El año pasado, las Naciones Unidas enviaron una sombría advertencia: El mundo tiene un plazo muy corto de 10 años para actuar y evitar un cambio climático catastrófico e irreversible. No es sorprendente que el impulso de la energía limpia haya dado un giro completo, ya que la actual locura en cuanto a inversión sustentable se está demostrando bajos los pilares de la inversión ESG (Environmental, Social, and Corporate Governance) y en medio de la peor pandemia de la historia moderna.
En general, los combustibles fósiles siguen impulsando la economía mundial, pero están siendo rápidamente rechazados en favor de las fuentes de energía renovable como la eólica, la solar y la geotérmica. En un momento en que el sector del petróleo y el gas se enfrenta a la peor crisis existencial de la historia moderna, la demanda de energía renovable ha seguido creciendo sin cesar.
La energía renovable realmente está teniendo su momento en el sol, con temas antes arcanos como la energía del hidrógeno, las ventanas solares e incluso los paneles antisolares disfrutando de un gran renacimiento – y cada pequeño detalle cuenta.
Las ventanas solares han sido frecuentemente desestimadas como otro intento descerebrado de los aficionados a la energía limpia para promover las energías renovables a expensas de los combustibles fósiles. Sin embargo, esta tecnología casera podría desempeñar un papel importante en nuestra lucha contra el cambio climático en un futuro no muy lejano.
Ventanas solares con Perovskita
Para la mayoría de nosotros, las ventanas son poco más que un aparato casero estándar que consiste en paneles de vidrio que dejan entrar la luz y mantienen el mal tiempo y otros elementos fuera. Sin embargo, los científicos ahora ven nuestras ventanas como una oportunidad para transformarlas en generadores de energía activa de energía limpia.
Los ingenieros han desarrollado una célula solar semitransparente que permitirá que nuestras ventanas se conviertan en paneles solares que pueden transformar tanto nuestra arquitectura como la generación de energía.
Las ventanas solares son exactamente como suenan: Ventanas transparentes que son capaces de absorber la luz solar y convertirla en electricidad útil. En lugar del silicio estándar, que es azul oscuro y completamente opaco, las ventanas solares utilizan células solares perovskitas (perovskite solar cells, PSC, por sus siglas en inglés) para recoger la electricidad como la mayoría de los paneles solares convencionales. De hecho, sólo dos metros cuadrados (alrededor de 22 pies cuadrados) de tecnología PSC en las ventanas, sería suficiente para generar tanta electricidad como un panel solar estándar – por el orden de los 140 watts por metro.
Eso no está muy lejos de su típico panel solar, que es capaz de producir alrededor de 320 watts de potencia. De hecho, los mejores paneles solares del año en curso son capaces de producir entre 285 y 360watts.
Pero antes de eso, un poco sobre el maravilloso cristal que llamamos perovskita.
Las células solares de perovskita
Aprovechar la energía del sol está casi a nuestro alcance.
El sol, nuestra principal fuente de energía, baña nuestro planeta con más energía solar de la que podemos esperar utilizar razonablemente. Cada hora, el sol envía 430 quintillones de Joules de energía hacia nosotros, más que los 410 quintillones de Joules que los humanos consumen en todo un año. Con la probabilidad de que el sol esté por aquí durante otros cinco mil millones de años más o menos, tenemos una fuente de energía virtualmente ilimitada, si tan sólo pudiéramos aprovecharla de manera eficiente.
Desafortunadamente, sólo somos capaces de aprovechar una minúscula cantidad de esta energía debido a limitaciones técnicas.
Pero esto es un cambio, gracias a los avances maravillosos en cuanto a la perovskita.
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) ha forjado un consorcio público-privado llamado US-MAP para el Consorcio de Fabricación de Perovskitas Avanzadas de los Estados Unidos, que tiene como objetivo acelerar el desarrollo de células solares de perovskita de bajo costo para el mercado mundial.
Paneles solares de Silicio
Según la IEA, la energía solar suministró sólo 592 GW, o un mero 2,2%, de los 26.571 GW de consumo de electricidad en el mundo en 2018. Eso fue después de un impresionante 20% de crecimiento en las instalaciones fotovoltaicas mundiales de casi 100 GW.
