Hoy están por todas partes, desde los tejados de nuestras casas a grandes instalaciones, desde la estación espacial a nuestros smartwatches. Pero retrocedamos casi 200 años y tracemos la historia de la fotovoltaica: una tecnología clave para la sostenibilidad
Año 1839; en un pequeño laboratorio parisino, Edmond Becquerel -un muchacho de 19 años- juguetea en el taller de su padre Antoine, conservador del Museo Nacional de Historia Natural. Edmond se inclina sobre un aparato rudimentario, formado por dos electrodos sumergidos en una solución conductora. En ese momento, las nubes se despejan y la luz del sol entra por la ventana, incidiendo en el propio aparato. Becquerel observa un fenómeno insólito: se genera espontáneamente una corriente eléctrica. Ese rayo de sol, combinado con el espíritu de observación de un jovencísimo científico, desencadena una revolución que, más de un siglo después, conducirá a la creación de los paneles fotovoltaicos, capaces de convertir la luz solar en energía eléctrica. Sin duda, el joven Becquerel no tenía ni idea de que su experimento, considerado una curiosidad científica en aquella época, se convertiría en la base de una de las tecnologías energéticas más prometedoras del siglo XXI.
Italia en los albores del efecto fotoeléctrico
En 1859 encontramos a Antonio Pacinotti: es famoso por haber inventado la dinamo con sólo 24 años. Ésta no sólo es capaz de convertir la energía mecánica en electricidad, sino que, cuando funciona a la inversa, convierte la electricidad en trabajo mecánico. De un plumazo, el científico pisano sentó las bases para comprender los mecanismos de producción y utilización de la electricidad, desde las turbinas eólicas a los reactores nucleares, desde los ventiladores a los coches eléctricos. Pero la cosa no acaba ahí: en 1863 debemos a Pacinotti la observación de que la corriente eléctrica que se forma entre dos placas del mismo metal, una mantenida en la oscuridad y otra expuesta a luz de diferentes longitudes de onda, es mayor con radiación azul y menor con radiación roja.
Su discípulo, el boloñés Augusto Righi, continuó la senda trazada por su maestro y llegó a acuñar el término «efecto fotoeléctrico».
Righi se da cuenta de que la luz no es sólo una forma de energía, sino que también puede liberar electrones de un material, una idea que revolucionará la física moderna. Righi va un paso más allá: desarrolla un oscilador que genera ondas electromagnéticas a frecuencias muy altas, allanando el camino para la futura tecnología de radio.
Los primeros prototipos, gracias al selenio
La siguiente parada en nuestro viaje es 1876, cuando William Grylls Adams y Richard Evans Day demuestran que el selenio genera electricidad cuando se expone a la luz. Se trata de un avance significativo, aunque la cantidad de energía producida sea modesta. Sin embargo, el descubrimiento confirma que la luz puede convertirse en electricidad, un concepto que será fundamental en el futuro desarrollo de la energía solar.
De las teorías a las primeras aplicaciones
En Alemania, Werner von Siemens, un conocido empresario y científico, también se interesó por la energía solar. En 1881 publicó un artículo en el que describía el potencial del efecto fotovoltaico para generar electricidad. Aunque su trabajo sigue siendo principalmente teórico, Siemens ve claramente el futuro: la conversión directa de la luz solar en electricidad podría revolucionar el mundo de la energía. Es uno de esos momentos en los que casi se puede sentir el aire saturado de… ¡electricidad!
En 1883, el inventor estadounidense Charles Fritts construyó la primera célula fotovoltaica. Utiliza una fina capa de selenio, recubierta de una lámina de oro, para crear una célula que convierte en electricidad aproximadamente el 1% de la luz solar. Hoy, esta eficiencia hace sonreír, pero en su momento fue una genialidad. Fritts imaginó un futuro en el que los tejados de las casas estarían cubiertos de paneles solares, una visión que se anticipó en más de un siglo a la adopción generalizada de la energía solar. Lástima que en aquella época el selenio fuera caro e ineficaz, por lo que los paneles solares eran más un sueño que una realidad comercial. Fritts no se rindió y pidió ayuda a Siemens, que confirmó la validez del experimento pero no consiguió explicar teóricamente su efecto ni dar un impulso comercial al prototipo de Fritts. Bueno, el progreso no es sólo una cadena de éxitos, ¿verdad?
Einstein y el efecto fotoeléctrico
A principios del siglo XX, la energía solar recibió un impulso decisivo gracias a dos gigantes de la física: James Clerk Maxwell y Albert Einstein. Maxwell, con su teoría electromagnética, aportó una explicación fundamental del comportamiento de la luz y las ondas electromagnéticas. Después llegó Einstein, que en 1905 publicó un artículo en el que describía el efecto fotoeléctrico, explicando cómo la luz puede liberar electrones de un material, generando una corriente eléctrica. Einstein no construyó directamente células fotovoltaicas, pero sentó las bases teóricas de todo lo que vendría después.
Fue por este trabajo -y no por la Teoría de la Relatividad, considerada demasiado revolucionaria incluso por la Academia Sueca- por lo que Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921.
