Imagina que el sol es una enorme fuente de energía que nos envía luz y calor todo el tiempo. Esta energía solar es gratis y está disponible en todas partes del mundo. Ahora, con tecnología especial, podemos capturar esa energía solar y convertirla en electricidad que podemos usar en nuestros hogares, escuelas y negocios.
Una de las preocupaciones sobre la energía solar era que solo podíamos usarla cuando el sol brillaba, pero ahora tenemos tecnologías de almacenamiento que nos permiten guardar esa energía para usarla cuando la necesitemos, incluso cuando el sol no está brillando, como durante la noche.
Estas nuevas tecnologías están volviendo la energía solar más barata que otras fuentes de energía, como el carbón o el petróleo. Al ser más barata, significa que las personas y las empresas pueden ahorrar dinero en sus facturas de energía. Además, al ser más accesible y económica, más personas pueden acceder a la energía limpia y renovable, lo que beneficia al medio ambiente al reducir la contaminación y las emisiones de carbono.
Reseña crítica
Cuando el experto ambiental y candidato del Partido Verde del Reino Unido, Chris Goodall, aborda el concepto de «el cambio», está haciendo referencia a una transformación fundamental en nuestra forma de obtener y utilizar energía, con el objetivo principal de preservar y proteger nuestro planeta. Goodall señala que esta transición hacia fuentes de energía alternativas, particularmente la energía solar, es esencial para abordar los desafíos ambientales que enfrentamos.
Goodall ofrece una visión optimista sobre el futuro de la energía solar, anticipando una rápida disminución en los costos asociados con las tecnologías solares, como las células fotovoltaicas y las baterías de almacenamiento de energía solar. Este pronóstico se basa en avances tecnológicos y economías de escala que están haciendo que la energía solar sea cada vez más asequible y accesible para los consumidores.
Además, el autor explora las posibilidades que ofrece la energía solar barata en términos de tecnologías de producción de combustible y métodos de almacenamiento de energía. Esto incluye el desarrollo de sistemas innovadores para convertir la energía solar en combustibles sintéticos y soluciones eficientes de almacenamiento de energía que pueden mitigar los desafíos de la intermitencia de la energía solar.
En resumen, Goodall defiende que la energía solar tiene el potencial de desempeñar un papel crucial en la salvaguarda del planeta y proporcionar una fuente de energía sostenible y limpia para las generaciones futuras. Su enfoque no solo destaca los beneficios ambientales de la energía solar, sino también las oportunidades económicas y sociales que presenta.
Aunque Muhimu, como fuente de información, se mantiene neutral desde el punto de vista político, recomienda esta perspectiva a una amplia gama de audiencias, incluidos innovadores en tecnologías verdes, futuristas, inversionistas y estudiantes interesados en contribuir a un futuro más sostenible y resiliente.
Ideas fundamentales
- La transición hacia la energía solar marcará el inicio de una nueva era caracterizada por una energía económicamente accesible y ambientalmente sostenible.
- Solo una pequeña fracción de la inmensa energía solar disponible es necesaria para satisfacer las demandas energéticas del mundo.
- La mayoría de los pronósticos subestimaron la rápida evolución y expansión de la energía solar.
- Según la fórmula de la curva de experiencia, cuando la producción de un artículo se duplica, su costo por unidad disminuye en un 25%.
- La progresión de la innovación en energía solar, siguiendo la curva de experiencia, conducirá a una disminución en los costos.
- Los avances en las células solares han incrementado la eficiencia del 1% en el siglo XIX al 20% en la actualidad.
- El ritmo de avance que compensa la variabilidad de la energía solar está acelerando su tasa de crecimiento.
- Las tecnologías de respuesta a la demanda equilibran y, en parte, atenúan la variabilidad de la energía solar.
- El almacenamiento de energía solar a corto plazo hará uso de baterías y energía hidráulica.
- Los combustibles solares de etanol, producidos con energía solar económica, microbios y CO2 obtenido de desechos o del aire, tendrán un impacto revolucionario.
La solución solar
Hoy día, los avances tecnológicos en celdas fotovoltaicas (PV en inglés) reducen el precio de la energía solar de US$100 por vatio en la década de 1970 a un precio en rápido declive de 50 centavos por vatio en el 2016. El financiamiento más barato y los paneles solares menos costosos también reducen los costos generales de electricidad generada con celdas fotovoltaicas. Los costos más bajos conducirán a un mayor uso. Cada vez que la capacidad solar del mundo se duplica, reduce el costo por vatio de los módulos solares un 20%. Ello conduce a una tasa de crecimiento anual de 40% en las instalaciones de celdas fotovoltaicas. El Instituto Fraunhofer de Alemania dice que este avance reducirá el precio por kilovatio-hora hasta, quizás, a cuatro centavos en el 2020.
