12 abril, 2010

Por qué no se masifica el uso de los paneles solares?

Seguro mucha gente se ha preguntado lo mismo. Si tanto nos quejamos de contaminar el ambiente por el uso de energía a base del petróleo, por qué no optar por tecnologías más limpias y “verdes” como las hélices que generan electricidad mediante la fuerza de los vientos (energía eólica) o los paneles solares que capturan directamente la energía de los rayos solares para transformarlos en energía eléctrica. Esta vez hablaremos de por qué no se masifican los paneles solares.

La tierra recibe más energía del sol en una hora que la que consume en un año. Sin embargo, a pesar de esto, la energía solar no es explotada al máximo. Primero, por que la transformación de energía solar a eléctrica es sumamente cara. Los paneles solares usan materiales semiconductores a base del Silicio y el Germanio, los cuales son elementos sumamente caros de purificar a gran escala. Entonces, producir energía eléctrica a base de paneles solares es seis veces más caro que hacerlo a base de combustibles fósiles o energía hidráulica (centrales hidroeléctricas). Además, la extracción y purificación del Germanio es tan contaminante que la energía limpia que producirá no compensará su costo ambiental. Debido a este problema, muchos investigadores han intentado desarrollar y mejorar las celdas solares para hacerlos más eficientes y económicamente viables.

A principios de los 90’s el profesor Michael Graetzel de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne, Suiza, hizo un panel solar basándose en el principio de la fotosíntesis, la cual estaba compuesta de una capa porosa de nanopartículas con un pigmento blanco (dióxido de titanio) y cubierta por un tinte que tiene la capacidad de absorber los rayos solares —tal como lo hace la clorofila. Este panel estaba inmerso en una solución electrolito junto a un catalizador basado en platino, asemejándose mucho a un sistema electroquímico (como una pila alcalina).

En esta celda solar, el dióxido de titanio actúa como el ánodo y el platino como cátodo dentro de una solución conductora (electrolito). Los rayos solares pasan a través del cátodo y el electrolito, quitando electrones al ánodo que fluyen por un cable, generando corriente eléctrica. Se ve muy bonito no?, ya que los materiales para hacer este panel solar son de bajo costo, fácil de producir y muy flexibles. Sin embargo, tampoco es viable!!!

Primero, porque el electrolito usado en esta celda solar es extremadamente corrosivo, reduciendo la durabilidad del panel solar; está densamente coloreado, evitando que la luz pase eficientemente y tiene un fotovoltaje límite de 0.7V y lo que necesitamos nosotros es 110 o 220V. Segundo, porque el platino también es un mineral muy costoso, su precio es mucho más alto que del oro.

Pero, no todo está perdido para esta tecnología. El profesor Benoît Marsan y su equipo de la universidad de Quebec y Montreal, han estudiado y mejorado este sistema solar electroquímico usando nuevas tecnologías que les han permitido obtener muchas patentes. Primero han solucionado el problema de los electrolitos creando nuevas moléculas en el laboratorio que le dan una consistencia líquido-gel transparente y no corrosivo. Además, esta nueva molécula ha incrementado el fotovoltaje de las celdas solares. Su nuevo electrolito se basa en una solución redox de disulfito/tiolato el cual no presenta ninguna absorción de luz en un amplio rango de longitudes de onda. Sin embargo, su eficiencia es del 6.4%, mientras que de la solución electrolítica del profesor Graetzel era del 11% usando una solución redox triiodito/iodito. Luego solucionaron el problema del cátodo de platino. Este fue reemplazado por un cátodo de sulfuro de cobalto, más barato y con una buena estabilidad hasta a ~60°C.

