Fotovoltaicas: orgullosas de ventas, en eficiencia

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

La fotovoltaica es una tecnología joven que crece a gran velocidad. El espectacular crecimiento de las ventas en los últimos años ha generado importantes cambios en los mercados mundiales. Por el contrario, la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos ha mejorado poco en la última década. La reducción de costes, las políticas de subvención y los márgenes de beneficio han jugado un papel mayor en el éxito del negocio que los resultados de las líneas de investigación. También especulaciones.
Fotovoltaicas: orgullosas de ventas, en eficiencia
01/07/2011 | Urruzola Arrate, Manex | Elhuyar Zientzia Komunikazioa
(Foto: © Iawa/350RF)

La suma de todas las células fotovoltaicas producidas en el mundo el año pasado generaría 27 gigawatios. Es la potencia equivalente a la de unas 30 centrales nucleares. Respecto a la producción de 2009, el incremento ha sido del 120%. A la vista de la evolución de los últimos años, en el mundo no hay ningún otro sector que crece con tanta velocidad. Y este ritmo de crecimiento se ha comparado con el auge de la tecnología informática en los primeros años.

Así las cosas, la electricidad solar está dando grandes pasos para conseguir un nivel significativo de gestión energética. Y parece que en el futuro se mantendrá esta tendencia. Por ejemplo, en 2008 sólo el 0,06% de la electricidad mundial tuvo origen fotovoltaico. Pues bien, el director de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), Nobuo Tanaka, ha afirmado que para 2050 el 20% o 25% de la electricidad mundial podría ser solar. Reconoce que la AEMA ha desestimado el potencial de las renovables a lo largo de los años. "Es cierto que hemos sido muy conservadores en torno al potencial de las renovables, pero ahora somos cada vez más verdes", dice Tanaka.

Federico Recart, investigador del Instituto de Tecnología Microelectrónica (TIM) y profesor de la UPV, cree que la tecnología fotovoltaica será un sector estratégico en el panorama energético del futuro. "La baja eficiencia de cada placa solar, que puede rondar los 150 vatios por metro cuadrado, no significa que los sistemas fotovoltaicos puedan aportar poca energía. La clave está en cantidad". Y las cifras van en aumento. A modo de ejemplo, la potencia fotovoltaica instalada en Europa en 2010 superó por primera vez la eólica y la hidroeléctrica.

Sin embargo, frente al crecimiento del mercado fotovoltaico en producción y ventas, la eficiencia de su tecnología no ha mejorado tanto en los últimos años.

Sencillos avances en investigación

En la base de las placas pueden existir varios materiales, pero si se quiere destacar un ejemplo, el caso de las células de silicio cristalino es significativo. Este tipo representa el 86% de las células del mundo. Las investigaciones llevadas a cabo en materias primas y procesos productivos han permitido mejorar la eficiencia de estas células en torno al 3% en los últimos diez años, concretamente del 15% al 18% en las células más frecuentes. "A pesar de que la mejora es importante, está claro que este incremento no sólo no explica el despegue de las ventas", afirma Recart.

Pero hay margen de mejora. Y es que, según explica Recarte, "con materiales ideales --y silicio próximo a este material ideal -, el límite termodinámico de la eficiencia de este tipo de células es del 41%". Sin embargo, según la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA), la eficiencia de las células de silicio cristalino no superará el 23% para 2020. Aunque es una mejora, no se espera ninguna revolución en ese sentido.

Con el objetivo de aproximarse a este límite del 41%, se ha aplicado una tecnología de alta concentración en células de silicio monocristalino. Se trata de una tecnología de alta precisión, que mejora su eficiencia hasta un 28%, pero que sigue aumentando considerablemente su precio y que no ha recibido respuesta satisfactoria en el mercado.

Federico Recart es doctor en ingeniería, profesor de la UPV e investigador del Instituto de Tecnología Microelectrónica (TIM). En esta organización se realizan investigaciones en el campo de los fotovoltaicos para posteriormente trasladar los resultados y aplicaciones al ámbito industrial. Ed. : Manex Urruzola.

También se han avanzado en otras tecnologías como las células de teluro de cadmio. A pesar de que en los últimos años su eficiencia ha mejorado ligeramente por encima del 3%, todavía son menos eficientes que las de silicio cristalino. Son más baratas, eso sí, pero sólo el 5% de la cuota de mercado mundial ha sido alcanzado por este tipo de células.

