Panells solars: així evolucionen

• Autor: Per Alex Fernández Muerza
• Data de publicació: Dimecres, 14deOctubrede2009

Imatge: Global Energy

Els experts parlen de fins a quatre generacions per referir-se a l’evolució dels panells solars fotovoltaics. Les actuals cèl·lules, basades en silici, podrien ser reemplaçades en uns anys per altres materials i tecnologies molt diverses. Els seus responsables persegueixen augmentar l’eficiència energètica d’aquests dispositius, abaratir els seus costos de producció i logar una gran varietat d’aplicacions que els permeti competir amb els combustibles fòssils o l’energia nuclear.

Les plaques solars fotovoltaiques es basen en dues hòsties o làmines amb materials semiconductors. Ambdues utilitzen uns elements químics, denominats “dopantes”, que forcen a una de les planxes a tenir un excés d’electrons (càrrega negativa, N) i a l’altra, a una falta d’aquests (càrrega positiva, P). Aquesta unió P-N genera un camp elèctric amb una barrera de potencial que impedeix que es transvasin electrons entre les planxes.

L’alt preu i fragilitat de les plaques fotovoltaiques actuals han portat als investigadors a provar nous materials i sistemesQuan s’exposa aquesta unió P-N a la radiació solar, els fotons de la llum transmeten la seva energia als electrons. Amb aquesta aportació, trenquen la barrera de potencial i surten del semiconductor per un circuit exterior, de manera que es produeix corrent elèctric. Les plaques fotovoltaiques es componen de cèl·lules, el mòdul més petit capaç de produir electricitat.

El silici és el material més utilitzat per a aquests panells fotovoltaics, si bé es fabrica de formes diferents. El silici pur monocristalino permet un rendiment en els panells comercials del 16%, però el seu preu és car. El silici pur policristalino, recognoscible pel seu aspecte granulado, és més barat però aconsegueix un rendiment del 14%. L’amorf s’utilitza en petits aparells, com a calculadores, rellotges o panells portàtils de menor grandària. El seu rendiment és del 8%. Els científics treballen amb altres materials, com el teleruro de cadmi o els sulfurs i seleniurs d’indi per ampliar el ventall de possibilitats.

Les plaques solars poden ser fixes, molt típiques en les teulades, o dinàmiques, gràcies als seguidors solars. Aquests dispositius milloren el rendiment dels panells, ja que la seva missió consisteix a seguir al Sol des de la seva sortida fins a la posada. També es pot extreure rendiment de les plaques solars fotovoltaiques mitjançant la seva fusió amb altres sistemes renovables: un sistema mixt eòlic-solar o solar fotovoltaic-tèrmic són algunes possibilitats.

Aquestes plaques es comercialitzen en l’actualitat de forma majoritària, gràcies a la seva alta eficiència, que podria arribar en teoria a un màxim del 33%. El seu alt preu i la seva fragilitat han portat als investigadors a provar altres materials i sistemes que permetin noves generacions de panells.

De la primera a la quarta generació

La segona generació de cèl·lules solars es coneix des dels anys noranta. Es basen en un mètode de producció epitaxial per crear làmines molt més flexibles i primes que les seves predecessores. Per això les hi denomina de làmina prima. L’eficiència, entre el 28% i el 30%, és una altra dels seus principals avantatges, però el seu elevat cost les limita avui dia als sectors aeronàutic i espacial.

Alguns experts parlen ja de panells solars de baix costDiverses empreses de tot el món treballen per generalitzar aquests sistemes de segona generació. Alguns experts parlen ja de panells solars de baix cost, que empren materials diferents al silici, com a microestructures CIGS, denominades així per les matèries que utilitza (coure, indi, gal·li i seleni), o CIS, en cas de no incloure gal·li. Altres investigadors han creat tecnologies com les cèl·lules orgàniques fotovoltaiques (OPV), uns polímers (plàstics) orgànics capaços de reaccionar a la llum solar.

Les possibilitats d’aquests materials són enormes. De moment, l’eficiència d’aquestes plaques és encara més baixa que les de primera generació, però els seus defensors asseguren que només és qüestió de temps aconseguir-les i fins i tot superar-les. Alguns experts estimen que podrien tenir una relació cost/eficiència millor que els combustibles fòssils a partir de 2015.

La tercera generació, encara en fase d’experimentació, persegueix millorar encara més els panells de làmines primes. Diversos investigadors i empreses de tot el món treballen a diverses tecnologies, com les denominades de buits quàntics, nanotubos de carboni o nanoestructuras d’òxid de titani amb colorant (DSSC). Amb elles es podria crear una pintura que recobriria les cases o les carreteres per generar energia; així com tints per a tot tipus d’aparells electrònics, peces tèxtils o cotxes solars. L’eficiència d’aquests sistemes també podria ser superior (entre el 30% i el 60%). Els seus defensors creuen que aquestes plaques podrien començar a comercialitzar-se sobre 2020.

Una quarta generació de panells solars uniria nanopartícules amb polímers per aconseguir cèl·lules més eficients i barates. El panell es basaria en diverses capes que no només aprofitarien els diferents tipus de llum, sinó també l’espectre infraroig. La NASA ha utilitzat aquesta tecnologia multi-unió en les seves missions a Mart.

Altres experts no parlen de generacions, sinó d’avanços en la relació cost de fabricació/eficiència de la conversió energètica. En teoria, els panells solars podrien aconseguir una conversió de la llum solar en electricitat d’un 93%. El cost hauria de baixar també més per competir amb els combustibles fòssils i l’energia nuclear.