 euros para las 10 baterías. Un panel solar cuesta 95 euros, y si vamos a utilizar 500, necesitaremos cerca de 47.500 euros para comprarlos. Pero, quizás, si le caemos simpáticos al vendedor, nos puede regalar las baterías, ¿qué opinas? Por supuesto que a esto hay que sumarle el costo de fabricación del inversor, de las estructuras de montaje de los paneles, de la adecuación de la instalación eléctrica de nuestra casa al nuevo sistema para hacerlo “dual”, y de alguna otra cosita que siempre hace falta y se necesita en el momento menos esperado. Redondeando, si cuentas con 50.000 euros para invertir en una casa modesta y de recursos acotados por el mero hecho de transformarla a energía solar, te pedimos que, al menos una vez, nos recuerdes en tus oraciones.

Conclusiones

Querer soñar con alimentar una casa con energía solar en la actualidad es sólo eso: un sueño. Emprendimientos empresariales importantes subsidiados por los gobiernos son la única posibilidad que tendremos de apreciar y disfrutar del escaso avance que existe en la materia. Con los años, y como viene pasando, las celdas solares irán mejorando su pobre rendimiento actual y, a su vez, las nuevas tecnologías de fabricación irán permitiendo una esperada y drástica reducción de costos. Será entonces cuando los precios bajen a niveles más accesibles al consumidor medio y se pueda ver proliferar los sistemas solares en nuestra casa y en las de los vecinos. Mientras tanto, sólo será un privilegio de unos pocos y el sueño de muchos de nosotros que nos tendremos que conformar con pequeñas aplicaciones de aficionados.