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Energía

La electricidad del Sol

Brasil empieza a emplear más ampliamente los paneles solares

ISMAR INGBERG / MPXEn Tauá, estado de Ceará, la primera central solar brasileña de gran porteISMAR INGBERG / MPX

La energía solar tiene actualmente una participación de menos del 0,01% en la matriz energética brasileña, pero las expectativas apuntan un fuerte crecimiento durante los próximos años. El sector se está estructurando en el país y los precios de los equipos a nivel global han comenzado a caer, en la estela de la aumento de la producción mundial. Entre 2009 y 2010, la industrialización de los sistemas de energía solar, o fotovoltaicos, creció un 118%, con lo que se llegó a un total producido de 27,2 gigavatios (GW) de potencia, de acuerdo con la revista Photon International. Esa cifra equivale a la potencia instalada de casi dos centrales de Itaipú. Aun con los niveles recientes de crecimiento, que superan el 40% anual desde 2004, la presencia de este tipo de fuente energética no llega al 1% en todo el planeta. La expansión mundial, que asciende al 50%, a remolque de la producción de China del año pasado, trae aparejadas muchas preguntas.

Uno de los obstáculos que afrontan Brasil y otros países a la hora de aumentar la participación de este tipo de energía en sus matrices es el alto precio de los paneles solares y los otros equipos. La falta de dominio de la tecnología y también de fábricas surge como responsable de la dificultad para avanzar en lo que hace a la energía solar en el país. Pero lo prometedor llega de la mano de una nueva tecnología destinada al montaje de placas fotovoltaicas desarrollada por investigadores del Núcleo de Tecnología en Energía Solar (NT-Solar) de la Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul (PUC-RS), bajo la coordinación del profesor Adriano Moehlecke y de la profesora Izete Zanesco.

Con base en un tratamiento efectuado en láminas importadas de silicio purificado, los investigadores lograron una mayor eficacia en la conversión de la radiación solar en electricidad. La tecnología fue puesta a prueba con la fabricación de más de 12 mil células solares en una planta piloto y con el montaje de 200 módulos fotovoltaicos, dice Moehlecke, coordinador del NT-Solar. En la minifábrica se elaboraron células con hasta un 15,4% de eficiencia energética, porcentaje que indica la cantidad de radiación solar que el aparato aprovecha, en tanto que el promedio mundial se ubica en un 14%. Uno de los elementos que marcan la diferencia de nuestra tecnología es que emplea materia prima de bajo costo, lo cual disminuye el precio final. Las células solares pueden elaborarse con distintos materiales, pero en la actualidad son de silicio el 90% de los paneles fabricados en el mundo.

Luego de comprobarse que la tecnología nacional es factible para su uso en gran escala, los esfuerzos se concentran ahora en el establecimiento de una industria en Brasil. Desde el final del año pasado, se está elaborando un plan de negocios con ese objetivo, dice Moehlecke. El desarrollo de la tecnología y del plan de negocios contó con el apoyo de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), de Eletrosul y de la Compañía Estadual de Distribución de Energía Eléctrica, una empresa de economía mixta de Rio Grande do Sul. Se espera que durante los próximos cinco meses haya alguna definición, lo que incluye un acuerdo con inversores para la construcción de esa industria.

El horizonte para nuevos productos innovadores en ese sector contempla también células solares sensibilizadas con colorantes inorgánicos u orgánicos extraídos de frutas, flores y vegetales, como lo muestran investigaciones desarrolladas en la Universidad de São Paulo (USP) y  en la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). El grupo de la profesora Neyde Murakami Iha, del Laboratorio de Fotoquímica y  Conversión de Energía de la USP, se aboca al desarrollo de sistemas de almacenamiento y conversión de energía solar que llevan en su composición extractos de asaí, jaboticaba y mora, frutos con pigmentos antioxidantes llamados antiocianinas. Todo el concepto de montaje de estos sistemas es distinto porque no se trata de un semiconductor que absorbe luz, como el silicio, sino de un colorante que evita la degradación de los semiconductores, dice Neyde. La ventaja de este sistema es que el procesamiento es barato y no requiere salas especiales de fabricación. Pero la eficiencia de etsas células se ubica más o menos en el 8%, muy por debajo de los paneles actuales, que llegan hasta el 15%.

