El desarrollo de tecnología de paneles solares es fundamental para abarcar un mercado con cada vez con más apetito de fuentes renovables.
Iluminando con el sol
Los paneles solares se han convertido en una de las soluciones más populares para generar electricidad limpia. Junto a la energía eólica, son los mayores exponentes de las energías renovables alternativas.
Al 2019 se reporta que el 45% de la nueva energía que se instaló en el mundo fue solar. Además, el 2020, el precio de generación de energía a través de esta fuente bajó entre un 20 a 50%.
Con todo ello, estas alternativas son muy atractivas para inversiones de proyectos de gran envergadura, que puedan renovar la matriz energética de los países hacia un modelo más limpio. Y también como parte de un modelo de generación distribuida, con paneles solares en el hogar o empresas para autoconsumo. Pero, ¿cómo funciona esta energía?.
Los paneles que dominan el mercado
Las marcas que más presencia tienen el mercado al 2022 como SunPower, Lg, Jinko, Trina, entre otras, tienen un factor en común. Su eficiencia no supera los 23%. Es decir, la cantidad de energía que proveerá en comparación a la que recibe solo se traduce en ese porcentaje
Por ello, comercialmente se suele considerar un panel de alta eficiencia cuando supera los 18% o 19%. Y es un panel de eficiencia estándar entre 15% a 17%. ¿Sale realmente rentable entonces invertir en energía solar?
Para entender por qué de esta cifra, es necesario explicar el proceso fotovoltaico que sucede en los paneles solares, y que, en forma simplificada, funciona así.
Los paneles están conformados por varias células solares, las cuales están hechas a base de silicio. Este es un elemento predilecto desde hace más de 5 décadas por sus propiedades fisicoquímicas y relativamente fácil extracción. Además, es un semiconductor, es decir, resiste el paso de electricidad más que los materiales super conductores y menos que los aislantes.
Es necesario recordar que para que se produzca energía, los electrones de los elementos deben ser estimulados para que recorran toda la estructura del material que componen, y el movimiento continuo genere la energía.
En el caso de estos semiconductores, los electrones se encuentran en una zona conocida como banda de valencia (Valence Band). Son las partículas de luz (fotones) quienes estimulan a estos electrones, y se mueven hacia una zona llamada banda de conducción (Conduction band).
Así empieza un circuito donde el electrón salta continuamente por estas bandas, generando electricidad. Pero el intervalo que existe entre la banda de valencia y la banda de conducción se llama banda prohibida (Band gap), y es fundamental para entender la cifra de eficiencia.
Y es que, en el caso del silicio, la banda prohibida no está “en línea recta” con ambas bandas, por lo que se requiere un estímulo más potente, y un proceso más complejo para producir energía. Por ello, en cálculos teóricos, lo máximo de eficiencia que se podría conseguir con el silicio es un poco más del 29%.
Esta cifra también se ve afectada por defectos en la estructura, ocasionados en parte porque el silicio necesita ser moldeado a altas temperaturas. O también por el reflejo de la luz que no atraviesa al panel. Además, se debe considerar que no todo el espectro de luz es viable para estimular a los electrones, por ejemplo, en el sol, la longitud de la luz infrarroja es menos efectiva que la longitud de la luz ultravioleta.
¿Cuál es el futuro?
Los avances tecnológicos han mirado hacia las perovskitas como el futuro de la energía solar en reemplazo del silicio. Este compuesto octaédrico tiene la estructura química del mineral perovskita, del cual lleva su nombre. Pero la gran diferencia es que se puede sintetizar, por lo que los costes de producción bajan enormemente, pues hasta se puede “imprimir” sobre estructuras maleables.
Si a esto le sumamos su eficiencia, las perovskitas son el nuevo grial de la energía solar. Y es que los cálculos señalan que su máximo teórico es de cerca al 40%. En parte gracias a que la banda prohibida puede redirigirse para que la estimulación de electrones sea más directa y los electrones sean estimulados de forma más eficaz por los fotones de luz.
Por el momento, la mayoría de pruebas de laboratorio ha conseguido una eficiencia de poco más del 25%. Pero se espera que los avances en esta tecnología logren una producción a nivel industrial en los siguientes años para superar en precio y mercado a los paneles de silicio, y así competir luego con la energía generada por combustión en las estrategias energéticas de los países.
