PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS

En 1959, Estados Unidos lanzó el Explorer 6. Llevaba instalados una serie de módulos solares soportado en un dispositivo parecido a unas alas, formado por 9.600 células solares de la empresa Hoffman. Este

tipo de dispositivos se convirtió posteriormente en una característica común de muchos satélites. Había cierto escepticismo inicial sobre el

funcionamiento del sistema, pero en la práctica las células solares demostraron ser un gran éxito, y pronto se incorporaron al diseño de

nuevos satélites.

Pocos años después, en 1962, el Telstar se convirtió en el primer

satélite de comunicaciones equipado con células solares, capaces de proporcionar una potencia de 14 W.31 Este hito generó un gran interés en la producción y lanzamiento de satélites geoestacionarios para el

desarrollo de las comunicaciones, en los que la energía provendría de un dispositivo de captación de la luz solar. Fue un desarrollo crucial

que estimuló la investigación por parte de algunos gobiernos y que impulsó la mejora de los paneles fotovoltaicos.32

Gradualmente, la industria espacial se decantó por el uso de células solares de arseniuro de galio (GaAs), debido a su mayor eficiencia

frente a las células de silicio. En 1970 la primera célula solar con heteroestructura de arseniuro de galio y altamente eficiente se

desarrolló en la extinta Unión Soviética por Zhorés Alfiórov y su equipo de investigación.

A partir de 1971, las estaciones espaciales soviéticas del programa Salyut fueron los primeros complejos orbitales tripulados en obtener su energía a partir de células solares, acopladas en estructuras a los

laterales del módulo orbital, al igual que la estación norteamericana Skylab, pocos años después.

En la década de 1970, tras la primera crisis del petróleo, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la NASA (agencia

espacial de este mismo país) iniciaron el estudio del concepto de energía solar en el espacio, que ambicionaba el abastecimiento

energético terrestre mediante satélites espaciales. En 1979

propusieron una flota de satélites en órbita geoestacionaria, cada uno

de los cuales mediría 5 x 10 km y produciría entre 5 y 10 GW. La construcción implicaba la creación de una gran factoría espacial donde trabajarían continuamente cientos de astronautas. Este gigantismo era

típico de una época en la que se proyectaba la creación de grandes ciudades espaciales. Dejando aparte las dificultades técnicas, la

propuesta fue desechada en 1981 por implicar un coste disparatado. A mediados de los años 80, con el petróleo de nuevo en precios bajos, el programa fue cancelado.

Ilustración de la sonda Mars Reconnaissance Orbiter, equipada con paneles solares fotovoltaicos en la órbita de Marte.

Imagen artística de la sonda espacial Juno, equipada con módulos

fotovoltaicos, orbitando el planeta Júpiter.

No obstante, las aplicaciones fotovoltaicas en los satélites espaciales

continuaron su desarrollo. La producción de equipos de deposición

química de metales por vapores orgánicos o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), no se desarrolló hasta la década de 1980, limitando la capacidad de las compañías en la manufactura de células solares de arseniuro de galio. La primera compañía que manufacturó

paneles solares en cantidades industriales, a partir de uniones simples de GaAs, con una eficiencia de AM0 (Air Mass Zero) del 17% fue la

norteamericana ASEC (Applied Solar Energy Corporation). Las células de doble unión comenzaron su producción en cantidades industriales por ASEC en 1989, de manera accidental, como consecuencia de un

cambio del GaAs sobre los sustratos de GaAs, a GaAs sobre sustratos de germanio.

La tecnología fotovoltaica, si bien no es la única que se utiliza, sigue predominando actualmente en los satélites de órbita terrestre. Por

ejemplo, las sondas Magallanes, Mars Global Surveyor y Mars Observer, de la NASA, usaron paneles fotovoltaicos, así como el

Telescopio espacial Hubble,44 en órbita alrededor de la Tierra. La Estación Espacial Internacional, también en órbita terrestre, está

dotada de grandes sistemas fotovoltaicos que alimentan todo el complejo espacial, al igual que en su día la estación espacial Mir. Otros vehículos espaciales que utilizan la energía fotovoltaica para

abastecerse son la sonda Mars Reconnaissance Orbiter, y Spirit y Opportunity, los robots de la NASA en Marte.

La nave Rosetta, lanzada en 2004 en órbita hacia un cometa tan lejano del Sol como el planeta Júpiter (5,25 AU), dispone también de paneles

solares; anteriormente el uso más lejano de la energía solar espacial había sido el de la sonda Stardust, a 2 AU. La energía fotovoltaica se

ha empleado también con éxito en la misión europea no tripulada a la Luna, SMART-1, proporcionando energía a su propulsor de efecto Hall. La sonda espacial Juno será la primera misión a Júpiter en usar

paneles fotovoltaicos en lugar de un generador termoeléctrico de radioisótopos, tradicionalmente usados en las misiones espaciales al

exterior del Sistema Solar. Actualmente se está estudiando el potencial de la fotovoltaica para equipar las naves espaciales que orbiten más allá de Júpiter.

Primeras aplicaciones terrestres

Parquímetro abastecido mediante energía solar fotovoltaica, en

Hannover, Alemania.

Vehículo eléctrico propulsado mediante energía fotovoltaica, vencedor

del South African Solar Challenge.

Desde su aparición en la industria aeroespacial, donde se ha

convertido en el medio más fiable para suministrar energía eléctrica en los vehículos espaciales,56 la energía solar fotovoltaica ha desarrollado

un gran número de aplicaciones terrestres. La primera instalación

comercial de este tipo se realizó en 1966, en el faro de la isla Ogami

(Japón), permitiendo sustituir el uso de gas de antorcha por una fuente eléctrica renovable y autosuficiente. Se trató del primer faro del mundo alimentado mediante energía solar fotovoltaica, y fue crucial

para demostrar la viabilidad y el potencial de esta fuente de energía.

Aplicaciones actuales de la energía solar fotovoltaica

La producción industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos

comenzó en la década de los 80, y actualmente entre sus múltiples usos se pueden destacar:

Centrales conectadas a red para suministro eléctrico. Sistemas de autoconsumo fotovoltaico.

Electrificación de pueblos en áreas remotas (electrificación rural). Suministro eléctrico de instalaciones médicas en áreas rurales.

Corriente eléctrica para viviendas aisladas de la red eléctrica. Sistemas de comunicaciones de emergencia. Estaciones repetidoras de microondas y de radio.

Sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del agua.

Faros, boyas y balizas de navegación marítima. Bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y

abrevaderos para el ganado.

Balizamiento para protección aeronáutica. Sistemas de protección catódica.

Sistemas de desalinización. Vehículos de recreo. Señalización ferroviaria.

Sistemas de carga para los acumuladores de barcos. Postes de SOS (Teléfonos de emergencia en carretera).60

Parquímetros. Recarga de vehículos eléctricos.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como señalización de vías públicas, estaciones

meteorológicas o repetidores de comunicaciones, las placas fotovoltaicas se emplean como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en

cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial

todavía no tiene acceso a la energía eléctrica.