Fotovoltaiques: orgulloses de vendes, en eficiència

2011/07/01 Urruzola Arrate, Manex - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

La fotovoltaica és una tecnologia jove que creix a gran velocitat. L'espectacular creixement de les vendes en els últims anys ha generat importants canvis en els mercats mundials. Per contra, l'eficiència dels sistemes fotovoltaics ha millorat poc en l'última dècada. La reducció de costos, les polítiques de subvenció i els marges de benefici han jugat un paper major en l'èxit del negoci que els resultats de les línies de recerca. També especulacions.
Fotovoltaiques: orgulloses de vendes, en eficiència
01/07/2011 | Urruzola Arrate, Manex | Elhuyar Zientzia Komunikazioa
(Foto: © Iawa/350RF)

La suma de totes les cèl·lules fotovoltaiques produïdes en el món l'any passat generaria 27 gigawatios. És la potència equivalent a la d'unes 30 centrals nuclears. Respecte a la producció de 2009, l'increment ha estat del 120%. A la vista de l'evolució dels últims anys, en el món no hi ha cap altre sector que creix amb tanta velocitat. I aquest ritme de creixement s'ha comparat amb l'auge de la tecnologia informàtica en els primers anys.

Així les coses, l'electricitat solar està fent grans passos per a aconseguir un nivell significatiu de gestió energètica. I sembla que en el futur es mantindrà aquesta tendència. Per exemple, en 2008 només el 0,06% de l'electricitat mundial va tenir origen fotovoltaic. Doncs bé, el director de l'Agència Internacional de l'Energia (IEA), Nobuo Tanaka, ha afirmat que per a 2050 el 20% o 25% de l'electricitat mundial podria ser solar. Reconeix que l'AEMA ha desestimat el potencial de les renovables al llarg dels anys. "És cert que hem estat molt conservadors entorn del potencial de les renovables, però ara som cada vegada més verdes", diu Tanaka.

Federico Recart, investigador de l'Institut de Tecnologia Microelectrònica (TIM) i professor de la UPV, creu que la tecnologia fotovoltaica serà un sector estratègic en el panorama energètic del futur. "La baixa eficiència de cada placa solar, que pot rondar els 150 watts per metre quadrat, no significa que els sistemes fotovoltaics puguin aportar poca energia. La clau està en quantitat". I les xifres van en augment. A tall d'exemple, la potència fotovoltaica instal·lada a Europa en 2010 va superar per primera vegada l'eòlica i la hidroelèctrica.

No obstant això, enfront del creixement del mercat fotovoltaic en producció i vendes, l'eficiència de la seva tecnologia no ha millorat tant en els últims anys.

Senzills avanços en recerca

En la base de les plaques poden existir diversos materials, però si es vol destacar un exemple, el cas de les cèl·lules de silici cristal·lí és significatiu. Aquest tipus representa el 86% de les cèl·lules del món. Les recerques dutes a terme en matèries primeres i processos productius han permès millorar l'eficiència d'aquestes cèl·lules entorn del 3% en els últims deu anys, concretament del 15% al 18% en les cèl·lules més freqüents. "A pesar que la millora és important, és clar que aquest increment no sols no explica l'enlairament de les vendes", afirma Recart.

Però hi ha marge de millora. I és que, segons explica Recarte, "amb materials ideals --i silici pròxim a aquest material ideal -, el límit termodinàmic de l'eficiència d'aquesta mena de cèl·lules és del 41%". No obstant això, segons l'Associació Europea de la Indústria Fotovoltaica (EPIA), l'eficiència de les cèl·lules de silici cristal·lí no superarà el 23% per a 2020. Encara que és una millora, no s'espera cap revolució en aquest sentit.

Amb l'objectiu d'aproximar-se a aquest límit del 41%, s'ha aplicat una tecnologia d'alta concentració en cèl·lules de silici monocristalino. Es tracta d'una tecnologia d'alta precisió, que millora la seva eficiència fins a un 28%, però que continua augmentant considerablement el seu preu i que no ha rebut resposta satisfactòria en el mercat.

Federico Recart és doctor en enginyeria, professor de la UPV i investigador de l'Institut de Tecnologia Microelectrònica (TIM). En aquesta organització es realitzen recerques en el camp dels fotovoltaics per a posteriorment traslladar els resultats i aplicacions a l'àmbit industrial. Ed. : Manex Urruzola.

També s'han avançat en altres tecnologies com les cèl·lules de tel·luri de cadmi. A pesar que en els últims anys la seva eficiència ha millorat lleugerament per sobre del 3%, encara són menys eficients que les de silici cristal·lí. Són més barates, això sí, però només el 5% de la quota de mercat mundial ha estat aconseguit per aquesta mena de cèl·lules.

