Por: Alfonso Padilla Vivanco
En la antigua mitología mexica, Tonatiuh era el dios Sol. Los aztecas lo consideraban el líder del Tollan, la ciudad gobernada por Quetzalcóatl; también Tonatiuh era el líder supremo del cielo. Para las antiguas civilizaciones prehispánicas se vivía en la época del Quinto Sol. Creado este concepto en la antigua Teotihuacán porque se creía que era el Sol el que tomó relevo cuando el Cuarto Sol había sido expulsado del cielo. El pueblo mexica veneraba al Quinto Sol, porque éste los iluminó en su peregrinar hasta la gran Tenochtitlán, a partir de su salida de la mítica ciudad de Aztlán. Sin duda que los pueblos antiguos comprendieron la importancia que tenía en sus vidas la presencia de la luz solar. Por ello surgieron en las diferentes latitudes cosmogonías alrededor de los beneficios que tenía el Sol para sus actividades cotidianas y de sobrevivencia. El Sol era fuente de energía para diversas tareas y para la agricultura, como evidentemente, lo sigue siendo ahora. Un ejemplo de ello es la generación de energía eléctrica.
En la actualidad se puede generar energía eléctrica a través de diferentes tipos de fuentes, que de manera genérica son clasificadas como renovables y no renovables. La energía que es producida a través del primer tipo es aquella que proviene de fuentes naturales, la cual es inagotable; debido a la inmensa cantidad de energía que contienen éstas, además de que son siempre regenerables. Esta regeneración es por medios naturales. Un ejemplo de ello es la energía producida por la radiación Solar. A este tipo de fuentes también se les suele dar el nombre de energías verdes. Entendiendo que al producir energía el factor de contaminación al medio ambiente es nulo. Por otra parte, y debido a que en la discusión científico-tecnológica sobre la clasificación de las energías renovables aún existe controversia y esto podría ser algo complejo, consideremos solo aquellas fuentes de energía que aprovechan un fenómeno recurrente en la naturaleza y que se hace uso de cierta tecnología, con el fin de llevar a cabo un trabajo, producir calor o generar un flujo de electrones. Entre los muchos fenómenos recurrentes que se producen en la naturaleza, son de interés aquellos que tienen que ver con los siguientes elementos naturales: viento, agua y calor.
Como es hoy día bien conocido, existe una importante gama de aplicaciones tecnológicas para el aprovechamiento de los elementos naturales mencionados. Particularmente, centraremos la atención en la tecnología para la explotación de la radiación solar. Normalmente esta tecnología se ha clasificado en: 1) fototérmica, 2) fotovoltaica y 3) fotoquímica. Un proceso fototérmico es aquel que convierte en calor, mediante un dispositivo tecnológico, toda la energía solar recibida. La temperatura alcanzada por este tipo de procesos, comúnmente va de los 80 a los 100 grados centígrados. La aplicación más común son los colectores planos para generar agua caliente, con fines de uso doméstico o comercial, usados en casas-habitación, edificios, piscinas o incluso en procesos industriales. No obstante ello, al usar otro tipo de colectores, como los parabólicos, se puede llegar a obtener temperaturas desde 80 hasta los 250 grados centígrados. Con lo que se pueden fabricar estufas solares y otras tecnologías interesantes, como son los concentradores solares parabólicos con motor Stirling, este último es ubicado en el foco del espejo parabólico: https://www.youtube.com/watch?v=VdaJgLGnZEY
La tendencia tecnológica continuará en este sentido y más sistemas como el que existe en Sandia National Laboratories: Parabolic Dish Stirling Engine, seguirán siendo construidos: https://www.youtube.com/watch?v=AdCNnSdtU7U
En el segundo caso, el que se refiere a los procesos fotovoltaicos. La energía solar es transformada directamente en energía eléctrica, esto mediante el uso de materiales semiconductores. Se emplean paneles fotovoltaicos, los cuales tienen normalmente eficiencias del 8 al 15 por ciento. La energía eléctrica producida comúnmente se almacena en bancos de baterías para su posterior uso. Se suelen implementar sistemas eléctricos inversores, mediante dispositivos semiconductores para convertir la corriente eléctrica directa de la batería en corriente alterna y así ésta pueda ser aprovechada para usos domésticos. En el tercer caso, sobre los procesos fotoquímicos, la concentración de energía solar permite producir hidrógeno, con el cual se pueden implementar celdas de combustible, por ejemplo, para autos eléctricos. Para la producción de hidrógeno, los sistemas fotoquímicos hacen uso de reactores termoquímicos, los cuales trabajan a temperaturas por arriba de los 720 grados Celsius. El insumo utilizado en estos reactores es algún oxido metálico, como el oxido de Zinc (ZnO). Para llevar a cabo esta producción solar de hidrógeno se ha realizado investigación a través de un ciclo termoquímico de separación de agua basado en la composición ZnO/Zn. Esta tecnología está aún en proceso de investigación básica, y seguramente en los años venideros dará muy buenos resultados. La parte importante es que el proceso de producción de hidrógeno por este método solo se logra teniendo temperaturas que son alcanzadas en forma sostenible, mediante un concentrador solar, como el comentado en el párrafo anterior.
Gran parte del aprovechamiento de la energía solar actual y de los usos que con el tiempo vengan, depende siempre de la energía que nuestra estrella nos envíe. Por lo que ahora se sabe con certeza lo estable que es la cantidad de energía solar que llega a La Tierra.
Aunque fue hasta el año 1980 que los científicos pudieron medir el valor de la constante solar, esta constante se define como la cantidad de energía solar (Watts/m²) que incide perpendicularmente en la cima de la atmósfera a la distancia media de la Tierra al Sol. Su valor ronda en los 1,366 Watts sobre metro al cuadrado, teniendo una variación en las últimas 5 décadas de de 0.58 por arriba y por debajo de los 1,366. Esta variación se debe, a los movimientos que realiza La Tierra, en su traslación anual alrededor del Sol. Nuestro planeta cambia la distancia respecto a nuestra estrella desde los 147 (perihelio) hasta los 152 (afelio) millones de kilómetros, por lo que la radiación solar tiene un muy ligero cambio durante el año y sin duda también en el transcurso de varios años.
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
