Eguzki-energia fotovoltaikoa eta nanozientzia Cidemcon

Gaur egun, eguzki-energia fotovoltaikoak funtzio garrantzitsua betetzen du garapen jasangarrirako bidean. Energia garbia da, ez du zaratarik sortzen, ez du berotegi-efektuko gasik isurtzen, eta aplikazio bakanetarako nahiz energia elektrikoko sarea energiaz hornitzeko erabil daiteke.

Egungo merkatu fotovoltaikoak sistema fidagarriak eskaintzen ditu. Dena den, haren kostua ez da lehiakorra oraindik ere, elektrizitatea ekoizteko gainerako iturriekin alderatuta. Hortaz, ezinbestekoa da sistema horien kostua nola edo hala murriztea.

Silizio kristalinoaren olatatan oinarritutako zelulak nagusi dira zelula fotovoltaikoen sektorean. Oinarrizko lehengaia silizioa da. Silizio ugari dago naturan, eta haren ezaugarriak ongi karakterizatuta daude maila zientifikoan. Horri guztiari, hein handi batean, silizioan oinarritutako industria mikroelektronikoaren garapen izugarriak eman dio bidea, gaiaren inguruko ezagutza zabalagoa eta esperientzia jasotzen lagundu baitu.

Azken urteotan, eguzki-energia fotovoltaikoaren ikerketak bi helburu nagusi izan ditu: batetik, silizioaren kontsumoa murriztea eta moduluen ekoizpen-prozesuko kostuak txikitzea, eta, bestetik, sistemen eraginkortasuna handitzea.

Zelula horiek ekoizteko ezpurutasunik gabeko silizioa behar da, eta gero eta gutxiago dago naturan. Horrexegatik, arestian aipatu bezala, silizioaren kontsumoa murriztea komeni da. Aldi berean, sistema fotovoltaikoen prezioa garestitzen ari da. Industria fotovoltaikoa material horrekin hornitzen duten enpresek industria mikroelektronikoa ere hornitzen dute. Aurreikuspen-eskasia horrek hainbat arazo sortu ditu, eta arazo horiek ez dira konponduko epe motzera. Egia esan, teknika merkeagoekin lortutako ezpurutasun-maila handiagoko silizioa ere erabil liteke.

Gaur egun teknika horiek garatzen eta optimizatzen ari dira. Dena den, horretarako hainbat eta hainbat ekoizpen-lantegi jarri beharko dituzte martxan. Adituek lan horretan dihardute, baina epe motzera ezingo dira martxan jarri industria fotovoltaikoa hornitzeko behar adina ekoizpen-lantegi.

Bestalde, olaten ekoizpen-prozesuan hainbat urrats daude, eta, beharbada, horietako urrats batean silizioaren erabilera optimizatzeko aukera azter daiteke; baita silizioa bera birziklatzeko teknikak ere.

Eraginkortasuna handitzea helburu

Zelulen eta moduluen eraginkortasuna handitzea da sistema fotovoltaikoen kostua murrizteko beste faktore garrantzitsu bat. Sistemen eraginkortasuna % 1 handitzea lortuko balitz, sistemen kostua gutxi gorabehera % 5 merkatuko litzateke watt piko (Wp) bakoitzeko.

Kristal-siliziozko zelulen eraginkortasuna gehienez % 24,7koa da laborategian. Zelula komertzialen eraginkortasuna nabarmen txikiagoa da. Gaur egun, panel fotovoltaiko komertzialen eraginkortasuna % 5 eta % 15 bitartekoa da. Zenbaki horiek hobetu daitezke, baina horrek ikerketa-ahalegin handia eskatzen du. Ikuspuntu berritzaileak erabilita, litekeena da % 10 eta % 30 bitarteko eraginkortasuna lortzea datozen urteetan. Gaur egun panel horiek gutxi gorabehera 3 euro/Wp balio dute. Epe motzera edo ertainera, 2 euro/Wp balio izatea espero dute; 1 euro/Wp epe ertainera edo luzera eta 0,5 euro /Wp epe luzera.

Punturik ahulenak eta prozesuaren alderdi teknologiko sentikorrenak hobetzera bideratu beharko dira I+Gko ahaleginak, hori guztia lortu eta eguzki-energia fotovoltaikoaren etengabeko hobekuntza bermatu nahi bada.

Cidemco zentro teknologikoko energia-eraginkortasunaren sailean, besteak beste, energia berriztagarrien (eguzki-energia fotovoltaikoa, eguzki-energia termikoa, eguzki-energiaren bidezko hozte-sistema eta bioerregaiak) inguruko hainbat ikerketa-proiektu garatzen dihardugu.

Gaur egun, eguzki-energia fotovoltaikoaren ikerketak bi arlotara bideratzen ditugu Cidemcon: batetik, eguzki-energia fotovoltaikoa eraikuntzan txertatu nahi dugu, eta bestetik, eguzki-energia elektrizitate bihurtzeko prozesuak atomoen mailan optimizatu nahi ditugu. Azken horretarako, nanozientzien eta nanoteknologiaren alorrean aski ezagunak diren teknika teorikoak eta esperimentalak erabiltzen ditugu.

