Energía fotovoltaica, ¿cómo funciona?

La irrupción de las renovables ha ido de la mano del aprovechamiento del sol, pero ¿cómo funciona la energía fotovoltaica y cómo llega a tu hogar?

El sol, esa bola incandescente que ocupa nuestro cielo y sobre el que han girado, giran y girarán (de manera literaria y literal) la práctica totalidad de las culturas humanas que han existido. Una veneración cultural y religiosa que, lejos de ser desterrada por una cada vez menos mística humanidad, se torna en aprovechamiento científico a través de la energía. Y es que, este astro de 4.603 millones de años –apenas un adulto en comparación con la edad de otras estrellas- resulta vital para la vida en la tierra (no creemos que a estas alturas sea necesario explicar por qué) pero también para la producción de una energía limpia, sostenible e inagotable: la fotovoltaica. Así, en apenas unas décadas, hemos dejado de vivir de espaldas al sol –desde el punto de vista energético- a vivir toda una fiebre fotovoltaica en la que empezamos a aprovechar el potencial de nuestro astro rey para generar electricidad. Pero, ¿alguna vez te has preguntado cómo funciona la energía solar fotovoltaica? Pues hoy te vamos a iluminar con ello; échate bronceador, que comenzamos.

Quizá lo primero y más necesario sea aclarar qué es la energía solar fotovoltaica. Este tipo de energía es aquel que obtenemos gracias a convertir la irradiación del sol en electricidad gracias al llamado efecto fotoeléctrico; que básicamente consiste en la emisión de electrones (que después serán electricidad) como efecto de incidir una radiación electromagnética sobre un material, en este caso las células fotovoltaicas situadas sobre la superficie de las placas fotovoltaicas indiferentemente de su tamaño y tecnología. Estas cuentan, a su vez, con una serie de capas de material semiconductor de la electricidad, ya sea de silicio u otros materiales, recubiertas por una lámina vidriosa que permite el paso de la radiación solar y minimiza la pérdida de la energía, aunque actualmente la máxima eficiencia es del 20% en las instalaciones más punteras. De esta manera, los rayos del sol que permanecen en el interior quedan «atrapados» dentro de la placa fotovoltaica gracias a generar estos un campo electricidad que discurre a través de un circuito eléctrico que se traslada a través de la instalación eléctrica.

Ya tenemos a nuestros queridos rayos solares, cuya intensidad determinará -dentro de los límites de capacidad de nuestra instalación- la potencia que seremos capaces de generar, atrapados en nuestro circuito eléctrico gracias a la «magia» de la ciencia. Ahora es turno de hacer que estos se conviertan en energía eléctrica real que podamos utilizar.

Pues bien, a medida que los fotones «atrapados» van liberando los electrones, estos van generando más y más electricidad a través del circuito de la placa fotovoltaica, que no puede aprovechar todos los electrones generados y los reconduce de nuevo al llamado panel negativo para que estos vuelvan a entrar más adelante en el proceso. Así, este proceso cíclico permite la producción de lo que conocemos como corriente continua, que se almacena en baterías para ser posteriormente convertida en corriente alterna (la que consumimos en casa) gracias a la labor del segundo gran protagonista de nuestra explicación: los inversores de voltaje.

¿Cómo funciona la energía fotovoltaica?

Estos inversores resultan clave, ya que sin ellos nos sería imposible aprovechar la energía solar fotovoltaica. Así, la labor de estos dispositivos iguala la corriente de la energía a la que podemos encontrar en cualquier enchufe de una vivienda gracias a la transición de DC a AC. La explicación de esta necesidad de inversión de la corriente es que la corriente continua, como su propio nombre indica, ofrece un flujo regular que transcurre de manera monodireccional, mientras que la alterna funciona gracias a una potencia y dirección que cambia constantemente con diferentes intervalos que forman picos y valles de potencia. De esta manera, los inversores cambian la dirección de la corriente continua de manera constante a alterna; así podemos aprovecharla para nuestro uso doméstico, ya que resulta mucho más sencillo adaptar el voltaje específico de nuestros electrodomésticos en corriente alterna.

