La astrof¨ªsica de los paneles solares: ?c¨®mo funcionan el autoconsumo y los excedentes energ¨¦ticos?

En el mes de enero los paneles solares que puse hace cuatro meses en casa produjeron m¨¢s energ¨ªa de la que consum¨ª (repito, ?en enero!). Despu¨¦s de compensar lo que he cogido de la red, la compa?¨ªa el¨¦ctrica se ha quedado incluso, ?gratis!, con parte de la energ¨ªa que he producido.

Seg¨²n Plat¨®n ¡°el conocimiento sin justicia deber¨ªa llamarse astucia en lugar de sabidur¨ªa¡±, as¨ª que he aqu¨ª unas consideraciones astrof¨ªsicas (las de ingenier¨ªa de materiales o cuestiones medioambientales y de sostenibilidad las dejo para expertos), para delimitar el conocimiento acerca de lo que es o ser¨ªa justo, acerca de lo que implica de astucia y sobre lo que realmente ser¨ªa sabidur¨ªa en esto de los paneles solares.

Empiezo fuerte: la energ¨ªa nuclear (y la gravedad) es la base de la vida en la Tierra. Todo lo que conocemos en la faz de nuestro planeta obtiene su energ¨ªa vital, su fuente de alimentaci¨®n si hacemos un juego de palabras entre la ingenier¨ªa y la biolog¨ªa, directamente o por intermediarios, de la gran central de fusi¨®n nuclear que es el Sol. Del Sol nos llegan a la Tierra entre 1.361 y 1.362 vatios por metro cuadrado (los f¨ªsicos somos vagos y escribimos W/m?), lo que implica que el Sol es tremendamente estable (que me perdonen los de la serie Apag¨®n, que tampoco cuenta una gran mentira, la cosa puede pasar). Tambi¨¦n se infiere que si tuvi¨¦ramos un panel solar de un metro cuadrado (los que se ponen suelen tener 2-3 metros cuadrados) podr¨ªamos proporcionarle energ¨ªa simult¨¢neamente a 136 bombillas LED de 10 W (?mucha luz para una casa!), o a 5 frigor¨ªficos potentes, o a 9 televisiones, o a casi 2 lavadoras, o media cocina de inducci¨®n, o a una combinaci¨®n m¨¢s normal de todos esos aparatos. ?El Sol da un mont¨®n de energ¨ªa!

La cuesti¨®n es que todo el c¨¢lculo anterior est¨¢ mal por varias razones. Dejamos aparte eficiencia de los paneles solares (es decir, cu¨¢nta energ¨ªa que les llega del Sol son capaces de convertir en electricidad y cu¨¢nta se ¡°pierde¡±) y nos metemos en m¨¢s conceptos astrof¨ªsicos. Ya hemos dado uno: esos 1.361 W/m? es lo que se conoce como constante solar (deber¨ªamos a?adirle ¡°terrestre¡±, Urano tiene una constante solar 1.000 veces m¨¢s peque?a). Los 1.361 W/m?, que es una potencia por unidad de ¨¢rea, lo que se conoce como un flujo (si ya es dif¨ªcil entender la diferencia entre energ¨ªa y potencia, aqu¨ª va otro concepto f¨ªsico), es lo que se recibe del Sol fuera de nuestra atm¨®sfera. Pero nosotros estamos debajo de la atm¨®sfera, y esta no es completamente transparente.

La energ¨ªa nuclear (y la gravedad) es la base de la vida en la Tierra. Todo lo que conocemos en la faz de nuestro planeta se alimenta de la gran central de fusi¨®n nuclear que es el Sol

De hecho la atm¨®sfera es opaca, menos mal, para los rayos m¨¢s energ¨¦ticos del Sol, los gamma o ultravioletas. No es completamente transparente para los rayos azules, algo que explica por qu¨¦ el cielo es azul (nunca hemos hablado de eso en esta secci¨®n, ?pero es que hay tantos art¨ªculos sobre el tema!). Nuestra atm¨®sfera es bastante transparente, pero no completamente para la luz a la que estamos m¨¢s acostumbrados y que nos dan los colores del d¨ªa a d¨ªa, todos los del arco¨ªris. Luego se vuelve otra vez opaca en el infrarrojo medio, donde los rayos que nos llegan del cosmos sirven para calentar y excitar mol¨¦culas de agua y no nos llega nada a la superficie terrestre (lo que explica el porqu¨¦ mandamos el telescopio James Webb al espacio).

Finalmente, vuelve a ser transparente en las ondas radio. La atm¨®sfera es muy suya y deja pasar lo que quiere. Algo que ha esculpido nuestra existencia, no es balad¨ª. As¨ª que a los paneles solares que podemos poner en nuestras casas o edificios de trabajo les llega bastante menos energ¨ªa que la que implica la constante solar. Si el Sol estuviera en lo alto del cielo, en el c¨¦nit se dice, la atm¨®sfera t¨ªpicamente se comer¨ªa un 20-60% de la constante solar. El valor exacto var¨ªa en minutos u horas, depende de si estamos hablando de fotones azules o rojos, y de qu¨¦ hay en ese momento en la atm¨®sfera. De haber polvo, los fotones azules pueden desaparecer casi por completo, si hay nubes llegan bastantes menos fotones (?pero no 0!, porque hay luz del Sol en d¨ªas nublados es un buen tema para otro art¨ªculo).

