El futuro de las células fotovoltaicas

Las primeras células fotovoltaicas, desarrolladas en la década de 1950 para alimentar satélites de comunicaciones, eran muy ineficientes. Desde esos días, la eficiencia de las células solares ha aumentado de manera constante mientras que los costos han disminuido, aunque todavía queda mucho margen de mejora. Además de un menor costo y una mejor eficiencia, los avances futuros en materiales fotovoltaicos probablemente conducirán a un uso más amplio de la energía solar para aplicaciones novedosas y respetuosas con el medio ambiente.

Las células fotovoltaicas fueron clave para los primeros satélites de comunicaciones porque pocas alternativas podían producir electricidad confiable durante largos períodos, especialmente sin mantenimiento. El alto costo de un satélite justifica el uso de costosas células solares para generar energía. Desde entonces, los costos de las células solares se han reducido significativamente, lo que ha llevado a dispositivos móviles de bajo costo, como calculadoras solares y cargadores de teléfonos celulares. Para la generación de energía a gran escala, el costo de cada vatio de electricidad producido a partir de energía fotovoltaica sigue siendo más alto que las alternativas como la energía del carbón o la energía nuclear. Es probable que la tendencia general a la disminución de los costos de las células solares continúe en el futuro previsible.

Una célula solar eficiente produce más electricidad a partir de una determinada cantidad de luz en comparación con una ineficiente. La eficiencia depende de varios factores, incluidos los materiales utilizados en la propia célula fotovoltaica, el vidrio utilizado para cubrir la célula y el cableado eléctrico de la célula. Las mejoras, como los materiales que convierten una gran parte del espectro de luz del Sol en electricidad, han aumentado radicalmente la eficiencia de las células solares. Es probable que los avances futuros aumenten aún más la eficiencia, extrayendo más energía eléctrica de la luz.

Una celda fotovoltaica tradicional es una pieza plana de material de silicio, cubierta de vidrio y adherida a un panel de metal; es eficaz pero no muy flexible. La investigación actual en materiales fotovoltaicos ha dado lugar a celdas que se pintan sobre una variedad de superficies, incluidas hojas de papel y plástico. Otra técnica coloca una película ultrafina de material sobre el vidrio, lo que da como resultado una ventana que deja entrar la luz y produce electricidad. Una mayor variedad de materiales fotovoltaicos en el futuro puede conducir a la pintura de casas con energía solar, pavimentación de carreteras, una capa que recargue su teléfono celular y otras aplicaciones avanzadas.

Los avances en nanotecnología, el estudio de las propiedades de los materiales a nivel atómico y molecular, tienen un gran potencial para mejorar las células fotovoltaicas. Por ejemplo, el tamaño de las partículas microscópicas en los materiales fotovoltaicos afecta su capacidad para absorber colores específicos de luz; Al ajustar el tamaño y la forma de las moléculas, los científicos pueden aumentar su eficiencia. La nanotecnología también puede llevar algún día a una impresora 3D de escritorio que produzca células solares atómicamente precisas y otros dispositivos a muy bajo costo.

Aunque las células fotovoltaicas son muy prometedoras en aplicaciones futuras, también se enfrentarán a algunos límites físicos estrictos. Por ejemplo, es poco probable que un automóvil de pasajeros completamente impulsado por el sol tenga el rendimiento o la utilidad de un modelo típico de gasolina actual. Aunque los vehículos que funcionan con energía solar han participado en competiciones, estos son en su mayor parte prototipos millonarios altamente especializados que requieren condiciones desérticas soleadas. El factor limitante es la luz solar que recibe la Tierra, que asciende a 1.000 vatios por metro en condiciones ideales. El motor eléctrico práctico más pequeño para un automóvil requiere aproximadamente 40 kW de energía; con una eficiencia del 40 por ciento, esto significa un panel solar de 100 metros cuadrados o 1,000 pies cuadrados de área. Por otro lado, un panel solar práctico podría algún día alimentar un vehículo pequeño para uso ocasional o extender el rango de manejo para un híbrido enchufable. La energía limitada de la luz solar restringe el rendimiento de cualquier vehículo que dependa de células fotovoltaicas.