Paneles para colectar energía solar desde el espacio

Esta es una idea que tomó forma a mediados de los años 80. Una forma de producir energía solar es convertir la luz del Sol en energía eléctrica mediante el uso de celdas fotovoltaicas, o "celdas solares". Una celda solar es un sándwich de varios materiales semiconductores. Un semiconductor es un material que no conduce tan bien como un metal pero mejor que un aislador. En estos materiales los electrones están agarrados a sus átomos pero si usted provee la suficiente energía puede "patear" estos electrones y hacerlos disponibles para conducir electricidad. Esto quiere decir que el material tiene un "gap", o abismo de energía entre el estado que no conduce electricidad y el que conduce. Si llega luz de esa energía los electrones la absorben y usan esa energía para salir de sus átomos.

En una celda solar los científicos diseñan los materiales semiconductores para variar la posición y tamaño de ese "gap" o región de luz que saca electrones en el material. Así pueden capturar más frecuencias de luz y ajustar el desempeño de la celda solar para hacerla más eficiente. Se crean secciones con impurezas que produzcan más electrones de lo normal. A estas se le llaman las secciones-n (por tener preferencias por las cargas negativas). En otras secciones las impurezas son iones positivos que atrapan electrones conductores. Estas son las secciones-p (adivinen porqué).

En la interface o unión entre las dos regiones ocurre la conversión de luz a corriente eléctrica. Porque cuando se absorbe la luz se crea un electrón libre negativo y un ión fijo positivo, Pero el ión positivo atrae a un electrón, que al irse deja un "hueco" positivo en otro ión. Esto hace que haya un movimiento neto de una carga positiva dentro del material. Como en la interface entre una sección-n y una sección-p hay diferentes preferencias por uno y otro tipo de portadores de carga se crea un voltaje eléctrico entre las dos regiones. Así que cuando la luz crea un par de un electrón y un "hueco" estos se mueven en direcciones diferentes creando una corriente eléctrica. Y la energía para esa corriente vino de la luz del Sol.

Las celdas solares fotovoltaicas son una fuente de energía limpia y segura. No necesitan combustibles y no producen contaminantes ni desperdicios ningunos. El único problema es que son muy caras de fabricar, y además no muy eficientes. Solo convierten un 8-10% de la energía del Sol en electricidad. Además, como debe ser obvio, solo funcionan de día y si hace mucho Sol. Si usted quiere electricidad por la noche deberá guardar el excedente en baterías. Esto hace que no sea una alternativa competitiva en términos económicos excepto para casos de casas pequeñas aisladas de pueblos o ciudades grandes, o para ciertos proyectos especiales. Para producir energía para una ciudad pequeña habría que tener fincas de varios kilómetros cuadrados de paneles solares fotovoltaicos, y el costo por kilowatt/hora sería cientos de veces el que se paga por generar la misma electricidad con petróleo o gas natural.

Aunque hay mucha investigación actualmente para bajar los costos y aumentar la eficiencia de conversión de las celdas solares, hace algunos años a alguien se le ocurrió una solución más obvia. ¿PORQUÉ NO PONERLAS EN ÓRBITA? Allí funcionarían las 24 horas del día los 365 días del año si se escoge la órbita geoestacionaria correcta. Y se pudieran hacer tan grandes como uno quiera sin usar grandes lotes de bienes raíces y sin los costos que montar un gran edificio en la gravedad de la Tierra conllevaría. Pero, ¿y cómo mandar la energía eléctrica que produzca un set de paneles solares orbitales para abajo en la Tierra? (Pues allá arriba no nos sirve de mucho.) Una opción es convertirla en radiación electromagnética enfocada y mandar un rayo de energía condensada a la superficie terrestre. No queremos luz visible pues la ineficiencia de la doble conversión nos mataría económicamente. La manera más eficiente es convertirla en microondas (como las de los hornos modernos) y mandar un gigantesco rayo de puras microondas hacia abajo. Claro, hay que tener mucho cuidado pues no debe haber nada vivo por donde pase el rayo o quedaría bien cocinado instantáneamente.

La idea en los 80 quedó en nada porque las celdas solares eran muy ineficientes y difíciles de construir en masa automáticamente como para hacer una gigantesca fábrica automatizada en órbita. El costo y las dificultades de construcción y control serían tan grandes que no podría producir energía a gran escala a un costo competitivo. Pero de allá para acá las celdas solares han mejorado mucho su eficiencia y facilidad de construcción, y la tecnología de lanzamiento y automatización ha mejorado por varios órdenes de magnitud. Así que encontré esta nota en Internet donde varios ingenieros de NASA han redescubierto la idea. Estiman que si se desarrolla un gigantesco satélite de unas 3,000 toneladas (unas diez veces más pesado que la Estación Espacial Internacional que se está construyendo ahora en órbita) requeriría como 120 vuelos del Space Shuttle mejorado de la próxima generación. Y con la cantidad de energía continua que podría producir se recuperaría el costo de lanzamiento y ensamblaje en poco más de un año.

Esto parece ser otra opción para tener un buen nivel de vida tecnológico sin contaminación ni contribuir al calentamiento global, y con energía limpia y abundante que una mejor ciencia nos puede proveer en el futuro cercano. Y además tendremos el horno de microondas más grande del planeta. Que tremendos son estos científicos, ¿no?

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