Els millors resultats s'han donat, sens dubte, en cèl·lules amb múltiples juntes. Solen ser d'arsenur de gal·li i aplicant tecnologia d'alta concentració en aquesta mena de cèl·lules, l'eficiència ha arribat fins al 40%. Tenen a més un marge de millora important: "en teoria, el límit d'eficiència amb materials ideals en cèl·lules multi-articulars és del 86,6%", afirma Recart. No obstant això, aquests sistemes són de moment molt cars i la relació qualitat preu no val la pena per a usos comercials. Per això, no han tingut cap èxit en el mercat.

Reducció de costos

Encara que les recerques s'estan duent a terme amb materials diversos, el negoci fotovoltaic està estretament lligat al silici. Al voltant del 95% de les cèl·lules solars que es van formar l'any passat van tenir com a matèria primera principal el silici.

Fa 10 anys, el silici utilitzat per a la fabricació de plaques solars provenia principalment dels excedents de la indústria microelectrònica. Però les coses han canviat: "quan van veure que hi havia negoci en el camp de la fotovoltaica van aparèixer nous fabricadors i nous processos", afirma Recart. A més dels avanços tecnològics, l'investigador del TIME esmenta un altre factor important. Les escales han pujat moltíssim: fa una dècada una fàbrica que podia produir 10 megavats a l'any era gran, però en l'actualitat poden generar 500 megavats a l'any. Això ha abaratit la producció de silici. I aquí està una de les claus de l'increment de vendes.

Però la caiguda dels preus dels fotovoltaics també es deu al fet que els salaris de producció són més barats, la prevenció de riscos laborals més flexible, els impostos més tous... "La producció s'ha mogut als països barats", explica Recart. De fet, fins fa pocs anys Japó, els Estats Units, Espanya i Alemanya han estat els principals productors mundials. Però en poc temps s'han produït grans canvis. Àsia ha aconseguit un lideratge absolut en la quota de mercat, situant-se el 82% de la producció de cèl·lules fotovoltaiques a Àsia. Fa tres o quatre anys, un país que ni tan sols apareixia en les llistes de vendes, la Xina, va crear en 2010 la meitat de les cèl·lules fotovoltaiques del món.

Les empreses basques dedicades a la venda de maquinària per a la producció de tecnologia fotovoltaica --com Gorosabel o Mondragon Assembly, entre altres- tenen actualment els seus principals clients a la Xina i l'Índia.

Encara que les recerques s'estan duent a terme amb materials diversos, el negoci fotovoltaic està estretament lligat al silici. Ed. : © istockphoto.com/gerenme.

Així, vuit de les deu primeres empreses del rànquing dels principals productors cel·lulars del món són de la Xina, Taiwan i el Japó. En aquest top només apareix una empresa estatunidenca i alemanya. No obstant això, les grans companyies amb seu central als països occidentals estan dirigint la seva producció a la Xina i l'Índia, impulsades per la competitivitat de costos.

Subvencions i preus

No obstant això, per a comprendre la revolució en les vendes de la tecnologia fotovoltaica hi ha més fils que tenir en compte. Un d'ells és el de la demanda. I és que els compradors del mercat fotovoltaic estan completament cotitzats: La Unió Europea, els Estats Units d'Amèrica i el Japó són els clients que aglutinen pràcticament la totalitat de l'activitat mundial, sent Alemanya, amb diferència, el líder mundial en nombre de plaques comprades i instal·lades. Prop de la meitat de les plaques fotovoltaiques del món estan instal·lades a Alemanya.

Per tant, l'energia fotovoltaica és consumida majoritàriament pels països rics. O dit d'una altra manera, la demanda es basa en polítiques de determinats països. En concret, en les polítiques de preus que s'estableixin mitjançant subvencions. "Les subvencions concedides per aquests Estats clients han encès el foc de la producció", explica Recarte. "A vegades aquestes subvencions han estat excessives i han fomentat l'especulació". En 2008, per exemple, quan als propietaris d'instal·lacions fotovoltaiques se'ls pagava a 45 cèntims cada hora de quilowatt, la potència fotovoltaica instal·lada al país va augmentar un 600% en un any. Així ho explica Heikki Mesa, expert en energia i canvi climàtic: "els promotors van instal·lar grans parcs fotovoltaics, molt més barats que les instal·lacions de panells de cases particulars, sabent que cobrarien les bonificacions durant 25 anys. Però en lloc de pagar aquestes bonificacions per l'Estat, els consumidors les pagàvem a través de la nostra tarifa elèctrica". Recart afegeix: "a més, en definitiva, bona part d'aquestes bonificacions anaven directament als productors de plaques, empreses xineses".

