El año 2011 ha sido quizás uno de los más difíciles para la industria de la energía fotovoltaica. En 2010, la producción de energía solar casi se duplicó, creciendo de forma importante en los países líderes como Alemania, España, Japón y los Estados Unidos. Pero sólo unos pocos meses después, la industria tuvo que enfrentarse a recortes en los subsidios, caída de los precios, exceso de capacidad y una débil demanda. En fierasdelaingenieria.com, exploraremos las necesidades de este sector, analizando los actuales pasos que el campo de la ingeniería está dando en el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas, ¿comenzamos?.
El 2011 iba a convertirse en un período en estimable crecimiento, pero ha resultado ser uno de los años más duros desde que se convirtió comercialmente viable la energía solar hace unos 30 años. Sin embargo, según un informe publicado en noviembre de 2011 por IMS Research , las instalaciones de energía solar del mundo llegarán a 24GW para final del año, elevando la capacidad de todo el mundo a cerca de 64GW .
Las cifras de BSW-Solar y el Banco Sarasin muestran que Alemania seguirá estando por delante de la mayoría de los competidores, añadiendo aproximadamente entre 5 y 6 GW de energía fotovoltaica a su red en 2011, seguido de cerca por Italia. Los mercados emergentes, como China e India, sin embargo, son la fuerza impulsora que hay detrás de las cifras cotejadas.
De acuerdo con expertos del sector, el actual rumbo en las estrategias tomadas para afianzar el crecimiento, constituyen la mejor manera de escapar de la débil situación del mercado. Pero lo que el sector necesita, sigue siendo más investigación sobre tecnologías más avanzadas y eficientes, que sean capaces de ofrecer mayor rendimiento energético y minimizar los costes .
Algunos avances se han producido a pesar de tener en cuenta la difícil situación actual: ya sea en la mejora de las células solares mediante el uso de materiales hasta ahora inexplorados, o bien en la optimización de la producción fotovoltaica en sí, además de su diseño estructural, todos quedan claramente centrados en obtener una fotovoltaica de nueva generación para convertirse en última instancia, en una fuente importante dentro de la diversidad energética mundial.
Mejorando la producción
Miles de millones de células solares se fabrican cada año. El corazón de la producción de la energía fotovoltaica es el calor, que se utiliza para probar la fuerza mecánica de las células, para oxidar, templar, depurar, difundir, grabar y capear. Hornos de grandes dimensiones son por lo tanto, parte de todas las etapas de fabricación de las células solares. Un horno térmico convencional calentaría una panel por convección, mientras que un horno de rápido procesamiento térmico utilizaría el calor radiativo para aumentar la temperatura de un panel de silicio hasta 1.000 °C, en cuestión de segundos.
Un gran paso en la mejora de este proceso, incluyendo una reducción de los costes, se ha conseguido recientemente por los ingenieros del NREL (National Renewable Energy Laboratory) en Estados Unidos. Utilizando la óptica para calentar y purificar las células solares, los ingenieros introdujeron la denominada Optical Cavity Furnace (OCF) , evaluado como un dispositivo “que cambia el juego”.
El OCF combina los activos que la fotónica puede aportar al proceso extremadamente controlado por la más avanzada ingeniería que maximizaría la eficiencia en un 4%, mientras que disminuye costos térmicos y de refrigeración. Ésta incluye una gama de lámparas en una cámara, forrada de un aislante y de reflectores cerámicos. Según el ingeniero jefe del proyecto en el NREL, Bhushan Sopori : “Nuestros cálculos muestran que algunos materiales que se encuentran en el 16% de eficiencia, ahora alcanzarían el 20% si se toma ventaja de estos efectos fotónicos. Esto un avance importante”.
El sistema OCF, ganó la R&D 100 Award de la revista R&D Magazine en Julio, publicación que, desarrolló un artículo completo de este proyecto donde explicaban que la tecnología emplea un 50% menos de energía que los hornos estándar, eso significa una reducción de los costos, además de necesitar un menor tiempo para el proceso de fabricación.
El NRL es ahora el que ha marcado el objetivo de construir un horno de fabricación que sea capaz de procesar 1.200 paneles por hora , lo que contribuiría a impulsar la producción fotovoltaica rentable y precisa.
Mejorando las células solares
Los dos tipos principales de tecnología fotovoltaica de uso común hoy en día son el nano-cristalino y las películas delgadas fotovoltaicas. Como este último ofrece en la actualidad una menor eficiencia que el cristalino (por lo general van del 7 al 10%), las células de silicio cristalino van a favor de muchas aplicaciones en la actualidad. Sin embargo, con eficiencias de alrededor de entre el 12 y el 16%, las células cristalinas están todavía muy lejos de las células solares de tercera generación, que son potencialmente capaces de superar el límite Shockley-Qeisser (31-41%) de eficiencia energética.