“Se ahorrará dinero, se reducirá la contaminación del aire, y la amenaza del cambio climático se reducirá gracias a la transición hacia fuentes de energía solar”.
La idea de que la energía renovable es más cara que los combustibles fósiles es errónea. Grandes compañías de combustibles fósiles están considerando un cambio hacia la energía solar. Sin embargo, la velocidad del cambio hacia las celdas fotovoltaicas dependerá, en parte, de tener almacenamiento eficiente de la electricidad generada por energía solar en las noches y en las temporadas de oscuridad.
Abundancia solar
Aproximadamente cada 90 minutos, llega a la Tierra suficiente energía del sol como para proveerla de energía durante un año. Cerca de 90.000 teravatios de energía llegan al planeta cada año. Anualmente, el consumo de energía mundial promedia entre 15-17 teravatios en cualquier momento, con un promedio anual por persona de dos kilovatios de uso continuo de energía. En años recientes, los países desarrollados vieron una demanda de energía en descenso. La demanda de las economías en desarrollo crecerá en el corto plazo, pero las eficiencias de energía y la desindustrialización en las economías establecidas limitará la demanda total mundial de energía.
“No tengo confianza… en que los procesos mucho más grandes para mover al mundo entero hacia las energías renovables se harán fácilmente usando los mercados libres. La intervención gubernamental masiva es completa e inevitablemente necesaria para maximizar la velocidad y minimizar el costo”.
A 20% de eficiencia operativa, el mundo necesita 150 teravatios de capacidad solar para satisfacer la demanda de 30 teravatios. Esto requerirá usar el 1% de la zona terrestre del planeta como granjas solares, aunque eso podría descender a un cuarto del 1% a medida que la tecnología se desarrolla.
El uso de energía solar en climas nublados y soleados
Las diversas densidades de población y los niveles variables de la radiación solar recibida (insolación) significan que la tierra necesaria para generar energía solar variará por país. En los lugares nublados, las energías eólica, de biomasa e hidráulica complementarán a la solar. El alto costo de construir plantas nucleares significa que la energía solar competirá contra la nuclear en precio.
“Actualmente las celdas fotovoltaicas proporcionan menos del 2% de la electricidad mundial, pero… una continuación directa de la tasa de crecimiento promedio del 40% en el último medio siglo podría ver cerca de 150 teravatios de instalaciones de celdas fotovoltaicas solares para el 2035”.
En India y en Brasil, las celdas fotovoltaicas son la fuente de electricidad más barata. Su solución de energía vendrá de la batería de almacenamiento nocturno. En Kenia y en otros lugares de África, las microrredes de energía solar y baterías prometen suministrar energía confiable. En Sudamérica, el desierto de Atacama en Chile ofrece el ámbito para energía solar de gran escala. Para el 80% del mundo con luz de sol confiable, las baterías y las celdas fotovoltaicas serán suficiente. Sin embargo, aun con la energía del viento, las personas en las latitudes altas dependerán de almacenar energía solar por meses para sobrevivir los inviernos largos y oscuros. La energía solar almacenada como líquido o gas –combustibles solares– podrían resolver este problema.
La curva de experiencia
La baja de los precios en el almacenamiento fotovoltaico de la energía solar sucederá debido a la curva de experiencia, una fórmula que dice que cuando la producción de un artículo se duplica, su costo por unidad baja 25%. Sin embargo, esto no aplica a las tecnologías complejas, como la nuclear. En una “curva S” –un crecimiento rápido seguido de una baja en la intensidad– la capacidad de las celdas fotovoltaicas aumentará, de suministrar menos de 2% de la electricidad del mundo hoy, a satisfacer la necesidad total de energía del planeta para el 2035. Esto mitigará los peores efectos del cambio climático. Según el punto crítico de la economía de celdas fotovoltaicas se aproxime, los inversionistas evitarán la energía de combustibles fósiles. Google y Apple ya han realizado grandes inversiones en energía solar, reduciendo así su huella de carbono y ahorrando dinero.
