Avances en energía solar

Se avanza hacia la meta de conseguir una energía solar barata que compita con las fuentes de energía basadas en el petróleo o gas natural.

Ensayo con un sistema PETE. Fuente: Universidad de Stanford.

A todo el mundo, incluso a los apologetas (racionales) de los combustibles fósiles, les gustaría que hubiese una energía solar rentable. Sin embargo, la energía solar todavía no es competitiva comparada con las demás. O simplemente siempre sale mucho más barato perforar un agujero y sacar gas o petróleo que invertir en ciencia y tecnología.
El caso es que ahora, cuando el cambio climático nos amenaza y las fuentes convencionales de energía se encarecen, es cuando se está realizando bastante esfuerzo en el desarrollo de la energía solar, con avances muy frecuentes en el campo. Aunque ninguno de ellos es revolucionario, no deja de ser interesante que poco a poco la energía solar se acerque cada día más a la meta de ser una fuente de energía rentable. Muchos de estos avances pasan desapercibidos, pero la coincidencia en el tiempo de algunos de ellos ha hecho que esta redacción se fije en ellos.
El primer resultado es curioso, trata de una propiedad no intuitiva mediante la cual el silicio cambia de una fase sólida a una líquida al enfriarse y sin mediar un cambio de presión. Un equipo del MIT demostró esta fusión inversa en un bloque de silicio con impurezas metálicas.
Calentaron dicho bloque de silicio con impurezas de hierro, cobre y níquel hasta 1000 grados centígrados y luego lo enfriaron hasta 900 grados. En ese momento pudieron observar la formación de gotas de material fundido, pese a que el silicio se funde en condiciones normales a 1414 grados.
La razón de este comportamiento se debía a que las impurezas tendían a emigrar hacia la superficie hasta esas gotitas, rebajando su punto de fusión y dejando regiones de silicio puro detrás.
Lo interesante de este fenómeno es que permite purificar silicio de una manera más económica que los métodos habituales. El silicio es un material muy abundante en la corteza terrestre y las células solares fabricadas con él tienen un rendimiento más que aceptable, pero los costes de purificación del silicio elevan el precio de las mismas hasta un nivel al que la energía solar fotovoltaica ya no es competitiva desde el punto de vista económico.
La idea que tienen estos investigadores es crear gotitas líquidas dentro de los bloque de silicio que sirvan de “aspiradoras” de las impurezas contenidas en él.
El segundo logro consiste en la creación de una nueva tecnología que produzca células solares baratas con un rendimiento aceptable. La idea en este caso es usar partículas de níquel en suspensión coloidal que actúen como puntos cuánticos en células solares.
Como las propiedades de los puntos cuánticos varían con el tamaño (nanométrico) de los mismos se pueden diseñar para que absorban la energía de los fotones de distintas longitudes de onda. Usando una mezcla de estos puntos cuánticos se podría cubrir una buena gama del espectro. Los prototipos conseguidos por Lukasz Brzozowski aún tienen un rendimiento de sólo un 5%, pero el uso de níquel reduce su precio entre un 40% y un 80%. Serán comercialmente rentables cuando lleguen a un 10% de rendimiento.
El tercer descubrimiento ha sido realizado por ingenieros de la Universidad de Stanford. Según ellos un nuevo proceso permite combinar la luz y el calor solar para proporcionar electricidad con un rendimiento que dobla la actual tecnología solar fotovoltaica. Se basa en un proceso de aumento de emisión termoiónica de fotones, o PETE en sus siglas en inglés. Al parecer, esta tecnológica haría que la energía solar pudiera competir con las energías de origen fósil como el gas o el petróleo.
El calor producido por la luz solar que la célula convencional no convierte en electricidad se lleva más del 50% de la energía y además entorpece el propio proceso fotovoltaico. A diferencia de la tecnología fotovoltaica convencional usada en los paneles solares comerciales, que se hace más ineficiente conforme aumenta la temperatura, en el proceso PETE el rendimiento se mantiene a una temperatura que ya ha dejado fuera de combate a las células habituales. Una vez alcanzados los 100 grados las células convencionales dejan de funcionar bien. Un sistema basado en PETE puede trabajar perfectamente hasta los 200 grados.
Este sistema podría tener un rendimiento máximo estimado entre un 50% y un 60%. Además, los materiales necesarios para este tipo de proceso son económicos, como el cesio y el nitruro de galio.
Lo ideal sería usar este tipo de sistema junto a concentradores en forma de espejos parabólicos o similares. Esto, además de conseguir el régimen necesario para que PETE funcione, abarata los costes al utilizar menos semiconductores para una misma superficie receptora de luz.
La cuarta noticia procede del Lawrence Berkeley National Laboratory y versa sobre el uso de selenio y óxido de zinc, materiales que son bastante económicos, en células solares fotovoltaicas.
En concreto, se introduce un 9% de selenio en una matriz de óxido de zinc, incrementándose así la eficiencia de éste último en la absorción de luz. Aunque algunos semiconductores puedan tener buenas cualidades electrónicas a la hora de ser usados en dispositivos fotovoltaicos, no tienen una buena capacidad de absorber la luz solar. En este caso en particular se solucionaría con el uso de selenio.
Estos investigadores sueñan con la posibilidad de usar este tipo de energía para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno y usar estos gases en una nueva economía energética.
A ver si vemos pronto estos avances en el mercado.
http://physicsworld.com/cws/article/news/43399