Evolución de las láminas solares

Cada vez se nos presenta más lógica la implantación de paneles solares en nuestras vidas. Pero la realidad es que aún supone un coste extra que tarda en rentabilizarse. Los códigos de construcción de muchos países obligan a que las nuevas viviendas incluyan estas soluciones. Y la evolución de los productos actuales tiende a abaratar su instalación, tanto que en muchos lugares el coste de instalación está por debajo de 1$/watio. Este hecho se hace posible gracias a nuevos materiales no basados en silicio, sino en CIGS (cobre-indio-galio-selenio). Un ejemplo es el que se utiliza para las láminas solares (thin-film). Estos módulos están hechos sobre una base de un polímero, son muy flexibles y delgados.

 

Estas láminas solares son más baratas de fabricar, y absorben la luz de una manera extremadamente eficiente. Son láminas delgadas que ofrecen ventajas significativas sobre la tecnología anterior, además de ser bastante inalterables. Los módulos solares que se crean son particularmente interesantes también por su portabilidad. Se pueden enrollar y llevar a cualquier lugar para recargar diversos dispositivos electrónicos (móviles, tabletas, portátiles, gps, cámaras de fotos, etc.). Se acabó eso de quedarse sin batería en la montaña.

Lógicamente en la Arquitectura tienen un gran potencial, no sólo por poder adaptarse a superficies curvas, sino también por su menor impacto visual. Debido a su ligereza y homogeneidad, son más discretas que los paneles solares convencionales. Es de esperar que estos avances hagan más sencilla e integradora la instalación solar en los edificios.

Ejemplo de instalación de láminas solares

Las siguientes fotos se tomaron durante la aplicación de unas láminas solares sobre el tejado de un granero. Previamente la cubierta fue convenientemente tratada y aislada, y posteriormente ejecutada a base de planchas metálicas.

Estas láminas solares se venden en rollos, con un ancho tal que se ajusta perfectamente a las planchas de cubierta. Son adhesivas por uno de sus lados, quitando el papel correspondiente.

En poco más de 5-10 minutos se tiene cada panel metálico preparado para subirlo a la cubierta e instalarlo.

 

Lo realmente ventajoso de este sistema es la facilidad de su instalación. En la fecha en la que se ejecutó la instalación, el precio era similar al de las placas solares convencionales (4-5$ por watio). A esto hay que añadir el coste del inversor, que convierte la energía continua generada por los paneles solares a corriente alterna; más el trabajo del resto de instalación de cableado e interruptores.

La última foto corresponde al granero acabado, con su instalación fotovoltaica:

Vídeo de instalación de láminas solares

Nada mejor que completar este ejemplo de aplicación de láminas solares con un vídeo. En él se añade información a todo lo dicho con anterioridad. Está en inglés, pero se entiende fácilmente. Es una explicación de la parte más técnica y eléctrica de esta instalación fotovoltaica.

Parece tan sencillo de montar, que dan ganas de hacer un pedido y ponerse manos a la obra.

Lámina solar super fina

La forma en que la tecnología solar ha ido avanzando sólo puede describirse como algo emocionante. En el año 2007 investigadores británicos de la Universidad de Durham habían desarrollado unos materiales muy interesantes. El estudio llevaba cuatro años experimentando con una gama de diferentes materiales (a base de cobre y cadmio). Tenían la particularidad de absorber la luz, y podrían usarse en la producción de láminas fotovoltaicas super finas.

Estas células delgadas podían instalarse en los hogares, o incluso en los coches, y eran menos costosas que sus homólogas más gruesas. Pero aportaban una ventaja más: eran más sostenibles en su fabricación que los paneles solares convencionales.

Recordemos que es el precio de las placas solares lo que frena fundamentalmente el uso de la energía solar. Lo ideal sería tener soluciones económicas para cada uno de los requerimientos energéticos de una vivienda, y así aprovechar algo de la energía gratis que nos ofrece el Sol cada día.

También pueden ser transparentes

Konarka Technologies (EE.UU.) mostró hace años una gama de flexibles y delgadas células solares. Lo hizo en la 2ª Feria Internacional de Energía Fotovoltaica (PV EXPO 2009 – Japón). Supuso un paso más en la carrera por ofrecer paneles solares con mayor adaptabilidad, mejorando las propiedades de las láminas solares.