El aumento global de la energía solar
Ben van Beurden, director ejecutivo de Shell, cree que la energía solar se convertirá en la columna vertebral dominante de la energía global. Los expertos en combustible fósil y las corporaciones “dinosaurio” del combustible fósil ven el inevitable dominio de la energía solar. El almacenamiento de energía eficiente y rentable consolidará la transición. La energía solar alcanzó los 200 gigavatios en el 2015, adelantándose por cinco años a los cálculos de la IEA. Los expertos también subestimaron la tasa de descenso del costo de la energía solar.
“Una continuación de las tendencias de las últimas décadas (40% de crecimiento anual y un declive del 20% en la curva de experiencia) podría liberar al mundo de los combustibles fósiles dentro de unos 30 años”.
Los gobiernos realizan subastas para atraer desarrolladores de granjas solares. En Reino Unido, las ofertas solares cayeron por debajo del precio acordado para la electricidad de la nueva planta nuclear Hinkley Point. En EE.UU., algunas ofertas del 2015 cayeron hasta 3.9 centavos por kilovatio hora.
Avances solares
En 1954, usando las ideas de Albert Einstein y Russell Ohl de los laboratorios Bell, científicos norteamericanos hicieron una celda solar de silicio que convertía más del 5% de la energía de la luz en electricidad. Hoy, los paneles solares convierten menos del 20% de la insolación recibida en electricidad. Los nuevos métodos de producción para crear obleas de silicio limitan el desperdicio de este material y reducen el costo de los paneles solares. Otras innovaciones incluyen la tecnología de células moleculares de oligómero con base de carbono.
“Eso sería suficiente para todas las necesidades de energía del mundo”.
Para aplanar la curva diaria de las celdas fotovoltaicas algunas granjas solares usan monturas de seguimiento para seguir el sol o agregan más paneles de los que sus inversores pueden resistir. Esto les permite liberar como calor el suministro extra del periodo pico. Un mejor financiamiento para las granjas solares mejoraría los rendimientos y atraería inversionistas. Dado que los grupos de paneles solares duran cerca de 35 años, las inversiones prometen rendimientos confiables a largo plazo.
Fuentes alternativas
A 900 teravatios, la energía eólica es apenas 1% tan abundante como la solar, aunque aún mayor que los 30 teravatios que el mundo necesitará para el 2035. El viento ofrece gran potencial en lugares templados de latitud alta como Escocia. Alemania y Dinamarca son pioneros en granjas de viento a gran escala. La eficiencia de la energía del viento y la curva de experiencia están rezagadas respecto a la energía solar y el viento competirá en precio con las celdas fotovoltaicas solo en algunos lugares.
“Si las celdas fotovoltaicas han de dominar el sistema de energía mundial, necesitamos grandes cantidades de almacenamiento de electricidad”.
Las centrales eléctricas a carbón queman la biomasa de manera ineficaz, el uso excesivo de la madera amenaza los bosques y los biocombustibles desperdician tierras de agricultura. Los innovadores de la energía de biomasa se están volviendo hacia la gasificación y la digestión anaeróbica. La empresa Tropical Power de Kenia cultiva el cactus árbol de goma y nopales en tierras áridas y después, de manera anaeróbica (sin aire), los pudren para producir metano almacenable. Este método neutral en carbono acelera la extracción de energía y se añade a la biomasa existente. El gasificador E3 compacto de la empresa alemana Entrade convierte los desechos de biomasa seca, como ramas o paja, en hidrógeno y monóxido de carbono que generan calor y electricidad, también llamado gas de síntesis.
Variabilidad y costos de la energía solar
Las tecnologías nuevas y complementarias mitigan el problema de la variabilidad de la energía solar. Algunas instalaciones ya concentran la energía solar al dirigir la luz de sol a un recipiente delgado de líquido, sobrecalentándolo y produciendo vapor para operar turbinas que generen electricidad. El crecimiento de la energía solar expone dos problemas conectados: la limitación de las celdas fotovoltaicas a horas de luz y su producción baja/variable en tiempos de demanda alta. La mayoría de los consumidores de electricidad pagan un costo fijo por unidad, incluso en tiempos de suministro limitado. Algunas plantas eléctricas grandes operan solo unas horas anuales de la demanda pico, lo que las hace inversiones poco rentables y demasiado cargadas de CO2 para elevarlas o disminuirlas.
“En lugar de invertir en más plantas de combustibles fósiles para proporcionar la estabilidad de la red a medida que las energías renovables se expanden, las empresas de energía de servicio público cada vez más están usando baterías”.
