La presencia de paneles solares en tejados y grandes granjas energéticas se ha vuelto una escena común en muchas regiones del mundo. Incluso en países con climas menos soleados, como el Reino Unido, la energía solar se está convirtiendo en un actor clave en la generación eléctrica.
Este auge de la energía solar está impulsado por dos factores principales. Primero, los avances tecnológicos han permitido la producción de paneles solares a gran escala y a costos cada vez más bajos. Segundo, y más importante, es el aumento constante en la eficiencia de conversión energética de los paneles solares, lo que mide cuánta energía del sol se transforma en electricidad.
Cuanto mayor es la eficiencia de los paneles solares, más barata es la electricidad generada. Pero, ¿hasta dónde puede llegar la eficiencia de los paneles solares? Y, ¿esto impactará nuestras facturas de electricidad?
Actualmente, los paneles solares disponibles comercialmente convierten entre el 20% y el 22% de la luz solar en electricidad. No obstante, investigaciones recientes publicadas en Nature han demostrado que los futuros paneles solares podrían alcanzar eficiencias de hasta el 34% gracias a una nueva tecnología conocida como celdas solares en tándem. Estas investigaciones han registrado una eficiencia récord de conversión de energía para estas celdas.
¿Qué son las celdas solares en tándem?
Las celdas solares tradicionales están hechas de un solo material que absorbe la luz solar. La mayoría de los paneles solares actuales están fabricados con silicio, el mismo material que se utiliza en los microchips. Sin embargo, la eficiencia del silicio tiene un límite teórico de aproximadamente el 29%.
Para superar esta limitación, los científicos han desarrollado celdas solares en tándem, que apilan dos materiales solares uno sobre el otro para capturar más energía del sol. En la investigación publicada, un equipo de científicos de la empresa LONGi ha logrado una eficiencia récord del 33,89% utilizando una celda solar en tándem que combina silicio y perovskita.
Las perovskitas, descubiertas hace menos de dos décadas, han emergido como el complemento ideal para la tecnología de silicio. La clave radica en su capacidad de sintonización en la absorción de luz. Mientras que el silicio absorbe eficientemente la luz infrarroja, las perovskitas son mejores capturando la luz azul y de alta energía. Esto reduce las pérdidas energéticas y aumenta la eficiencia total del sistema.
Otros materiales, como los semiconductores III-V, también han sido utilizados en celdas solares en tándem, logrando eficiencias aún mayores. Sin embargo, su producción es costosa y compleja, lo que limita su uso a pequeñas celdas solares combinadas con luz concentrada.
El desarrollo de las celdas solares de perovskita ha sido rápido: en tan solo diez años, la eficiencia de estas celdas ha pasado del 14% al 26% en laboratorios. Estos avances han permitido su integración en celdas solares en tándem de ultra alta eficiencia, proporcionando un camino hacia la producción de la cantidad masiva de energía fotovoltaica que el mundo necesita para descarbonizar su sistema energético.
El coste de la electricidad solar
Las nuevas celdas en tándem que han batido récords de eficiencia pueden capturar un 60% más de energía solar. Esto significa que se requieren menos paneles para producir la misma cantidad de energía, lo que reduce los costos de instalación y la superficie de terreno o tejado necesaria para las granjas solares.
Además, estas mejoras permiten a los operadores de plantas solares generar electricidad a mayores márgenes de beneficio. Sin embargo, debido a cómo se fijan los precios de la electricidad en algunos países, como el Reino Unido, es posible que los consumidores no vean una reducción inmediata en sus facturas. El verdadero impacto se verá en instalaciones solares residenciales, donde el espacio es limitado y es necesario aprovecharlo al máximo.
El costo de la energía solar en los hogares se basa en dos factores principales: el costo de instalación y la cantidad de electricidad que generarán los paneles durante sus 25 años de vida útil. Aunque los costos de instalación son fáciles de calcular, los ahorros en las facturas de electricidad son más complejos. Los propietarios pueden ahorrar dinero al reducir su dependencia de la red eléctrica, especialmente durante los períodos de alto costo, y también pueden vender el excedente de electricidad a la red.
Sin embargo, los operadores de la red suelen pagar un precio bajo por este excedente, por lo que a veces es mejor utilizar baterías para almacenar la energía y usarla por la noche. Usando un hogar promedio como referencia, se estima que si la eficiencia de los paneles aumenta del 22% al 34% sin incrementar el costo de instalación, los ahorros anuales en electricidad podrían aumentar de £558 (640 €) a £709 (813 €), un incremento del 20% que haría las instalaciones solares aún más atractivas.
¿Cuándo estarán disponibles estos nuevos paneles solares?
Aunque se están realizando grandes avances en la investigación, la escalabilidad y la durabilidad a largo plazo de esta tecnología aún representan un reto. Las celdas en tándem que han batido récords se fabrican en laboratorios y son más pequeñas que un sello postal. Traducir este rendimiento a áreas del tamaño de un metro cuadrado sigue siendo un desafío enorme.
Sin embargo, los avances continúan. Recientemente, Oxford PV, un fabricante de tecnología solar, anunció la primera venta de sus paneles solares en tándem basados en perovskita. Aunque aún no alcanzan eficiencias del 34%, su trabajo demuestra un camino prometedor para la próxima generación de celdas solares.
Otro aspecto importante es la sostenibilidad de los materiales utilizados en las celdas solares en tándem. La extracción y el procesamiento de algunos minerales necesarios para los paneles solares pueden ser altamente intensivos en energía. Además del silicio, las celdas solares de perovskita requieren elementos como plomo, carbono, yodo y bromo. Además, conectar perovskita y silicio requiere materiales escasos que contienen indio, lo que plantea nuevos desafíos de investigación.
A pesar de estos desafíos, la comunidad científica e industrial sigue comprometida con el desarrollo de dispositivos solares en tándem que podrían integrarse en casi cualquier cosa: automóviles, edificios e incluso aviones. Las últimas innovaciones indican un futuro brillante para la energía solar, asegurando que esta tecnología continúe desempeñando un papel clave en la transición global hacia la sostenibilidad energética.
Más información: www.nature.com
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