Un interesante desarrollo de esta empresa tiene que ver con unas células solares translúcidas. Están fabricadas en rollos flexibles, dándoles una gran capacidad de ajustarse a cualquier superficie. Pero el reto de Konarka es la producción de células solares completamente transparentes. Esta variedad de “panel solar” motiva la aparición de elementos arquitectónicos con capacidad de captación fotovoltaica.

Hay que tener presente que la eficacia de estas células solares era aún muy baja, un 4%, frente a un 12% de la placas solares basadas en silicio, por aquel entonces.

Para las ventanas

Muchas empresas investigan para conseguir paneles fotovoltaicos cada vez más integrados en los edificios. En el 2009 Konarka Technologies Inc. desarrolló células solares transparentes. Podían incorporarse a determinados elementos de los edificios sin tener que sacrificar la estética.

Estas células están hechas con un material plástico flexible que, al colocarse entre dos láminas de vidrio, pueden integrarse en las ventanas de los edificios. Esta característica facilitó la firma de un acuerdo con una importante empresa de carpintería de aluminio.

 

Lo más interesante de esta tecnología es que evita alterar el aspecto exterior de las casas, con los típicos paneles fotovoltaicos. Para otras aplicaciones, estas células flexibles no tienen la misma durabilidad que los paneles convencionales. Tampoco aportan la misma eficacia, que por esa fecha rondaba el 6%, mucho menor que los paneles de silicio (20%). El fabricante asegura que es posible añadir a estas células algún tinte de color.

Cada vez parece más cercano un futuro con ventanas fotovoltaicas. Pero queda la duda de su precio, aunque el hecho de que estas láminas se puedan integrar en las ventanas ayudaría bastante a su popularidad, y a que tuvieran un precio mucho más atractivo.

Más avances en el PNNL

Científicos del PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) idearon una manera de integrar módulos solares flexibles en una delgada película transparente. Hasta entonces esa lámina era utilizada para proteger de la humedad a los paneles de los televisores. La gran ventaja de esta integración es que el coste por vatio de electricidad se reduce a un dólar. Eso es algo que podría impulsar definitivamente a sustituir las instalaciones de paneles rígidos por estos flexibles.

Los científicos integraron paneles fotovoltaicos en una delgada y flexible película, gracias al encapsulado Barix™ como protección. Esta nueva lámina bien podía durar 25 años, pero los investigadores también deben desarrollar un proceso de fabricación que pueda ser fácilmente adaptado a la producción a gran escala. Esta noticia apareció en la siguiente nota de prensa.

El avance de IBM en láminas solares

El mayor problema de los modelos de células solares sigue siendo la baja eficacia que presentan. Por eso cada avance en este sentido hay que considerarlo como un logro importante. IBM desarrolló una película delgada de células solares con una eficacia del 9,6%. Dicho así no parece gran cosa, pero representó un aumento del 40% de los modelos anteriores.

Lo que hace aún más interesante al prototipo de IBM es que está fabricado con materiales más económicos y más comunes. Eso provocaría una bajada de los precios de las láminas delgadas destinadas a la captación de energía solar. Durante los nueve meses de investigación en esta nueva tecnología, IBM estuvo utilizando materiales como el cobre, estaño, zinc, azufre y/o selenio, en lugar de los habituales. Además, el tipo de disolvente empleado para la fabricación –hidracina– es de fácil descomposición y no deja impurezas en la película, hecho que acabaría disminuyendo su rendimiento.

IBM continuó con este proyecto hasta tenerlo listo para patentar, ya que no estaba interesada en la producción en sí de este tipo de células solares. Más información en la página de investigación de IBM.

Los paneles enrollables de SoloPower

Desde que vimos el vídeo de instalación de láminas solares entendimos lo importante que podía llegar a ser para determinados edificios beneficiarse así de la energía solar. Las láminas solares de SoloPower son un producto real que se está comercializando, y que cuenta con una eficacia destacable del 11%.

La principal ventaja de estas láminas flexibles radica en la comodidad y rapidez de instalación. Aportan energía solar fotovoltaica a edificios en los que el empleo de paneles tradicionales no es viable, o recomendable estéticamente.

Más información en la página web de SoloPower.

Células orgánicas fotovoltaicas a partir del carbono

Investigadores de la Universidad del Sur de California desarrollaron láminas de polímero grafeno que se utilizan para crear matrices densas de células orgánicas fotovoltaicas. Estas células pueden suponer un medio barato de conseguir energía, debido a la facilidad de fabricación, ligero peso, y compatibilidad con sustratos flexibles.