Esta línea de investigación cobró impulso en 1988, cuando el profesor Michael Gräetzel, de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne, Suiza, creó una célula que, en lugar de tener una sola capa de dióxido de titanio, estaba compuesta por pequeñas partículas del óxido metálico de alrededor de 20 nanómetros de diámetro, cubiertas por una capa de pigmento, lo que aumentó la absorción de la luz solar. Desde entonces, diversos grupos se han abocado a transformar esta invención en un producto, como es el caso de Bell Labs, de Estados Unidos, y también el de instituciones europeas y  japonesas. La tecnología desarrollada en la USP se probó en células de demostración, con un financiamiento de 400 mil reales de Petrobras.

WERNER HENNIES/CORBIS/LATINSTOCKPaneles solares en el techo del aeropuerto de Münich, AlemaniaWERNER HENNIES/CORBIS/LATINSTOCK

En la Unicamp, el grupo de investigación coordinado por la profesora Ana Flávia Nogueira, del Instituto de Química, también trabaja con células solares orgánicas o plásticas en laboratorio, utilizando polímeros y otros materiales conductores. Otra línea de investigación del grupo, ya bastante avanzada, se aboca a las células de óxido de titanio sensibilizadas con colorantes inorgánicos. Para darle impulso y  continuidad a esa línea de investigación, ex integrantes del grupo crearon la empresa Tezca, instalada en el Polo de Alta Tecnología de Campinas, dice Ana Flávia. La propuesta consiste en producir en algunos años células solares flexibles para su aplicación en laptops y smartphones, además de señalizadores viales y  urbanos. El laboratorio desarrolla también un proyecto en asociación con la empresa Rede Energia, generadora y distribuidora de energía eléctrica, para el desarrollo de células solares de óxido de titanio sensibilizadas con colorantes químicos, para su aplicación en ventanas y fachadas de edificios, que cuenta con la colaboración del Centro de Tecnología de la Información Renato Archer, de Campinas. La empresa invirtió alrededor de 480 mil reales en el proyecto inicial.

Batería aislada
Uno de los principales problemas del universo fotovoltaico consiste en que aún no se ha hallado una manera eficiente y barata de convertir la energía fotovoltaica en energía química. Sería el mismo camino de la fotosíntesis al transformar los rayos solares en biomasa, que es la forma natural de almacenar energía química, que luego resulta en etanol, en el caso de la caña de azúcar. En la energía solar fotovoltaica aún no existe esa forma de almacenamiento para uso posterior, dice Cylon Gonçalves da Silva, físico de la Unicamp y director presidente de Ceitec, empresa de semiconductores vinculada al Ministerio de Ciencia y Tecnología, y  autor del libro De Sol a Sol, a energia do século XXI (editorial Oficina de Textos), enfocado en las energías renovables. Y es precisamente debido a la falta de medios de almacenamiento que la energía solar debe utilizarse a lo largo del día de manera constante. El uso de baterías para acumular electricidad solamente se justifica en áreas aisladas, en el campo, por ejemplo, ya que con ellas el sistema se vuelve mucho más caro.

Menos carentes de innovaciones y ya presentes en varios países, como Alemania, Portugal y España, las centrales o estancias solares están llegando a Brasil. Son paneles instalados uno al lado del otro, en áreas rurales o en lo alto de edificios, en los techos de estacionamientos o en áreas libres de aeropuertos, que producen energía destinada a alimentar la red de distribución de electricidad convencional. Dos empresas brasileñas, MPX y Eletrosul, tomaron la delantera y aportarán a la red la energía captada por miles de paneles solares. MPX, perteneciente al grupo del empresario Eike Batista, anunció la inauguración el día 3 de junio de un emprendimiento ubicado en la localidad de Tauá, a unos 350 kilómetros de Fortaleza, estado de Ceará, con potencia inicial de un megavatio (MW). Esa central cuenta con 4.680 paneles fotovoltaicos de la empresa japonesa Kyocera. MPX cuenta con la autorización de la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel) para expandir la capacidad de esa central hasta cinco MW. La energía generada se conectará al Sistema Interconectado Nacional y podrá abastecer a 1.500 viviendas de la región. En total, la empresa está invirtiendo alrededor de 10 millones de reales, a los que se suman 700 mil dólares del Banco Interamericano de Desarrollo (BID).

