Con el Sol no basta

Por Iván Rivera, el 21 febrero, 2020. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Divulgación • Ingeniería

Si hay un proyecto de innovación que he visto nacer entre fanfarrias de trompetas y morir desvaneciéndose y escondido cual Yoda en cueva de Dagobah más veces que ningún otro, ese es el del «X con paneles solares». Funcionó para calculadoras, relojes y algunas señales de tráfico con indicadores luminosos. Desde luego, funciona en la cada vez más extendida generación fotovoltaica. ¿Por qué no, entonces, coronar con paneles todo lo que pueda llevarlos? La ciencia ficción clásica, con sus visiones de megalópolis de barrocos edificios, no puede estar equivocada.

Como quiera que el tema recurrente en la ciencia ficción de toda la vida son los transportes, prácticamente todos los tipos en existencia han sido agraciados con proyectos que, con poca o menos fortuna, intentan acoplarles paneles solares. Desde el coche solar, extremadamente poco práctico por su espantosa ratio superficie/carga —ocupa lo que una limusina grande, mueve lo que un ciclomotor— y por su absoluta dependencia climática…

Coche solar.
Punch Powertrain Solar Team – Punch One. Foto: CC-BY-SA Yantevh / Wikimedia Commons.

Pasando por el tren solar, completamente incapaz de ser útil en ninguna aplicacación diferente de la de un juguete…

Tren solar
Automotor solar en el ferrocarril del bosque de Királyrét, Hungría. Foto: CC-BY-SA Rlevente / Wikimedia Commons.

El avión solar, inútil para transportar pasajeros en cualquier ruta que no sea una aventura en solitario cuidadosamente planeada en lo meteorológico, aunque quizá con un futuro brillante en el campo de los drones…

Avión solar Solar Impulse 2
El Solar Impulse 2 despega de la base aérea de Payerne pilotado por Bertrand Piccard. Foto: CC-BY-SA Milko Vuille / Wikimedia Commons.

Y el barco solar, que pese a ser una de las aplicaciones más realistas del uso de la energía solar en el transporte, apenas ha pasado de alimentar algunos yates.

Barco solar.
Tûranor PlanetSolar, barco eléctrico alimentado por energía solar, atracado en el puerto de Rabat, Marruecos. Foto CC-BY-SA Maxim Massalitin / Wikimedia Commons.

Más allá de los medios de transporte que todos nos imaginábamos, aún hay más propuestas, entre locas y absurdas, para incorporar la energía solar a todo lo que se mueva. Está la moto solar, no demasiado práctica, aunque cuentan que lo que es funcionar, funciona —mejor en verano, eso sí:

 

Moto solar (scooter con paneles solares desplegables).
Scooter con paneles solares acoplados de Don Dunklee: no muy práctico, aunque funcional. Foto: Don Dunklee.

La bicicleta solar, con una ubicación de los paneles totalmente lógica, a la vez que inútil:

Y, creedlo o no, el helicóptero solar. Una evolución del ya de por sí loco helicóptero de tracción humana:

Pero, ¿cuál es el motivo de que todos estos medios de transporte no funcionen, o lo hagan de una forma tan marginal? Sorprendentemente, el mismo que nos mantiene vivos en nuestro amado planeta.

La zona habitable de un sistema planetario es la distancia de la estrella a la que puede existir agua líquida en la superficie de un planeta. La definición es ciertamente simplista y no está exenta de cierta polémica —los amigos del podcast Radio Skylab hablan, con más propiedad, de la «zona de aguabilidad». En cualquier caso, para la mayor parte de la comunidad astronómica, la Tierra se encuentra cerca del borde interior de la zona habitable del Sol.

La zona habitable de varias estrellas.
Zona habitable de un sistema planetario en función de la temperatura superficial de la estrella. Imagen: CC-BY-SA Chester Harman / Wikimedia Commons.

Por otro lado, parece bastante fácil de ver que la radiación solar disponible en la superficie de un planeta, para una temperatura superficial dada de su estrella, solo depende de su distancia a ésta. De modo que la Tierra recibe, prácticamente, la máxima cantidad de radiación que puede recibir, manteniéndose habitable. Un poco más (no sabemos exactamente cuánto, pero evidentemente Venus se ha pasado) y nos encontraremos con océanos que se evaporan en una sauna planetaria.

A la radiación solar bruta que llega a la órbita de la Tierra se la denomina «constante solar», y vale 1,362 kW/m². No es realmente constante, porque la actividad cambiante del Sol a lo largo de su ciclo de once años la hace variar. Además, incluye todos los tipos de radiación emitida, no solo la luz visible. La atmósfera terrestre absorbe parte de la energía disponible, dejando la aproximada y redonda cifra de 1 kW/m² como un nivel de referencia para la potencia irradiada por metro cuadrado de superficie a nivel del mar.

Sin embargo, la tecnología de los paneles, la circuitería de conversión de la energía generada a su forma útil de electricidad y, más importante aún, su orientación, son claves para entender que la energía disponible no es, ni de cerca, la necesaria para mover nada relevante. Como los cálculos son complejos, escojamos una calculadora en línea para que nos ayude. Por ejemplo, el Photovoltaic Geographic Information System de la Comisión Europea.

PVGIS: ejemplo de uso
Ejemplo de uso de PVGIS para una ubicación concreta (la pista del aeropuerto de Ciudad Real). Imagen: autor / PVGIS.

Escojamos una ubicación que parece óptima para el uso de paneles solares: la pista del aeropuerto de Ciudad Real. Observamos que un panel de 1 kWp (la p es de «pico»), con pérdidas estándar del 14%, ofrece una energía extremadamente variable a lo largo del año si lo montamos completamente plano (inclinación de o°), tal y como estaría en la mayor parte de los medios de transporte mostrados al principio del artículo. El máximo lo tendremos a lo largo del mes de julio, con 183 kW·h generados en total. ¿De cuánta potencia disponemos? Dividiendo por el número de horas que tiene el mes obtenemos 246 W. ¿Y cómo es de grande un panel de 1 kWp? Agarraos…

Diez metros cuadrados. Un coche normal puede tener una superficie de 6 m²: usada toda en paneles solares, ofrece 148 W. En el mejor mes. Puesto en una unidad bárbara como el caballo de vapor, tenemos 0,2 CV para mover nuestro coche. Ahora es fácil entender por qué los coches solares tienen que ir hiperoptimizados en peso y, en cualquier caso, no son una proposición realista. ¡Cualquier coche moderno tiene un motor de combustión interna cientos de veces más potente!

Moverse de un lado a otro requiere mucha energía. Por más que se optimice, el Sol nunca podrá hacer nada más que ofrecer una mínima ayuda si insistimos en captar la energía directamente desde el vehículo. Y si queremos más… siempre podemos mudarnos a Mercurio o a Venus.



Por Iván Rivera, publicado el 21 febrero, 2020
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