updated 9:05 AM, Sep 21, 2020 America/Bogota
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Las ventanas solares pronto se convertirán en una realidad comercial

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Solar Panels 17El año pasado, las Naciones Unidas enviaron una advertencia sombría : el mundo tiene una ventana muy corta de 10 años para actuar y evitar un cambio climático catastrófico e irreversible. No es de extrañar que el impulso de la energía limpia haya completado el círculo, ya que la actual moda de inversión en ESG está demostrando ahora en medio de la peor pandemia de la historia moderna.  En general, los combustibles fósiles todavía impulsan la economía mundial, pero se están evitando rápidamente a favor de fuentes de energía renovables como la eólica, solar y geotérmica. En un momento en que el sector del petróleo y el gas se enfrenta a su peor crisis existencial en la historia moderna, la demanda de energía renovable ha seguido creciendo sin cesar.
 
La energía renovable realmente está teniendo su momento bajo el sol, con temas previamente arcanos como la energía del hidrógeno , las ventanas solares e incluso los paneles antisolares que disfrutan de un gran renacimiento, y cada pequeño detalle cuenta.
 
Las ventanas solares se han descartado con frecuencia como otro intento descabellado al sobrepasar los aficionados a las energías limpias para promover las energías renovables a expensas de los combustibles fósiles. Sin embargo, esta tecnología casera podría desempeñar un papel importante en nuestra lucha contra el cambio climático en un futuro no muy lejano.
 
Ventanas solares de perovskita
 
Para la mayoría de nosotros, las ventanas son poco más que aparatos domésticos estándar que consisten en paneles de vidrio que dejan entrar la luz y mantienen fuera el mal tiempo y otros elementos. Sin embargo, los científicos ahora ven nuestras ventanas como una oportunidad para tomar partes pasivas de nuestros edificios y transformarlas en generadores de energía activa de energía limpia.
 
Los ingenieros han desarrollado una celda solar semitransparente que permitirá que nuestras ventanas se dupliquen como paneles solares que pueden transformar tanto nuestra arquitectura como nuestra producción de energía.
 
Las ventanas solares son exactamente lo que parecen: ventanas transparentes que son capaces de absorber la luz solar y convertirla en electricidad útil. En lugar del silicio estándar, que es de color azul oscuro y completamente opaco, las ventanas solares usan células solares de perovskita (PSC) para recolectar electricidad como la mayoría de los paneles solares convencionales. De hecho, solo dos metros cuadrados (alrededor de 22 pies cuadrados) de los PSC de próxima generación teñidos en el mismo grado que las ventanas comerciales acristaladas actuales serían suficientes para generar tanta electricidad como un panel solar estándar, en algún lugar en la región de 140 vatios. por metro.
 
Eso no está muy lejos de su panel solar típico, que es capaz de producir alrededor de 320 vatios de potencia. De hecho, los mejores paneles solares del año actual son capaces de producir entre 285 vatios y 360 vatios.
 
Pero antes de eso, un poco sobre el cristal maravilloso que llamamos perovskita.
 
Células solares de perovskita
 
Aprovechar la fuerza madre del poder del sol está casi a nuestro alcance. 
 
El sol, nuestra principal fuente de energía, baña nuestro Planeta Azul en más energía solar de la que podemos esperar usar razonablemente. Cada hora, el sol envía 430 trillones de Joules de energía a nuestro camino, más de los 410 trillones de Joules que los humanos consumen en todo un año. Dado que es probable que el sol esté presente durante otros cinco mil millones de años más o menos, tenemos una fuente de energía prácticamente ilimitada, si tan solo pudiéramos aprovecharla de manera eficiente. 
 
Desafortunadamente, actualmente solo podemos aprovechar una cantidad minúscula de esta energía debido a limitaciones técnicas.
 
Pero eso se trata de un cambio, gracias a los avances en un cristal maravilloso: la perovskita.
 