Referencias:

Wang et al. CoS Supersedes Pt as Efficient Electrocatalyst for Triiodide Reduction in Dye-Sensitized Solar Cells. Journal of the American Chemical Society, 2009; 131 (44): 15976 DOI: 10.1021/ja905970y

Wang et al. An organic redox electrolyte to rival triiodide/iodide in dye-sensitized solar cells. Nature Chemistry, 2010; DOI: 10.1038/nchem.610

12 comentarios:

  1. Los paneles solares usan materiales semiconductores como el Silicón o el Germanio

    El Silicón no existe, en todo caso será el Silicio...

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  2. El "compuesto" que denominas Silicón es un elemento y se llama Silicio, es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre por detrás del Oxígeno.

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  3. Silicio! metida de pata la mía, pero, si bien es cierto es el segundo elemento más abundante del planeta, no está presente de manera pura de forma natural, siempre está formando óxidos o los silanos, los cuales son muy difíciles de purificar, se necesitan vaporizarlos a 1150°C con uno de los procesos de purificación, y se usan los combustibles fósiles para alcanzar esta temperatura, así que a pesar de ser un elemento sumamente abundante, es muy costosa su purificacion.

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  4. La energía eléctrica no es la única energía que existe y ni siquiera es primaria.
    La parte técnica de la razón de no usar la energía solar es una cuestión de densidad energética y de su variabilidad. Con 10 litros de gasolina consigues la misma energía que la producida por varias decenas de paneles solares y no solo cuando hace sol sino que de manera permanente.
    Y por otra parte existen motivos sociales. La energía solar térmica, que parece que ignoras que existe, es perfectamente viable a nivel económico, pero la inercia social hace que se use menos de lo que se podría.

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    1. El principal motivo del no uso de energias alternativas en general,es las prioridades economicas de grandes monopolios del los combustibles usuales,lo otro es blah,blah,blah............

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  5. Acaso tienes algún conocimiento de lo que estás hablando.

    Los paneles solares o bien son de Silicio que como bien te han indicado no es un elemento poco común, o de capa fina que es donde se utiliza Germanio (y no en todas sus tecnologías).

    Que el coste ambiental sería mucho mayor que los beneficios ambientales es otra barbaridad a escuchar...

    Infórmese antes de hacer artículos de valor de este tipo.

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  6. Parece que olvidamos la suma de muchos...

    No solo se produce energía en las centrales eléctricas, parece que olvidamos que cualquier puede ser productor de energia por un módico precio.
    En fundacionterra podemos adquirir una placa solar por unos 800 o 100o euros, esto sumado a , pongamos por ejemplo, 5.000.000 de viviendas unifamiliares ( me quedo corto seguro) y de que disponemos de 8 o 9 meses al año de sol podríamos individualmente ahorrar mucha energía o utilizarla en coches eléctricos. ¿Que os parece?

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  7. El artículo no habla de la energía solar térmica ni de las centrales solares que funcionan con espejos concentradores. Sólo se habla de los paneles fotovoltaicos. Se debería corregir entre otras cosas el título para aclararlo.

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  8. Miëhfli, tengo conocimiento de lo q hablo, para eso me informo antes d escribir, mas bien tu deberías hacerlo, tu q crees que el Silicio lo encuentras listo para usar, será abundante eso sí, pero en su estado natural no es Si puro. Si quieres hacerlo a bajo costo hay dos métodos cuyas reacciones químicas son:
    -Comercialmente:
    SiO2 + C → Si + CO2
    SiO2 + 2 C → Si + 2 CO
    El Carbono debe estar a 1900°C.
    -Grado metalurgico:
    2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO
    Luego, el silicio obtenido de grado metalurgico (98% de pureza) debe ser purificado mediante procesos físicos (fundiendo).
    Los procesos químicos de obtención de Si puro, que no eliminan CO2, necesitan de formas especiales de Si como el SiCl4, pero lo más abundante en la tierra es el SiO2, así que son más caros.

