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Curso de sistemas de gestión de la energía

Imagen de silicio negro empleado en la fabricación de las nuevas células solares.

Curso de energía solar y biomasa

Al final de uno de los veranos más calurosos de la historia, y a medida que los debates sobre cómo alimentar la energía en las casas aumentan, la energía solar renovable continúa siendo una gran opción que no emite gases de efecto invernadero al medio ambiente.

Joshua Pearce, profesor de ciencias materiales e ingeniería eléctrica en la Universidad Tecnológica de Michigan, ha encontrado una manera de reducir el costo de la energía solar en un 10 por ciento, lo que podría impulsar la inversión en la industria.

En un nuevo estudio publicado en Energies , los investigadores han encontrado una manera de reducir los costes económicos en la producción de células solares, y según explican lo disminuyen en más del 10 por ciento.

Según  Joshua Pearce: “Mejorar el coste por unidad de energía a nivel celular puede tener efectos masivos aguas abajo”. En su estudio explica que los costes de la energía solar son comparables a las formas convencionales de electricidad y es la fuente de energía de más rápido crecimiento. Esta reducción del 10 por ciento debería empujar la energía solar a la vanguardia incluso más rápido.

Cómo se reduce el  coste de energía solar: mediante el cambio del silicio utilizado en las células solares

El silicio es el material estándar más utilizado en las células solares fotovoltaicas para lograr la captura de luz. Se presenta en dos formas principales: cristales perfectos  (cuestan más y producen eficiencias más altas), y silicio multicristalino (es más baratos, pero ofrece eficiencias menores). Con el grabado común para reducir la luz reflejada, ambos tipos aún pierden algo de luz, que es lo que proporciona a la mayoría de los paneles solares su característico color azul.

Los investigadores ya sabían que el silicio nano-texturizado con grabado en seco produce silicio negro, que es más eficiente en la captura de la luz que los tratamientos de grabado estándar. No tiene color porque el proceso de grabado en seco toma una superficie de silicio normalmente plana y “la graba en un bosque de agujas a nanoescala”, dice Pearce. “Esas agujas agarran la luz y no dejan que se escape. Es como mirar a los ojos de Darth Vader”.

Normalmente, un área de superficie tan alta con muchos defectos superficiales afectaría el rendimiento eléctrico, pero los investigadores de la Universidad de Aalto encontraron que cuando el silicio también se trata con un recubrimiento apropiado de deposición de capa atómica (ALD), se mitigan los efectos de los defectos superficiales.

El pensamiento clásico ha sido que el costo de las células negras de silicio por el grabado en seco y la deposición de capa atómica son demasiado caros para el uso práctico, especialmente en una industria en la que, según Pearce, “los márgenes son extremadamente ajustados. Todos intentan reducir los costes lo más bajo posible”.

Sin embargo, los resultados de su estudio sorprendieron incluso a Pearce. Si bien los investigadores encontraron que la producción de células traseras de emisor pasivo del silicio negro individual era entre un 15,8 y un 25,1 por ciento más costoso que las células convencionales. También encontraron que la eficiencia y la capacidad de ir al silicio multicristalino menos costoso que el material de partida superaron ampliamente los gastos adicionales. En resumen, el coste por unidad de energía se redujo en un 10,8 por ciento.

La energía solar y la ciencia de los materiales

El negro no solo es mejor que el azul cuando se trata de paneles solares. Las mejoras podrían comenzar a superar al principal competidor de energías renovables en el campo del cambio climático.

“Para las personas que piensan que la tecnología del carbón va a poder competir con la energía solar, deberían saber que los costes de la energía solar siguen bajando. La mayoría de las compañías de carbón ya están, o están cerca, de la bancarrota”, dice Pearce. “No hay forma de que el carbón pueda competir con la energía solar en el futuro”.

También añade en su estudio que: “Este estudio apunta a dónde irá el futuro en la fabricación fotovoltaica y lo que los países podrían querer hacer para otorgarse una ventaja competitiva”.

La obtención de datos fiables para demostrar la eficiencia de la energía solar

Joshua Pearce, profesor de ciencias materiales e ingeniería eléctrica en Michigan Tech, completó este estudio como presidente distinguido de Fulbright en la Universidad Aalto en Finlandia. Trabajó con el Grupo de Física Electrónica de Hele Savin y tuvo acceso a sus datos sobre estos procesos. Los investigadores también fueron capaces de obtener información sobre los costes de las empresas privadas. Esta información no es pública, pero se les permitió acceder a documentación propia para utilizarla para este estudio, junto con la documentación publicada en medios e internet sobre las células solares.

Mientras que el precio spot de las células solares puede cambiar día a día, o incluso por hora, los resultados siguen siendo válidos. “Eso es un declive del 10 por ciento entre los tipos de células, sea cual sea el número ese día”, dice. Esto se debe a que las comparaciones se hicieron sobre costes relativos, no sobre costes absolutos. Esa es también la razón por la cual las tarifas que fluctúan arbitrariamente no se tuvieron en cuenta en los cálculos.

¿Cuál es el futuro de la energía solar a nivel internacional?

Pearce dice que si bien el proceso de producción aún puede optimizarse para extraer algunos puntos porcentuales más de eficiencia, el siguiente paso para este estudio es que los responsables de las políticas utilicen este proceso para acelerar la fabricación fotovoltaica. Para un país como China, que ya domina la fabricación mundial de energía fotovoltaica, “para hacer este cambio relativamente pequeño es bastante trivial.” La Unión Europea, que actualmente fabrica gran parte del equipo de fabricación, también debería “estudiar detenidamente la ampliación del grabado de iones reactivos profundos y las herramientas ALD para satisfacer las necesidades del mercado fotovoltaico en rápida expansión”. Espera que países como los EE. UU., que solían dominar el campo solar, utilicen estos datos a nivel de políticas para saltar a los fabricantes internacionales e invertir en la producción de las nuevas máquinas para fabricar este tipo de células solares.

Pearce concluyó: “No sé qué tecnología terminará siendo la que domine el campo solar. Sin embargo el estudio muestra el claro impulso económico para moverse en la dirección del PERC de silicio negro grabado en seco que hasta ahora no se ha utilizado”.

Fuente: Universidad de Michigan

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