La parte negativa es que las células orgánicas fotovoltaicas no son tan eficientes -por ahora- como las de los paneles solares basados en silicio.

Según estimaciones de los investigadores, un día soleado puede proporcionar 1000w por metro cuadrado. Eso significa que unos paneles solares de silicio pueden generar 14w, mientras que unos basados en estas células orgánicas darían 1,3w. Pero al ser tan baratos, podría tener múltiples aplicaciones en textiles, para cargar determinados dispositivos electrónicos, por ejemplo.

Más información en la página de la USC.

Para adherir directamente a la cubierta

Este producto se creó para facilitar la implantación de la energía solar en los edificios. Son unas láminas flexibles fotovoltaicas que se colocan sin soporte alguno, pues pueden pegarse directamente a la superficie de cubierta.

Este método aporta mejor integración de la energía solar en la arquitectura, al poder adaptarse a diferentes tipos de superficies. Estas láminas no van a ser más baratas que las placas convencionales -por ahora-, pero al menos permitirán cubrir mayor superficie aportando mayor energía.

Estos módulos de 5,79m de largo son de la empresa Global Solar, y están compuestos por cobre, indio, selenio y galio. Según su fabricante, son bastante eficientes, incluso en zonas que no reciben radiación directa del sol.

Había más información en la web de Global Solar, pero ese sitio desapareció con el tiempo.

Celdas orgánicas para las ventanas

Ya habíamos mencionado las investigaciones de unos científicos californianos para producir células orgánicas con láminas de polímero de grafeno. Pues bien, a principios del 2011 el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) confirmaba el ahorro económico que suponía el grafeno en la fabricación de estas células solares. Y lo mejor de todo, se añadía la posibilidad de que pudieran ser transparentes y flexibles.

Aunque las células orgánicas aún sean menos eficaces que las tradicionales basadas en silicio, podrían tener un campo de aplicación mucho más amplio. Eso significa que podrían colocarse en ventanas, superficies curvas, o incluso encima de los paneles fotovoltaicos actuales.

El método de SolarWindow

En la carrera por conseguir mejores tecnologías en la producción de energía solar, hay quienes pretenden integrarlas en las ventanas. Lógicamente esto está muy relacionado con células solares en delgadas películas. SolarWindow posee un sistema que se aplica rociándolo sobre una superficie, formando una lámina fotovoltaica.

Esta película es realmente delgada, del orden de una décima parte de las láminas solares convencionales. Además pueden ser transparentes y producir electricidad tanto de la luz artificial como natural. La compañía que ha desarrollado este producto (New Energy Technologies) asegura que aplicándolo sobre la fachada de una torre de oficinas, las ventanas podrían generar un 300% más de energía que la instalación de paneles solares montados en cubierta.

En la foto superior se ve al técnico sujetando un helicóptero de juguete que funciona con la energía generada por un pequeño prototipo. En New Energy no dieron demasiados detalles sobre esta sorprendente tecnología, pero afirman que estas células solares se rocían a temperatura ambiente. Este sistema parece incluso más adecuado que las células solares transparentes coloreadas que ya vimos, sencillamente porque aplicado sobre las ventanas de las casas no alterarían la visibilidad. En fin, solo falta que no sea excesivamente caro, porque SolarWindow parece demasiado bueno para ser verdad.

GSR-110B: Lámina solar enrollable y portátil

Con el nombre de GSR-110B hay que referirse a una unidad móvil solar. Básicamente se trata de una lámina fotovoltaica que es retráctil. Se queda enrollada en una caja metálica que contiene una pequeña batería, disponiendo de conexiones suficientes para enchufar una gran variedad de dispositivos. Este dispositivo puede ser la solución ideal para tener energía suficiente para un evento al aire libre, una excursión, trabajos alejados…

La lámina solar portátil GSR no pesa mucho (unos 3kg). Aporta electricidad de bajo voltaje con una potencia de 40w a través de una toma de 12v. Cuenta con un puerto de adaptador para el coche, y otro USB para teléfonos móviles. Es posible conectar dos unidades para conseguir más potencia, por ejemplo para conectar un ordenador portátil.

La tabla adjunta puede servir de guía para saber todo lo que se puede recargar con esta lámina fotovoltaica flexible.

La lámina GSR-110B es un producto de la compañía japonesa OS Co. Ltd.

