Células solares con concentrador óptico

Las nanociencias y las nanotecnologías pueden jugar, en los próximos años, un papel fundamental a la hora de facilitar la ineludible conversión del modelo energético.

Autora: [Mª Belén Gómez Mancebo – CIEMAT]

Las células fotovoltaicas comerciales de silicio tienen un rendimiento que oscila entre un 15 % y un 20 % según la tecnología elegida y el fabricante. Su coste todavía es poco competitivo en relación al de las fuentes convencionales y es necesario investigar cómo aumentar significativamente el rendimiento  o reducir los costes de producción. Una posibilidad de reducir el precio consiste en utilizar un elemento óptico que concentre la luz sobre la célula solar, de esta manera, si se aumenta la potencia luminosa sobre la célula solar x veces, ésta será capaz de entregar x veces la potencia eléctrica que entregaría sin concentración (en condiciones de pérdidas ohmicas bajas).

El coste del panel es muy relevante en las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica, y es la célula solar el elemento que más lo encarece. El uso de luz concentrada permite sustituir área de semiconductores (elemento encarecedor) por área de concentrador óptico (elemento económicamente asequible).

 

 

 Instalación fotovoltaica de concentración IES-UPM.

Las células solares de GaAs desarrolladas en el Instituto de Energía Solar de UPM (IES-UPM) tienen un área activa de 1 mm2 y trabajan a 1000 soles (1000 veces la luz del sol), con una eficiencia del 26,2 %.

Las células multi-unión funcionan óptimamente con concentraciones del orden de 500 soles lo que permite que el tamaño de los chips sea muy pequeño de alrededor de 2,5 x 2,5 mm y que, por tanto, el alto coste de los materiales y su fabricación queden compensados. Con células monolíticas multi-unión fabricadas por epitaxia de semiconductores GaInP/Ga/InAs/Ge se han alcanzado rendimientos de hasta el 43, 5 %.

Asimismo, sus pequeñas dimensiones también implican una reducción notable en el coste de instalación, sistemas de seguimiento, concentración óptica y mantenimiento que, en última instancia, definen la viabilidad económica de cualquier opción energética.

El Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM-CSIC) trabaja actualmente en colaboración con el IES-UPM en la introducción de nanoestructuras autoensambladas epitaxiales como son los puntos cuánticos y de nanoestructuras fotónicas, en la zona activa de estas células solares y cuyo objetivo es poder alcanzar rendimientos energéticos superiores al 50 %. Si su desarrollo a gran escala permite una reducción de costes, aumentando al mismo tiempo las prestaciones, el empleo de estas células puede ser pronto muy efectivo para la generación eléctrica de tipo industrial conectada a la red, particularmente en áreas desérticas con fuerte irradiación solar directa. 

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Comentarios

Pensaba que ya había empresas/spin-off que tienen la tecnologia solar concentradora en su cartera de proyectos desarrollados. Y además fuera de Madrid ;)

Me gustaría matizar y subrayar algunos aspectos sobre el coste de la energía producida con sistemas fotovoltaicos convencionales y de concentración:

1.- Se afirma que el “coste [de las células fotovoltaicas comerciales de silicio] todavía es poco competitivo en relación al de las fuentes convencionales”. Sin embargo, se estima que en el 2015 se alcanzará la paridad con red (http://asif.org/files/EPIA_Competing_EnergySector_Sep11.pdf y http://asif.org/files/7_EC_POWEREXPO-LA-LLEGADA-DE-LA-PARIDAD-DE-LA-RED-EN-ESPA%C3%91A_E1.pdf).
2.- En cuanto a los sistemas de concentración, los costes del sistema, reducidos parcialmente por la sustitución de material activo por concentrador óptico, incluyen otras partidas debidas a elementos no necesarios en sistemas de módulos convencionales. Por ejemplo, la mayor precisión requerida exige el uso de seguidores y cimentaciones mucho más robustos, y la mayor influencia del viento y la suciedad en el rendimiento global exigen programas de mantenimiento más intensivos.
3.- Los sistemas de concentración aprovechan sólo la componente directa de la radiación solar, mientras que los módulos convencionales son capaces de producir electricidad en condiciones de radiación difusa. Esta circunstancia debe tenerse en cuenta al comparar el *coste de la energía producida* en un sitio determinado por un sistema de concentración y un sistema fotovoltaico convencional.

Una excelente noticia para todos los que creemos que es posible otro modelo energético, diferente del actual.
Sin duda es clave mejorar los sistemas solares existentes para que sean capaces de ser una alternativa real frente a otros tipos de fuentes energéticas.

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