Però al cap d'un any va succeir el contrari: "El mercat espanyol va ser una sequera total en 2009", afirma Recarte. De fet, mitjançant el decret de fixació de preus, el govern espanyol va reduir el preu quilowatt hora de la fotovoltaica de 45 a 32 cèntims. La dada de la importància de les subvencions públiques en aquest joc és que el preu de l'electricitat que paguen els consumidors en la seva factura habitual és d'uns 12 cèntims per quilowatt/hora.

Mirant al futur

Però més enllà del preu que es paga per l'energia elèctrica, en la situació energètica actual --la creixent demanda, i la contaminació de les fonts més explotades i les reserves limitades, d'una banda -, les fonts renovables s'han convertit en imprescindibles.

La proliferació de noves línies de producció i de factors cada vegada més competitius és imparable. Ed. : © istockphoto.com/gerenme.

En aquesta conjuntura, les plaques fotovoltaiques tenen importants avantatges: són silencioses, netes i de llarga durada, que no esgoten recursos addicionals als del sol per al seu funcionament. Però no tot és or. Aquestes plaques requereixen un gran consum energètic. De fet, una placa fotovoltaica hauria de funcionar durant dos anys per a retornar l'energia necessària per a la seva producció. "La vida útil d'aquestes plaques és major de 25 anys, per la qual cosa no és per a tant", explica Recarte. No obstant això, per a poder competir amb els combustibles fòssils, l'energia fotovoltaica ha de millorar la seva eficiència i reduir encara els costos de producció.

L'enorme creixement experimentat pel mercat fotovoltaic en els últims anys ha fet que les prediccions per al futur no siguin fàcils. Ni a curt termini. Segons les xifres que manegen les companyies productores, la suma de totes les cèl·lules solars que es produiran en 2011 podria generar entre 50 i 65 gigawatios. Aquesta és la potència que poden subministrar al voltant de 60 centrals nuclears.

Però està per veure si s'aconseguirà realment produir totes aquestes cèl·lules solars. I si ho aconseguim, la clau serà si després es poden comercialitzar tots aquests exemplars. De fet, si les vendes són inferiors a l'esperat, la producció es veurà forçada a disminuir. I això no serà pel fet que no es construiran noves línies de producció. La proliferació de factors cada vegada més competitius és imparable. Per contra, les factories més antigues --les menys competitives, les de meravella--, si disminueixen les previsions de producció i de vendes, sense poder competir amb les línies de producció més recents, sense tancar, tindrien pèrdues.

Per tant, si no es compleixen les previsions de vendes del mercat fotovoltaic mundial per a 2011 --i això no seria d'estranyar les turbulències que s'han produït a Europa arran dels decrets de preus dels últims anys-, els fabricants de cèl·lules solars rebrien una enorme pressió per a reduir encara més els seus costos. És a dir, en els pròxims mesos s'esperen també grans variacions en el mercat fotovoltaic. Però en el sector ningú esperava més. Perquè la fotovoltaica és una tecnologia jove que creix a gran velocitat.

-
Els elements bàsics de les plaques fotovoltaiques són les cèl·lules fotovoltaiques. Absorbeixen els fotons de la llum i emeten els electrons, de manera que treballant en sèrie creen corrent elèctric en els panells.
La producció de cèl·lules solars en 2010 va duplicar l'any anterior. Els productors del sector consideren que en 2011 passarà un altre punt.
En la gràfica de línies es mostren les millors eficiències de les cèl·lules solars obtingudes en els últims 35 anys en diferents laboratoris. Els millors resultats s'han obtingut mitjançant l'aplicació de tecnologia d'alta concentració en cèl·lules multiarticulares. No obstant això, aquests sistemes continuen sent costosos i no han aconseguit cap èxit en el mercat. Les més comunes en les plaques fotovoltaiques són, amb diferència, cèl·lules de silici cristal·lí. Poden ser de monocristalino o multicristalino. Les cèl·lules de silici monocristalino són més eficients però més cares. A les cèl·lules de silici monocristalino, per a aconseguir una major eficiència, se'ls pot aplicar una tecnologia d'alta concentració, però aquesta tecnologia no és barata i no ha rebut resposta satisfactòria en el mercat de moment. D'altra banda, les cèl·lules de tel·luri de cadmi tenen menor eficiència i millor preu que totes les anteriors, però han aconseguit una baixa quota de mercat.
La producció de cèl·lules solars està dominada per Àsia, i els xinesos ocupen el primer lloc. Els clients provenen majoritàriament d'Europa, sent Alemanya, amb diferència, el principal client del món.
Font: Revista Photon
(Font: NREL)
(Font: Navigant consulting)
Urruzola Arrate, Manex
Serveis
277
2011
Uns altres
019
Energies renovables
Article
Seguretat