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Energía

Eficiencia bajo el sol

Investigadores de Río Grande do Sul desarrollan células solares más productivas

Los cálculos del Ministerio de Minas y Energía indican que alrededor de 14 millones de brasileños que habitan áreas rurales no tienen acceso a la energía eléctrica. Una de las soluciones para ayudar a paliar esta carencia puede estar en las manos de investigadores ‘gaúchos’ (del estado de Río Grande do Sul), que han desarrollado una tecnología más eficiente para la obtención de energía solar. Coordinados por Adriano Moehlecke, de la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUCRS), estos investigadores han desarrollado células solares a base de silicio con un 17% de aprovechamiento, el mayor índice de eficiencia alcanzado con una tecnología de esta naturaleza en Brasil hasta el final del año pasado.

Esto significa que, de cada 1.000 vatios que el equipamiento capta al medio día, durante un día soleado, logra producir 170 vatios de energía eléctrica. Así, un sistema de éstos instalado en el techo de una casa, por ejemplo, puede producir en promedio 130 kilovatios/hora en un mes; lo suficiente como para una familia de tres personas que utiliza ducha eléctrica y electrodomésticos.En Australia han llegado a obtener un 24,7% de aprovechamiento, pero utilizando el silicio obtenido con la técnica denominada FZ (float zone o zona fluctuante) y mediante un proceso de fabricación bastante complejo.

Esos lingotes de monocristales de silicio son los más puros y libres de defectos, pero también los más caros. Si se asocian la complejidad y el costo del proceso, las posibilidades de fabricación de dichas células a gran escala en Brasil son escasas.

Silicio ultrapuro
La elección de la materia prima fue estratégica, según el investigador. Brasil posee las mayores reservas de cuarzo de buena calidad, fundamental para obtener el silicio ultrapuro, que se destina a la producción de chips de computadoras, transistores y células solares. Por ahora el país no domina la tecnología de ultrapurificación, limitada a apenas tres o cuatro industrias en todo mundo. El silicio producido en Brasil, con entre un 98% y un 99% de pureza, es denominado silicio metalúrgico, y sirve para fabricar aleaciones de aluminio (para piezas automotrices) y siliconas (utilizadas en cosméticos y en la industria electroelectrónica).

El proceso de fabricación desarrollado por el grupo de investigadores de la PUCRS utiliza productos químicos (acetona, propanol, ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico e hidróxido de potasio, entre otros) y gases (nitrógeno y oxígeno) de bajo costo. “Estos dos factores -materia prima y tecnología nacional- contribuirán para reducir los costos del proceso industrial”, adelanta Moehlecke.La generación de la energía fotovoltaica se da cuando la luz solar incide sobra la célula de silicio, produciendo cargas negativas y positivas, que son separadas por un campo eléctrico existente en el dispositivo. Así se establece una corriente eléctrica y el paso de ésta por la región del campo genera tensión, produciendo energía eléctrica.

En países como Alemania, España, Estados Unidos y Japón, la energía generada por las células fotovoltaicas se encuentra en una fase avanzada. En los años 90, el mercado de módulos fotovoltaicos creció a razón de un 20% anual. Entre 2000 y 2001, el aumento fue del 40%, con una producción mundial del orden de los 300 megawatts (MW) por año. Un estudio de la Asociación Industrial de Módulos Fotovoltaicos de Europa estima que en 2010 habrá una producción anual de módulos del orden de los 630 MW. De éstos, un 33% se destinará a sistemas autónomos, y un 29% a sistemas conectados a la red eléctrica. “El uso de la energía solar fotovoltaica es un proceso avanzado y en pleno crecimiento en los países desarrollados”, subraya Moehlecke.

En Brasil, los sistemas fotovoltaicos responden por 12 MW de la energía producida actualmente, de acuerdo con el Instituto de Electrotécnica y Energía de la Universidad de São Paulo. Son equipos instalados en aldeas de pescadores, pequeños poblados de la región nordeste, tribus indígenas de la Amazonia y regiones aisladas, en donde los otros sistemas no llegan. El dispositivo desarrollado en la universidad ‘gaúcha’ podrá usarse sin grandes modificaciones en la tecnología, tanto en pequeñas comunidades como en grandes centros urbanos. “Los elevados índices de radiación solar, sumados a la baja densidad poblacional en algunas regiones, hacen de ésta una opción energética bastante competitiva desde el punto de vista económico y ambiental en todo el país”, resalta el investigador.

Joven científico
Este trabajo, producto de tres años de investigación, fue galardonado con el primer lugar en la categoría Graduados del XVIII Premio Joven Científico de 2002. Moehlecke, de 37 años, es doctor en ingeniería del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid y profesor de la Facultad de Física y del programa de Posgrado en Ingeniería y Tecnología de Materiales de la PUCRS.

El investigador reconoce que el costo de la energía solar fotovoltaica, comparado con el de la energía eléctrica convencional, es un obstáculo para su uso a gran escala. El precio de la energía fotovoltaica es de 3,5 dólares por vatio, mientras que el de la convencional se ubica entre 1 dólar y 1,4 dólares por vatio. “Pero en compensación, los costos de mantenimiento del sistema y de transmisión de energía son más caros en la generación hídrica”. En la comparación del costo-beneficio, Moehlecke también hace hincapié en que las centrales hidroeléctricas exigen grandes centrales de distribución, tienen un tiempo determinado de vida útil y provocan daños ambientales irreversibles, mientras las fotovoltaicas son inagotables y limpias desde el punto de vista ambiental.

“Si comparamos los sistemas fotovoltaicos con las centrales termoeléctricas, de carbón o de gas -la opción que está siendo incentivada en Brasil-, las ventajas con relación a la contaminación son aún mayores.”Moehlecke cree que, para reducir el precio pagado por los usuarios de energía solar, el Estado podría solventar parte de los gastos de instalación del equipamiento. “En Alemania y España, por ejemplo, el subsidio es del orden del 60%. Gasolineras, parquímetros y otros equipamientos que atienden a la población utilizan cada vez más la energía fotovoltaica.” Grandes grupos, como British Petroleum e Isofoton en Europa; Shell Solar y Astropower en Estados Unidos; y Sharp, Kyocera y Sanyo en Japón; salieron en la delantera en la producción e comercialización de sistemas y equipamientos de energía fotovoltaica.

Moehlecke no patentó su sistema pues considera que más importante que eso es contar el know how de fabricación del equipamiento. Algunos empresarios ya han mostrado interés en producir la célula en Brasil. Las conversaciones comenzaron en octubre del año pasado, impulsadas por la Secretaría de Ciencia y Tecnología de Río Grande do Sul. “Las fuentes mundiales de energía se encuentran en una fase de transición, y marchan hacia su agotamiento”, dice. De acuerdo con el análisis del investigador, éste es el mejor momento para tomar una decisión al respecto de la adopción a gran escala de la energía solar.

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