La vida existió durante millones de años antes del desarrollo de la electricidad. Todo gracias al gigantesco reactor de fusión nuclear situado en el centro de nuestro sistema solar, 'El Sol'. El Sol genera energía desde su núcleo, donde los átomos de hidrógeno se fusionan para crear un átomo de helio, produciendo enormes cantidades de energía en el proceso. Esta energía es esencial para la vida en la Tierra. Las plantas utilizan la luz solar para producir alimentos que son directa o indirectamente la fuente de alimento de todos los seres vivos; es responsable de las estaciones; su calor mantiene el agua en su forma líquida, fundamental para la existencia de la vida; La luz solar es una fuente esencial de vitamina D para el cuerpo humano y para muchos otros procesos de soporte vital que son coreografiados directa o indirectamente por el sol.

Figura 1: Una imagen representativa de la representación artística de Solar Roadway

Su energía también puede aprovecharse y convertirse en electricidad y calor. Paneles solares compuestos por conjuntos de 'células fotovoltaicas' (fotodiodos semiconductores) que funcionan según el principio del “efecto fotoeléctrico”. Este efecto produce el movimiento de los electrones cuando la luz incide sobre la célula. El movimiento de los electrones produce corriente dando lugar a una diferencia de potencial y, por tanto, a la electricidad. Luego están los concentradores solares que concentran una parte de la energía del sol en un área más pequeña mediante lentes o espejos. El calor obtenido de estos dispositivos se utiliza para calentar agua para producir vapor y accionar turbinas para generar electricidad.

Solar Roadways es una innovación de tendencia actual que se centra en reemplazar las carreteras ordinarias con paneles solares diseñados estructuralmente que puedan soportar el peso de los vehículos y otras condiciones ambientales. Consisten en células solares colocadas bajo un cristal templado. La energía recibida de estas vías puede alimentar semáforos, luces, señales y también viviendas locales. Si tiene éxito, todo el sistema de carreteras (si no la mayor parte) de un país podría transformarse en una planta de energía solar. También puede proporcionar una fuente de electricidad para cargar coches eléctricos en movimiento como ventaja adicional. Las carreteras solares pueden reducir las emisiones nocivas de un país en al menos un 50%, una cifra que no puede ignorarse dada la alarmante tasa de aumento del calentamiento global. SolaRoad en Krommanie, Países Bajos, es el primer carril bici con energía solar construido en el mundo, inaugurado en noviembre de 2014. En este artículo, analizaremos la economía de la energía solar y la tecnología utilizada en la construcción de caminos solares.

Figura 2: Imagen de la primera carretera alimentada por energía solar en Krommanie, Países Bajos , noviembre de 2014

1 Energía solar – Estadísticas

La Tierra recibe cada día una fracción de la energía del sol, lo que conocemos como energía solar. A pleno sol, la Tierra recibe 100 vatios de energía solar por metro cuadrado. Suponiendo aproximadamente 12 horas de luz solar por día durante los 365 días del año, la energía anual del sol es de aproximadamente 438 KW-hora por pie cuadrado. Hay 10.760.000 pies cuadrados por kilómetro cuadrado, lo que hace que la energía disponible sea de 4,7 teravatios-hora por kilómetro cuadrado al año. India cubre alrededor de 3.000.000 de kilómetros cuadrados. El consumo total de electricidad en la India para el año fiscal 2014-15 ronda los 850 TW-hora, lo que equivale a la energía solar que reciben tan solo 180 kilómetros cuadrados (aproximadamente dos veces y media el tamaño de Mumbai). De esto podemos estar de acuerdo en que el sol nos proporciona unas 15.000 veces más que el uso medio.

Entonces, ¿qué significan estos números? Muestra que el sol nos proporciona más energía de la que realmente necesitamos para sobrevivir sin el uso de combustibles fósiles no renovables. Pero ¿por qué el mundo no se ha aprovechado todavía de esto? La respuesta a esto está en la segunda ley de la termodinámica. En términos simples, no podemos convertir toda la energía que recibimos del sol en electricidad utilizable. La tecnología actual tiene una eficiencia limitada y no puede proporcionar mayores beneficios, lo que es un factor decisivo en la economía de un país. Sin embargo, es un objetivo global desarrollar recursos energéticos más limpios, lo que motiva a los países a unirse a la carrera solar, canalizando fondos hacia la investigación y el desarrollo para hacer de la energía solar una alternativa más viable.

Caminos solares

2 caminos solares

Figura 3: Imagen que muestra Solar Roadways Inc., una startup de Idaho, EE. UU.

Como se mencionó anteriormente, los caminos solares son paneles solares interconectados estructuralmente diseñados (que miden aproximadamente 12'x12' cada uno) que reemplazan los caminos asfaltados, estacionamientos y aceras convencionales. Estos pueden alimentar pequeñas empresas, hogares, señales de tráfico, carreteras inteligentes y también actuar como portadores de señales de datos (Internet de alta velocidad, televisión por cable y teléfono). Esta tecnología podría reemplazar las actualmente deterioradas redes eléctricas del país. Las carreteras solares proporcionan energía a las luces LED integradas que pueden mostrar mensajes, iluminar carreteras, mostrar mensajes de advertencia en caso de exceso de velocidad o proximidad a un impacto, carretera cerrada más adelante, etc. para derretir la nieve y limpiar las carreteras. Esto también aumentará la viabilidad del uso de coches eléctricos al proporcionar estaciones de carga. Estas carreteras inteligentes, una vez instaladas, se amortizarán solas, se curarán solas y proporcionarán beneficios a una economía al eliminar la dependencia de los combustibles fósiles. El uso de paneles solares con un 15% de eficiencia como fuente de electricidad independiente proporcionará 3 veces la capacidad de energía requerida.