En Florianópolis, no en el edificio sede de Eletrosul y en los techos de los estacionamientos, en un área total de 8 mil metros cuadrados, se instalarán paneles fotovoltaicos para la generación de un megavatio de energía, lo suficiente para cubrir el consumo de 570 viviendas de la ciudad. Una agencia de fomento del gobierno alemán llamada GIZ, además de contribuir con la concepción del proyecto, obtuvo en el banco KfW un financiamiento por valor de 2,8 millones de euros destinado a hacer factible la instalación de la central, que cuenta también con el apoyo de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC). En junio se emitirá el pliego licitatorio para la elección de la empresa que suministrará los equipos y llevará a cabo la instalación, dice Jorge Alves, gerente del Departamento de Investigación y Desarrollo de Eletrosul. La empresa pretende a su vez suscribir asociaciones para la obtención de rutas eficientes de purificación y laminación de silicio. A tal fin, pretende invertir alrededor de 20 millones de reales. Pretendemos movilizar a los investigadores y capacitar a los laboratorios para desarrollar rutas eficientes y de bajo costo para la obtención de silicio purificado que pueda reproducirse a escala industrial, dice Alves.

064-069_energia solar_184-01La agenda brasileña de energía solar también prevé la posibilidad de instalación de paneles fotovoltaicos en los techos de los estadios que están siendo preparados para el Mundial 2014. Empresas tales como Cemig, de Minas Gerais, con el estadio Mineirão, y Light, de Río de Janeiro, con el Maracanã, estudian la instalación de paneles en las coberturas de esos estadios, como se hace en Alemania y en Suiza. El profesor Ricardo Rüther, de la UFSC, experto en energía fotovoltaica, propone también la instalación de paneles solares en los aeropuertos. Los aeropuertos son grandes áreas horizontales, libres de sombra y que servirían de vidriera para otros usos, haciendo las veces de objetos de marketing para la energía solar en el país, tal como sucede con varios aeropuertos de Alemania, en las ciudades de Munich y  Colonia, dice Rüther, quien lleva adelante un proyecto de investigación de paneles solares destinados a aeropuertos financiado por el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq). En 66 aeropuertos brasileños, con paneles solares instalados, sería posible contar con una potencia total de 300 MW, suficiente como para cubrir todo el consumo de energía eléctrica. Gran parte de la electricidad de esos ambientes se gasta durante el día con sistemas de aire acondicionado.

En un país tan bien contemplado por la luz solar, la tecnología fotovoltaica comienza a atraer interés porque el aprendizaje vinculado a su uso ha aumentado, los costos son decrecientes y la coyuntura mundial ha cambiado. Éstos son algunos de los resultados que se desprenden del workshop intitulado Innovación para el Establecimiento del Sector de Energía Solar Fotovoltaica en Brasil, organizado por el Núcleo Interdisciplinario de Planificación Energética (Nipe) de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), que se realizó en marzo de este año. Para el profesor Gilberto Jannuzzi, coordinador del Nipe, la energía solar ha crecido en el mundo porque China, que no fabricaba paneles fotovoltaicos hasta hace pocos años, ahora es un gran productor mundial, y países como Alemania, Portugal y España, que invertían mucho en energía solar, recortaron o modificaron con la crisis de 2008 los subsidios destinados a ese sector. Este escenario lleva a que Brasil entre definitivamente en la ruta de los fabricantes de equipos, dice Jannuzzi. Otro factor, según él, es que el precio de la electricidad está subiendo y los costos de la energía fotovoltaica están cayendo. Esto puede llevar a una paridad de tarifas dentro de cinco ó 10 años. De acuerdo con datos del profesor Roberto Zilles, del Instituto de Electrónica y Electrotécnica (IEE) de la USP, la tarifa de la energía fotovoltaica equivale a una vez y media la de la electricidad que cobra Eletropaulo en São Paulo, y es casi la misma en Belo Horizonte. Ese cálculo se efectúa teniendo en cuenta el tiempo de vida de 25 años de un panel, más los gastos de mantenimiento y el índice de incidencia solar del lugar (que cambia de acuerdo con el mes y la zona del país). El resultado es un valor que debe compararse con el valor de la energía que cobran las empresas distribuidoras.
En Brasil, el kilovatio (kW) instalado sale por alrededor de 8,5 mil reales. Para un consumo promedio de una casa con cuatro personas se requieren 2,5 kW, lo que eleva el valor a más de 20 mil reales. La elevación de la escala de producción, la aparición de nuevos materiales y la necesidad de generar mayores volúmenes de electricidad sin utilizar combustibles fósiles abren un amplio espacio para la energía solar. De acuerdo con un informe del Panel Intergubernamental sobre Cambios Climáticos (IPCC) de las Naciones Unidas, dado a conocer en mayo, el 80% de la energía producida en el mundo en 2050 deberá ser renovable para que se cumplan las metas de disminución de la emisión de dióxido de carbono (CO2), y la energía solar aparece como una de las más propicias a tal fin.