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha forjado un consorcio público-privado denominado Consorcio US-MAP para la fabricación de perovskitas avanzadas en EE. UU. , Que tiene como objetivo acelerar el desarrollo de células solares de perovskita de bajo costo para el mercado global.
 
Paneles de silicona
 
Según la AIE, la energía solar suministró solo 592 GW , o un mero 2,2%, de los 26 571 GW de consumo de electricidad del mundo en 2018. Eso fue después de un impresionante crecimiento del 20% en las instalaciones fotovoltaicas mundiales por una suma de casi 100 GW.
 
Más del 90% de los paneles fotovoltaicos (PV) instalados se construyeron con silicio cristalizado. 
 
Los paneles de silicona tienen sus ventajas: son bastante robustos y relativamente fáciles de instalar. Gracias a los avances en los métodos de fabricación, se han vuelto bastante baratos durante la última década, en particular los paneles policristalinos construidos en las fábricas chinas.
 
Sin embargo, tienen un inconveniente importante: los paneles fotovoltaicos de silicio son bastante ineficientes , y los modelos más asequibles solo logran una eficiencia energética del 7% al 16%, dependiendo de factores como la ubicación, la orientación y las condiciones climáticas. Los paneles de Si se basan en obleas en lugar de una película delgada, lo que los hace más resistentes y duraderos, pero la compensación es un sacrificio de eficiencia.  
 
Para satisfacer el creciente apetito energético del mundo, y lograr el tipo de objetivos de descarbonización que ayudarían a frenar el impacto del cambio climático, se necesitarían cientos de años para construir e instalar suficientes paneles fotovoltaicos de silicio. 
 
Esto es demasiado lento, dado que solo tenemos una ventana de 10 años para actuar y evitar un cambio climático irreversible y catastrófico.
 
Más críticamente, los mejores (y más caros) paneles de silicio hasta la fecha cuentan con una calificación de eficiencia máxima de 26,7%, bastante cerca del máximo teórico de 29,1%.
 
Durante años, los científicos han experimentado con formaciones cristalinas alternativas que permitirían que paneles de tamaño similar capturaran más energía. Hasta ahora, surgieron pocos diseños que fueran comercialmente viables, particularmente celdas de película delgada que teóricamente podrían alcanzar niveles de eficiencia mucho más altos.
 
Los paneles fotovoltaicos de película delgada pueden absorber más luz y, por lo tanto, producir más energía. Estos paneles se pueden fabricar de forma económica y rápida, satisfaciendo una mayor demanda de energía en menos tiempo. Hay algunos tipos diferentes de película delgada , todos un poco diferentes de los paneles fotovoltaicos de silicio cristalino (c-si) estándar. 
 
Los paneles de silicio amorfo (a-Si) son la forma más antigua de película delgada: un vapor químico deposita una fina capa de silicio sobre vidrio o plástico, produciendo un panel de bajo peso que no es muy eficiente en energía, manejando el 13,6%. Luego están los paneles de telururo de cadmio (CdTe), que utilizan la partícula de cadmio en el vidrio para producir un panel de alta eficiencia. 
 
El inconveniente es el cadmio metálico, que es tóxico y difícil de producir en grandes cantidades. 
 
Estos paneles se suelen producir mediante tecnología de evaporación: las partículas se sobrecalientan y el vapor se rocía sobre una superficie dura, como el vidrio. Son delgados, pero no tan confiables o duraderos como los paneles c-si, que actualmente dominan el mercado.
 
Avance de NREL Perovskita
 
La perovskita ahora ha logrado romper el techo de cristal de eficiencia.
 
Las perovskitas son una familia de cristales que lleva el nombre del geólogo ruso Leo Perovski, "perovskitas". Comparten un conjunto de características que los convierten en bloques de construcción potenciales para las células solares: alta superconductividad, magnetorresistencia y ferroelectricidad. Los paneles fotovoltaicos de película delgada de perovskita pueden absorber luz de una variedad más amplia de longitudes de onda, produciendo más electricidad con la misma intensidad solar.
 