Más del 90% de los paneles fotovoltaicos instalados fueron construidos con silicio cristalizado.
Los paneles de silicio tienen sus ventajas: Son bastante robustos y relativamente fáciles de instalar. Gracias a los avances en los métodos de fabricación, se han vuelto bastante baratos en la última década, en particular los paneles policristalinos construidos en fábricas chinas.
Sin embargo, sufren de un gran inconveniente: Los paneles fotovoltaicos de silicio son bastante ineficientes, y los modelos más asequibles sólo alcanzan una eficiencia energética de entre el 7% y el 16%, dependiendo de factores como la ubicación, la orientación y las condiciones climáticas. Los paneles de silicio se basan en obleas en lugar de película fina, lo que los hace más robustos y duraderos, pero el compromiso es un sacrificio de la eficiencia.
Para satisfacer el creciente apetito de energía del mundo y lograr el tipo de objetivos de descarbonización que ayuden a frenar el impacto del cambio climático, se necesitarían cientos de años para construir e instalar suficientes paneles fotovoltaicos de silicio.
Esto es demasiado lento, dado que sólo tenemos un plazo de 10 años para actuar y evitar un cambio climático irreversible y catastrófico.
Lo más importante es que los mejores (y más caros) paneles de silicio hasta la fecha tienen una eficiencia máxima del 26,7%, bastante cercana al máximo teórico del 29,1%.
Durante años, los científicos han experimentado con formaciones cristalinas alternativas que permitirían a los paneles de tamaño similar capturar más energía. Hasta ahora, surgieron pocos diseños que fueran comercialmente viables, en particular las células solares de película delgada que teóricamente podrían alcanzar niveles de eficiencia mucho más altos.
Los paneles fotovoltaicos de película delgada pueden absorber más luz y, por lo tanto, producir más energía. Estos paneles pueden fabricarse de forma barata y rápida, satisfaciendo más demanda de energía en menos tiempo. Hay unos pocos tipos diferentes de película delgada, todos ellos un poco diferentes de los paneles FV de silicio cristalino (c-si) estándar.
Los paneles de silicio amorfo (a-Si) son la forma más veteranas de película delgada: un vapor químico deposita una fina capa de silicio sobre el vidrio o el plástico, produciendo un panel de bajo peso que no es muy eficiente en cuanto a la energía, manejando el 13,6%. Luego están los paneles de teluro de cadmio (CdTe), que utilizan la partícula de cadmio en el vidrio para producir un panel de alta eficiencia.
El inconveniente es el metal cadmio, que es tóxico y difícil de producir en grandes cantidades.
Estos paneles se suelen producir mediante la tecnología de la evaporación: las partículas se sobrecalientan y el vapor se pulveriza sobre una superficie dura, como el vidrio. Son delgados, pero no tan confiables o duraderos como los paneles c-si, que actualmente dominan el mercado.
Avance del NREL en Perovskita
En la Universidad de Oxford, los investigadores alcanzaron una eficiencia del 25%; un equipo de investigación alemán ha logrado el 21,6%, mientras que se estableció un nuevo récord en diciembre de 2018, cuando el laboratorio Oxford PV alcanzó una eficiencia del 27,3%, las mismas se preparan para ser fabricadas a finales de este año.
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables NREL ha sido capaz de construir una célula compuesta de silicio-perovskita poniendo perovskitas sobre una célula solar de silicio para crear una célula solar de multiples funciones, con la nueva célula que tiene una eficiencia del 27% en comparación con sólo el 21% cuando sólo se utiliza el silicio.
Pero quizás lo más significativo es que la organización ha sido capaz de aumentar la longevidad de las células solares de perovskita alterando su composición química para superar la segregación de fase inducida por la luz, un proceso a través del cual las aleaciones que componen las células solares se descomponen cuando se exponen a la luz continua.
Otra gran noticia es que los científicos ven que las células solares de perovskita eventualmente alcanzan una eficiencia de alrededor del 40%. En otras palabras, las futuras células solares podrían ser hasta un 50% más potentes que los mejores modelos disponibles actualmente.
Para más información, visite: OilPrice / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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