30 septiembre 2010

Lo básico sobre las células fotovoltaicas comunes



La tecnología solar fotovoltaica usa células semiconductoras (obleas), con un tamaño de varios centímetros cuadrados. Desde el punto de vista de la física d estado sólido, la célula es básicamente un diodo p-n de gran superficie con la unión posicionada cerca de la superficie. La célula convierte la luz solar en electricidad de corriente directa. Numerosas células se ensamblan en un módulo para generar la potencia requerida. Debido a que la tecnología fotovoltaica usa material semiconductor semicristalino, su coste ha sido alto. Pero desde los precios de US $20 por vatio de los años 80, las células solares han caído hasta precios del entorno de US $ 1. ¡Una caída del 95 %!

Si bien la energía solar fotovoltaica sigue siendo cara en comparación directa con la energía eléctrica convencional, han aparecido numerosos nichos de mercado donde esta tecnología si que es bien rentable. La rentabilidad aparece especialmente donde la energía no es muy fiable, en las instalaciones aisladas, en ciertos tramos de la tarifa y sobre todo cuando trabajamos conjuntamente energía solar fotovoltaica y eficiencia energética. La eficiencia energética hace caer el consumo drásticamente (en ocasiones más del 90 %) por lo que el efecto combinado eficiencia energética + generación fotovoltaica hace aparecer excitantes nichos de rentabilidad para la generación fotovoltaica. Nuestra experiencia directa indica que donde mayor rentabilidad encontramos es en economías emergentes de intenso crecimiento, especialmente en aquellas que están castigadas por anodinos tramos de tarifa.

También hay que decir que los nichos de mercado donde la energía solar fotovoltaica + eficiencia energética no son fáciles de entender pues normalmente se trata de situaciones de aislada (singulares en cada caso) e instalaciones conectadas a redes públicas donde los problemas y los tramos de tarifa no son desde luego sencillos. Los lobbies del sector de la generación no están contribuyendo tampoco, más bien al contrario, al conocimiento de estas nuevas aplicaciones que surgen cuando la energía solar fotovoltaica baja de precio.

¿QUÉ VENTAJAS TIENE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?

A nuestro parecer, la gran ventaja de los paneles fotovoltaicos es que nos durarán varias décadas, por lo que hablamos de una inversión que producirá beneficios durante muchos años. Por otra parte, la instalación y montaje de paneles fotovoltaicos es extremadamente fácil, su escalabilidad inmediata por la modularidad y está muy bien adaptada para las cargas pico. La mayor producción de energía suele coincidir con el periodo en el que la electricidad es más cara (hasta el triple), por lo que con habilidad se pueden conseguir interesantes reducciones de los consumos pico.

TECNOLOGÍAS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS

No todas las tecnologías fotovoltaicas son iguales, venimos hablando de ello en muchos artículos (ver Diseño con Energía Solar). Para hacer comparaciones entre tecnologías fotovoltaicas, la medida más importante es el coste de energía por kWh obtenido. Este coste depende fundamentalmente de dos parámetros, la eficiencia de conversión de energía fotovoltaica y el coste del módulo.

Silicio mono-cristalino

El silicio monocristalino ha sido el método más común de producir células solares. Las células se fabrican a partir de silicio de cristal simple, que primero se funde y luego se purifica. Los lingotes obtenidos en el proceso de fabricación se cortan usando una sierra de diamantes en obleas con espesor de 200 a 400 µm. El problema que tiene es que en el corte de los lingotes se desperdicia casi la mitad del material. El derroche de material se minimiza haciendo células redondeadas a partir de lingotes redondos. Estas células son económicas donde el espacio que ocupará el panel no es fundamental.

Silicio policristalino y semicristalino

Este proceso es un proceso de relativamente bajo coste y rápido para fabricar células cristalinas espesas. La eficiencia de conversión es más baja, pero el coste es mucho menor, por lo que se obtiene una reducción neta en el coste por vatio producido.

Film delgado

El film delgado es otra tecnología que ha entrado en el mercado. En estos procesos se utilizan nuevos materiales como el film delgado. Materiales de film típicos son diselinuro de indio cobre, teluluro de cadmio y arseniuro de galio, típicamente con espesores de unos pocos µm o menos en espesor. Estos materiales se depositan directamente en vidrio, acero inoxidable u otros materiales de sustrato compatibles. Esta tecnología usa mucho menos material por área cuadrada de célula, por ello, es menos caro por vatio de potencia generada.

Silicio amorfo

En esta tecnología, el vapor de silicio amorfo se deposita en films (vidrio) amorfo con espesor de un par de µm en rollos de acero inoxidable. Comparada con el silicio cristalino, esta tecnología usa solamente un 1 % de material. Su eficiencia es aproximadamente la mitad de la del silicio cristalino, pero el coste es también aproximadamente la mitad.

Bibliografía: Patel et al. Wind and Solar Power Systems. CRC Press

Palabras clave: Copper Indium Diselenide, Cadmium Telluride, and Gallium Arsenide
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