Las energías renovables se presentan como la solución efectiva a muchas de las problemáticas ambientales, tales como: el cambio climático, la contaminación atmosférica, los residuos radiactivos y las lluvias ácidas.
La totalidad de las energías renovables derivan directa o indirectamente de la energía solar. Directamente en el caso de la luz y el calor producidos por la radiación solar, e indirectamente en el caso de las energías eólica, hidráulica, mareas, olas y biomasa, entre otras. A lo largo de la historia y hasta bien entrado el siglo XIX, las energías renovables, han cubierto la totalidad de las necesidades energéticas del hombre. (Sólo en los últimos cien años han sido superadas, por el empleo del carbón primero y a partir de 1950 por el petróleo y en menor medida por el gas natural.)
El sol como fuente
La energía solar que absorbe la Tierra en un año es equivalente a 20 veces la energía almacenada en todas las reservas de combustibles fósiles en el mundo y diez mil veces superior al consumo actual. La única fuente de materia orgánica y de energía vital de la Tierra es el sol, y aunque a veces pase desapercibido, ya hoy estamos utilizando masivamente la energía solar, en forma de alimentos, leña o energía hidroeléctrica. Los mismos combustibles fósiles, cuya quema está en el origen del deterioro ambiental, no son otra cosa que energía solar almacenada a lo largo de millones de años.
La fotosíntesis es el empleo más importante de la energía solar actualmente, y la única fuente de materia orgánica, es decir, de alimentos y biomasa. Aunque todas las fuentes energéticas, salvo la geotermia y la nuclear, proceden del sol, en la acepción actual el término solar tiene un significado restringido al empleo directo de la energía del sol, ya sea en forma de calor o de luz.
La radiación
Existen dos tipos de radiación: la radiación directa es la recibida del sol cuando el cielo está despejado, y la radiación difusa la que resulta de reflejarse en la atmósfera y las nubes. Algunos equipos utilizan ambas, y otros sólo la directa. El aprovechamiento de la energía solar puede ser indirecto, a través del viento (eólica) y la evaporación del agua (hidráulica), entre otras formas, o directo, mediante la captación térmica activa o pasiva y merced a la captación fotónica.
Un poco de historia: Desde la antigua Grecia hasta la actualidad
El uso pasivo de la energía solar se inició en un pasado muy lejano. En la antigua Grecia, Sócrates señaló que la casa ideal debería ser fresca en verano y cálida en invierno, explicando que “en las casas orientadas al sur, el sol penetra por el pórtico en invierno, mientras que en verano el arco solar descrito se eleva sobre nuestras cabezas y por encima del tejado, de manera que hay sombra”.
En la época de los romanos, la garantía de los derechos al sol quedó incorporada en la ley romana, y así, el Código de Justiniano, recogiendo códigos anteriores, señalaba que “si un objeto está colocado en manera de ocultar el sol a un heliocaminus, debe afirmarse que tal objeto crea sombra en un lugar donde la luz solar constituye una absoluta necesidad. Esto es así en violación del derecho del heliocaminus al sol”.
Arquímedes, 212 años antes de Cristo, según la leyenda, utilizó espejos incendiarios para destruir los barcos romanos que sitiaban Siracusa.
Roger Bacon, en el siglo trece, propuso al Papa Clemente IV el empleo de espejos solares en las Cruzadas, puesyo que “este espejo quemaría ferozmente cualquier cosa sobre la que se enfocara. Debemos pensar que el Anticristo utilizará estos espejos para incendiar ciudades, campos y armas”.
En 1839, el científico francés Edmund Becquerel descubre el efecto fotovoltaico y en 1954 la Bell Telephone desarrolla las primeras células fotovoltaicas, aplicadas posteriormente por la NASA a los satélites espaciales Vanguard y Skylab, entre otros.
La llamada arquitectura bioclimática, herededa del saber de la arquitectura popular, es la adaptación de la edificación al clima local, reduciendo considerablemente el gasto en calefacción y refrigeración, respecto a la actual edificación. Es posible conseguir, con un consumo mínimo, edificios confortables y con oscilaciones de temperatura muy pequeñas a lo largo del año, aunque en el exterior las variaciones climáticas sean muy acusadas. El diseño, la orientación, el espesor de los muros, el tamaño de las ventanas, los materiales de construcción empleados y el tipo de acristalamiento, son algunos de los elementos de la arquitectura solar pasiva, heredera de la mejor tradición arquitectónica.
El uso de la energía solar en la edificación presupone la desaparición de una única tipología constructiva, utilizada hoy desde las latitudes frías del norte de Europa hasta el Ecuador. Si la vivienda no se construye adaptada al clima, calentarla o refrigerarla siempre será un grave problema que costará grandes cantidades de energía y dinero.
El efecto fotovoltaico y las células solares.
La producción de electricidad a partir de celdas fotovoltaicas es aún hoy más cara que la obtenida en centrales de carbón, pero hace tan sólo dos décadas era veinte veces más. En 1960 el coste de instalar un solo vatio de células fotovoltaicas, excluyendo las baterías, transformadores y otros equipos auxiliares, ascendía a 2.000 dólares; en 1975 era ya sólo 30 dólares y en 2004 va de 2,62 dólares a 4,25, dependiendo de la cantidad y el tipo de instalación. Si en 1975 el kWh costaba más de 7 euros. El precio actual permite que el empleo de células fotovoltaicas para producir electricidad en lugares alejados de las redes de distribución, ya compita con las alternativas existentes, como generadores eléctricos a partir del petróleo.
El efecto fotovoltaico, descubierto por Becquerel en 1839, consiste en la generación de una fuerza electromotriz en un dispositivo semiconductor, debido a la absorción de la radiación luminosa. Las células fotovoltaicas convierten la energía luminosa del sol en energía eléctrica.Este tipo de energía es usada principalmente para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución. La fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años, por lo cual también es utilizada para alimentar innumerables aplicaciones y aparatos autónomos.