[María J. Marcos]
Las células fotovoltaicas convierten directamente la luz del sol en energía eléctrica basándose en el efecto fotovoltaico. La eficiencia máxima de la célula viene determinada por la parte del espectro total que cada uno de los materiales puede utilizar y que se denomina “Energía de gap”, así la eficiencia máxima teórica que se puede alcanzar es del 46% para una energía de gap de 0.9 eV. De este modo el Silicio con sus 1.16 eV ó el GaAs con 1.43 eV únicamente podrían utilizar el 23.6%, en el caso del silicio (85% de las células fotovoltaicas actuales) únicamente utiliza entorno al 12-14% ya que desaprovecha además las longitudes de onda más energéticas (azul e ultravioletas) que en vez de en electricidad se convierten en calor el principal enemigo de las células fotovoltaicas.
Estando así las cosas, el coste de la energía fotovoltaica esta entorno a 0.08$/kWh siendo necesarios al menos 7 años para recuperar la energía utilizada en su fabricación y para la producción de 1 GW de electricidad con las células convencionales actuales son necesarios 10 km2 de silicio.
Los esfuerzos en investigación van dirigidos por una parte a la reducción de costes de los materiales utilizados: La reducción de los espesores de materiales utilizados, utilización de otros materiales que aunque en principio menos eficientes tienen un coste de fabricación inferior ( silicio amorfo, micro y policristalino, Teleruro de Cadmio, selenuros de Indio y Cobre, Aseniuro de Galeno, etc.) y por último células de tercera generación basadas en polímeros, nanocristales y en materiales electroquímicos.
La fabricación de células fotovoltaicas multicapas también va dirigida a un mejor aprovechamiento del espectro basándose en la construcción de células con láminas superpuestas de materiales de diferente energía de gap, con estas técnicas la eficiencia fotovoltaica máxima teórica se incrementa considerablemente hasta un 30-40% dependiendo de que se construya con dos o tres capas respectivamente.
Otra de las líneas seguidas con el fin de reducir la cantidad de material necesario es abordar el principal inconveniente de la radiación solar, esta aunque es abundante es diluida, por lo tanto si se concentra llegará más radiación por unidad de superficie de la célula, de tal forma que una concentración dada (2x, 3x, etc.) lograría reducir en proporciones similares la cantidad de silicio necesaria para una misma energía generada. La tecnología de concentración (ya utilizada en las plantas solares térmicas de concentración) sólo requiere materiales baratos reflectantes como son los espejos, metales, plásticos, que mediante una geometría de tipo paraboloide son capaces de dirigir la radiación solar recogida en una superficie (S1) a otra muy inferior (S2), la concentración es el cociente entre estas dos superficies. La tecnología de concentración únicamente utiliza la energía directa (aquella que se sabe de donde viene) por lo que el sistema debe contar además con un sistema de seguimiento solar en dos ejes.
En el mercado existen distintos sistemas de concentración, algunos de ellos constituyen sistemas integrados y modulares compuestos por lentes Fresnel y la célula fotovoltaica, mientras que otros se basan en una concentración externa mediante helióstatos que dirigen la radiación solar concentrada a las células que se encuentran en el foco.
Precisamente con la tecnología AMONIX se ha inaugurado recientemente en Madrid la primera instalación solar fotovoltaica de concentración en explotación comercial de Europa. La instalación con una concentración de 250x (necesitando 250 veces menos silicio que una célula normal) tiene previsto generar 43089 kWh anuales lo que equivale a un consumo de 22 familias. Las células de silicio con contacto posterior se completan con un sistema de concentración denominado SIFAC desarrollado por la Empresa Guascor Foton que utiliza lentes tipo Fresnel de material acrílico y con un reflector secundario. El proyecto ha sido desarrollado bajo la colaboración de la UPM, la empresa Guascor foton y el IDAE que ha financiado el proyecto con 200000 euros
