Los módulos fotovoltaicos que concentran la energía solar se están haciendo más asequibles

Energía solar barata, supereficiente

Un trabajador coloca obleas que se convertirán en células solares supereficientes. Estas células podrían ayudar a reducir de forma dramática el coste de producción de electricidad a partir de energía solar.

Las tecnologías conocidas popularmente como fotovoltaicas de concentración están comenzando a ver la luz, gracias a los avances en las células solares, que absorben luz y la convierten en electricidad, y al sistema de concentración de reflexión basado en lentes que dirige luz hacia ellas. Esta tecnología podría hacer en breve la energía solar tan barata como la de la red eléctrica tradicional.

La idea de concentrar la luz solar para reducir el tamaño de las células solares, y por tanto los costes, se ha barajado durante décadas. Pero el interés en la tecnología se disparó el año pasado. El mes pasado, el gigante japonés de la electrónica Sharp Corporation presentó su nuevo sistema para concentrar la luz solar con una lente fresnel (como la que es usa en los faros) en células solares supereficientes, que son cerca de dos veces más eficiente que las convencionales de silicio. Otras empresas, como SolFocus, en Palo Alto, California, y Energy Innovations, en Pasadena, también California, están desarrollando nuevos concentradores. Y la empresa que suministró las longevas células fotovoltaicas para los vehículos de superficie de exploración de Marte, la filial de Boeing Spectrolab, en Sylmar, California, está suministrando más de un millón de células para proyectos de concentradores, incluyendo uno en Australia que producirá suficiente energía como para abastecer 3.500 casas.

El fundamento de la energía solar de concentración es simple. Dado que la energía solar, aunque abundante, es difusa, para generar un gigavatio de potencia (el tamaño de una planta típica de producción) con tecnología solar fotovoltaica tradicional, son necesarios unos 10 kilómetros cuadrados (1.000 hectáreas) de silicio, señala Jerry Olson, un investigador en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colorado. Un sistema de concentración, dice, sustituiría la mayor parte del silicio por lentes de plástico o cristal o reflectores metálicos, siendo precisa una superficie de material semiconductor de un tamaño del orden de una vivienda. Y como la reducción de la cantidad de semiconductor necesaria permite el uso de células solares mucho más eficientes, la superficie total de ocupación de la planta, incluyendo los reflectores o lentes, sería de tan sólo unos 6 kilómetros cuadrados (600 hectáreas). Esta aproximación al problema es diferente de la de energía de concentración térmica solar, que concentra el calor del sol para mover turbinas o motores tipo Sterling.

“Preferiría hacer unos pocos kilómetros cuadrados de lentes de plástico – me costaría menos – que unos pocos kilómetros cuadrados de células solares de silicio,” afirma Olson. Hoy en día la energía solar es todavía más cara que la tradicional, pero la tecnología de concentración tiene el potencial para cambiar esto. De hecho, si los fabricantes pueden asumir los retos de aumento de la producción y venta, distribución e instalación de los sistemas, sus precios podrían fácilmente ponerse al nivel de los de la red eléctrica, señala el analista de industria solar Michael Rogol, director general de Photon Consulting, en Aachen, Alemania.

Pero esta aproximación ha sido difícil de implementar. “No se han cumplido las promesas, en gran parte por la complejidad de los sistemas”, dice Rogol. El objetivo es diseñar un sistema de concentración que redirige la luz solar, que sigue el movimiento del sol para mantener la luz en una pequeña célula solar, y que puede soportar todo el calor producido al concentrar la energía solar unas 500 o 700 veces, además de hacer dicho sistema fácil de fabricar.

Al enfrentarse a estos problemas, muchos han decidido dirigir sus esfuerzos de investigación hacia el recorte de los costes de los sistemas tradicionales de “paneles planos”. Esto se consigue haciéndolos más delgados, para reducir la cantidad necesaria de simiconductor, o usando materiales orgánicos, más baratos aunque menos eficientes. Pero ahora varias compañías afirman haber desarrollado sistemas fiables que se pueden fabricar a gran escala. Por ejemplo, SolFocus está haciendo un sistema que combina los concentradores y las células es un paquete compacto empleando técnicas de fabricación similares a las utilizadas para producir lo faros de los coches. De esta forma de pueden producir fácilmente en grandes cantidades, según afirma el ejecutivo en jefe, Gary Conley.

En cuanto al uso de células solares supereficentes, algunos críticos dijeron inicialmente que aunque las células funcionaban bien en laboratorio, sería difícil que se pudieran mantener sus altos rendimientos en producciones a gran escala. A diferencia de las células solares convencionales, que utilizan sólo un tipo de semiconductor (silicio), estas células más eficientes, llamadas células multicapa, están compuestas por capas de tres tipos distintos de semiconductor. Esta solución está orientada a solventar una limitación fundamental del silicio: aunque es capaz de absorber fotones de la mayor parte del espectro de la luz solar, lo hace de forma ineficiente, convirtiendo en calor, más que en electricidad, la mayor parte de la energía de los fotones de alta energía de las zonas del espectro azul y ultravioleta. Las células multicapa hacen uso de tres materiales diseñados para convertir de forma eficiente la luz de distintas partes del espectro, siendo el resultado mucha menor producción de calor y mucha mayor de electricidad.

Todos los materiales deben ser diseñados cuidadosamente para funcionar en conjunto, y deben ser montados en condiciones de limpieza muy bien controladas, hasta tal punto que en los 90, cuando este tipo de célula estaba todavía en la fase experimental, la gente decía que era “una curiosidad de laboratorio que nunca podría ser producida a gran escala”, según afirma Olson. “Ahora Spectrolab lo está haciendo mejor en su planta de producción de lo que lo hacemos nosotros en el laboratorio. Así que básicamente fulminó aquel mito”.

Otros factores que ha limitado el uso de energía fotovoltaica de concentración, tales como las objeciones estéticas a montar sistemas de concentración en tejados de áreas urbanas, pueden restringir en gran medida su aplicación a edificios comerciales o a parrillas en el desierto.

Pero los avances que han surgido, junto con una creciente demanda de energía fotovoltaica y problemas en el abastecimiento del stock de silicio, han convertido la energía fotovoltaica de concentración en atractiva.

“Hay mucha incertidumbre en este sector, donde tradicionalmente simplemente no se ha hecho mucha publicidad”, señala Rogol. “La mejor noticia para mí es que gente seria relacionada con la energía solar se ha comprometido de forma notable en los últimos años”.

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Artículo original Technology Review

Traducido por Félix Herranz para