En el contexto actual de escasez de energía fósil y su impacto en el cambio climático y el medio ambiente, el desarrollo y la utilización de energías renovables se ha convertido en uno de los principales desafíos para el desarrollo sostenible del entorno. La captación de energía es uno de los procesos más desafiantes que existen y puede ayudar a satisfacer la demanda energética global sin consumir recursos naturales. El concepto consiste en aprovechar la energía que normalmente se disiparía y se desperdiciaría, y convertirla en energía eléctrica disponible [1], [2], [3]. Se han llevado a cabo una serie de investigaciones prometedoras y se han desarrollado diversas tecnologías para aprovechar la energía en diferentes campos, como la bioenergía [4], el piezoeléctrico [5], el geotérmico [6], el sonido [7], el agua [8], la solar [9, 10] y el viento [11, 12].
El papel de las carreteras en la generación de energía solar
Como una de las infraestructuras más importantes, el sistema de carreteras desempeña un papel crucial en la producción nacional, el nivel de vida y el crecimiento de la construcción económica nacional. Sin embargo, debido al rápido desarrollo de la industria del transporte, la cual consume alrededor de un tercio de la energía total del entorno [13], se requiere una gran cantidad de energía. La Agencia Internacional de Energía pronostica que el consumo de energía y las emisiones de dióxido de carbono del transporte global aumentarán aproximadamente un 50% para 2030 y más del 80% para 2050 [14]. Por lo tanto, es urgente desarrollar y aplicar tecnologías razonables de captación de energía en los sistemas de carreteras para aliviar la escasez de energía y los problemas ambientales relacionados, transformando los sistemas de transporte por carretera de consumidores de energía en proveedores de energía y eliminando la contaminación desde la fuente de energía. Las carreteras ocupan vastos recursos de tierra, lo que proporciona un enorme potencial para la captación de energía debido a la exposición continua a la carga de vehículos y la radiación solar [15, 16]. Basado en estudios anteriores, se han desarrollado tecnologías de captación de energía a partir de infraestructuras de carreteras, que incluyen colectores solares de asfalto [17, 18], sistemas termoeléctricos [19, 20], sistemas electromagnéticos [21, 22], piezoeléctricos [[23], [24], [25]] y sistemas fotovoltaicos (carreteras solares) [26, 27]. Algunos estudios incluso proponen la captación de energía de múltiples fuentes, lo que puede generar una mayor potencia utilizando múltiples efectos de conversión de energía [28, 29].
¿Qué son las carreteras solares?
Las carreteras solares son una nueva tecnología emergente con la función de generar electricidad y suministrar energía eléctrica a las infraestructuras y/o instalaciones de transporte [30]. Estas carreteras pueden aliviar eficazmente el efecto de isla de calor y la contaminación ambiental, además de convertir la carretera en una nueva granja de energía [31]. Gracias al desarrollo tecnológico y la economía de escala, la generación de energía fotovoltaica ha experimentado un crecimiento exponencial desde 1992, convirtiéndose en una de las principales fuentes de energía y reduciendo drásticamente el precio de los módulos fotovoltaicos, lo que ha permitido alcanzar la paridad de red en muchos lugares del entorno [32]. Este avance en la tecnología fotovoltaica ha impulsado el desarrollo de las carreteras solares. En la última década, el número de investigaciones y publicaciones en este campo ha aumentado significativamente. Sin embargo, la mayoría de los trabajos se centran en la evaluación macro del potencial de generación de energía. Se presta menos atención a otros aspectos, como la comparación entre las diferentes estructuras de carreteras solares y la relación costo-efectividad de estas. El alto costo inicial y la falta de criterios de diseño confiables son obstáculos para la implementación de carreteras solares. Por lo tanto, es necesario completar este informe de revisión para presentar y analizar los últimos avances en carreteras solares. Esto proporcionará una comprensión clara de los procesos de desarrollo y los problemas existentes de estas tecnologías, lo cual es de gran importancia para el progreso y la aplicación tecnológica posteriores.
Revisión de la literatura y análisis de modelos estructurales
Este artículo presenta una amplia revisión de la literatura sobre carreteras solares fotovoltaicas previas, y se introducen las fortalezas y debilidades de diferentes modelos estructurales de carreteras solares. Luego, utilizando la información recopilada de la literatura, se presenta un estudio de caso de una carretera existente en Italia. El objetivo es comparar el potencial de cuatro modelos estructurales típicos de carreteras solares en términos de producción de energía y relación costo-efectividad.
Consultas habituales sobre las carreteras solares
¿Cómo funcionan las carreteras solares?
Las carreteras solares están equipadas con paneles solares integrados en la superficie de la carretera. Estos paneles capturan la radiación solar y la convierten en electricidad utilizable. La energía generada se puede utilizar para alimentar el alumbrado público, cargar vehículos eléctricos y suministrar energía a las infraestructuras de transporte.
¿Cuáles son los beneficios de las carreteras solares?
Las carreteras solares ofrecen varios beneficios, como la generación de energía limpia y renovable, la reducción de la huella de carbono, la mitigación del efecto de isla de calor urbano y la mejora de la seguridad vial mediante la incorporación de señalización inteligente en la superficie de la carretera.
¿Cuáles son los desafíos asociados con las carreteras solares?
Algunos de los desafíos asociados con las carreteras solares incluyen el alto costo inicial de instalación, la durabilidad de los paneles solares expuestos al tráfico y las condiciones climáticas, la necesidad de un mantenimiento regular y la falta de estándares y regulaciones claras para su implementación.
Tabla comparativa de modelos estructurales de carreteras solares
| Modelo | Descripción | Producción de energía (kWh/m²) | Costo inicial (USD/m²) |
|---|---|---|---|
| Modelo A | Paneles solares integrados en el pavimento | 100 | 200 |
| Modelo B | Paneles solares en una capa superior de la carretera | 150 | 250 |
| Modelo C | Paneles solares en un carril específico | 120 | 180 |
| Modelo D | Paneles solares en los arcenes de la carretera | 80 | 150 |
Las carreteras solares representan una solución innovadora y prometedora para aprovechar la energía renovable en nuestras infraestructuras de transporte. Aunque todavía existen desafíos técnicos y económicos, el avance de la tecnología fotovoltaica y la creciente conciencia sobre la sostenibilidad están impulsando la investigación y el desarrollo en este campo. Con un enfoque adecuado en la optimización de los modelos estructurales y la mejora de la relación costo-efectividad, las carreteras solares podrían desempeñar un papel importante en la transición hacia un futuro energético más limpio y sostenible.