Silicio llega con Pearson, Chapin y Fuller
En 1954, tres científicos de los Laboratorios Bell -Daryl Chapin, Calvin Fuller y Gerald Pearson- crearon la primera célula solar de silicio. Esta célula tenía una eficiencia del 6%, una mejora significativa respecto a la célula de Fritts, y podía utilizarse para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. Si Fritts había imaginado el futuro, Chapin, Fuller y Pearson lo acercan un paso más a la realidad.
Los Laboratorios Bell demuestran la nueva tecnología conectando una pequeña célula solar a un juguete giratorio, alimentado únicamente por la luz solar. El prototipo es sencillo, pero muestra al mundo que la energía solar no es sólo una curiosidad científica, sino una realidad que puede tener aplicaciones reales. Básicamente, es como si hubieran encendido una pequeña bombilla, sólo que esa bombilla iluminaría algún día ciudades enteras.
Paneles solares en el espacio
En los años 60, la tecnología fotovoltaica dio un salto adelante gracias a la carrera espacial. Los satélites necesitaban una fuente de energía fiable, y los paneles solares de silicio resultaron ideales. El primer satélite que utilizó energía solar fue el Vanguard 1, lanzado en 1958: utilizaba un panel solar de 1 vatio para alimentar la radio de a bordo. Desde entonces, casi todos los satélites posteriores han adoptado paneles solares y la energía solar se ha convertido en un elemento esencial en las misiones espaciales. A menudo un elemento crítico, como el fallido despliegue de los paneles solares del Skylab, que primero paralizó y luego obligó a los estadounidenses a abandonar el proyecto.
En cierto modo, podría decirse que la energía solar «levanta el vuelo» -literalmente- y se convierte en una de las tecnologías clave de la era espacial. En la actualidad, la Estación Espacial Internacional funciona con 262.400 células solares que cubren una superficie equivalente a medio campo de fútbol y producen hasta 120 kW de electricidad. El problema de la ISS no son las nubes, sino… la Tierra, que le hace sombra durante la mitad de su órbita.
Generación de paneles fotovoltaicos
La investigación continúa y la tecnología de los paneles fotovoltaicos evoluciona a lo largo de varias generaciones:
Primera generación (paneles de silicio cristalino): Son los primeros paneles fotovoltaicos comerciales, basados en silicio cristalino, primero amorfo, luego policristalino y finalmente monocristalino. Son eficientes, duraderos y relativamente fáciles de producir, aunque inicialmente caros.
Segunda generación (películas finas): En los años 80 y 90 surgieron los paneles de película fina, que utilizan materiales como el telururo de cadmio (CdTe), el diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) o sustancias puramente orgánicas (OPV). Son más baratos de producir y pueden aplicarse sobre superficies flexibles, pero suelen ser menos eficientes que los paneles de silicio cristalino.
Tercera generación (células de perovskita y tecnologías emergentes): Más recientemente, la investigación se ha centrado en materiales como las perovskitas, que prometen aumentar aún más la eficiencia al tiempo que reducen los costes. Las células de perovskita, aún en fase de desarrollo, podrían revolucionar el mercado solar.
Cuarta generación (tecnologías híbridas): Estamos asistiendo a la aparición de tecnologías híbridas que combinan diferentes materiales y métodos de producción para crear paneles solares aún más eficientes y versátiles. El objetivo es mejorar la eficiencia de conversión y hacer accesible la energía solar a gran escala.
Italia y la primera central fotovoltaica
A medida que la energía solar empieza a cubrir los tejados de todo el mundo, Italia también desempeña su papel. En 1981 se inauguró la primera planta fotovoltaica italiana en Passo della Mandriola, en la provincia de Rímini. Esta planta piloto, construida por ENEL, tiene una capacidad de 3 kW y representa un importante paso adelante para la energía solar en el país. Desde entonces, Italia -con altibajos como todo proceso en nuestro país- ha seguido invirtiendo en fotovoltaica, convirtiéndose en uno de los líderes europeos en producción de energía solar.
La continua evolución de la energía fotovoltaica: un futuro brillante
Hoy en día, los paneles fotovoltaicos son una tecnología madura y en evolución. Los costes de producción se han reducido drásticamente, lo que convierte a la energía solar en una de las fuentes de energía más baratas del mundo. Según la Agencia Internacional de la Energía, la energía solar es la principal fuente de energía renovable, con más de 1.200 GW de capacidad instalada en todo el mundo a finales de 2023. Las previsiones indican que en 2030 la capacidad solar mundial podría superar los 3.300 GW, consolidando su posición como pilar de la transición energética.
La colaboración de generaciones de científicos
La historia de los paneles fotovoltaicos es un ejemplo extraordinario de cómo el progreso tecnológico nunca es el resultado de un solo individuo, sino de un trabajo en equipo continuo a lo largo de generaciones.
De Becquerel a Chapin, de Einstein a Fuller, cada científico ha aportado su granito de arena a la construcción de una tecnología que hoy es esencial para un futuro sostenible.
Y mientras disfrutamos de un poco de sol, sabemos que cada rayo de luz captado por los paneles solares no es sólo un paso hacia la independencia energética, sino también un homenaje a todos esos científicos gracias a los cuales ahora podemos afrontar los retos globales del cambio climático y construir un mundo en el que la energía limpia sea accesible para todos.