Un vistazo a la tecnología solar fotovoltaica de silicio

Autor: Nicté Luna
18/11/2021

En el marco de la cuarta edición del Simposio Internacional de Energías Renovables y Sustentabilidad 2020+1, el Dr. Yasuhiro Matsumoto, investigador del CINVESTAV-IPN, presentó la conferencia "Photovoltaic system and silicio solar cell evolution".

Al inicio de su presentación, el Dr. Matsumoto compartió diversos ejemplos de granjas fotovoltaicas que se han construido en varias regiones del mundo, entre ellas la conocida como Topaz-7, ubicada en el desierto de California, con una capacidad instalada de 550 MW en una superficie de 5 x 5 kilómetros cuadrados, y que genera un promedio anual de 1100 gigawatts hora al año.

El ponente, presentó la matriz energética a nivel mundial, en la que sobresale la participación de los hidrocarburos, aunque las energías renovables van en aumento. Para el 2018, la energía primaria en todo el mundo fue de 175,000 TW/h. Ese año la cantidad de electricidad consumida creció un 4%, comentó. “Cada vez es más el consumo de energía eléctrica, es muy útil”, añadió.

En el caso de México, la matriz energética también se concentra en el aprovechamiento de hidrocarburos. El porcentaje de las energías renovables está distribuido en: hidroeléctrica (11.6%) geotérmica (2.2%), eólica (0.8%), biomasa (0.04%), biogás (0.004%) y fotovoltaica (0.2%), según reportes del 2017 de la CENACE, señaló.

El especialista en celdas solares, presentó el estudio realizado por Richard Pérez en 2009, quien estimó la cantidad de energía solar, y dentro del solar considera a las energías renovables (olas, eólica, viento, hidroeléctrica, biomasa, incluido geotermia aunque es de la Tierra), Richard Pérez plasmó su idea en un círculo amarillo que representa el sol. A fuera de este círculo se observan otros combustibles: carbón, uranio, petróleo y gas natural.

El Dr. Matsumoto enfatizó que si utilizáramos únicamente el petróleo (240 TWh) o gas natural (215 TW/h), como lo reporta Richar Pérez, tendríamos del orden de entre 10 años y 12 años de estos combustibles.

México tiene buena radiación solar, en Sonora, por ejemplo, se estima “6 Kwh por metro cuadrado como promedio al año que tiene la radiación solar, la Ciudad de México está alrededor de 5 horas, pueden ver que estamos en una buena zona”, afirmó.

Los sistemas fotovoltaicos.

"Actualmente si colocamos un metro cuadrado de módulo fotovoltaico, y si el sol está en su pleno, produciría entre 100 a 200 watts, o sea, entre 10 a 20% de eficiencia", comentó.
Posteriormente, compartió las experiencias de investigación en torno a la tecnología fotovoltaica que el CINVESTAV ha desarrollado a lo largo de los años.

"Hace mucho tiempo, en el CINVESTAV se hicieron los primeros módulos instalados, fabricados en méxico, para una radio transmisora ubicada en el estado de Puebla. Eran módulos pequeños con espejos reflectores a sus lados para aumentar la iluminación", contó. Añadió que hace más de 30 años, esta institución contaba con una planta piloto para fabricar módulos fotovoltaicos.

En el 2012, el CINVESTAV instaló un sistema fotovoltaico de 60 kW interconectado a la red eléctrica, a la fecha sigue funcionando. Un estudio comparativo realizado en el 2013 sobre el funcionamiento de este sistema, los días 23 y 24 de marzo de ese año, reveló que ambos días hubo la misma radiación, sin embargo, la potencia de los inversores indicaba que la energía generada en marzo 23 fue ligeramente mayor que en marzo 24. Esta diferencia se debió a que el 23 de marzo hubo viento lo que provocó una diferencia de temperatura en los módulos FV, que llegó a 50 grados celsius mientras que el 24 de marzo, cuando no sopló el viento, los módulos alcanzaron una temperatura de 60 grados celsius, narró.

"Los módulos fotovoltaicos trabajan mejor a menos temperatura [ambiente]", concluyó.

Además,el Dr. Matsumoto señaló que la capacidad instalada al año de sistemas fotovoltaicos ha incrementado exponencialmente en varias regiones del mundo. En el 2013, Europa tenía 10.3 GW, China 11.3 GW, mientras que América solo contaba con 5.2 GW de capacidad instalada anual de sistemas fotovoltaicos, compartió.

En relación a la producción de módulos fotovoltaicos, compartió que también ha incrementado. Hasta el año 2000, Alemania, Japón y Estados Unidos produjeron el 80% de esta tecnología. Posteriormente, China y Taiwán se convirtieron en los principales productores. Desde el año 2000, se estima que la producción de módulos fotovoltaicos ha incrementado un 40% cada año.

Celdas solares de silicio cristalino.

La eficiencia de las celdas solares de silicio monocristalino ha ido incrementando a lo largo de los años. En 1940 iniciaron con 2% de eficiencia y ha incrementando hasta el 27% de eficiencia, llevó 50 años alcanzar este resultado, señaló.

Una de las estructuras [de módulos fotovoltaicos] recientes que se fabrican, se llama PERC, propuesta por Martin Green en 1983. Actualmente, esta es la tecnología que se está utilizando en la industrialización de los módulos FV y muestra mejor eficiencia, pueden llegar a más del 20%. Responden mejor a la región infrarroja de la radiación solar y por lo tanto tienen mayor corriente, añadió.

"La energía no es solo un tema tecnológico, emerge como un tema cultural y la integración de sistemas fotovoltaicos es ahora más importante que el desarrollo tecnológico", concluyó.


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