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Enfocar la luz en perlas de silicona
Una empresa de Japón ha desarrollado una forma novedosa de fabricar células solares que reduce los costes de producción hasta en un 50 por ciento. Las células fotovoltaicas (PV) están formadas por conjuntos de miles de pequeñas esferas de silicio rodeadas por reflectores hexagonales.
Esferas de silicio: Hacer células solares a partir de pequeñas esferas de silicio (imagen superior, negro) puede reducir la cantidad de material utilizado a solo una quinta parte. Los reflectores hexagonales (imagen del medio) garantizan que la mayor parte de la luz incida en las esferas. Una base de lámina flexible significa que las células solares se pueden moldear para diferentes aplicaciones (imagen inferior).
La ventaja clave del sistema es que reduce la cantidad total de silicio requerida, dice Mikio Murozono, presidente de Empresa limpia 21 (CV21), con sede en Kyoto, Japón. Utilizamos una quinta parte del material de silicio en bruto en comparación con las células fotovoltaicas tradicionales, dice.
Esto puede marcar una gran diferencia en el costo total de producción de células solares, dice Howard Branz , científico principal de la Laboratorio Nacional de Energías Renovables 's Centro Nacional de Fotovoltaica , en Golden, CO. Alrededor del 20 al 30 por ciento del costo de un módulo de celda solar está en el costo del silicio crudo, dice.
CV21 inició la producción de sus células en octubre; el primero de sus módulos de 10 kilovatios saldrá a la venta este mes. Si bien estos módulos costarán inicialmente aproximadamente lo mismo que la variedad tradicional, se prevé que el precio baje un 30 por ciento en 2008, ya que la producción aumenta en mayo de 1.000 células por día a 60.000 células por día, dice Murozono. El objetivo final es hacerlas un 50 por ciento más baratas que las células existentes para 2010, dice.
Las células solares esféricas fueron propuestas originalmente por Texas Instruments hace unos 30 años, dice Branz. Pero aunque tenían el potencial de reducir la cantidad de silicio utilizado, trajeron consigo una serie de nuevos problemas. Sus superficies curvas, por ejemplo, pueden provocar que se refleje más luz, lo que reduce su eficiencia. Es más, solo la mitad de la esfera termina realmente expuesta a la luz. También tienden a formarse espacios importantes entre las esferas cuando se disponen en formaciones, lo que puede reducir aún más la eficiencia de la célula solar.
La solución de CV21 fue colocar cada una de las esferas de silicio de un milímetro de diámetro en su propio reflector hexagonal de aluminio. Funcionan como los faros de un coche pero en reversa, asegurando que cualquier luz que incida en el reflector se dirija hacia la esfera. Cuando se utiliza este enfoque, se utiliza incluso la parte inferior de la esfera. La forma hexagonal de los reflectores permite encajarlos juntos sin espacios muertos entre ellos. Efectivamente, estos son mini-concentradores, dice Branz.
Las esferas mismas consisten en una bola de silicio dopada positivamente (tipo p). La superficie de la pelota se trata para hacerla dopada negativamente (tipo n) y también se agrega un revestimiento antirreflectante. Estas dos capas exteriores forman la base del material semiconductor fotovoltaico. A continuación, las esferas se unen a un electrodo sobre un sustrato de lámina flexible a través de un orificio en la parte inferior del reflector.
La base de lámina flexible significa que los módulos se pueden moldear para diferentes aplicaciones. Podrías instalarlos sobre autos eléctricos híbridos y tejas curvas en tejados, dice Murozono.
Creo que la tecnología funciona, dice Branz. Pero la pregunta es si la empresa puede hacer que las células solares sean más eficientes. Las células que se están produciendo actualmente tienen eficiencias de solo alrededor del 10 por ciento, dice. En este momento, la mayoría de las células solares tienen entre un 14 y un 15 por ciento de eficiencia.
Reducir el costo en un 30 por ciento no ayuda si se necesitan 30 por ciento más de celdas para producir la misma cantidad de electricidad, dice Branz.
Murozono dice que hay formas de hacer que las células sean más eficientes, por ejemplo, mejorando la pureza y la calidad del silicio. Reducir el tamaño de las esferas a 0,8 milímetros también debería mejorar el rendimiento, al tiempo que se reducen los costes aún más al utilizar un 20 por ciento menos de silicio. Vamos a mejorar la eficiencia al 13 por ciento en 2008 y al 15 por ciento para 2010, dice Murozono.
Existe una escasez mundial en términos de silicio de alta calidad, dice Charles Cromer , investigador del Florida Solar Energy Center, en Cocoa, FL. Esta escasez ha sido impulsada en gran medida por el crecimiento de la demanda de circuitos integrados y células solares, y solo ha servido para hacer subir el precio de la energía fotovoltaica intensiva en silicio. Por lo tanto, una celda solar que use mucho menos silicio que sus competidores debería darle a CV21 una ventaja real en términos de reducción de costos. Pero el hecho de que puedan hacerlos más baratos no significa que los venderán a mitad de precio a los consumidores, dice Cromer.