Fig. 4: Imagen que muestra cubierta de vidrio templado con acabado rugoso para tracción en vías solares

2.2 Capas de Paneles Solares

Los paneles solares están dispuestos en tres unidades básicas.

1. Capa de superficie de la carretera

2. Capa Electrónica

3. Capa de placa base

La capa superior estará formada por energía fotovoltaica sobre vidrio templado. Las características importantes requeridas son la transparencia (translúcida), la dureza y la rugosidad. La rugosidad es necesaria para proporcionar tracción y que los neumáticos del vehículo giren sin patinar. Cada panel solar individual está atornillado a la capa inferior. Esto hará que sea fácilmente utilizable. Los LED y el elemento calefactor entrarán en esta capa. La siguiente unidad más importante es la impermeabilización para evitar fugas de agua hacia la unidad electrónica que se encuentra debajo.

La capa electrónica consta de un microprocesador con circuitos de soporte (unidades de medida, retroalimentación y control). Éste controlará los elementos calefactores (detección de nieve), la carga (manómetros), la iluminación, las comunicaciones y la monitorización. Se instalarán unidades de microprocesamiento cada 3,6 metros, lo que la convertirá en una auténtica “carretera inteligente”.

La capa de placa base es la capa de transmisión de potencia. La energía captada por los paneles solares y recogida por la capa electrónica se distribuye por la capa de la placa base. Las señales de datos también se transmiten a través de esta capa junto con energía a todos los hogares y negocios conectados a las carreteras solares. Esta capa también es impermeable y resistente a la intemperie para evitar daños a la capa electrónica.

Figura 5: Imagen que explica la estructura básica de las carreteras solares.

2.3 Ventajas y Desventajas

– La principal ventaja de las carreteras solares es que son una fuente de energía renovable y limpia.

– Los paneles solares tienen una vida útil de 30 a 40 años, mientras que las carreteras asfaltadas convencionales tienen una vida útil de unos 7 a 10 años (sin daños por monzones).

– Puede proporcionar acceso eléctrico a áreas remotas que están alejadas de las centrales eléctricas.

– También se puede colocar cerca de zonas ambientalmente sensibles.

– Proporcionará carga sobre la marcha para coches eléctricos si se acopla a una placa de inducción.

– Creará una nueva industria generadora de empleo.

– Reducirá enormemente las emisiones nocivas (al menos en un 50%).

– Proporcionará un medio inteligente de gestión del tráfico (reduciendo accidentes y atascos).

– Altos costes de instalación y mantenimiento inicial.

– Baja eficiencia media de los paneles solares.

– Difícil de implementar en los países más pobres debido al alto costo inicial.

– La acumulación de caucho de los neumáticos (debido al desgaste por fricción) puede bloquear la luz solar.

3 ¿Nos espera un futuro mejor?

Al ritmo actual de consumo de combustibles fósiles, difícilmente podremos aguantar algunas décadas. Si no hacemos algo al respecto, la civilización humana regresará a la edad oscura y, como herida adicional, nuestro medio ambiente quedará irreparablemente dañado. Los casquetes polares se derretirán, los océanos aumentarán, los bosques desaparecerán, la capa de ozono se agotará, el planeta se calentará, la sequía, el hambre y muchos otros problemas acortarán el período de existencia humana en el planeta. El petróleo y el carbón están presentes en pocas regiones del planeta, lo que lleva a los países a librar guerras por la posesión de estos recursos. Ahora mismo tenemos que recurrir a la naturaleza en busca de respuestas, ya que puede contener respuestas complejas en los lugares más triviales. El sol condujo a nuestra existencia y bien puede sustentar nuestra existencia en el futuro.

Las carreteras proporcionan conectividad a diferentes partes del mundo y cubren una gran superficie de una masa terrestre (incluso sobre agua, como los puentes). Cuando no pasan coches cerca de ellos, se quedan allí, acumulando polvo y marchitándose. Reemplazar una vieja idea (de conectividad) por una nueva necesidad (autosostenibilidad) es el objetivo de las carreteras solares. La tecnología se desarrollará con el tiempo para disminuir las desventajas y aumentar las ventajas de la energía solar. A medida que la tecnología mejore, los paneles solares se volverán más baratos (como los paneles solares impresos en 3D) y la eficiencia aumentará, lo que obligará a los países a centrar su atención en nuestra estrella local. Como inversión a largo plazo, las carreteras solares ayudarán a sostener a la sociedad, a diferencia de las carreteras asfaltadas que dependen de un mantenimiento constante, que básicamente se amortizarán solas. Así que avancemos hacia un futuro más limpio y brillante.

Figura 6: Camino solar iluminado por LED en la sombra