FULLSPECTRUM captura hasta el último rayo del Sol

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FULLSPECTRUM
Los científicos del proyecto FULLSPECTRUM («A new PV wave making more efficient use of the solar spectrum» o «Una nueva onda fotovoltaica que hará un uso más eficiente del espectro solar») han desarrollado unos paneles fotovoltaicos que presentan las mayores tasas de eficiencia energética jamás conseguidas en Europa. Las pruebas a escala industrial en grandes plantas piloto están demostrando la fiabilidad de estos paneles, que preparan firmemente el terreno para conseguir energía solar más barata para Europa y el resto del mundo.

FULLSPECTRUM reúne a diecinueve socios procedentes del mundo académico y de sectores industriales de siete Estados miembros de la UE, así como de Rusia y Suiza. El objetivo de este proyecto es desarrollar placas solares capaces de convertir hasta el último rayo del sol en electricidad limpia.

Por un planeta limpio con energías renovables

Con la quema de combustibles fósiles se bombean grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera que contribuyen al efecto invernadero. Esto, unido a factores como el aumento de los precios de la energía y la preocupación por asegurarse en todo momento el suministro, está provocando que los países de la UE sean cada vez más reacios a depender de las fuentes de energía importadas.

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Con esta problemática en mente, la UE se ha marcado el firme objetivo de asegurarse para el año 2020 la producción del 20 % de la energía que consume, a partir de diversas fuentes renovables como el sol, el viento, las olas y la energía hidroeléctrica. En la actualidad las energías renovables tan sólo representan el 8,5 % de nuestra energía. Sin duda, la energía solar va a tener un papel crucial para ayudar a Europa a alcanzar sus objetivos en materia de energías renovables. Con todo, la electricidad que generan los paneles fotovoltaicos sigue siendo mucho más cara que la producida por métodos más convencionales.

Una de las causas de ello es la reducida tasa de conversión de los paneles fotovoltaicos actuales: los más eficientes sólo son capaces de convertir en electricidad el 24 % de la energía del sol, y la mayoría de los paneles comerciales son aún menos eficaces, ya que convierten tan sólo un 17 % de ésta. El problema que presentan estos paneles convencionales es que únicamente convierten en energía una pequeña franja del espectro solar. En la actualidad, FULLSPECTRUM está desarrollando paneles fotovoltaicos que son capaces de captar y aprovechar todo ese espectro. Hasta ahora el proyecto ya ha conseguido crear paneles que alcanzan una eficiencia del 37,6 %.

Paneles fotovoltaicos: en busca de una mayor potencia

Los paneles fotovoltaicos (PV) convencionales se componen de muchas celdas individuales hechas de materiales semiconductores como el silicio. Cuando los fotones de luz chocan con una celda fotovoltaica, su energía se transfiere a los electrones de los átomos de la celda. Esta energía permite que los electrones se liberen de sus átomos y sean capturados para formar una corriente eléctrica.

¿Y por qué los paneles PV actuales sólo capturan una pequeña porción de la energía del sol? La respuesta la encontramos en un fenómeno denominado intervalo de banda (band gap), que es la cantidad mínima de energía necesaria para liberar a un electrón de su átomo.

Cada material posee un intervalo de banda distinto. En el caso de una celda fotovoltaica de silicio, por ejemplo, no se absorben aquellos fotones cuya energía es inferior a la banda del silicio. En cambio, no se aprovecha la energía excedente de aquellos fotones cuya energía es superior al intervalo de banda.

Rompiendo la barrera de la eficiencia energética: ¡un récord europeo!

La innovación que aporta FULLSPECTRUM consiste en la creación de una celda multiunión que aprovecha mejor todo el espectro solar. Esta tecnología consiste en fabricar los paneles solares con varios materiales (galio, fósforo, indio y germanio, entre otros) – que tienen diferentes bandas prohibidas – que se apilan unos encima de otros. Aquellos fotones que no son absorbidos por la capa superior del panel sí son captados por las capas inferiores.

Las pruebas han demostrado que estos paneles pueden convertir hasta un 37,6 % de la energía del sol en electricidad, todo un récord europeo. Pero resultan muy caros. Sin embargo, su coste se puede reducir considerablemente si se disponen de forma adecuada y se les dota de lentes que concentran una gran cantidad de energía solar en las celdas.

Gracias a que las celdas son mucho más eficientes, se necesitan menos paneles fotovoltaicos para producir la misma cantidad de energía, lo que les confiere una gran ventaja respecto a las células de silicio convencionales. Es más, los socios del proyecto creen que con más investigación y desarrollo se podría alcanzar una eficiencia de conversión de un 50 %. Dadas las limitaciones de las células de silicio, los participantes en esta pionera iniciativa prevén que las celdas multiunión que han desarrollado acabarán dominando el mercado.

En la actualidad esta tecnología se está probando a escala industrial en el recientemente inaugurado Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC) en Castilla-La Mancha (España), en el que algunos socios industriales de FULLSPECTRUM disponen de instalaciones. Con estas plantas piloto, los socios del proyecto se proponen demostrar a la industria la fiabilidad, idoneidad y eficacia de la nueva tecnología fotovoltaica de concentración.

Otro logro de FULLSPECTRUM es haber encontrado la primera prueba del efecto de la banda intermedia, que consiste en la absorción de fotones en tres niveles diferentes de energía, correspondientes a tres intervalos de banda diferentes. En la práctica, esto permite al sistema capturar fotones de baja energía que no son aprovechados por las placas solares convencionales.

Un futuro luminoso

A largo plazo, las celdas de banda intermedia podrían sustituir a las complejas celdas multiunión de alta eficiencia que se usan hoy en día. Este logro ya ha despertado un gran interés en todo el mundo, por lo que decenas de laboratorios están trabajando actualmente en este tema.

Lo cierto es que FULLSPECTRUM ha impulsado nuevos conceptos en la energía fotovoltaica. Su éxito no ha pasado desapercibido en el mundo y, en buena medida, ha servido de inspiración para la puesta en marcha de programas de investigación en países tan alejados como Estados Unidos y Japón.

El coordinador del proyecto, Antonio Luque, del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid (España), se muestra optimista respecto al legado que FULLSPECTRUM deja tras de sí: «Se han logrado importantes resultados que contribuyen a mejorar significativamente la eficiencia de conversión de los paneles fotovoltaicos, que es la principal vía para llegar a reducir los costes de la electricidad solar a largo plazo. Disponer de energía fotovoltaica a precios competitivos abrirá la puerta a una implantación a gran escala que capacitará a Europa para producir electricidad ecológica y reducirá la dependencia de la UE de las importaciones de energía.»