    Para #6: Bastante utópico tu método, por lo menos cuantos metros cuadrados necesita una casa para producir la energía necesaria para solventarse a sí misma? A cuantas placas solares equivale? A parte debes comprar un capacitor para que la energía electrica se almacene para la noche y para los días o meses que no habrá sol, así que necesitarás de muchos paneles solares solo para tu casa, y de todas maneras dependeras de otra fuente de energía electrica.

    Alvaro: Tienes razón, no hablé de la energía solar térmica porque también me parece algo poco viable, Con cuantos metros cuadrados de heliostatos puedes producir 1MW de energía eléctrica? Además su utilidad es de 12 horas en promedio por día al año, y los días nublados, al amanecer y atardecer, o en invierno su utilidad se reduce considerablemente. Además para tener una central eléctrica debes generar al menos 750 a 1000MW, cuantos metros cuadrado de heliostatos son? así que si yo quisiera obtener esa cantidad de energía, optaría por una central nuclear.

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  9. "Además, la extracción y purificación del Germanio es tan contaminante que la energía limpia que producirá no compensará su costo ambiental"

    ¿Alguna fuente para esa afirmación?

    Llevo un rato buscando y no encuentro nada que respalde eso y sí algún estudio que lo desmiente. Por ejemplo:

    http://www.sciencedaily.com/releases/2008/02/080225090826.htm

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  10. Hola a todos:

    Yo trabajo con energia solar asi que me gustaria hablar un poco de ella.

    1. El Si, si es uno de los componentes mas abundantes en la Tierra. Pero es encontrado principalmente en forma de óxidos por su afinidad al oxigeno.

    El Si no es solo el principal insumo para la fabricación de células fotovoltaicas, también lo es para la construcción de chips y transistores. Es más hasta hace unos años, ambos tipos de industrias usaban el mismo tipo de silicio purificado (llamado comunmente de Si de grado electronico).

    2. El precio de fabricación de las células solares viene disminuyendo por varias razones:

    A. Producción en escala, lo que permite disminuir los costos operacionales.

    B. Desarrollo de nuevas tecnicas de producción, como son el uso de silicio de grado solar (que es menos puro que el de grado tecnológico y por lo tanto más barato), el uso de otros semiconductores ( CdTe, Ga, etc..), uso de menor cuantidad de Si (obleas más finas o uso de si amorfo), aumento de la eficiencia de las celulas, etc..

    3. Como toda tecnologia en desarrollo, la energia fotovoltaica aun tiene costos mas altos que las tecnologias convencionales. Aun asi bajo ciertas condiciones, por ejemplo, en zonas rurales e aisladas, el uso de los sistemas fotovoltaicos es más viable economicámente que otras alternativas por sus caracteristicas (autonomia, modularidad, poco mantenimiento, uso de una fuente abundante, limpia y gratuita, etc).

    4. Se puede electrificar una casa con sistemas fotovoltaicos. En algunos paises, con los incentivos económicos y fiscales adecuados, muchas casas son autosuficientes energeticamente usando sistemas fv. Y si estos sistemas son sistemas conectados a la red convencional, no necesitan de baterias.

    5. La energía solar térmica tiene muchas aplicaciones interesantes. Existe una industria importante de termas solares en Arequipa, por ejemplo. Estas termas son usadas principalmente por hoteles y tienen un tiempo de retorno promedio de 2 años.

    En el caso del uso de energia termica para generación de electridad, estas centrales son construidas principalmente en zonas no habitables como desiertos. Habria que esperar algunos años más para ver como se desarrolla esta tecnologia.

    Por cierto, tengo un blog sobre el tema: http://solucionessolares.blogspot.com/

    Saludos

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  11. Gracias Roberto por el alcance, se que mi artículo parece un poco desalentador pero, también, hay que ser realistas. La energía solar aún no puede ser masificada por sus altos costos y bajos rendimientos, eso sí, esta avanzando enormemente con novedosas tecnologías y descubrimientos que dentro de unos años sea posible pensar como una de las fuentes principales de energía eléctrica que pueda mover el mundo hacia un desarrollo sostenible.

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