Los mejores resultados se han dado, sin duda, en células con múltiples juntas. Suelen ser de arseniuro de galio y aplicando tecnología de alta concentración en este tipo de células, la eficiencia ha llegado hasta el 40%. Tienen además un margen de mejora importante: "en teoría, el límite de eficiencia con materiales ideales en células multi-articulares es del 86,6%", afirma Recart. Sin embargo, estos sistemas son de momento muy caros y la relación calidad precio no merece la pena para usos comerciales. Por ello, no han tenido ningún éxito en el mercado.

Reducción de costes

Aunque las investigaciones se están llevando a cabo con materiales diversos, el negocio fotovoltaico está estrechamente ligado al silicio. Alrededor del 95% de las células solares que se formaron el año pasado tuvieron como materia prima principal el silicio.

Hace 10 años, el silicio utilizado para la fabricación de placas solares provenía principalmente de los excedentes de la industria microelectrónica. Pero las cosas han cambiado: "cuando vieron que había negocio en el campo de la fotovoltaica aparecieron nuevos fabricantes y nuevos procesos", afirma Recart. Además de los avances tecnológicos, el investigador del TIME menciona otro factor importante. Las escalas han subido muchísimo: hace una década una fábrica que podía producir 10 megavatios al año era grande, pero en la actualidad pueden generar 500 megavatios al año. Esto ha abaratado la producción de silicio. Y ahí está una de las claves del incremento de ventas.

Pero la caída de los precios de los fotovoltaicos también se debe a que los salarios de producción son más baratos, la prevención de riesgos laborales más flexible, los impuestos más blandos... "La producción se ha movido a los países baratos", explica Recart. De hecho, hasta hace pocos años Japón, Estados Unidos, España y Alemania han sido los principales productores mundiales. Pero en poco tiempo se han producido grandes cambios. Asia ha alcanzado un liderazgo absoluto en la cuota de mercado, situándose el 82% de la producción de células fotovoltaicas en Asia. Hace tres o cuatro años, un país que ni siquiera aparecía en las listas de ventas, China, creó en 2010 la mitad de las células fotovoltaicas del mundo.

Las empresas vascas dedicadas a la venta de maquinaria para la producción de tecnología fotovoltaica --como Gorosabel o Mondragon Assembly, entre otros- tienen actualmente sus principales clientes en China e India.

Aunque las investigaciones se están llevando a cabo con materiales diversos, el negocio fotovoltaico está estrechamente ligado al silicio. Ed. : © iStockphoto.com/Gerenme.

Así, ocho de las diez primeras empresas del ranking de los principales productores celulares del mundo son de China, Taiwán y Japón. En este top sólo aparece una empresa estadounidense y alemana. Sin embargo, las grandes compañías con sede central en los países occidentales están dirigiendo su producción a China e India, impulsadas por la competitividad de costes.

Subvenciones y precios

Sin embargo, para comprender la revolución en las ventas de la tecnología fotovoltaica hay más hilos que tener en cuenta. Uno de ellos es el de la demanda. Y es que los compradores del mercado fotovoltaico están completamente cotizados: La Unión Europea, Estados Unidos de América y Japón son los clientes que aglutinan prácticamente la totalidad de la actividad mundial, siendo Alemania, con diferencia, el líder mundial en número de placas compradas e instaladas. Cerca de la mitad de las placas fotovoltaicas del mundo están instaladas en Alemania.

Por tanto, la energía fotovoltaica es consumida mayoritariamente por los países ricos. O dicho de otro modo, la demanda se basa en políticas de determinados países. En concreto, en las políticas de precios que se establezcan mediante subvenciones. "Las subvenciones concedidas por estos Estados clientes han encendido el fuego de la producción", explica Recarte. "A veces estas subvenciones han sido excesivas y han fomentado la especulación". En 2008, por ejemplo, cuando a los propietarios de instalaciones fotovoltaicas se les pagaba a 45 céntimos cada hora de kilovatio, la potencia fotovoltaica instalada en el país aumentó un 600% en un año. Así lo explica Heikki Mesa, experto en energía y cambio climático: "los promotores instalaron grandes parques fotovoltaicos, mucho más baratos que las instalaciones de paneles de casas particulares, sabiendo que cobrarían las bonificaciones durante 25 años. Pero en lugar de pagar estas bonificaciones por el Estado, los consumidores las pagábamos a través de nuestra tarifa eléctrica". Recart añade: "además, en definitiva, buena parte de estas bonificaciones iban directamente a los productores de placas, empresas chinas".

