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Se ha conseguido un rendimiento del 40,7% en energía solar fotovoltaica. Este logro supone una marca mundial en esta forma de energía renovable y también cruzar el umbral de la rentabilidad económica.
En la energía solar fotovoltaica se transforma radiación solar en energía eléctrica sin la mediación de un dispositivo mecánico o térmico. En general, y a hasta ahora, se han venido construyendo los paneles solares fotovoltaicos con células solares fabricadas a partir de semiconductores. Cómo de eficiente sea una célula solar dependerá del porcentaje de energía solar que sea trasformada en energía eléctrica. De este modo un rendimiento del 10% significa que un 10% de la energía es transformada en electricidad.
Sin embargo, otros parámetros como el coste de fabricación de la célula, o la energía consumida en su manufactura son también factores a tener en cuenta. Así una célula con poco rendimiento pero muy barata puede ser más rentable que una muy cara con alto rendimiento (si tenemos suficiente superficie a cubrir). Entonces todo dependerá de lo que nos cueste el kilovatio•hora de electricidad producida.
Hay muchas aproximaciones al problema fotovoltaico. La más tradicional es el uso de silicio como material semiconductor. En orden de coste y rendimiento creciente se usa el silicio en su forma amorfa, policristalina o monocristalina. También se usan semiconductores más caros como el arseniuro de galio y similares con los que se consigue un rendimiento mayor.
También se ha investigado en polímeros, que son muy baratos, pero cuyo rendimiento es muy bajo. Incluso sistemas que usan tinciones, o el último grito consistente en el uso de puntos cuánticos [1].
Ahora la compañía Spectrolab (perteneciente a Boeing) ha anunciado la consecución de una nueva marca mundial en este terreno. Han llegado a un rendimiento 40,7% y afirman que con este sistema se conseguiría producir muy pronto electricidad a un coste comercial.
La tecnología está basada en el uso células con varias multicapas de arseniuro de galio sobre obleas de germanio. Son el tipo de células que producen la electricidad de los rovers marcianos. De hecho casi todos los satélites artificiales usan células multicapa.
Las células son caras, pero mediante el uso de concentradores (espejos o lentes) se consigue colectar la suficiente radiación solar como para que se alcance ese rendimiento y potencia sin necesidad de grandes superficies cubiertas de células. De este modo si una superficie es irradiada con 1000 vatios pueden producir 407 vatios de electricidad sin necesidad de recubrirla completamente con las caras células. Los espejos o lentes salen más baratos. Obviamente la concentración de luz alcanza un límite más allá del cual se pierde rendimiento o incluso se estropea la célula.
Estas células tienen entre 20 y 30 capas para poder responder a las distintas frecuencias del espectro luminoso. Cada semiconductor convierte muy eficientemente la luz para una determinada gama de frecuencias específicas que se corresponde con el “gap” o zanja de energía del semiconductor. El resto de las frecuencias se desaprovecha. La idea de las células multicapa radica en colocar unas capas sobre otras de tal modo que cada capa absorba eficientemente unas frecuencias y se deje atravesar por el resto. Las capas de arriba pueden captar la parte azul, las del medio la luz verde y las de abajo la roja.
Este tipo de células funcionan muy bien mediante concentradores hasta 240 soles (240 veces la irradiación normal sin concentradores) aumentando su rendimiento en el proceso.
Las buenas células de silicio comerciales tienen un rendimiento del 22%, pero el nuevo sistema casi dobla ese rendimiento con un 40,7%. Cada célula sólo mide 0,267 centímetros cuadrados y produce 2,6 vatios de electricidad a la máxima concentración.
Se calcula que este sistema podría proporcionar corriente eléctrica a un precio de 8 o 10 centavos de dólar el kilovatio•hora, que es más o menos el precio normal de la electricidad producida mediante sistemas convencionales (contaminantes). La instalación saldría por 3 dólares el vatio de potencia instalada. No obstante esperan rebajar ese precio en el futuro. Se prevé que esta tecnología este disponible para el próximo año. Estaría especialmente indicada para el suroeste de los EEUU donde las horas de irradiación solar son muchas. El único inconveniente que, de momento, los técnicos de la empresa ven es el tiempo necesario (12 meses) para producir una manufactura a gran escala de estas células.
Para el futuro están ya pensando en células con más capas que aprovechen mejor las distintas franjas del espectro electromagnético y llegar a un rendimiento de 45% o más.
Las autoridades norteamericanas esperan que para el año 2015 se haya implantado suficnete energía solar como para suministrar corriente a 2 millones de hogares a un precio de entre 5 y 10 centavos de dólar el kilovatio•hora. Las ventajas son menor dependencia exterior y menos emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Es de imaginar que se puedan adoptar políticas similares en otros lugares. Sólo basta que haya suficiente sol, y no hace falta implantarlo en desiertos muy remotos ni en montañas muy lejanas. Parece que sí puede haber soluciones al calentamiento global, si queremos, claro.
Fuentes y referencias:
King, R. R., Law, D. C., Edmondson, K. M., Fetzer, C. M., Kinsey, G. S., Yoon, H., Sherif, R. A., and Karam, N. H. “40% efficient metamorphic GaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells.” Applied Physics Letters 90, 183516 (2007).
Departamento de energía de EEUU. [2]
Solar America Initiative. [3]
Boeing. [4]
Gráfico de Scientic American (muy interesante). [5]
Células de puntos cuánticos. [1]