Células CIGS más eficientes

Las investigaciones por encontrar una célula solar más barata y eficiente surgen en casi cualquier lugar del mundo. Esta vez llegó de científicos de la Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology’s -EMPA- Laboratory for Thin Film and Photovoltaics. Consiguieron una tasa de eficiencia del 18,7%, en láminas fotovoltaicas de cobre-indio-galio-seleniuro (CGIS).

Este registro en células CGIS permitió que fuera más barata la producción de energía solar.  Pero también se acercó a la eficacia de las células rígidas CGIS, y a las de silicio cristalino. Son ideales para implantar en las fachadas solares de los edificios, y en cualquier tipo de dispositivo electrónico.

Puede haber más información en la web de la EMPA.

Panel enrollable de iLand

Estamos acostumbrados a los dispositivos móviles, pero siguen teniendo una gran dependencia de su batería. Por suerte, los avances en láminas solares están dando lugar a la aparición de productos cada vez más ligeros. Están destinados a proporcionarnos energía en nuestras excursiones, viajes y acampadas. Ese es el caso de iLand, un generador portátil de energía solar. Este aparato no solo está pensado para el ocio, también para equipos de rescate o emergencias, ONGs, etc…

El iLand está compuesto de una lámina fotovoltaica flexible, preparada para extenderse con facilidad orientándola al sol. Se guarda y transporta enrollada en un tubo (pesa menos de 10kg). En el extremo de este tubo encontraremos la batería (200Wh), con gran cantidad/variedad de conexiones, en las que podremos cargar desde teléfonos móviles, ordenadores portátiles, hasta sistemas de alumbrado o cocina de camping…

Esta fuente portátil de energía fue diseñada por Actis-Datta SA, y recibió el premio Reddot en el 2010. Para saber muchas de las aplicaciones de las láminas solares iLand, te recomiendo ver el siguiente vídeo.

También había información en el sitio oficial de iLand, pero esa web desapareció.

Celdas solares hechas con plástico

La electrónica impresa permite que los fabricantes puedan crear dispositivos electrónicos alucinantes. Este proceso ya se utiliza en las células solares orgánicas y en las láminas OLED disponibles en algunos teléfonos móviles. Pero deben protegerse con vidrio contra el oxígeno y la humedad. Un grupo de investigadores de Georgia Tech, dirigidos por Bernard Kippelen, consiguió una nueva forma de reducir el trabajo de un conductor, y con ello la primera célula solar de plástico.

El equipo utilizó un material barato, ecológico, y fácil de conseguir: un polímero. Después de procesarlo y extenderlo en una delgada capa (10 nanómetros) sobre un conductor, vieron que la interacción se volvía estable al aire. La sustitución de metales reactivos por polímeros cambia por completo los requisitos para producir componentes electrónicos. Por tanto, la ventaja de una célula solar de plástico es que podría fabricarse a un precio inferior a las convencionales de silicio cristalino.

Según Bernard Kippelen, esta tecnología va a eliminar ciertas limitaciones hasta ahora impuestas a la electrónica. Pero aún queda mucho camino por recorrer antes de que se llegue a una producción comercial.

Más información en Forbes.

Células como pegatinas

En cierta medida, muchos científicos se sintieron frustrados con las celdas solares por culpa de su rigidez. Suelen ir pegadas a paneles, los cuales la mayoría de las veces son fijos y pesados, limitando bastante sus aplicaciones. Pero unos investigadores de la Universidad de Stanford consiguieron desarrollar un tipo de célula solar que se comporta como una pegatina. Se puede adherir prácticamente a cualquier superficie.

Es verdad que las láminas solares son delgadas y flexibles. Pero la gran ventaja de estas pegatinas de celdas fotovoltaicas es que no necesitan fabricarse sobre el sustrato portador final. Pueden ir sobre materiales que hasta ahora eran impensables, aumentando con ello las aplicaciones de la tecnología solar. Por ese motivo, este logro hay que interpretarlo como un serio avance. Va más allá de la flexibilidad que aportó en su día las celdas solares de película delgada.

¿Cómo se hacen?

Este nuevo proceso consiste en un sándwich de silicio, dióxido de silicio, y metal. Es una película de 300 nanómetros de níquel que se coloca en una oblea de dióxido de silicio; se añaden las delgadas láminas de celdas solares a la capa de níquel; luego se recubre con un polímero protector. El último elemento es una cinta de liberación térmica. Esta célula recién creada se puede retirar sumergiendo la oblea en agua (a temperatura ambiente), al tiempo que se despega la hoja térmica. Entonces el agua entra en contacto con el níquel y el dióxido de silicio, provocando que la célula quede libre de su sustrato nativo rígido, pero manteniéndose pegada a la hoja. Calentando la pegatina a 90ºC durante unos segundos, se puede adherir la celda a cualquier superficie, retirando finalmente la cinta de liberación térmica.