Pero al cabo de un año sucedió lo contrario: "El mercado español fue una sequía total en 2009", afirma Recarte. De hecho, mediante el decreto de fijación de precios, el gobierno español redujo el precio kilovatio hora de la fotovoltaica de 45 a 32 céntimos. El dato de la importancia de las subvenciones públicas en este juego es que el precio de la electricidad que pagan los consumidores en su factura habitual es de unos 12 céntimos por kilovatio/hora.

Mirando al futuro

Pero más allá del precio que se paga por la energía eléctrica, en la situación energética actual --la creciente demanda, y la contaminación de las fuentes más explotadas y las reservas limitadas, por un lado -, las fuentes renovables se han convertido en imprescindibles.

La proliferación de nuevas líneas de producción y de factores cada vez más competitivos es imparable. Ed. : © iStockphoto.com/Gerenme.

En esta coyuntura, las placas fotovoltaicas tienen importantes ventajas: son silenciosas, limpias y de larga duración, que no agotan recursos adicionales a los del sol para su funcionamiento. Pero no todo es oro. Estas placas requieren un gran consumo energético. De hecho, una placa fotovoltaica debería funcionar durante dos años para devolver la energía necesaria para su producción. "La vida útil de estas placas es mayor de 25 años, por lo que no es para tanto", explica Recarte. Sin embargo, para poder competir con los combustibles fósiles, la energía fotovoltaica debe mejorar su eficiencia y reducir aún los costes de producción.

El enorme crecimiento experimentado por el mercado fotovoltaico en los últimos años ha hecho que las predicciones para el futuro no sean fáciles. Ni a corto plazo. Según las cifras que manejan las compañías productoras, la suma de todas las células solares que se producirán en 2011 podría generar entre 50 y 65 gigawatios. Esta es la potencia que pueden suministrar alrededor de 60 centrales nucleares.

Pero está por ver si se conseguirá realmente producir todas estas células solares. Y si lo conseguimos, la clave será si luego se pueden comercializar todos estos ejemplares. De hecho, si las ventas son inferiores a lo esperado, la producción se verá forzada a disminuir. Y esto no será debido a que no se construirán nuevas líneas de producción. La proliferación de factores cada vez más competitivos es imparable. Por el contrario, las factorías más antiguas --las menos competitivas, las de fábula--, si disminuyen las previsiones de producción y de ventas, sin poder competir con las líneas de producción más recientes, sin cerrar, tendrían pérdidas.

Por lo tanto, si no se cumplen las previsiones de ventas del mercado fotovoltaico mundial para 2011 --y esto no sería de extrañar las turbulencias que se han producido en Europa a raíz de los decretos de precios de los últimos años-, los fabricantes de células solares recibirían una enorme presión para reducir aún más sus costes. Es decir, en los próximos meses se esperan también grandes variaciones en el mercado fotovoltaico. Pero en el sector nadie esperaba más. Porque la fotovoltaica es una tecnología joven que crece a gran velocidad.

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Los elementos básicos de las placas fotovoltaicas son las células fotovoltaicas. Absorben los fotones de la luz y emiten los electrones, de manera que trabajando en serie crean corriente eléctrica en los paneles.
La producción de células solares en 2010 duplicó el año anterior. Los productores del sector consideran que en 2011 va a pasar otro tanto.
En la gráfica de líneas se muestran las mejores eficiencias de las células solares obtenidas en los últimos 35 años en diferentes laboratorios. Los mejores resultados se han obtenido mediante la aplicación de tecnología de alta concentración en células multiarticulares. Sin embargo, estos sistemas siguen siendo costosos y no han conseguido ningún éxito en el mercado. Las más comunes en las placas fotovoltaicas son, con diferencia, células de silicio cristalino. Pueden ser de monocristalino o multicristalino. Las células de silicio monocristalino son más eficientes pero más caras. A las células de silicio monocristalino, para conseguir una mayor eficiencia, se les puede aplicar una tecnología de alta concentración, pero esta tecnología no es barata y no ha recibido respuesta satisfactoria en el mercado por el momento. Por otro lado, las células de teluro de cadmio tienen menor eficiencia y mejor precio que todas las anteriores, pero han alcanzado una baja cuota de mercado.
La producción de células solares está dominada por Asia, y los chinos ocupan el primer lugar. Los clientes provienen mayoritariamente de Europa, siendo Alemania, con diferencia, el principal cliente del mundo.
Fuente: Revista Photon
(Fuente: NREL)
(Fuente: Navigant consulting)
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