Ambiente natural
El investigador Enio Bueno Pereira, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), coordinador del Atlas brasileiro de energia solar, realizó simulaciones que demuestran de qué modo su uso contribuye para mitigar el efecto invernadero. En una de ellas, tomó como base el kilómetro cuadrado de la región nordeste, en donde el nivel de radiación solar es muy alto, con pocos días nublados. Al emplear paneles fotovoltaicos con eficiencia de tan sólo el 10%, dejaríamos de emitir 98.500 toneladas de CO2 por año en comparación con el uso del gas natural, dice Pereira. En comparación con el carbón, serían 216 mil toneladas menos en la atmósfera.

Aun con sus ventajas ambientales y el precio de los equipos a la baja, la energía fotovoltaica, para volverse más atractiva para los consumidores en Brasil, requiere de una reglamentación que a su vez vuelva factible la generación compartida, que es cuando una vivienda o un establecimiento industrial o comercial genera para consumo propio su electricidad con paneles solares, y le vende al sistema eléctrico el excedente producido. De este modo, el dueño del equipo podría generar esa energía cuando no está en casa, por ejemplo, y ganar algo por eso. En países como España, Portugal, Alemania y Estados Unidos, ya existe esa posibilidad. En Brasil, una reglamentación más amplia que permita la conexión de pequeños productores a la red de distribución de electricidad se encuentra en fase de elaboración en la Aneel.

Casa eficiente en Florianópolis: un experimento de la UFSC

RICARDO RüTTER / UFSCCasa eficiente en Florianópolis: un experimento de la UFSCRICARDO RüTTER / UFSC

Con el reembolso de la energía solar, se volverá más fácil, de acuerdo con el profesor Rüther, que el propietario de una residencia o de un establecimiento comercial meta la mano en el bolsillo para comprar e instalar un equipo en el techo de su casa o de su empresa. Para ello, debe estar seguro de que percibirá un valor por el excedente. A nivel mundial, el 95% de los sistemas fotovoltaicos se encuentran conectados a la red eléctrica de una ciudad o de una región. En el marco de un estudio llevado a cabo por el Centro de Gestión y Estudios Estratégicos (CGEE), vinculado al Ministerio de Ciencia y Tecnología, que se  presentó en 2010, intitulado La energía solar fotovoltaica en Brasil: aportes para la toma de decisiones, se apuntaron propuestas destinadas a que la energía solar gane nuevos adeptos en el país. Al oír a centenas de colaboradores, entre investigadores y ejecutivos de instituciones y de empresas, los autores Moehlecke, de la PUC-RS, Paulo Roberto Mei, de la Unicamp, Rüther, de la UFSC, y Zilles, de la USP sugirieron también la elaboración y el financiamiento de programas de Investigación, Desarrollo e Innovación (I, D & I) que hagan posibles mejoras de competitividad en la industria brasileña, además de incentivar la generación fotovoltaica distribuida y conectada a la red eléctrica.

Aun cuando cuenta las mayores reservas de cuarzo de buena calidad, esencial para la obtención del silicio ultrapuro, Brasil por ahora produce a escala industrial solamente silicio metalúrgico, con entre el 98% y el 99% de pureza, que se utiliza para la fabricación de aceros, aleaciones de aluminio y siliconas. Brasil debe fabricar silicio purificado, dice Mei. La principal razón para ello es su altísimo valor agregado. Mientras que el silicio metalúrgico se vende por un valor de entre 1 y  2 dólares el kilo, el purificado llega a valer más de 60 dólares el kilo en su forma cristalina, y 250 dólares el kilo en forma de láminas, empleadas en la fabricación de los paneles.