En 2012, los científicos finalmente lograron fabricar células solares de perovskita de película delgada, que lograron eficiencias superiores al 10%. Pero desde entonces, las eficiencias en los nuevos diseños de celdas de perovskita se han disparado: los modelos recientes pueden alcanzar el 20% , todo a partir de una celda de película delgada que es (en teoría) mucho más fácil y más barata de fabricar que un panel de silicio de película gruesa.
 
En la Universidad de Oxford, los investigadores alcanzaron un 25% de eficiencia ; un equipo de investigación alemán alcanzó el 21,6%, mientras que en diciembre de 2018 se estableció un nuevo récord, cuando un laboratorio de Oxford alcanzó el 28% de eficiencia.
 
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL ha podido construir células compuestas de perovskita de silicio colocando perovskitas encima de una célula solar de silicio para crear una célula solar de múltiples funciones, con la nueva célula con una eficiencia del 27% en comparación con solo el 21% cuando solo se utiliza silicio. usado. 
 
Pero quizás lo más significativo es que la organización ha podido aumentar la longevidad de las células solares de perovskita al alterar su composición química para superar la segregación de fases inducida por la luz, un proceso mediante el cual las aleaciones que componen las células solares se rompen cuando se exponen. a la luz continua. 
 
La gran noticia: los científicos ven que las células solares de perovskita eventualmente alcanzan una eficiencia de alrededor del 40%. En otras palabras, las futuras células solares podrían ser hasta un 50% más potentes que los mejores modelos disponibles actualmente.
 
Paneles de perovskita de bajo costo
 
La energía solar se ha vuelto más asequible, accesible y prevalente que nunca gracias a las mejoras tecnológicas, las adquisiciones competitivas y una gran base de desarrolladores de proyectos con experiencia e internacionalmente activos.
 
Según la Agencia Internacional de Energía Renovable ( IRENA ), la generación de energía solar es ahora totalmente competitiva con las plantas de energía de combustibles fósiles, y el costo promedio ponderado global de la electricidad (LCOE) para las células solares fotovoltaicas a escala de servicios públicos ha disminuido un 75% a menos de USD 0,10 / kWh desde 2010.
 
 
Sin embargo, aún queda trabajo por hacer.
 
Con un LCOE de $ 0.085 / kWh para celdas fotovoltaicas y $ 0.185 / kWh para proyectos solares de concentración, la energía solar (a escala de servicio público + tejado residencial) sigue siendo más cara que otras fuentes renovables, incluidas la energía hidroeléctrica, eólica terrestre, geotérmica y bioenergética.
 
US-MAP planea resolver problemas principalmente relacionados con la fabricación y la durabilidad y también abordar los problemas de sostenibilidad relacionados principalmente con el uso de plomo y otros metales. El consorcio se centrará en el financiamiento de fuentes federales y también explorará el financiamiento del sector privado.
 
Con suerte, podrá hacer realidad esta predicción de la IEA al hacer de la energía solar una de las formas más baratas, si no la más barata, de generar electricidad para 2025.
 
La línea de fondo
 
En resumen: las ventanas solares ofrecen un gran potencial como fuente de energía. 
 
Ahora que lo pienso, podríamos generar fácilmente el 40% de nuestras necesidades de electricidad si todos los tejados de los EE. UU. Tuvieran paneles solares instalados. Ahora imagine lo que podríamos hacer si no solo pudiéramos usar células solares en nuestros tejados, sino también en fachadas verticales como paredes y ventanas. 
 
El veredicto: Podríamos alcanzar casi el 100% de la generación total de electricidad solo con energía solar integrada en edificios.
 
No se sorprenda si empresas como Tesla Inc. (NASDAQ: TSLA) comienzan a venderle ventanas solares dentro de unos años. Después de todo, Tesla ya tiene un techo solar.
 
Por Alex Kimani para Oilprice.com