La atm¨®sfera ha esculpido nuestra existencia, no es balad¨ª: opaca para los rayos m¨¢s energ¨¦ticos como los gamma o ultravioletas. No es transparente para rayos azules, lo que explica el cielo

Pero el Sol normalmente no est¨¢ en el c¨¦nit, eso solo pasa uno o dos d¨ªas al a?o en latitudes intertropicales, no en Espa?a. En la Espa?a peninsular y balear, que me perdonen mis amigos canarios, a lo m¨¢s alto que llega el Sol, justo en el solsticio de verano, es a una altura de casi 75 grados, la altura de los astros se mide en ¨¢ngulos desde el horizonte, estando el c¨¦nit a 90 grados. En el solsticio de invierno, sin embargo, el Sol solo sube hasta una altura de unos 25 grados.

?Y por qu¨¦ eso de la altura del Sol es importante? Imag¨ªnense en una piscina. Quieren llegar al fondo. Si bucean en vertical llegar¨¢n antes, recorren menos distancia. Pero si bucean en oblicuo tendr¨¢n que recorrer m¨¢s distancia para llegar al fondo y es m¨¢s f¨¢cil quedarse sin aire. Pues lo mismo les pasa a los fotones del Sol. Si el Sol est¨¢ en el c¨¦nit se dice que tienen que ¡°atravesar una atm¨®sfera¡± para llegar a la superficie. Si el Sol est¨¢ a 30? de altura, los fotones es como si atravesaran 2 atm¨®sferas enteras, y si est¨¢ a 45?, como 1,4 atm¨®sferas. Total, cuanto m¨¢s bajo el Sol, menos fotones nos llegan a la superficie, y adem¨¢s el problema no es lineal, el n¨²mero de fotones que la atm¨®sfera se come crece exponencialmente seg¨²n el Sol va bajando en altura. Este efecto es exactamente el que vemos en las curvas de insolaci¨®n de los paneles solares, para los que ya los teng¨¢is o hay¨¢is visto esas gr¨¢ficas de energ¨ªa producida estilo campana.

Como el Sol cada vez llega m¨¢s alto seg¨²n nos acercamos al solsticio de verano, el m¨¢ximo de producci¨®n de energ¨ªa cada vez ser¨¢ m¨¢s alto. El 21 de diciembre es cuando el Sol alcanza la altura m¨¢xima m¨¢s baja del a?o (en el hemisferio norte), 25? en Madrid. Ese d¨ªa no, que estaba nublado en Madrid, pero el 26, mis paneles produjeron 3 kW en el pico, a mediod¨ªa; mediod¨ªa astron¨®mico, definido en funci¨®n de esa altura m¨¢xima del Sol, ni mediod¨ªa de reloj ni el mediod¨ªa ese hereje que muchos usan para llamar a la hora de comer. Es la producci¨®n m¨¢s baja, los fotones del Sol deben atravesar el equivalente a 2,4 atm¨®sferas. El 17 de febrero vamos por 4 kW en el pico, el Sol lleg¨® a 37? de altura, equivalente a 1,7 atm¨®sferas. Cuando lleguemos al solsticio de verano, los fotones solo atravesar¨¢n 1,04 atm¨®sferas y deberemos llegar a 7 kW en el pico. Pero eso, si las condiciones de la atm¨®sfera son iguales, y no lo ser¨¢n, habr¨¢ quiz¨¢ m¨¢s polvo del Sahara, m¨¢s ozono, cuyos niveles suben en verano, menos part¨ªculas de contaminaci¨®n provenientes de calefacciones...

Una vez tratado el conocimiento, ?d¨®nde se queda la justicia y la astucia de la que habl¨¢bamos al principio? Justicia: ?por qu¨¦ la compensaci¨®n de excedentes, es decir, la energ¨ªa producida que no se usa y se inyecta en la red general, se paga por meses? No es lo mismo el invierno que el verano, deber¨ªa prorratearse en un a?o, la astrof¨ªsica del problema funciona as¨ª. ?No hubo ning¨²n astrof¨ªsico revisando la ley que rige el autoconsumo?; o alguien con sentido com¨²n, tampoco es tan desconocido el tema de cu¨¢ndo hace m¨¢s sol. Y la astucia: la respuesta a la anterior pregunta la involucra.

Me temo que hay muchos intereses en el tema, desde una nueva forma de producir energ¨ªa que acaba con modelos que han durado d¨¦cadas (acu¨¦rdense del ¡°impuesto al sol¡±), hasta esta nueva oportunidad de negocio con la que muchos est¨¢n ganando mucho dinero. Y querr¨¢n ganar m¨¢s. Ya hay mentes preclaras, que me recuerdan al millonario de Contact (Robert Zemeckis, 1997) o al de la corporaci¨®n Weyland-Yutani, hablando de alfombrar el Sahara de paneles solares.

Corolario: prefiero una forma sabia de producir energ¨ªa que aplicar nuestros conocimientos de manera injusta y astuta, habr¨¢ que estar atentos. Hasta aqu¨ª esta edici¨®n de Vac¨ªo c¨®smico, versi¨®n servicio p¨²blico con informaci¨®n ¨²til para el d¨ªa a d¨ªa.

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa; y Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

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