En esta imagen de la NASA podemos observar cómo será un campo fotovoltaico espacial, que es una de las líneas que se siguen en el desarrollo de la investigación de la energía solar fotovoltaica.
El auge de la industria fotovoltaica ha motivado una frenética actividad investigadora en este campo: nuevos materiales, nuevos formatos, nuevas aplicaciones... entre los primeros destacan el CIGS o el arseniuro de galio, entre los segundos, los plásticos flexibles, y entre los terceros, la puesta en órbita de campos fotovoltaicos o la aplicación fotovoltaica a la industria del tejido.
El silicio es un material caro y difícil de obtener, en comparación con otras materias primas. Por este motivo, hace ya años que se buscan alternativas, tanto a nivel de líneas de investigación como en productos comerciales reales que utilizan materiales diferentes que no acaban de cuajar en el mercado. Veamos algunos de ellos.
Conviene distinguir entre el material fotosensible y la morfología física de su presentación, ya que es posible que se den diferentes posibilidades, silicio sobre módulo convencional, silicio sobre capa fina, sobre sustrato flexible...
Módulos de silicio monocristalino, policristalino y amorfo: son las más extendidas; su rendimiento disminuye de forma progresiva.
Módulos de capa fina o lámina delgada: se ahorra material y el ensamblado es más sencillo, aunque sus eficiencias también son inferiores. Están disponibles en silicio, CIGS y Teluro de Cadmio.
Módulos de silicio extrafinos, vendidas por la empresa alemana Inventux Technlogy AG. Combinan capas extrafinas de silicio microcristalino y amorfo, lo cual resulta en eficiencias mayores, ya que la capa amorfa transforma el espectro visible de lua, y la microcristalina, transforma la porción infrarroja de la luz.
Teluro de cadmio (CdTe): una alternativa al silicio. Presenta una eficiencia del 11% frente al 16% de los modulos de silicio. El inconveniente que presenta es que el cadmio es altamente tóxico.
CIGS: realmente es un material mucho más competitivo que el teluro de cadmio, pero no se está extendiendo tanto como aquel. La razón es que cada empresa que las comercializa está utilizando sistemas de producción diferentes, no hay uno común, porque la construcción de las obleas tiene una estructura altamente compleja puesto que es un material compuesto por cinco elementos químicos, con lo cual es difícil asegurar una composición homogénea de la célula que garantice un rendimiento homogéneo. En unas puede ser del 11% y en otras puede alcanzar el 20%.
Fotovoltaica de concentración: tiene su origen en la aplicación espacial, ya que era necesario minimizar el peso y superficie del sistema de alimentación eléctrico. Por este motivo, se utilizó un material más caro que el silicio, el arseniuro de galio, pero que también es mucho más eficiente. Además, se colocaron reflectores alrededor del material, para concentrar la radiación solar. El inconveniente que tiene es que necesita el sol directo para funcionar bien. Aún resulta más cara que la normal, pero los expertos aseguran que cuando alcance su madurez comercial, sustituirá a la fotovoltaica convencional en la producción de electricidad para vender.
Materiales orgánicos: resultarían más baratos porque son inagotables, al contrario que el caro silicio, aunque su eficiencia es muy inferior. De esta forma, la fotovoltaica se abriría a mercados nuevos, como por ejemplo fachadas, cristales de ventanas y automóviles, etc. Cualquier superficie podría ser aprovechada de forma económica para producir electricidad, aunque fuese escasa. El problema está ahora todavía en que su duración es muy inferior a la de las células orgánicas, con lo cual no resulta rentable.
Módulos flexibles: las células convencionales se aplican sobre cristal, lo cual reduce su número de aplicaciones, aunque alarga la vida de los módulos. Pero existen aplicaciones donde no resulta necesario que las células presente una vida útil de 30 ó 40 años... Es el caso de aplicaciones cotidianas, automóviles, satélites... hay por tanto, una efervescente actividad en la investigación de células solares del material que sean que puedan ser aplicadas sobre sustratos flexibles, normalmente plástico. Esto abartaría los costes y ampliaría el mercado fotovoltaico. Además, incluso haría posible la impresión de las células, como si fuera una rotativa de periódico, lo que agilizaría y abarataría su 'impresión'.
