El futuro de la energía solar: cuatro problemas que se deben resolver

En los últimos años, la energía solar ha experimentado un rápido crecimiento, así como mejoras significativas en tecnología y precio. Hasta el momento, alrededor del 3% de la electricidad mundial proviene de la energía solar; y es una enorme industria internacional con $141 mil millones invertidos en 2019.

Pero eso está muy por debajo de los $794 mil millones estimados ($27 billones para 2050) que según la Agencia Internacional de Energía Renovable se necesitan anualmente para que se cumpla con los objetivos del acuerdo climático.

Para alcanzar dicho objetivo, según los expertos, necesitamos resolver una larga lista de problemas. Por ejemplo, los paneles existentes están limitados en cuanto a la cantidad de luz solar que pueden convertir en electricidad. La eficiencia ha aumentado en los últimos 40 años, pero solo en un 10%.

Y aunque los defensores considerarían la instalación de techos residenciales como una buena manera para que las personas se involucren en la energía limpia, una verdadera revolución solar probablemente requiera instalaciones a gran escala.

Aquí hay una lista de cuatro cosas que, según los investigadores, ayudarían a promover la energía solar, si podemos encontrar una solución.

Problema 1: encontrar un mejor material para los paneles

Las desventajas de los paneles de silicio tradicionales incluyen un alto costo y una menor eficiencia. Pero con la ayuda de las perovskitas, un mineral compuesto de calcio, titanio y oxígeno, se espera que la eficiencia solar mejore significativamente: los paneles de perovskita se pueden fabricar en capas muy delgadas, requieren menos material y se crean a partir de un proceso que consume menos energía. .

Después de una década de investigación y desarrollo, las tasas de eficiencia de los paneles de perovskita aumentaron del 2 % al 25 %; que supera a los mejores de silicona disponibles. Pero las perovskitas vienen con su propio conjunto de problemas.

“La comercialización [de la perovskita] aún es muy limitada”, dice Ufuk Alparslan, analista de datos de electricidad y clima en EMBER, un grupo de expertos independiente sobre clima y energía con sede en el Reino Unido. Según Alparslan, la durabilidad y el costo son dos desventajas contrapuestas de las perovskitas, el primer problema está relacionado con una vida útil que es «mucho más corta que los paneles solares normales».

En OxfordPV, una rama de la Universidad de Oxford, los investigadores están intentando hacer avanzar las perovskitas colocándolas encima de paneles de silicio, también conocidos como células en tándem. Henry Snaith, el director científico de OxfordPV y profesor de física, dice que han podido ajustar el espectro de luz solar que las perovskitas pueden absorber con células en tándem.

«Extraemos mucha más energía del espectro visible», dice Snaith, y agrega que si las perovskitas están recubiertas de silicio, «absorben muy bien la [luz] infrarroja», lo que las hace más eficientes. Snaith espera que las células tándem sean el próximo paso de mejora para la energía solar convencional. Durante los próximos 10 a 20 años, “la hoja de ruta es duplicar aproximadamente la eficiencia de los módulos actuales”.

Problema 2: Mejorar el almacenamiento y la transmisión

Otros desafíos técnicos para la energía solar incluyen el aumento de la capacidad de almacenamiento. En los EE. UU., las mejoras para expandir la transmisión de energía solar a grandes distancias, como desde el sur de California, donde hace sol, hasta el nublado noreste, también son primordiales.

“A medida que se alcanzan niveles más altos de penetración”, dice David Feldman, analista financiero sénior del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, “el almacenamiento realmente ayuda a la flexibilidad, particularmente dependiendo de cómo la red incentiva o paga la energía. El almacenamiento se está convirtiendo en una parte muy importante de muchos mercados. Si queremos llegar a los niveles de implementación de los que hemos estado hablando, creo que el almacenamiento será una parte clave de eso”.

Además, los expertos creen que es probable que otras formas de energía limpia ayuden a suplantar las áreas más débiles de la energía solar.

“Durante los períodos de invierno muy fríos en ciertas partes del país, es bastante difícil depender solo de la energía solar y eólica”, según Uday Varadarajan del Rocky Mountain Institute, hablando en un foro virtual organizado por el Environmental and Energy Study Institute. «La eficiencia, así como otras tecnologías como el secuestro y almacenamiento de hidrógeno y carbono, así como la nuclear, realmente pueden ayudar a abordar esas dificultades».

Problema 3: ayudar a la energía solar a mantenerse a flote, literalmente

Un método para expandir la instalación solar que aún no se ha implementado ampliamente es hacer flotar los paneles en lagos y océanos.

Estos paneles funcionan de la misma manera que las unidades terrestres normales, pero tienen varias ventajas: el agua mantiene los paneles más frescos, lo que aumenta el rendimiento entre un 5 y un 10 %. La instalación de estos paneles sobre el agua soluciona el problema de adquirir terrenos para proyectos a gran escala. Y la energía solar flotante también puede usar energía hidroeléctrica y convertirse en parte de la red de energía.

Sin embargo, la energía solar flotante tiene su propio conjunto de piezas de rompecabezas únicas. “Lo que se debe considerar aquí es no cubrir mucho la superficie del agua para que afecte la vida del agua”, dice Alparslan. “Pero incluso una cobertura del 10% de los embalses de energía hidroeléctrica se traduce en miles de teravatios de potencial de energía solar en el mundo”.

Pero amarrar y anclar los paneles en su lugar puede resultar complicado, además de más costoso que la energía solar regular conectada a tierra.

Problema 4: Obtener las leyes e inversiones adecuadas

Las mejoras en la fabricación han hecho que la energía solar esté más disponible en los últimos 20 años. Según EMBER, la energía solar en la UE alcanzó un nivel récord durante junio y julio de 2021, lo que representa el 10 % de la electricidad total (muy por encima del promedio mundial). Pero eso no es suficiente, y la escala del desafío de ampliación es abrumadora. Las posibles soluciones se reducen al dinero y la política, en lugar de solo a la tecnología.

Por ejemplo, en julio de 2021, como parte de su Pacto Verde Europeo, la Comisión Europea propuso un paquete legislativo para aumentar los objetivos de energía renovable al 40 % para 2030. Incluye medidas para facilitar la instalación de proyectos solares a gran escala, exentas de instalaciones en tejados. de permisos de construcción, invertir en la red eléctrica y exigir niveles mínimos de energía renovable en ciertos edificios.

En los EE. UU., la Administración de Información de Energía señaló que los envíos de paneles solares alcanzaron un aumento récord del 33 % en 2019. El Departamento de Energía publicó un informe que describe cómo la energía solar podría suministrar casi la mitad de la electricidad del país para 2050.

Pero un gran problema es simplemente facilitar que las personas tengan a su alcance paneles solares, en sus propios hogares o industrias. Según Daniel Gregory, investigador de tecnologías energéticas emergentes de Accenture Labs: “Hacer que la tecnología esté disponible para suficientes personas es más un problema que la tecnología en sí misma. Por ejemplo, para alguien que está alquilando una casa o apartamento, es obvio que difícilmente acometería una inversión de este tipo”.

A pesar de los desafíos pendientes, muchos investigadores creen que la energía solar está destinada a mantener su impulso y expandirse por todo el mundo. “Creo que hemos llegado al punto de inflexión donde la energía solar es un gran negocio”, dice Feldman. «Definitivamente creo que cuando miras todos los compromisos que existen, parece inevitable que nos estemos moviendo hacia la energía solar y eólica».

Fuente: sciencebusiness.net