Las fallas invisibles de la tecnología fotovoltaica
La tecnología fotovoltaica ha revolucionado la industria de la generación de energía eléctrica; actualmente no es difícil ver pequeños paneles solares sobre aparatos electrónicos como baterías recargables, teléfonos públicos, o luminaria que tengan tecnología fotovoltaica integrada. Su ferviente éxito se debe principalmente a su longevidad y su capacidad de producir energía sin emitir contaminantes a la atmosfera.
Un poco de historia
https://keeui.com/energia-solar-para-mi/Tras el descubrimiento del efecto fotovoltaico por Edmond Becquerel en 1839 le siguió poco mas de 30 años después la creación del primer panel fotovoltaico; siendo Charles Fritts el primero en realizar la conversión de energía solar a eléctrica y aprovechamiento de la misma a través de un panel solar. Tanto fue el éxito de este invento que en 1930 se podía leer lo siguiente en una ilustración de un artículo del Popular Mechanics sobre la contribución de la energía solar a la mezcla de energía del mundo:
“Tarde o temprano deberemos recurrir al sol como la principal fuente de energía. Este problema de la conversión directa de luz solar en energía atraerá cada vez más y más atención hasta eventualmente ser resuelto”
El problema de la eficiencia fotovoltaica.
Haciendo un salto al futuro los paneles solares actuales han evolucionado significativamente en comparación con sus predecesores. Casi cien años de desarrollo han colocado a la industria fotovoltaica como una de las principales fuentes de energía para el futuro. Lamentablemente aun queda mucho camino por recorrer. Actualmente la tecnología fotovoltaica enfrenta diversas problemáticas.
La generación de energía por medio de paneles solares a comparación con otros métodos de generación tiene la principal problemática de ser poco eficientes. La eficiencia actual de panel de te fotovoltaico 20% con algunos capaces de alcanzar eficiencias de 23%. Aunado a esto el panel solar promedio tiene una perdida de eficiencia del 2% tras unas pocas horas de su instalación.
Esta perdida tan súbita de eficiencia ha intrigado por años a la comunidad científica, misma que ha requerido de casi cuarenta años para descubrir la procedencia esta. Para entenderla hay que recordar la composición de los paneles solares.
Un panel solar es en términos muy simples un emparedado de materiales que en conjunto generan un flujo constante de electrones por un conductor cuando se somete a la luz solar. El orden de estos va de la siguiente manera:
La primera capa es un cristal encapsulador que junto con el marco se encarga de mantener aislados el resto de los materiales del ambiente. Le sigue una capa de recubrimiento antirreflejante que se encarga de que la mayor parte de luz solar sea absorbida por la célula. Entre esta capa y la siguiente también se encuentran los conductores eléctricos o buses que se encargan de transportar el flujo de electrones creado por las siguientes capas.
Las siguientes capas están conformadas por un compuesto de silicio de tipo P que se encuentra positivamente cargado a la cual le sigue la unión PN y que posteriormente se encuentra con la capa de silicio tipo N que se encuentra negativamente cargado para después ser unida a los conectores traseros y una última capa de polímero para aislar los componentes del marco. Quedando de la siguiente manera:
Para crear las capas de semiconductoras en los paneles solares es necesario el uso de Boro y oxigeno mismos que en recientes estudios se encontró reaccionan generando un efecto denominado como degradación inducida por la luz esto resulta en la creación de moléculas de dióxido de boro los cuales actúan como receptores de electrones evitando así que los electrones puedan entrar al circuito y generar el paso de la corriente eléctrica que es utilizada como energía.
Otro de los principales problemas de eficiencia de los paneles solares tiene también que ver con la forma en que se construyen. Dado que la cantidad de energía eléctrica producida depende directamente de la cantidad de luz que absorbe el panel cualquier cosa que bloquee el paso de la luz al mismo representara una perdida de energía. Debido a esto la colocación y distribución de los electrodos juega un papel fundamental en la eficiencia de los paneles solares, ya que esto impide el paso de la luz derivando en pérdidas.
En un estudio reciente mediante el uso de técnicas de optimización topológica se analizaron diferentes formas utilizadas en la fabricación de células fotovoltaicas y la colocación de los electrodos encargados del transporte de la energía. En los cuales tras ser ingresados en el método de optimización generaron patrones para los buses muy parecidos a los observados en las venas de las hojas de plantas y árboles. Estos nuevos patrones generaron un aumento en la eficiencia de 0.5% aproximadamente que mientas que no parece mucho si se multiplica por cada una de las células dentro de un panel; esto incrementa considerablemente la eficiencia final del mismo.
Fuentes
- Eliminating Light-Induced Degradation in Commercial p-Type Czochralski Silicon Solar Cells.
- From Selenium To Silicon Solar Panels: An Excerpt From Let It Shine.
- Solar Panel Efficiency
- Solar PV cell Construction
- Identification of the mechanism responsible for the boron oxygen light induced degradation in silicon photovoltaic cells.
- Photovoltaic effect.
