El futur de l'energia solar
1994/05/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
L'any passat al juliol en la seu de la Unesco a París, reunits experts de tot el món, van analitzar l'evolució de l'energia solar fins a 2005. És interessant conèixer la situació actual en cèl·lules fotovoltaiques. Sorprenentment, el sector que fabrica i utilitza la major part de les cèl·lules sense subvenció és la calculadora més petita del Japó. Un altre dels camps és el dels panells industrials formats per cèl·lules fotovoltaiques que aprofiten l'energia solar en les teulades de les cases.
Panells solars
El rendiment de les plaques fotovoltaiques és normalment del 14%, és a dir, la placa aporta com a energia elèctrica el 14% de tota l'energia calorífica obtinguda del sol. Els investigadors aconsegueixen habitualment un rendiment de laboratori del 20% i amb l'ajuda de sistemes sofisticats poden arribar a aconseguir entre 30 i 40%.
En l'actualitat l'energia fotovoltaica en el món de la costa i s'empra entorn dels vint mil milions de pessetes (mil milions de lliures). Aquesta quantitat és poc significativa en comparació amb la que s'utilitza per a altres tipus d'energia, com la utilitzada per a la recerca de la fusió termonuclear, però s'espera que d'aquí a unes dècades el 10% de l'energia consumida als països desenvolupats sigui solar. En canvi, als països en desenvolupament i en els quals el sol pega fort, aquest percentatge serà bastant major.
L'ús de panells solars va començar fa quinze anys, però ara s'utilitzen per a alimentar a milers de bombes, frigorífics, llums i sistemes de comunicació.
En l'actualitat més de 30.000 cases disposen de plaques solars en les seves teulades. Als Estats Units existeixen també centrals de fins a vuit megavats que intenten introduir la seva producció en la xarxa elèctrica.
Avantatges i inconvenients
La producció mundial de cèl·lules fotovoltaiques augmenta un 20-30% cada any i es duplica en quatre anys. Antigament l'energia fotovoltaica va provocar grans somnis. Alguns pensaven que anava a ser el substitut de l'energia nuclear, però segons el refrany basc, la creença corrupta la meitat. L'energia fotovoltaica té grans avantatges. Els generadors són silenciosos, nets, sense tot just manteniment, sense aigua i sense peces mecàniques. A més, el material per a la fabricació d'aquestes cèl·lules (sílice) és molt abundant, representant el 20% de la superfície terrestre.
No obstant això, no es pot negar que existeixen desavantatges. Aquestes plaques també funcionaven durant el dia, i la producció depèn de la intensitat dels raigs solars, és a dir, major a l'estiu i menor a l'hivern. Col·locar panells de gran superfície. A Euskal Herria, per exemple, al migdia el mòdul de metre quadrat proporciona una potència d'al voltant de 100 watts. Comparant costos, cada watt produït pel panell és més car que el produït en les grans centrals tèrmiques, i molt més car que el produït en les centrals hidroelèctriques.
No obstant això, existeixen territoris en els quals aquestes comparacions no són possibles. En la zona del desert del Sàhara, per exemple, hi ha nombrosos nuclis aïllats sense connexió a la xarxa elèctrica. Els que viuen aïllats en la muntanya, les estacions meteorològiques remotes i alguns punts allunyats de la xarxa elèctrica són els adequats per a col·locar aquests panells. Quan es necessita energia elèctrica en aquests llocs, l'opció és instal·lar panells fotovoltaics, un generador dièsel, piles seques Ia. Sens dubte, l'opció més ecològica és la dels panells fotovoltaics. És per això que es concedeixen subvencions en aquesta matèria per a la recerca de científics.
Tres línies de recerca
Les recerques es realitzen principalment en tres vies diferents. El primer és millorar la possibilitat de silici monocristalino o policristalino. L'objectiu és reduir les pèrdues de rendiment en totes les etapes del procés. En física de semiconductors és necessari millorar la separació electró/forat. Provar nous sistemes d'aprimament de làmines de silici. En els sistemes de tall utilitzats actualment es malgasta la meitat del material i a més la làmina és finalment massa gruixuda. Surt una làmina de 150 micres i bastaria amb 30 micres. Un nou sistema consisteix en l'aplicació d'una fina capa de silici a partir de la fase vapor o líquida. Astropower de Nova Jersey ofereix mòduls de 120 watts amb 18 cèl·lules de 675 cm 2 produïdes per aquest procediment.
