Los costos de los paneles solares se han desplomado en los últimos años, lo que ha llevado a tasas de instalaciones solares mucho mayores de lo que esperaban la mayoría de los analistas. Pero con la mayoría de las áreas potenciales de ahorro de costos ya llevadas al extremo, las reducciones adicionales de costos son cada vez más importantes.desafiante de encontrar.
Ahora, investigadores del MIT y del Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL han delineado un camino para reducir aún más los costos, esta vez reduciendo las propias células de silicio.
Las células de silicio más delgadas se han explorado antes, especialmente hace alrededor de una docena de años cuando el costo del silicio alcanzó su punto máximo debido a la escasez de suministro. Pero este enfoque tuvo algunas dificultades: las obleas de silicio delgadas eran demasiado frágiles y frágiles, lo que condujo a niveles inaceptablespérdidas durante el proceso de fabricación, y tenían una menor eficiencia. Los investigadores dicen que ahora hay formas de comenzar a abordar estos desafíos mediante el uso de mejores equipos de manipulación y algunos desarrollos recientes en la arquitectura de células solares.
Los nuevos hallazgos se detallan en un artículo en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , coautor del postdoctorado del MIT Zhe Liu, el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, y otros cinco en MIT y NREL.
Los investigadores describen su enfoque como "tecnoeconómico", enfatizando que en este punto las consideraciones económicas son tan cruciales como las tecnológicas para lograr mejoras adicionales en la asequibilidad de los paneles solares
Actualmente, el 90 por ciento de los paneles solares del mundo están hechos de silicio cristalino, y la industria continúa creciendo a una tasa de alrededor del 30 por ciento por año, dicen los investigadores. Las células fotovoltaicas de silicio de hoy, el corazón de estos paneles solares, sonhecho de obleas de silicio que tienen 160 micrómetros de grosor, pero con métodos de manipulación mejorados, los investigadores proponen que esto podría reducirse a 100 micrómetros, y eventualmente tan solo 40 micrómetros o menos, lo que solo requeriría una cuarta parte de la cantidad de siliciopara un tamaño determinado de panel.
Eso no solo podría reducir el costo de los paneles individuales, dicen, sino que, lo que es más importante, podría permitir una rápida expansión de la capacidad de fabricación de paneles solares. Eso se debe a que la expansión puede verse limitada por los límites de la rapidez con la que se pueden construir nuevas plantas.para producir los lingotes de cristal de silicio que luego se cortan como salami para hacer las obleas. Estas plantas, que generalmente están separadas de las plantas de fabricación de células solares, tienden a ser intensivas en capital y requieren mucho tiempo para construir, lo que podría conducir a unacuello de botella en la tasa de expansión de la producción de paneles solares. Reducir el grosor de las obleas podría aliviar ese problema, dicen los investigadores.
El estudio analizó los niveles de eficiencia de cuatro variaciones de la arquitectura de las células solares, incluidas las células PERC emisor pasivado y contacto posterior y otras tecnologías avanzadas de alta eficiencia, comparando sus salidas en diferentes niveles de espesor. El equipo descubrió que, de hecho, habíapequeña disminución en el rendimiento hasta espesores tan bajos como 40 micrómetros, utilizando los procesos de fabricación mejorados de la actualidad.
"Vemos que hay esta área de los gráficos de eficiencia versus espesor donde la eficiencia es plana", dice Liu, "y esa es la región donde potencialmente podría ahorrar algo de dinero". Debido a estos avances en la arquitectura celular, dice, "realmente comenzamos a ver que era hora de revisar los beneficios de costos".
Cambiar las enormes plantas de fabricación de paneles para adaptarse a las obleas más delgadas será un proceso costoso y que llevará mucho tiempo, pero el análisis muestra que los beneficios pueden superar con creces los costos, dice Liu. Llevará tiempo desarrollar el equipo necesarioy procedimientos para permitir el material más delgado, pero con la tecnología existente, dice, "debería ser relativamente simple bajar a 100 micrómetros", lo que ya proporcionaría algunos ahorros significativos. Nuevas mejoras en la tecnología, como una mejor detección de microfisuras antessi crecen podría ayudar a reducir aún más el grosor.
En el futuro, el grosor podría reducirse potencialmente a tan solo 15 micrómetros, dice. Las nuevas tecnologías que cultivan obleas delgadas de cristal de silicio directamente en lugar de cortarlas de un cilindro más grande podrían ayudar a permitir tal adelgazamiento adicional, dice.
El desarrollo de silicio delgado ha recibido poca atención en los últimos años porque el precio del silicio ha disminuido desde su pico anterior. Pero, debido a las reducciones de costos que ya se han producido en la eficiencia de las células solares y otras partes del proceso de fabricación de paneles solares ycadena de suministro, el costo del silicio es una vez más un factor que puede marcar la diferencia, dice.
"La eficiencia solo puede aumentar en un pequeño porcentaje. Por lo tanto, si desea obtener más mejoras, el grosor es el camino a seguir", dice Buonassisi. Pero la conversión requerirá grandes inversiones de capital para una implementación a gran escala.
El propósito de este estudio, dice, es proporcionar una hoja de ruta para aquellos que puedan estar planeando la expansión de las tecnologías de fabricación solar. Al hacer que el camino sea "concreto y tangible", dice, puede ayudar a las empresas a incorporar esto en su planificación.. "Hay un camino", dice. "No es fácil, pero hay un camino. Y para los primeros en moverse, la ventaja es significativa".
Lo que puede ser necesario, dice, es que los diferentes actores clave de la industria se reúnan y establezcan un conjunto específico de pasos hacia adelante y estándares acordados, como lo hizo la industria de circuitos integrados desde el principio para permitir el crecimiento explosivode esa industria. "Eso sería realmente transformador", dice.
Andre Augusto, un científico investigador asociado de la Universidad Estatal de Arizona que no estuvo relacionado con esta investigación, dice que "refinar la fabricación de silicio y obleas es la parte más exigente de gasto de capital capex del proceso de fabricación de paneles solares.En un escenario de expansión rápida, el suministro de obleas puede convertirse en un problema. Reducir el tamaño resuelve este problema en parte, ya que puede fabricar más obleas por máquina sin aumentar significativamente el gasto de capital ". Agrega que" las obleas más delgadas pueden ofrecer ventajas de rendimiento en ciertos climas ".funcionando mejor en condiciones más cálidas.
El analista de energías renovables Gregory Wilson de Gregory Wilson Consulting, que no estuvo asociado con este trabajo, dice: "El impacto de reducir la cantidad de silicio utilizado en las células convencionales sería muy significativo, como señala el documento. La ganancia más obvia esen la cantidad total de capital necesaria para escalar la industria fotovoltaica a la escala de varios teravatios requerida por el problema del cambio climático. Otro beneficio es la cantidad de energía necesaria para producir paneles fotovoltaicos de silicio. Esto se debe a la producción de polisilicio y los procesos de crecimiento de lingotesque se requieren para la producción de células de alta eficiencia consumen mucha energía ".
Wilson agrega que "los principales fabricantes de módulos y células fotovoltaicas necesitan escuchar a grupos creíbles como el del profesor Buonassisi en el MIT, ya que harán este cambio cuando puedan ver claramente los beneficios económicos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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