La energía solar fotovoltaica : presente y futuro

Solar energy photovoltaics : present and future

En al presentación se muestran de manera gráfica los fenómenos involucrados con las celdas solares fotovoltaicas. El fenómeno fotoeléctrico se basa en el movimiento de los electrones a partir de los fotones de la banda de valencia del elemento, logrando de esta manera el flujo de electrones necesario para generar la carga eléctrica.

El silicio es el elemento mas importante en las celdas fotovoltaicas; sus características de banda y su abundancia en el mundo lo convierten en el elemento por excelencia en esta aplicación. De hecho, se utiliza en más del 90 % de los actuales sistemas fotovoltaicos. El otro elemento importante es el cadmio, de gran aplicación en los sistemas de generación.

Para la producción de silicio se parte de cuarzo (SIO2), sometiéndolo a un fuerte proceso metalúrgico en el cual se reduce hasta obtener silicio con un 98% de pureza.

También es posible producirlo en grado electrónico usando un reactor de lecho fluidizado con cloruro de hidrogeno, sometiéndolo posteriormente a un proceso de destilación continua para luego pasar a un reactor siemens; Este procedimiento consume bastante energía y por ende, es muy costoso, aunque la pureza del silicio obtenido es del 99.99%. Este elemento se funde a 1500 °C y en su enfriamiento hay un fenómeno destacable: el crecimiento de los cristales formados puede ser monocristalino o multicristalino, aspecto que es de suma importancia en la eficiencia de las celdas y paneles fotovoltaicos; esto determina su aplicación y métodos de tratamiento posterior. Algunos de estos fundidos pueden ser convertidos en lingotes o en obleas, y esta estructura determina la fabricación de la célula, en la cual se utiliza fosforo e hidróxido de sodio. Cada célula constituye una matriz de células (paneles) que se lamina a 100°C con vidrio.

A partir de todo su proceso, es posible establecer los costos de inversión para la producción de los sistemas fotovoltaicos. El análisis del proceso de producción de las células deja en claro que se generan emisiones nocivas. No obstante, estos efectos indirectos son poco significativos, comparados con los métodos de producción eléctrica tradicional.

DOE solar energy technologies program Overview

Programa de tecnologías de energía solar del DOE

Este programa de tecnologías solares busca establecer la energía solar como fuente importante en los Estados Unidos, aprovechando las ventajas de todo tipo que presenta este recurso alternativo. El desarrollo exhaustivo de las tecnologías de aprovechamiento es lo más importante para poder implementar de forma masiva estos sistemas. En cuento a los sistemas fotovoltaicos, se destacan los sistemas de medición de las cantidades de electricidad producida, lo cual es de suma importancia en el sistema, además de su calibración. La caracterización eléctrica y óptica de los materiales es fundamental para el desempeño, determinando el período de vida útil de los semiconductores utilizados. También se destaca el análisis de superficie, examinando le efectividad de captación y transmisión de calor de los sistemas. Se ha planteado el uso de polímeros en vez de las placas de vidrio, pero esto todavía se encuentra en estudio preliminar, ya que éstos generan algunas pérdidas de calor, y por lo tanto de eficiencia.

Los Estados Unidos poseen el potencial tecnológico para el desarrollo de nuevas células fotovoltaicas de mayor eficiencia y calidad, buscando sistemas más eficientes en generación y transmisión. El silicio es el elemento más utilizado en los sistemas fotovoltaicos, y se pretende adaptarlo a condiciones más favorables para su aprovechamiento; se buscan paneles mucho mas delgados de los actuales, evitando así una pérdida de calor por conducción. También se evalúa el estudio de su estructura cristalina para analizar como se ve afectada la eficiencia con el arreglo estructural del material.

La industria se ha preocupado por la implementación de este tipo de sistemas, invirtiendo cantidades importantes en proyectos universitarios orientados a sistemas fotovoltaicos y, con estos aportes, los resultados son mucho mas acelerados y mas promisorios. El grado de compromiso en el desarrollo de nuevas celdas fotovoltaicas asegura la nueva implantación de energías limpias para el futuro. Con un plan de desarrollo y una perspectiva clara de cómo las tecnologías nos aportan para el futuro, este tipo de energías son posibles.