Material erdieroale berriak

Maila teorikoan, material erdieroale berriak garatu nahi ditugu, fisika kuantikoan oinarritutako simulazio konputazionalaren metodo aurreratuak erabilita. Material berri horiek energia-maila optimizatuak izango dituzte, elektrizitatea ekoizteko. Material horiei bitarteko bandadun erdieroale deritze, eta egokiak izan daitezke eraginkortasun handiko zelula fotovoltaikoak ekoizteko.

Bitarteko bandadun erdieroale horiek energia-maila osagarri bat dute beren energia-mailen egituran --banda-egitura--. Hala, besteetan aprobetxatu ezingo liratekeen eguzki-fotoiak erabiltzen dira elektrizitatea sortzeko. Beraz, eguzki-fotoi horiek guztiak aprobetxatuz gero, eguzki-energia energia elektrikoa bihurtzeko prozesuaren eraginkortasuna handituko litzateke, betiere ezaugarri horiek dituen materiala aurkituz gero. Teorian, % 63ko eraginkortasuna lortuko litzateke mota horretako zelulak erabiliz.

Material erdieroale berrien garapenera bideratutako oinarrizko ikerketa egin behar da, beraz. Material horiek egun merkatuan dauden eguzki-zelula fotovoltaikoek baino eraginkortasun handiagoa duten zelulen oinarri izango dira.

Halaber, zelula fotovoltaikoen industriako oinarrizko bi produkturen hobekuntzan dihardugu lanean, ikuspuntu esperimentalago batetik: panel fotovoltaikoak biltzen dituen beira eta kapsuletan sartzeko erabiltzen den binilo etileno azetato kopolimeroa (EVA). Lan hori guztia beiraren sektoreko enpresa garrantzitsu batekin eta EVAren Europako ekoizle eta banatzaile den enpresa nagusiarekin elkarlanean egiten dugu. Gainera, lan zientifikoa hainbat unibertsitaterekin etengabeko elkarlanean egiten dugu.

Oro har, eguzki-zelulek egitura hau dute: beira-EVA-erdieroalea-EVA-atzealdeko xafla. Panel fotovoltaikoetan gehienbat beira tenplatua eta oso gardena erabiltzen da --alegia, burdin gatz gutxi dituena--. Argiaren % 91ri uzten dio pasatzen, eta 3-4 mm lodi da; hain zuzen ere, ahalik eta argi gutxien islatzeko eta argia material erdieroalera erraz iristeko egituratuta dago. Kapsuletan sartzeko erabiltzen den EVA optikoki gardena izateaz gain, egonkorra da tenperatura altuetan eta erradiazio ultramorearen dosi handietan.

Helburua da beirari eta EVAri hainbat printzipio aktibo gehitzea, zelulak erradiazio erasotzailearen aurrean duen erantzuna hobetzeko. Horretarako, material optimoen oinarrizko ikerketa egiten dugu hainbat espektroskopia-teknika erabiliz, Kantabriako Unibertsitatearekin eta Euskal Herriko Unibertsitatearekin batera. Halaber, hainbat enpresak material horien inplementazio optimoaren azterketa eta gainerako osagaiekin (batez ere EVArekin) izan ditzaketen elkarrekintzak aztertzen ditugu. Cidemco zentro teknologikoan moduluetan txertatzen diren osagai horien portaera ikertzen eta horien eraginkortasuna neurtzen dugu.

Eguzki-argia kontzentratu nahian

Gainera, sistema berri horien portaera aztertu nahi dugu eguzki-argi kontzentratuaren eraginpean. Trantsizio elektronikoak ez-linealak dira oso, eta, ondorioz, eguzkiaren argi kontzentratua erabilita, sistema berri horien eraginkortasuna nabarmen handitu daitekeela uste dugu.

Horretarako, eguzkiaren argia kontzentratzeko sistema bat garatzen dihardugu Cidemcon. Sistema horrek beharrezko entseguak egiten lagunduko du, eta proiektu berrietarako oinarria izango da.

Proposatutako ikuspegiak hainbat abantaila ditu; besteak beste, ezaugarri egokiak dituen materiala identifikatu ostean, zelulek gainean izaten duten beiran ezar daiteke edo zuzenean material erdieroalean txerta daiteke EVAren bitartez, material fotovoltaikoa aldatu gabe. Teknikoki, metodo hau hobea da beste hainbat metodorekin alderatuta; esaterako, silizioan akatsak txertatzearekin alderatuta. Izan ere, horrek zenbait kasutan zelularen eraginkortasunari kalte egin diezaioke. Metodoa beste hainbat zelula-motatan ere aplika daiteke (CIGS, CdTe, AsGa, eta abar), printzipio aktiboak berriz aztertuta.

Ikerketa-prozesu honen bidez, gaur egungo siliziozko zelula fotovoltaikoen eraginkortasuna handitu nahi da, gutxi gorabehera % 2-3. Horrek, noski, ondorio garrantzitsuak izango ditu Espainiako nahiz nazioarteko industria fotovoltaikoan. Emaitza horiek bai beiran eta bai EVAn integratuko lirateke modu erraz eta merkean, eta, hala,

sistema fotovoltaikoen eraginkortasuna handitzea eta azkarrago amortizatzea lortuko litzateke. Ikerketa-proiektu honen ondorioak abiapuntu izango dira beiraren eta EVAren garapen optimizatua egiteko, eskala handiko ekoizpenerako eta epe ertainera proiektuan parte hartzen duten enpresek produktua merkaturatu ahal izateko.