solar squared

Una de las pocas partes de la economía de Inglaterra que tiene un buen mes de abril fue la energía solar.

La Met Office dice que probablemente ha sido el abril más soleado registrado y la industria de la energía solar informó de su mayor producción de electricidad (9,68GW) en el Reino Unido a las 12:30 del lunes 20 de abril.

Con 16 paneles solares en su techo el señor McCallion, de Irlanda del Norte, ha sido uno de los que se han beneficiado del buen tiempo.

«Los hemos tenido durante unos cinco años, y ahorramos alrededor de 1.000 libras al año», dice el Sr. McCallion, que vive en Strabane, justo al límite.

«Si fueran más eficientes podríamos ahorrar más», dice, «y tal vez invertir en baterías para almacenarlo».

Esa eficiencia podría estar llegando. Hay una carrera mundial, de San Francisco a Shenzhen, para hacer una célula solar más eficiente.

El panel solar comercial promedio de hoy en día convierte entre el 17 y el 19% de la energía de la luz que la golpea en electricidad. Esto es un 12% hace sólo 10 años. Pero, ¿y si pudiéramos aumentar esto al 30%?

Las células solares más eficientes significan que podríamos obtener mucho más que el 2,4% actual del suministro mundial de electricidad del sol.

La energía solar es ya la tecnología energética de más rápido crecimiento del mundo. Hace diez años, sólo había 20 gigavatios de capacidad solar instalada en todo el mundo, un gigavatio era aproximadamente la salida de una sola gran central eléctrica.

A finales del año pasado, la energía solar instalada en el mundo había saltado a unos 600 gigavatios.

Incluso con la interrupción causada por Covid-19, probablemente añadiremos 105 gigavatios de capacidad solar en todo el mundo este año, pronostica la compañía de investigación con sede en Londres, IHS Markit.

La mayoría de las células solares están hechas de rebanadas delgadas de obleas de cristales de silicio, 70% de los cuales se hacen en China y Taiwán.

Pero el silicio cristalino a base de obleas está golpeando bastante cerca de su máxima eficiencia teórica.

El límite Shockley-Queisser marca la máxima eficiencia para una célula solar hecha de un solo material, y para el silicio esto es de aproximadamente 30%.

Sin embargo, la combinación de seis materiales diferentes en lo que se llama una célula de unión múltiple se ha demostrado para impulsar una eficiencia tan alta como 47%, bajo luz concentrada.

Otra forma de romper este límite, es usar lentes para enfocar la luz solar que cae sobre la célula solar.

Pero esta es una forma costosa de producir electricidad, y es principalmente útil en los satélites.

«No hay nada que se vea en el techo de nadie en la próxima década», se ríe la Dra. Nancy Haegel, directora de ciencia de materiales del Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Boulder, Colorado.

La tecnología solar de mejora más rápida se llama perovskitas – llamado así por el conde Lev Alekseevich von Perovski, un mineralogista ruso del siglo XIX.

Estos tienen una estructura de cristal particular que es bueno para la absorción solar. Las películas delgadas, alrededor de 300 nanómetros (mucho más delgado que un cabello humano) se pueden hacer de forma económica a partir de soluciones, lo que permite que se apliquen fácilmente como recubrimiento a edificios, automóviles o incluso ropa.

Las perovskitas también funcionan mejor que el silicio a intensidades de iluminación más bajas, en días nublados o en interiores.

Puede imprimirlos utilizando una impresora de inyección de tinta, dice el Dr. Konrad Wojciechowski, director científico de Saule Technologies, con sede en Breslavia y Varsovia. «Pinta sobre un sustrato, y tienes un dispositivo fotovoltaico», dice.

Con un material tan barato, flexible y eficiente, podría aplicarlo a los muebles de calle para alimentar la carga gratuita de teléfonos inteligentes, wifi público y sensores de calidad del aire, explica.

Ha estado trabajando con la constructora sueca Skanska para aplicar capas de perovskita en paneles de construcción.

Según Max Hoerantner, cofundador de Swift Solar, una start-up de San Francisco, sólo hay unas 10 empresas emergentes en el mundo que trabajan en la tecnología de perovskita.

Oxford PV, una spin-off universitaria, dice que alcanzó una eficiencia del 28% con una célula solar comercial basada en perovskita a finales de 2018, y tendrá una línea de producción anual de 250 megavatios que se ejecuta este año.

Tanto Oxford PV como Swift Solar hacen células solares en tándem – estos son paneles de silicio que también tienen una fina capa de película de perovskita.

Ya que están hechos de dos materiales, pueden romper el límite Shockley-Queisser.

El silicio absorbe la banda roja del espectro de luz visible, y la perovskita la broca azul, dando al tándem una mayor eficiencia que cualquiera de los materiales solos.

Un desafío es cuando «trabaja con un material que sólo ha existido desde 2012, es muy difícil demostrar que durará 25 años», dice el Dr. Hoerantner.

Insolight, una startup suiza, ha tomado una tachuela diferente: incorporando una rejilla de lentes hexagonales en el vidrio protector de un panel solar, concentrando así la luz 200 veces.

Para seguir el movimiento del sol, la matriz celular cambia horizontalmente unos pocos milímetros a lo largo del día. Es un intento de hacer que la energía solar concentrada sea barata.

«La arquitectura de estas fotovoltaicas concentradas convencionales es muy costosa. Lo que hemos hecho es minimizar el mecanismo de seguimiento del sol e integrarlo dentro del módulo», dice el director de negocios de Insolight, David Schuppisser.

«Lo hemos hecho de una manera más barata [que] se puede desplegar en cualquier lugar que se puede desplegar un panel solar convencional», dice.

El Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid midió el modelo actual de Insolight como con una eficiencia del 29%. Ahora está trabajando en un módulo que se espera que alcance el 32% de eficiencia.

La tecnología actual de silicio no está del todo muerta, sin embargo, y hay enfoques para hacer pequeñas y rápidas victorias en eficiencia. Una es agregar una capa adicional a la espalda de una celda para reflejar la luz no absorbida de nuevo a través de ella una segunda vez. Esto mejora la eficiencia en un 1-2%.

Otra es añadir una capa exterior, que disminuye las pérdidas que se producen donde el silicio toca los contactos metálicos. Es sólo un «pequeño ajuste», dice Xiaojing Sun, un analista solar de Wood Mackenzie investigación – añadiendo 0.5-1% en eficiencia – pero ella dice que estos cambios significan que los fabricantes sólo necesitan hacer pequeñas alteraciones en sus líneas de producción.

Desde esas pequeñas ganancias -hasta el uso de solares y perovskitas concentradas- la tecnología solar está en una carrera para aumentar la eficiencia y reducir los costos.

«A lo largo de este número mágico 30%, aquí es donde la industria de células solares realmente podría hacer una diferencia muy grande», dice Max Hoerantner de Swift Solar.