Hacer los módulos de capa fina tan eficientes como los convencionales, o los convencionales tan eficientes como los de capa fina.
Convertidores espectrales: las células solares convencionales no captan todo el espectro de radiación solar, por lo que esa luz queda desaprovechada. Una de las líneas de investigación es convertir dos fotones rojos en uno azul, que sí puede ser procesado, lo que aumentaría la eficiencia de las células.
Combinación de varias capas de materiales translúcidos diferentes que transforman diferentes rangos de radiación solar, por ejemplo, teluro de cadmio (CdTe) y silicio
Pasivación dieléctrica: que implica la generación térmica de una capa de óxido de silicio. Pero este método tradicional tiene el inconveniente de que la oblea debe estar oxidada durante una periodo relativamente largo y a temperaturas que alcanzan los 900ºC. La ventaja es que este proceso sí se está aplicando a nivel industrial
Deposición Atómica de Capas: proceso químico que superpone capas a nivel atómico, pero que está más pensado para ser exacto que para ser rápido, por lo que no es fácilmente imaginable que se aplique a nivel industrial.
Fovoltaica espacial: suena a ciencia ficción, pero no lo es. Y en los años sesenta se planteó esta posibilidad, crear 'huertas solares' en el expacio exterior, convertir la electricidad en microondas y enviarla a la Tierra, donde se volvería a convertir en elecricidad. Pero el precio del proyecto lo envió al baúl de los recuerdos. Hasta que la necesaidad de frenar el cambio climático ha desempolvado toda posibilidad de reducción del CO2. Existen ya proyectos experimentales para crear campos fotovoltaicos en órbita. La tecnología ya existe, y que se convierta en rentable o no, dependerá del precio que estemos dispuestos a pagar para reducir el CO2. Las ventajas serían ciertamente elevadas, pues la producción allí arriba sería de 24 horas al día, dado que no existe noche ni nubes. De momento, el ejército estadounidense ya ha mostrado su interés por este tipo de generación de energía, no por la reducción de CO2, sino por las implicaciones logísticas que tiene, al no depender de suministros de gasóleo vulnerables a ataques, tal y como está ocurriendo en las partes calientes del globo: Afganistán, etc. Y ya se sabe que cuando los militares se meten, normalmente la investigación se acelera vertiginosamente.
Células solares de Grätzel: consiste en la combinación de materiales orgánicos e inorgánicos. Los orgánicos serían los encargados de absorber la radiación solar, de la misma forma que hace la clorofila de las hojas vegetales.
Nanotecnología: parece ser que el secreto no está sólo en aprovechar la energía en grandes cantidades, sino también de hacerlo con las pequeñas. Una empresa en la que, atención, ha invertido Google llamada Nanosolar, asegura haber desarrollado una tinta con nanoelementos que producen electricidad fotovoltaica y que según sus directivos, podrá producir células solares ' cien veces más finas, y cien veces más barato'.
Aplicación de procesos de fabricación de laboratorio a nivel industrial: a menudo se obtienen rendimientos récord en laboratorio, pero en laboratorio normalmente se aplican métodos de construcción que no son rentables a nivel industrial, por lo que no pueden aplicarse esos renidimientos récord a desarrollos comerciales. El Laboratorio de Energía Solar Fotovoltaica del Parque Tecnológico de Zamudio está investigando como hacer rentables esos procesos.
La energía solar termoeléctrica utiliza heliostatos para dirigir la luz solar hacia un sistema hidráulico que porta un fluído que con el calor, se transforma en vapor. El vapor mueve turbinas que generan elecricidad. Este sistema ha sido experimental hasta no hace mucho, pero España ya se ha revelado como una potencia mundial al respecto. Varias grandes empresas, como la sevillana Abengoa o Acciona, han invertido grandes cantidades de dinero en el desarrollo comercial de estos sistemas, y existen ya varios parques de este tipo en el sur de la Península. La diferencia fundamental con la fotovoltaica, aparte del funcionamiento técnico, radica en que el calor afecta negativamente a la fotovoltaica, mientras que afecta positivamente al funcionamiento de la termoeléctrica.
