Source: The Conversation – (in Spanish) – By Sebastián Bonilla, Associate Professor of Materials, University of Oxford
La imagen de placas solares en tejados y grandes parques energéticos se ha vuelto habitual en muchas regiones del mundo. Desde el gris y lluvioso Reino Unido hasta la Costa del Sol española, la energía solar se está convirtiendo en una importante fuente de generación de electricidad.
Este auge de la energía solar se debe a dos factores. En primer lugar, científicos, ingenieros y profesionales en la industria están aprendiendo a fabricar placas solares por millones. Cada paso de la manufactura se optimiza meticulosamente para producirlas al mínimo coste. El segundo y más significativo es el aumento incesante de la eficiencia de conversión energética, es decir, la medida de cuánta luz solar se puede transformar en electricidad.
Cuanto mayor sea la eficiencia de las placas solares, más barata será la electricidad. Pero ¿cuánto de eficiente puede llegar a ser la energía solar? ¿Y reducirá nuestras facturas de electricidad?
En la actualidad, las placas solares en el mercado convierten entre el 20 y el 22 % de la luz solar en energía eléctrica. Sin embargo, una nueva investigación publicada en Nature ha conseguido células en tándem de perovskita y silicio con una eficiencia de energía estabilizada del 33,89 %. La investigación demuestra un nuevo récord en la eficiencia de conversión de potencia.
¿Qué son las células solares en tándem?
Las células solares tradicionales se fabrican con un solo material para absorber la luz solar. En la actualidad, casi todas las placas solares están hechas de silicio, el mismo material base con que se hacen los microchips. Aunque el silicio es un material maduro y fiable, su eficiencia está limitada a un 29 %.
Para superar este límite, los científicos han recurrido a las células solares en tándem, que apilan dos materiales solares uno encima del otro para capturar más energía del sol.
En el nuevo artículo publicado en Nature, un equipo de investigadores del gigante energético LONGi ha demostrado una nueva célula solar en tándem que combina materiales de silicio y perovskita. Gracias a su mejor captación de la luz solar, el nuevo tándem de perovskita y silicio ha logrado un récord mundial de eficiencia del 33,89 %.
Los materiales solares de perovskita, que se descubrieron hace menos de dos décadas, han surgido como el complemento ideal de la tecnología establecida del silicio. El secreto reside en su capacidad de ajustar la absorción de luz. Los materiales de perovskita pueden captar la luz azul de alta energía con más eficacia que el silicio.
De esta manera, se evitan las pérdidas de energía y aumenta la eficiencia total del tándem. Otros materiales, llamados semiconductores III-V, también se han utilizado en células en tándem y han alcanzado eficiencias más altas. El problema es que son difíciles de producir y costosos, por lo que solo se pueden fabricar células solares pequeñas en combinación con luz concentrada.
La comunidad científica está poniendo un esfuerzo tremendo en las células solares de perovskita. Han mantenido un ritmo de desarrollo fenomenal, con eficiencias (para una sola célula en el laboratorio) subiendo del 14 % al 26 % en solo 10 años. Estos avances han permitido su integración en células solares tándem de ultra alta eficiencia, demostrando una vía factible para escalar la tecnología fotovoltaica a los billones de vatios que el mundo necesita para descarbonizar la producción energética.
El costo de la energía solar
Las nuevas células en tándem pueden capturar un 60 % adicional de energía solar. Esto significa que se necesitan menos placas para producir la misma energía, lo que reduce los costes de instalación y el área de tierra (o de tejado) necesaria para las instalaciones.
También significa que los operadores de los parques solares generarán energía con mayor margen de ganancia. Sin embargo, debido a la forma en que se fijan los precios de la electricidad, es posible que los consumidores no noten una diferencia en sus facturas de electricidad. La diferencia se observa cuando se consideran las instalaciones solares en tejados donde el área es limitada y el espacio debe aprovecharse de manera efectiva.
El precio de la electricidad solar en tejados se calcula en base a dos medidas. Primero, el coste total para instalar placas solares en tu tejado, y segundo, cuánta electricidad generarán durante sus 25-30 años de funcionamiento. Aunque el coste de instalación es fácil de obtener, los ingresos por generar electricidad solar en casa tienen matices. Es posible ahorrar dinero utilizando menos energía de la red, especialmente en periodos en que es costosa, y también se puede vender parte del excedente de electricidad a la red o compensar el uso.
Ahorro en el precio de la luz
Sin embargo, los operadores de la red nos pagarán un precio muy bajo por esta electricidad, por lo que a veces es mejor agregar una batería y almacenar la energía para usarla por la noche. Considerando promedios para un hogar español (1 700 kWh/kWp, 40 % de autoconsumo, 60 % de exportación, precio luz promedio 7 €c/kWh), he calculado el ahorro financiero que el consumidor obtendría usando electricidad procedente de una instalación solar en el tejado, dependiendo de la eficiencia de las placas.
Si logramos mejorar la eficiencia de las placas del 22 % al 34 % sin aumentar el coste de instalación, los ahorros en las facturas de electricidad subirían de 344 €/año a 531 €/año. Un aumento del 55 % en ahorro que haría que las instalaciones solares en tejados sean extremadamente atractivas, particularmente en las regiones más soleadas de España.
IM Imagery / Shutterstock
¿Cuándo saldrán a la venta las nuevas placas solares en tándem?
A medida que la investigación continúa, se están realizando grandes esfuerzos para escalar esta tecnología y asegurar su durabilidad a largo plazo. Las células en tándem se fabrican en laboratorios y son más pequeñas que un sello. Traducir altas eficiencias en áreas de un metro cuadrado sigue siendo un gran desafío.
Sin embargo, estamos avanzando. El mes pasado Oxford PV, un fabricante de placas solares a la vanguardia de la tecnología de perovskita, anunció la primera venta de sus placas solares en tándem recientemente desarrolladas. Han logrado superar los desafíos de integrar dos materiales solares y de fabricar placas duraderas y fiables. Aunque aún están lejos del 34 % de eficiencia, su trabajo muestra un camino prometedor para la próxima generación de células solares.
Materiales sostenibles
Otra consideración es la sostenibilidad de los materiales utilizados en las células solares en tándem. La extracción y procesamiento de algunos de los minerales para las placas solares requiere mucha energía. Además del silicio, las células solares de perovskita requieren elementos como plomo, carbono, yodo y bromo para funcionar correctamente. Conectar la perovskita y el silicio también requiere materiales escasos que contienen un elemento llamado indio, por lo que aún se necesita mucha investigación para abordar estas dificultades.
A pesar de los desafíos, la comunidad científica e industrial sigue comprometida con el desarrollo de células solares en tándem que podrían integrarse en casi cualquier cosa: coches, edificios y aviones.
Los desarrollos recientes hacia células en tándem de alta eficiencia indican un futuro prometedor para la energía solar, asegurando que la electricidad proveniente de placas solares llegue a desempeñar un papel fundamental en la transición global hacia las renovables.
Sebastian Bonilla recibe fondos de UK Research and Innovation, el Royal Academy of Engineering, and el Leverhulme Trust en el Reino Unido.
– ref. Nuevas células solares en tándem baten récord de eficiencia y aceleran la transición energética – https://theconversation.com/nuevas-celulas-solares-en-tandem-baten-record-de-eficiencia-y-aceleran-la-transicion-energetica-240698