Es importante añadir que estas pegatinas solares se consiguieron manteniendo la misma eficacia. Eso significa que es viable su comercialización, y que las obleas de silicio se pueden reutilizar. ¿Veremos esta tecnología aplicada sobre ventanas?

Estos trabajos fueron realizados por los científicos Xiaolin Zheng y Chi Hwan Lee. Toda la información en las noticias de Stanford.

Láminas solares resistentes y baratas

En 1977 el coste de la energía solar estaba nada más y nada menos que en 40 dólares por vatio. Desde entonces no ha hecho más que reducirse, pero sobre todo en los últimos años, y a un ritmo exponencial. Ya conocimos los planes de la compañía Direct Wafer para abaratar en un 20% los paneles solares basados en silicio. Algo parecido ocurrió con las láminas solares, pues la compañía Kyung-In Synthetic creó una nueva versión más resistente de esta tecnología.

Estas células solares son tan finas como el papel. Requieren de una impresora industrial para su fabricación, siguiendo un proceso que es relativamente económico. La inversión más importante que hay que hacer es para la propia impresora. A diferencia de los paneles, estamos ante un material fotovoltaico que es flexible, y que rápidamente ha ido perfeccionándose. Ha ido pasando de una eficacia del 3% al 20% en poco tiempo. Para que nos hagamos una idea de su productividad, una película solar de 10 x 10 cm es suficiente para generar entre 10-50 vatios por m².

Otro inconveniente que frenó el crecimiento de esta tecnología fue su vulnerabilidad a la humedad, pudiendo dar lugar a una contaminación por plomo en caso de rotura. Es aquí donde entra la empresa Kyung-In Synthetic, creando nuevos recubrimientos que alivian estos problemas de las células solares impresas.

Hay gente que señala que otro freno para la expansión de las láminas solares es la ausencia de canales apropiados de distribución a gran escala. Es desde luego todo un reto para comunidades remotas, y para ello ya se está pensando en el establecimiento de un sistema cooperativo, como el de los agricultores de Ruanda.

Primeras celdas perovskita semitransparentes

En el 2016 el centro de investigación nanoelectrónica IMEC anunciaba las primeras celdas perovskita semitransparentes. Se trataba de una tecnología de energía solar con la que se conseguía una eficiencia del 12%. Suponía un avance hacia las deseadas ventanas fotovoltaicas para los edificios.

Para lograr una arquitectura de energía cero hay que mejorar mucho la eficiencia en los edificios. Pero también es necesario conseguir la mayor cantidad posible de energía limpia. Por este motivo se trabaja en muchos laboratorios para hacer que las placas solares sean cada vez más eficientes. Se busca que un elemento tan común como es la ventana, pueda producir electricidad, pero siempre y cuando se tenga un retorno de inversión aceptable.

Las láminas solares del IMEC

Escribimos en su día un artículo sobre células solares de perovskita. En él se explicaba cómo los investigadores se las apañan para crear materiales que tengan esa estructura cristalina, y por qué es una tecnología tan prometedora.

Los módulos solares de perovskita creados por IMEC consiguen una excelente eficiencia de conversión de energía. Pueden fabricarse con métodos relativamente sencillos (por revestimiento o por impresión). Pero estas singulares células solares también pueden manipularse para ser flexibles (láminas de plástico o de metal) o rígidas (vidrio, metal). Variando su composición, se pueden alterar sus propiedades ópticas y eléctricas, y por tanto ajustar el color; y lo que más nos importa ahora: su transparencia.

Pero la combinación de tecnología puede dar lugar a eficiencias mucho mayores. Colocando módulos solares perovskita en la parte superior de módulos solares de silicio, se puede lograr una conversión por encima del 30%. De esa manera se superan las eficiencias de las mejores células de silicio que existen en la actualidad.

Tom Aernouts, director de tecnologías de láminas delgadas fotovoltaicas en el IMEC, comentó lo siguiente:

Estamos orgullosos de estos resultados, ya que muestran que tenemos un excelente control sobre el rendimiento, así como las capacidades de ampliación de la escala de esta tecnología. Nuestro trabajo futuro seguirá aumentando el tamaños de los módulos y la optimización de la tecnología de células solares perovskita.