La máquina solar china

Hace diez años, los paneles solares se fabricaban principalmente en los Estados Unidos, Alemania y Japón. Los fabricantes chinos no hicieron casi ninguno. Pero en 2006, la empresa china Suntech Power tenía la capacidad de fabricar más de un millón de paneles solares a base de silicio al año y ya era el tercer productor más grande del mundo. En la actualidad, los fabricantes chinos fabrican alrededor de 50 millones de paneles solares al año, más de la mitad del suministro mundial en 2010, e incluyen a cuatro de los cinco principales fabricantes de paneles solares del mundo. Lo que hace que esto sea particularmente impresionante es que la industria en otros lugares ha duplicado su tamaño cada dos años, y los fabricantes chinos lo han hecho aún mejor, duplicando su producción aproximadamente cada año.

Este dominio no se debe a la mano de obra barata en las fábricas chinas: la fabricación de células solares requiere equipos y materiales tan caros que la mano de obra contribuye solo con una pequeña fracción del costo total. Tampoco se debe a que las empresas chinas hayan introducido celdas que duran más o producen más energía: en general, fabrican el mismo tipo de paneles solares a base de silicio que muchos de sus competidores en todo el mundo, utilizando el mismo equipo. Han tenido éxito en gran parte porque les resulta más rápido y barato construir fábricas, gracias a los equipos de construcción económicos y eficientes y al proceso simplificado de permisos de China. Las nuevas fábricas cuentan con los equipos más modernos y eficientes, lo que ayuda a reducir los costos. También lo hacen las eficiencias que vienen con el tamaño. Como resultado, los fabricantes chinos han podido socavar a otros fabricantes de paneles solares de silicio y frustrar las esperanzas de muchos advenedizos que esperan introducir tecnología novedosa.

Esta historia fue parte de nuestra edición de enero de 2012

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Pero el mercado solar está evolucionando rápidamente y las innovaciones tecnológicas son cada vez más esenciales. Aunque la demanda de energía solar sigue creciendo en todo el mundo, el mercado está inundado de paneles fotovoltaicos: la capacidad de producción mundial se duplicó con creces de 2009 a 2010 y siguió aumentando en 2011. El exceso de capacidad fue tan grande que el otoño pasado, los fabricantes chinos tuvieron problemas vendiendo paneles solares por más de lo que cuesta fabricarlos. En un mercado así, la forma de diferenciar su producto, y cobrar lo suficiente para mantenerse a flote, es hacerlo mejor que el de sus competidores.

Para los fabricantes de energía solar de hoy, eso significa inventar células que sean más eficientes para convertir la luz en electricidad. A medida que el precio de los paneles solares ha caído, los costos de instalación han llegado a representar un porcentaje mayor del costo de la energía solar. Los clientes quieren paneles que sean más potentes, de modo que puedan instalar menos. A partir de ahora, la mejor manera para que los fabricantes chinos reduzcan el costo por vatio de energía solar puede que no sea reduciendo los costos de fabricación, sino aumentando la cantidad de vatios que genera cada panel. El juego ahora está cambiando, dice Mark Pinto, vicepresidente ejecutivo de soluciones de energía y medio ambiente en Applied Materials en Santa Clara, California, el mayor proveedor mundial de equipos de fabricación solar. Antes, todo se trataba de escala. Ahora se trata de la eficiencia de conversión manteniendo el costo bajo.

Esto puede parecer una mala noticia para los fabricantes chinos que se han centrado en ampliar la tecnología estándar. Pero su experiencia en la construcción de paneles solares convencionales podría ayudarlos a implementar nuevos diseños que aumenten significativamente el rendimiento de las células solares de silicio. A lo largo de los años, estos fabricantes han reducido los costos en parte al desarrollar mejores formas de fabricar las células. Eso les ha permitido comprender qué funciona y qué no en la fábrica. También tienen el capital y los ingenieros para ayudarlos a traducir las nuevas tecnologías en producción en masa. Puede que inicialmente no se hayan propuesto comercializar esas tecnologías, pero ahora, habiendo dominado el mercado de los paneles solares convencionales, están preparados para hacerlo.

CONSERVANDO LA PAZ

En 2010, cuando el secretario de energía de Estados Unidos, Steven Chu, pronunció un discurso ante el National Press Club exponiendo su caso de que Estados Unidos se estaba quedando atrás en la fabricación avanzada, Suntech Power fue su prueba A. Había recorrido su fábrica y estaba impresionado por lo que había visto. Es una fábrica automatizada de alta tecnología, dijo. No está teniendo éxito debido a la mano de obra barata. No solo eso, señaló, sino que Suntech había desarrollado un tipo de celda solar con eficiencias récord mundial.

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La evaluación de Chu podría haber sorprendido a algunos observadores, pero las células solares récord de Suntech son impresionante. La tecnología que utilizan se aprovecha de los cambios tanto en el diseño como en la técnica de fabricación. Las líneas de metal conductor que recogen la carga eléctrica del silicio no se crean con métodos de serigrafía, como es estándar. En su lugar, Suntech utiliza un proceso patentado para depositar líneas mucho más delgadas y espaciadas más cerca que son más eficientes en la extracción de electricidad de las celdas. Los cambios han permitido a la empresa alcanzar los niveles de eficiencia y las reducciones de costos que una hoja de ruta de la industria publicada en 2011 había establecido como objetivos para 2020. Cuando se juntan todas esas cosas, no solo lo estamos haciendo mejor de lo que la gente está haciendo ahora, dice Stuart Wenham, director de tecnología de Suntech. También lo estamos haciendo mejor de lo que creen que podrían estar haciendo en 10 años.

