viernes, 17 de diciembre de 2010

El fotovoltaico puede proporcionar la autosuficiencia energética


Célula fotovoltaica siendo estudiada con el simulador solar


Massimo Izzi dijo “Haya luz” y hubo luz. Izzi es un investigador del Laboratorio Fotovoltaico y Conversiones directas de la Unidad Técnica de Fuentes Renovables que la ENEA (Agencia Nacional italiana para las nuevas tecnologías, la energía y el desarrollo económico sostenible) tiene en Casaccia, a escasos kilómetros de la ciudad eterna. Y esa luz que enciende cada día es un simulador solar que pretende medir, en condiciones estándar (1kW/m2 y 25º constantes) la eficiencia de una célula solar.
Ese sol que los físicos que trabajan aquí pueden encender con sólo apretar un botón en realidad es un mecanismo bastante sencillo. Está formado por dos aparatos principalmente: uno que mantiene la temperatura constante y el otro que irradia la luz. La luz de este sol tan particular se produce en dos lámparas, una que reproduce los rayos ultravioleta (es decir, las ondas de la luz que son más cortas y que, por tanto, tienen una mayor potencia) y otra que reproduce los rayos infrarrojos (es decir, las ondas largas que tienen una potencia menor). El aparato es tan asombroso, al menos para los no iniciados, que incluso produce ozono.

¿Qué es una célula fotovoltaica?
El mecanismo de una célula fotovoltaica no difiere en demasía del mecanismo de una pila convencional. La clave está es una de esas palabras semimágicas que usan los científicos: el diodo. Un diodo tiene el mismo número de cargas positivas y negativas; tenemos así, un campo positivo y un campo negativo. Cuando un rayo de sol incide sobre este material (el silicio, por ejemplo) rompe el equilibrio de cargas de ese átomo, produciéndose un movimiento de las mismas. Los polos opuestos se atraen, así que al moverse las cargas positivas al campo negativo y viceversa tenemos un campo eléctrico. Conectamos un cable a cada uno de los polos y: ¡se produjo la energía!, de forma directa y limpia. En palabras de Izzi: “El fotovoltaico, respecto a las otras fuentes renovables, está en un grado de transformar directamente la radiación del sol”.

¿De qué está hecha una célula fotovoltaica?
El laboratorio en el que trabaja Massimo Izzi está volcado en la investigación de los materiales que pueden hacer la célula más eficiente (es decir, que al incidir el sol libere el máximo número posible de electrones). En este sentido, hay dos líneas de trabajo bastante claras: el silicio y nuevos materiales.
El silicio es la línea de investigación clásica de la fotovoltaica. En ella, según Giuseppe Arabito, otro de los investigadores de la unidad que empezó su andadura científica trabajando en lo que estaba llamado a ser el primer reactor nuclear italiano, en este ámbito hay “poco que hacer, casi todo está estudiado”. La segunda línea, sin embargo, es la más innovadora.

El silicio, “el material de Dios”
El silicio es, después del oxígeno, el material más abundante de la tierra. El problema está en que no se encuentra silicio en estado puro en la naturaleza. Por tanto, el silicio en sí es barato, pero el proceso para librarlo de impurezas es caro. Cuanto más puro sea el silicio, más eficiente será la célula fotovoltaica, pero también más cara. Sin embargo, cada punto porcentual que se logra de eficiencia significa una reducción del coste del 6%. Y he aquí donde se mueve la investigación en fotovoltaico.
El silicio puede ser de muchos tipos. El silicio amorfo, por ejemplo, es un gran conocido de todos nosotros, aunque no sepamos su nombre. Se trata del material con el que están hechas las calculadoras solares y tiene la ventaja de funcionar en una gran variedad de posiciones. Sin embargo, los dos tipos de silicio más usados en el sector fotovoltaico son el silicio monocristalino y el silicio policristalino.
El silicio monocristalino como su propio nombre indica, está formado por un único granito. Al tratarse de una superficie lisa, los electrones se mueven con más facilidad y, por tanto, es más eficiente, aunque su obtención es más cara. El silicio policristalino está formado por una multiplicidad de granitos lo que dificulta la movilidad a los electrones y, por tanto, resta eficiencia; sin embargo, es un material más barato.


A la izquierda silicio policristalino. Al fondo, silicio monocristalino. A la derecha, célula fotovoltaica


El “film sutil”
Los llamados “nuevos materiales” tienen una ventaja y un inconveniente: son mucho más baratos, pero mucho menos eficientes. Sin embargo, el coste de producción es tan bajo que compensa. El telurio de cadmio, por ejemplo, es uno de estos “film sutiles” que ya está siendo ampliamente comercializado. En la ENEA están investigando las posibilidades del cobre y de otros materiales que puedan parecerse físicamente al silicio.
Massimo Izzi dedica su labor de investigación al silicio, pero lo tiene claro: “El mercado fotovoltaico en los próximos 20 años estará dominado todavía por el silicio cristalino (hoy representa el 80%) porque es una tecnología consolidada y de fácil industrialización. El film sutil conquistará más y más cuota de mercado (hoy representa alrededor del 18%) dado su coste menor y el hecho de que tenga una carrera más veloz hacia la “grid parity” (es decir, el mismo coste de la energía eléctrica como el que proviene del petróleo)”.

Laboratorio de films sutiles

¿Qué es la eficiencia de una célula fotovoltaica?
La clave está, pues, en lograr la mayor eficiencia de las células fotovoltaicas posible. Pero, ¿cómo se mide esto? Supongamos que cada rayo pudiese liberar 100 electrones, en ese caso tendríamos una eficiencia del 100%; sin embargo, el número máximo de electrones que puede liberar cada rayo de sol es de 30. Por tanto, la eficiencia máxima que podemos conseguir en una célula fotovoltaica es del 30%. La media de eficiencia de las células fotovoltaicas de silicio monocristalino es del 17%, la del silicio policristalino es del 15% y en la ENEA pretende construir un film sutil que tenga una eficiencia de entre el 4 y el 5%.

El futuro del fotovoltaico
“El futuro del fotovoltaico debería ser una generación distribuida de energía eléctrica en la que cada uno de nosotros pudiera tener una pequeña planta fotovoltaica y distribuirla en la red común de la energía eléctrica y no producir energía en grandes centrales para después transportarla a centenares de kilómetros. Esto haría de la energía, la primera gran revolución democrática en la que sería cada ciudadano individual el que produciría la energía y la utilizaría y no dejaría a las grandes compañías multinacionales la producción de energía”. Este es el futuro con el que Massimo Izzi y los defensores de la smart grid sueñan. La tecnología existe. La construcción de la utopía es cosa nuestra.

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