Una solución podrían ser los sistemas de respuesta ante la demanda –como lo ejemplifica la compañía belga REstore– que usan hardware y software automatizados para limitar la demanda industrial en horas pico. Estos sistemas reducen el uso de energía con base en los parámetros de cada compañía, ahorran dinero y mejoran la flexibilidad de red. Liman las asperezas de la demanda para ayudar a los proveedores a añadir más celdas fotovoltaicas a la mezcla de energías.
“A medida que el número de automóviles eléctricos crezca, estos se convertirán en la instalación de almacenamiento de electricidad potencialmente más grande”.
La tecnología de Internet de las Cosas responderá cada vez más a las demandas cambiantes de electricidad apagando o encendiendo los equipos según la necesidad y el suministro. La reciente empresa californiana OhmConnect envía alertas en los teléfonos inteligentes y paga a los usuarios para que reduzcan su uso de energía en cada “hora Ohm”, en hora pico. Ese precio por tiempo de uso les cobra más a los usuarios en horas pico. En Oahu, que tiene sol en abundancia, los clientes pronto pagarán casi el triple de la tarifa diurna por la electricidad de la noche.
“Podemos generar electricidad de los rayos del sol a precios que habrían parecido simplemente inimaginables hace unas cuantas décadas”.
Los países con poca luz solar necesitarán capacidad de almacenamiento de energía de modo que puedan convertir el exceso de energía eólica y solar en combustibles renovables líquidos y gaseosos. Incluso con la limitada luz solar en el norte de Europa, la energía solar pronto será más barata que la energía de combustibles fósiles.
Almacenamiento en baterías
El éxito de las celdas fotovoltaicas depende de mantener estabilidad de red, y eso requiere una enorme capacidad para almacenar energía. Las baterías de iones de litio dominan el mercado del almacenamiento y dan energía para automóviles eléctricos y otros equipos grandes. Las enormes fábricas nuevas ayudarán a reducir el costo de las baterías grandes. La curva de experiencia de las baterías sugiere un descenso de los precios hacia cerca de US$100 por kilovatio hora para el 2020, haciendo que los autos eléctricos sean más baratos de operar que los que usan motores de combustión.
“Incluso si usted cree que el cambio climático es una invención de los científicos del mundo y que la contaminación del aire no produce muertes prematuras, las celdas fotovoltaicas tienen sentido financieramente por donde quiera que se les vea”.
Las innovaciones –como las celdas de iones de litio 24M más fáciles de hacer– harán que las baterías sean todavía más baratas. Para el almacenamiento doméstico, la batería Tesla Powerwall o las de su competencia, Sonnen, administrarán la energía generada por el sol para uso nocturno o de respaldo.
“Las celdas fotovoltaicas solares… ya son superiores a otras formas de suministro de energía en muchas partes del mundo”.
Los proveedores de energía podrían llegar a limitar la carga de baterías para automóviles eléctricos y recuperar su electricidad, vehículo a la red, durante la demanda pico. Los aumentos de los precios pico y los cargos por demanda harán más atractivas las baterías. Si los productores reciclan baterías, el suministro limitado de litio en bruto será suficiente. Las baterías de flujo a base de vanadio o zinc, de fácil mantenimiento, podrían reemplazar a las de iones de litio en aplicaciones de mayor escala. Las centrales eléctricas reversibles también desempeñan un papel similar al de las baterías al usar energías renovables baratas para bombear agua de día y liberarla para generar electricidad de noche.
Próximamente en un planeta cerca de usted
El crecimiento de las celdas fotovoltaicas baratas según la demanda en el mercado, señala el camino hacia un futuro en el que el clima se salvará sin el combustible fósil. Cambiar hacia la energía solar no requiere grandes redes, y combinada con tecnologías para obtener gas de la energía, las celdas fotovoltaicas baratas proporcionarán combustibles líquidos de bajo costo. Y el cambio de combustibles fósiles hacia celdas fotovoltaicas no tardará otros 50 años, como alguna vez lo predijo el experto Vaclav Smil. Puede ocurrir antes, digamos en unos 20 años.
Sobre el autor
Chris Goodall, empresario, consultor y autor británico, escribe y dicta conferencias sobre sostenibilidad y energía verde. En el 2010 fue candidato del Partido Verde del Reino Unido. Sus otros libros incluyen el muy influyente How to Live a Low-Carbon Life, ganador del premio Clarion.