En cadascuna d'aquestes cèl·lules, quan el fotó toca l'electró, aquest es deixa anar de l'àtom. Llavors tenim un electró lliure de càrrega negativa i un “forat” de càrrega elèctrica positiva. Si el procediment és continu i s'aconsegueix orientar la circulació dels electrons, és possible convertir la calor en corrent elèctric. El problema és impedir que l'electró lliure se situï en un altre “forat”. Així funcionen les cèl·lules fotovoltaiques. Tots tenen forma de sandvitx. En el centre es troba la membrana de silici anomenada intrínsec (i).
Cap al sol hi ha una fina capa de silici (p) dopada en bor. L'àtom del bor té tres electrons en la capa externa i el silici quatre. Presenta membrana (n) dopada per la cara oposada al sol amb fòsfor o arsènic (cinc electrons en la capa externa de l'àtom). Mitjançant aquest sistema (enllaç en p-i) s'aconsegueix separar els electrons i els “forats” alliberats pels fotons per un camp elèctric. Es genera un corrent elèctric que s'emmagatzema en dos elèctrodes. Una d'elles és transparent i es connecta a la cara del sol. L'altre és metàl·lic i està fixat a la resina d'encapsulat.
Actualment s'estan estudiant enllaços en p-i i enllaços múltiples per a millorar el rendiment.
La segona línia de recerca és la del silici amorf. Quan van descobrir que una fina capa de silici amorf desordenat podia tenir característiques de semiconductors dopats amb 10 hidrogen, els científics es van mostrar esperançadors en els anys 80. La tecnologia del silici cristal·lí funcionarà aprofitant els residus de la indústria microelectrònica. Es tracta d'un silici que és descartat per no tenir una puresa suficient per als circuits electrònics. Malgrat els esforços realitzats en la fabricació de silici de menor puresa per a la placa solar, els costos són elevats i les indústries fabricadores de cèl·lules fotovoltaiques temen la seva escassetat. Actualment consumeixen al voltant de 600 tones de silici a l'any, però perquè l'any 2000 l'1% del consum mundial d'electricitat sigui solar, es necessiten 1 80.000 tones.
No obstant això, a partir del gas silano en el reactor de plasma es pot obtenir corrent amb capes d'una única micra de silici i es consumiria menys material. Per això els científics han començat a investigar aquest camí. Els problemes no triguen a aparèixer. Per exemple, el rendiment és del 3 al 5%. S'espera que d'aquí a uns anys el rendiment sigui de 10 i que el preu es redueixi considerablement.
La tercera línia de recerca recull totes aquelles alternatives a les dues anteriors. Altres materials que no són silici, com el sulfur de ferro, el teluriuro de cadmi, els sandvitxos cobri/indi/diselenio, etc. De fet, tindrien majors rendiments i si es poden obtenir capes fines de tècniques electroquímiques barates (mitjançant banys). Els problemes es deuen al desconeixement d'aquests materials i al desconeixement de la contaminació que poden generar.
En les cèl·lules actuals, molts dels fotons recollits són massa energètics. Per això, la utilització de cèl·lules successives gal·li arsenur/indi/fòsfor suposaria eliminar al màxim l'energia dels raigs solars, ja que cada material és especialitzat per a un determinat nivell energètic. La instal·lació de lents de contacte de fresnel i la concentració de llum en una petita superfície milloren notablement el rendiment. Les primeres sessions d'aquesta tècnica s'han realitzat amb dues cèl·lules apilades, però també s'iniciaran amb quatre.
Mitjançant el control de les capes a nivell de l'àtom de la, els materials d'alta puresa han de dipositar-se amb cura perquè el rendiment sigui del 40% i. Recentment Boeing ha aconseguit un rendiment del 30% amb aquesta mena de cèl·lules en tandem i en ambient espacial. Les recerques s'estan realitzant per als satèl·lits, ja que millorant el rendiment s'alliberen menys pes o més potència. S'espera que algun dia es muntin centrals que funcionin en l'espai amb energia solar.
Avui dia, dos mil milions de persones en el món viuen lluny de la xarxa elèctrica (sobretot en el tercer món) i aquí està el mercat de cèl·lules fotovoltaiques. La connexió dels panells, el regulador, el convertidor i la bateria permetrà disposar d'energia elèctrica. Sobretot a Àfrica i l'Índia tenen molt interès en aquest tema.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