Hasta ahora, Suntech ha fabricado relativamente pocos paneles solares basados ​​en la nueva tecnología. En cambio, ha centrado sus recursos en ajustar los procesos de fabricación para reducir el coste de fabricación de paneles solares de silicio convencionales. Pero eso podría cambiar pronto. Este año, Suntech ha comenzado a aumentar la producción de las nuevas células y ahora puede producir suficientes anualmente para generar 500 megavatios de energía, aproximadamente 2,5 millones de paneles solares. Ese logro se debe mucho al éxito de la empresa como productor de productos convencionales.

La tecnología detrás de las nuevas células se desarrolló en la década de 1990 en la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, pero las técnicas utilizadas en el laboratorio eran demasiado caras para la producción comercial. Fue un proceso horriblemente sofisticado que incluyó fotolitografía, deposición al vacío de metales bastante exóticos y todo tipo de procesos químicos, dice Wenham, quien también es director del programa de investigación fotovoltaica en UNSW y anteriormente fue profesor del CEO y fundador de Suntech, Zhengrong Shi. . Según Wenham, la tecnología siguió siendo una curiosidad de laboratorio durante décadas hasta que los investigadores de Suntech descubrieron cómo adaptarla a una línea de montaje. Se les ocurrió una forma simple y de bajo costo de reemplazar todo eso mientras lograban los mismos resultados, dice. La nueva tecnología podría aumentar la potencia de salida de un panel solar de tamaño estándar de 205 vatios a 220 vatios o más, y la producción de las células cuesta menos que las convencionales.

Las partes individuales de la tecnología tuvieron éxito rápidamente. Suntech los introdujo en sus líneas de fabricación estándar, con miras a mantenerse un poco por delante de sus competidores en términos de costo y eficiencia. Sin embargo, ampliar el proceso completo fue un desafío. En 2009 se puso en marcha una línea de fabricación piloto, pero la empresa tuvo que desarrollar e implementar nuevos equipos para obtener rendimientos y tasas de producción hasta el punto en que el proceso fuera económico. Aquí, la posición de Suntech como líder del mercado con experiencia en el desarrollo de nuevos equipos de fabricación resultó fundamental. La empresa no solo tenía la experiencia que necesitaba para mejorar el proceso; también tenía los fondos para seguir trabajando en la tecnología durante años sin generar ingresos significativos.

Suntech no es el único fabricante chino de energía solar que identifica nuevas tecnologías prometedoras y encuentra formas de producirlas a gran escala. En septiembre pasado, Yingli Green Energy, con sede en Baoding, anunció que una asociación con un centro de investigación holandés, ECN, había producido paneles solares que podían convertir el 17,6 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad; el promedio es un poco más del 14 por ciento. ECN puso la tecnología a disposición de cualquier persona en el mundo que la quisiera, dice Wenham. Sin embargo, solo Yingli tomó esa tecnología y descubrió cómo hacerla en una producción a gran escala, a bajo costo.

VENTAJA MATERIAL

Incluso ahora que los fabricantes de energía solar chinos están cambiando el enfoque de la producción a la innovación, puede haber límites a lo que pueden hacer con el material elegido, el silicio cristalino. Este material es atractivo porque la industria sabe cómo trabajar con él, gracias en parte a décadas de investigación en microchips de silicio. Pero en comparación con otros semiconductores, es pésimo para absorber la luz solar. Algunas alternativas, como el arseniuro de galio, se pueden convertir en películas de material que pueden generar tanta electricidad como una celda de silicio típica, pero tienen un grosor de solo una centésima parte, lo que potencialmente reduce los costos del material. Estas películas delgadas también pueden ser flexibles: se pueden enrollar, lo que reduce los costos de embalaje y envío, y se pueden incorporar en las tejas para techos para reducir los costos de instalación.

Sin embargo, a pesar de sus ventajas potenciales, ha sido difícil para las células solares de película delgada competir con los costos cada vez menores y mejorar la eficiencia de las de silicio cristalino. Una empresa, First Solar, con sede en Arizona, ha logrado desarrollar técnicas de fabricación de bajo costo para paneles solares de película delgada, pero estos métodos utilizan un material, telururo de cadmio, que da como resultado paneles menos eficientes que los de silicio. Otras empresas han intentado competir con el silicio mediante el uso de paneles de película fina de seleniuro de cobre, indio, galio, de mayor eficacia. Algunos de ellos, sin embargo, han tenido que declararse en quiebra y cerrar sus fábricas después de no poder reducir los costos de fabricación lo suficientemente rápido.

A pesar de estas luchas, Wenham cree que la tecnología de película delgada eventualmente desafiará a los paneles solares convencionales. Si eso es cierto, es posible que los fabricantes chinos de células solares de silicio cristalino no dominen el mercado para siempre. Pero la estrategia de ampliar primero la tecnología convencional y luego introducir diseños innovadores para seguir reduciendo el costo por vatio de energía solar los ha colocado en una buena posición para mantener su liderazgo durante años. Mientras tanto, algunos, como Suntech, están trabajando para producir sus propios paneles de película delgada. Cuando las películas delgadas reemplazan al silicio cristalino, podrían ser los fabricantes chinos los que las fabrican.

Kevin Bullis es Revisión de tecnología Editor Senior de Energía.

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