La energía fotovoltaica es una de las principales herramientas para acelerar la transición energética. Su coste de producción ha caído «un 90 %» en los últimos veinte años y seguirá bajando «entre un 15 % y un 25 %» en la próxima década, según detalla un informe de Wood Mackenzie publicado en 2021. De hecho, ya es la forma «más barata» de generar electricidad nueva en países como España, Italia e India, así como en parte de Estados Unidos. «La energía solar se está volviendo tan competitiva que no solo es un medio de descarbonización para los compradores corporativos, sino también una forma de reducir el costo de la energía para sus negocios. Esto asegura su dominio en el mercado», aseguró el director de este estudio, Ravi Manghani.
Por eso, no es de extrañar que esta fuente energética ya represente el 72,3 % del total de la potencia de autoconsumo instalada en la Comunidad foral y el 99,2 % de los sistemas de este tipo implantados en la región. Así lo reflejaba el registro de autoconsumo del Gobierno de Navarra en noviembre de 2021. Unas cifras que coinciden con la tendencia global: la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA) indica que la energía fotovoltaica es el segundo tipo de energía renovable con más potencia instalada en el mundo. De hecho, ya supone el 25 % del total, solo por detrás de la hidroeléctrica.
Jaione Bengoechea (CENER): «Nuestra investigación pasa por mejorar el aprovechamiento de la radiación solar en los módulos fotovoltaicos y por mantener baja su temperatura».
Pero, aunque el precio y las características de los sistemas fotovoltaicos hacen muy atractiva su implantación, su tecnología aún cuenta con un importante margen de mejora. «Uno de los problemas de la energía fotovoltaica es que todavía requiere de mucha área para una producción determinada. Por eso, es interesante para el ciudadano de a pie y para las industrias aumentar la eficiencia de producción de los módulos fotovoltaicos, de forma que se pueda extraer más electricidad de la misma área», explica Jaione Bengoechea, coordinadora del Grupo de Materiales y Recubrimientos para Energía dentro del Departamento de Tecnologías y Almacenamiento de la Energía Solar en CENER (Centro Nacional de Energías Renovables).
El equipo de CENER se planteó distintas vías para afrontar este reto. Así nació DESAFÍO, una iniciativa que el centro nacional lidera desde 2018 y de la que es socia la Universidad Pública de Navarra (UPNA). «Aplicar conocimientos recientes a nuevos desarrollos no es sencillo. Por eso, la sinergia generada a lo largo de los años entre el grupo de CENER, que fabrica, construye y aplica, y el de la universidad, con capacidades de diseño y simulación de estructuras fotónicas, resulta muy productiva», apunta Joaquín Sevilla, catedrático de Tecnología Electrónica e investigador en el Instituto de Smart Cities (ISC) de la entidad educativa. El proyecto está coordinado por ADItech, agente coordinador a su vez el Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y financiado por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos colaborativos de I+D (convocatoria de 2020).
DOS VÍAS PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA
La tecnología basada en el silicio cristalino copa en la actualidad «en torno al 95 %» del mercado fotovoltaico. El uso de este material permite que los módulos aprovechen todo el rango visible del espectro solar, un poco del ultravioleta y un poco del infrarrojo. El resto de esa energía se absorbe por los demás materiales y se convierte, finalmente, en calor.
Joaquín Sevilla (UPNA): «Aún nos quedan por validar las mejoras que hemos incorporado. Y ese es el momento en el que estamos ahora».
«Nuestra investigación pasa por mejorar dos aspectos en los módulos fotovoltaicos que utilizan esta tecnología y que impactan de manera directa en su producción de energía. Por un lado, queremos que aprovechen mejor la radiación solar. Por otro, queremos controlar su temperatura y mantenerla baja», concreta Bengoechea.
En primer lugar, y con el fin de mejorar el atrapamiento fotónico de la radiación solar, los investigadores idearon una estrategia basada en la estructura del silicio o del vidrio que conforman los módulos. «La idea es torcer la luz que llegue al panel, de manera que los ángulos permitan que el módulo atrape más», aclara Sevilla. De esta forma, el equipo de la UPNA valoró mediante simulaciones computacionales una «paleta variada» de texturas como cilindros, conos, pirámides o agujeros. Y remitieron a CENER un catálogo de las estructuras «más prometedoras» para su fabricación y puesta a prueba.
Joaquín Sevilla y Jaione Bengoechea, en las instalaciones de CENER en Sarriguren.
Tras recabar los resultados gracias a este primer estudio, los investigadores del centro nacional decidieron aplicar las estructuras más interesantes en módulos bifaciales (que producen energía solar por ambos lados del panel), una de las tecnologías «en auge» del mercado fotovoltaico. «Nos encontramos con que las estructuras piramidales funcionan muy bien en ambas caras. Y, además, introducimos una mejora en el estructurado del vidrio de la cara trasera, es decir, la que recibe una luz difusa, de modo que tenga una respuesta muy buena a esa luz que llega en distintos ángulos de incidencia», señala Bengoechea.
Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace.
Por otro lado, el proyecto también centró sus investigaciones en la refrigeración pasiva, un reto «novedoso y un poco exótico», a juicio de la científica de CENER: «Vemos potencial porque permitirá unas mejoras tanto en eficiencia como en durabilidad de esta tecnología, que todavía no están muy explotadas. Nuestra propuesta consiste en realizar estructuras en la cara externa del vidrio que favorezcan la refrigeración del módulo, utilizando para ello la emisión en la ventana atmosférica (franja de longitudes de onda en torno a las diez micras, correspondientes a radiación terrestre que logra escapar de la atmósfera sin ser absorbida). Es una forma de intercambio de calor óptima y natural».
Los equipos de CENER y la UPNA colaboran en esta iniciativa desde 2018.
En esta línea, la eficiencia de los módulos aumenta un 0,35 % por cada grado que disminuye su temperatura mientras están en funcionamiento. «Aún nos queda probar el sistema de refrigeración con células bifaciales encapsuladas en exterior, pero hemos logrado una disminución de cuatro grados en exterior aplicando calor a través de un circuito electrónico, que simula la célula solar fotovoltaica. Si conseguimos trasladar esta mejora a los módulos fotovoltaicos funcionando en exterior, la mejora en la eficiencia se situaría en torno a un 1 %», valora Bengoechea. «Una cifra que es una mejora sustancial, a lo que se sumaría el aumento en la durabilidad del sistema», añade Sevilla.
EL FUTURO
El camino desde el laboratorio hasta el mercado aún es muy largo. «Todavía nos quedan por validar las mejoras que hemos incorporado, y ese es el momento en el que estamos ahora», apunta Sevilla. En este sentido, el campo experimental del Centro de Referencia Nacional en Energías Renovables y Eficiencia Energética (CENIFER) acoge en estos momentos una zona de prueba, que permitirá comprobar la eficacia de estos desarrollos. Además, queda por determinar «si son compatibles con la presión de precios de la industria fotovoltaica», por lo que ambos equipos están trabajando también en el escalado.
De probarse el aumento de la eficiencia en los módulos fotovoltaicos, los beneficios para el mercado «están claros», opina Sevilla: «Abaratará los costes de producción de la energía fotovoltaica». Pero, adicionalmente, el sistema de refrigeración pasiva tiene potencial para otras industrias. «Esta forma de refrigerar, haciendo uso de un mecanismo natural de la tierra, podría aplicarse a otros ámbitos como la edificación, la automoción o los sensores en exteriores. Los mecanismos de refrigeración pasiva tienen una gran necesidad en este mundo de cambio climático», precisa Bengoechea.