El líder alemán en el desarrollo de tecnología fotovoltaica, el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE , afirmaba que había desarrollado unas células policristalinas con una eficiencia del 21,4%. Mediante el uso de la metalización de cobre estable de largo plazo para el contacto de la célula, establece una mejora tanto en la eficiencia de la energía fotovoltaica, como en la reducción en los costos de producción.
El reto clave de la metalización de cobre se encuentra en la creación de una capa de alta calidad entre el silicio y el cobre como una barrera contra la difusión de los semiconductores fotovoltaicos, lo cual podría resultar en un posible fracaso de la célula de operación. Según el Instituto Fraunhofer, el níquel puede ser incluido ahí y actuar como una barrera para el cobre y el silicio, así como un buen contacto eléctrico al silicio.
Los ingenieros han sustituido por lo tanto, el caro contacto de plata estándar en la parte frontal de las células solares por el níquel-cobre cromado más barato, usando posibles procesos de galvanización. El aumento de la eficiencia es comparable a las células solares usando titanio-paladio-plata en los sistemas de contacto, que son fabricadas en un proceso mucho más costoso.
La metalización a base de cobre y níquel también podría tener un considerable potencial de ahorro de costes para la próxima generación de células solares de silicio. Las células han mostrado una mayor estabilidad, sin consecuencias para su eficacia en las pruebas de estrés térmico. Los ingenieros también observaron que debido a la diferencia de costes significativos entre la plata y el cobre, simplemente cambiando el material y manteniendo la eficiencia de la misma, es posible reducir los costes de producción hasta en un 10%.
El Instituto Fraunhofer está trabajando para transferir los resultados a los tamaños de paneles estándar de la industria, algo que ya se ha conseguido por la compañía estadounidense Schott Solar . La empresa anunció a finales de noviembre, que había llegado a una medición de la eficiencia en un 18% de sus células solares de cobre metalizado. Con este método, los ingenieros de Schott Solar han reducido los costes de producción para el frontal de la célula a más de la mitad. En la actualidad, han comenzando a producir prototipos para instalarlos en un módulo de prueba, que tiene como objetivo estudiar la estabilidad de la tecnología a largo plazo y alcanzar una eficiencia de más del 19%.
Sistemas fotovoltaicos integrados (BIPV)
En un nivel más bien estético, un buen concepto de arquitectura podría ayudar a la reactivación de una industria que necesita dar pasos firmes para la consolidación del mercado. A partir de 2010, el interés en la integración arquitectónica de la energía fotovoltaica ha estado presente. Tradicionalmente, la construcción de sistemas fotovoltaicos integrados (BIPV) a menudo ha sido degradado a un nicho muy concreto de mercado porque los módulos y paneles solares eran demasiado caros y su instalación en los techos, paredes, ventanas y otras partes de la estructura del edificio era difícil. Sin embargo, con células más baratas y más eficientes, está previsto que los BIPV aumente a casi 2,4 GW en 2016.
Arquitectos y diseñadores innovadores de toda Europa, EE.UU. y Japón, han comenzado a explorar maneras creativas de incorporar paneles solares en sus obras, y la tendencia de “arquitectura solar eléctrica” ha comenzado a emerger. Esto ha sido especialmente impulsado por el rápido descenso de los costes por vatio, una mayor facilidad de instalación en exteriores por medio de paneles nuevos y de alta eficiencia, pero también por mejorar su aspecto estético como en las nuevas versiones de tejas y techos solares, que han comenzado a estar presente en los edificios desde hace relativamente poco. También el deseo de “productos ecológicos” por los propietarios de residencias y edificios comerciales ha impulsado aún más interés.
Los BIPV cambian radicalmente la orientación, el plan de diseño, la forma y la huella de un edificio, que a su vez le otorga un aspecto más futurista y llamativo en apariencia. Un sistema completo BIPV incluye: la integración de módulos, que puede ser de película delgada o cristalina, transparente, semi-transparente u opaco, un controlador de carga que regula la potencia de entrada y salida de la unidad central de baterías, junto con un sistema de almacenamiento de energía, que es en general, la red eléctrica local. Además, integra un equipo de conversión de energía, suministros de energía de respaldo, tales como generadores diesel, así como todos los componentes necesarios para el montaje, cableado y seguridad en desconexión.
Una vez integrado en la fachada del edificio o en el techo, funcionan como un generador de energía y suelen ser interconectados con la red eléctrica disponible. También se puede utilizar de forma autónoma y fuera del sistema de red, sin embargo, los beneficios que ofrece la integración arquitectónica con conexión a red son aún mayores. El almacenamiento es esencialmente libre, ilimitado en la capacidad y reduce los costos de energía para el propietario del edificio, mientras que también ayuda a mantener la red eléctrica durante las horas de máxima demanda.
Posted by R2blog . R2blog auto post for blogspot. Download at http://R2blogger.blogspot.com
No hay comentarios:
Publicar un comentario