En la década de 1980, la empresa Heliodinâmica, de la localidad de Vargem Grande Paulista, del interior de São Paulo, fabricaba células solares para exportación. En 1986 respondía por casi el 6% de la producción mundial. No soportó la competencia internacional y bajó las persianas. En julio del año pasado, un equipo coordinado por el físico Bruno Topel, fundador y socio mayoritario de Heliodinâmica, selló una asociación con la empresa Tecnometal Solar, de Campinas, uno de los brazos del grupo  Tecnometal, de Minas Gerais, presente en varios segmentos de la industria de equipos, para el desarrollo y la implementación de un proyecto fotovoltaico brasileño. Durante la primera etapa se producirán placas con células de silicio importadas. Iniciamos un proyecto que redundará en la verticalización completa de la empresa en el plazo de un año, dice Topel.

Posibles buenas noticias para el futuro de la energía solar en el país surgen también en el Núcleo de Tecnología Solar de la PUC-RS. Allí, 20 investigadores se abocan a ocho proyectos de investigación y desarrollo. Uno de esos proyectos cuenta con la empresa DuPont como socia. Sellamos un acuerdo internacional con la empresa para el desarrollo de productos para el área fotovoltaica, dice Moehlecke. Du Pont anunció en enero de este año que realizará inversiones en Brasil destinadas a un proyecto piloto de investigación y desarrollo para la producción de láminas finas y  otros materiales que componen los paneles solares.

La expansión global de la energía solar llega no solamente a los techos, a las áreas descampadas o desérticas, sino también a sitios inundados, tales como lagos y  represas. Un ejemplo de ese avance sobre las aguas sucede en el estado de California, Estados Unidos, tal como lo mostró el periódico The New York Times del 19 de abril. Hay paneles solares flotantes anclados instalados en dos lagos de las ciudades de Napa y Sonora. Rodeados de viñedos, esos lagos, de menos de dos hectáreas cada uno, poseen 144 paneles en Sonora y 994 en Napa. SPG Solar, de California, una empresa que instaló las dos estancias solares acuáticas, y la australiana Sunengy y la israelí Solaris Synergy, de acuerdo con el diario,  apuestan fuerte a un mercado mundial de paneles solares sobre reservorios de agua, lagos de centrales hidroeléctricas y de minería. La novedad ha llamado la atención de posibles clientes de la India, Australia y Medio Oriente. En Brasil aún no existe un proyecto para lagos, pero el profesor Rüther, de la UFSC, ha realizado estudios sobre el aprovechamiento de la represa de Itaipú. Sería posible generar alrededor de 183 teravatios-hora por año (TWh), lo que representa el 40% de la energía consumida en Brasil, si el lago de 1.350 kilómetros cuadrados fuese cubierto con paneles solares, dice Rüther. En Itaipú, por ejemplo, si el lago fuese cubierto, habría una posibilidad de ahorrar la energía de la central hidroeléctrica durante el día, o sería posible remplazar, con la energía excedente, una parte de la operación de las centrales termoeléctricas que funcionan con gas natural.

eduardo cesarLas células orgánicas reemplazarán al silicio en el futuroeduardo cesar

Radiación caliente
La energía que viene del Sol es una radiación electromagnética. Se forma debido a reacciones termonucleares que ocurren en el interior del astro y se propagan hacia su superficie, y de allí hacia el espacio. Las temperaturas llegan a 6 mil grados Kelvin en la superficie del Sol. Los modelos de evolución solar nos muestran que el Sol seguirá produciendo esa radiación al menos durante centenas de millones de años, o más, dice el profesor Pierre Kaufmann, del Centro de Radioastronomía y  Astrofísica de la Universidad Presbiteriana Mackenzie. La radiación recorre una distancia de 150 millones de kilómetros hasta encontrarse con la atmósfera terrestre. En la atmósfera es atenuada y por eso la energía solar es más eficiente en áreas desérticas, donde predomina el tiempo despejado y seco, dice Kaufmann.

El investigador afirma también que las oscilaciones naturales de la actividad solar durante períodos de 11 a 14 años no tienen una influencia relevante en la energía solar. Las variaciones de la radiación que llega a la Tierra son de menos del 0,1%. Solamente en territorio brasileño, la radiación solar es responsable por un potencial teórico de 115 millones de teravatios/hora de capacidad de generación de electricidad por año. Son cálculos preliminares,  pero muestran el potencial astronómico, millares de veces superior a la demanda energética nacional, dice el investigador Enio Bueno Pereira, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe). Y eso ya descontadas las áreas de preservación, las habitadas, las inundadas y las de topografía montañosa.

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