Energía solar y su contribución global

Pues bien, es en este momento donde, para seguir con la explicación, tenemos que detenernos en qué tipos de instalaciones fotovoltaicas existen. Básicamente, podemos dividirlas en dos grandes grupos:

Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica
Instalaciones fotovoltaicas no conectadas a la red eléctrica

Veamos las diferencias de funcionamiento y qué otros elementos entran en funcionamiento para garantizar su uso.

Instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica

Este tipo de instalaciones, sean de autoconsumo (las que instalamos en nuestra vivienda particular para abastecernos de energía «gratuita») o una central (una gran instalación que genera energía solar fotovoltaica y la distribuye a diferentes consumidores), se encuentran interconectadas con la gran red eléctrica; permitiendo a esta nutrirse de sus excedentes (en el caso de autoconsumo) y de la producción (en el caso de las centrales).

Instalaciones solares fotovoltaicas no conectadas a la red eléctrica

Esta segunda clasificación es la menos común, pero muy presente en mundos como el agrícola, así como en lugares remotos o de difícil acceso. Básicamente se trata de instalaciones que operan en lo que se conoce como «islas energéticas» para satisfacer la demanda de energía de instalaciones autónomas. Así, este tipo de instalaciones fotovoltaicas, mucho más simples en cuanto a funcionamiento ya que no requieren de mayor aparamenta al no estar conectadas a la gran red eléctrica, pueden hacer las veces de generadoras de energía eléctrica para la iluminación del alumbrado, para los sistemas de riego de plantaciones o como apoyo a otros sistemas de generación como pueden ser los generadores diésel.

Para ello, y volviendo al punto en el que la energía ya ha pasado por la placa solar y se encuentra a buen recaudo en nuestra batería, estas instalaciones requieren de otro elemento extra que las diferencia en cuanto a funcionamiento: los reguladores. Este elemento básicamente funciona como un sistema de protección para la batería ante sobrecargas eléctrica o posibles usos ineficientes o irresponsables de la energía acumulada. De esta manera, las baterías, bien protegidas, vuelcan la energía sobre la red eléctrica autónoma (cableado e instalación doméstica/agrícola/industrial) y esta hace uso de ella. Así de fácil.

La energía fotovoltaica: sostenible y barata

Hasta hace bien poco el debate sobre la energía fotovoltaica, al igual que con otras fuentes de generación renovable, era de calado. Y es que las nubes que amenazaban con cubrir el soleado «cielo fotovoltaico» no eran otras que dudas sobre su propia viabilidad como fuente de energía. Como toda tecnología, la fotovoltaica pagó el peaje de un sobrecoste en su fase inicial que, tras varios años en los que ha demostrado su versatilidad, ha logrado solventar gracias a una maduración tecnológica y a un descenso sostenido en los precios de instalación.

Así, apenas hace dos años ocurrió todo un hito en la historia de la energía solar fotovoltaica cuando la Agencia Internacional de la Energía (AIE) publicó el informe anual 2020 sobre la energía (World Energy Outlook) donde dictaminó que la energía solar es no solo competitiva y eficiente, sino que «la electricidad más barata de la historia»; ahí es nada. La clave de esto es el costo de capital para los proyectos de energía solar, que permite producir energía solar a un precio inferior a los 20$ por megavatio hora y que, por este motivo, se convierte en uno de los motivos por los que las entidades de financiación miran con buenos ojos la disposición de capital para el impulso de nuevos proyectos solares dada su alta rentabilidad.

Hoy por hoy la capacidad de generación de energía fotovoltaica ha alcanzado la barrera psicológica de los 1.000 GW gracias a la contribución de un excelente curso 2021 en el que se añadieron 168 GW de capacidad a la red eléctrica mundial. Así lo atestigua el informe Global Market Outlook for Solar Power de SolarPower Europe , que marca además que este es el noveno año consecutivo en el que la industria fotovoltaica bate su récord anual de instalación. Una tendencia que se espera repetir durante el presente 2022, en el que las previsiones apuntan a una instalación de energía solar que superará, por primera vez, los 200 GW.