La mayoría de los paneles solares que hoy cubren los tejados, los campos y los desiertos del mundo comparten el mismo ingrediente: el silicio cristalino. Al material, hecho de polisilicio en bruto, se le da forma de obleas y se conecta a células solares, dispositivos que convierten la luz solar en electricidad. Recientemente, la dependencia de la industria de esta tecnología singular se ha convertido en una especie de responsabilidad. Cuellos de botella en la cadena de suministroestán desacelerandonuevas instalaciones solares en todo el mundo. Principales proveedores de polisilicio en la región china de Xinjiang:acusado de utilizar trabajo forzoso de uigures– se enfrentan a sanciones comerciales de Estados Unidos.
Afortunadamente, el silicio cristalino no es el único material que puede ayudar a aprovechar la energía del sol. En Estados Unidos, científicos y fabricantes están trabajando para ampliar la producción de tecnología solar de telururo de cadmio. El telururo de cadmio es un tipo de célula solar de “película delgada” y, como sugiere el nombre, es mucho más delgada que una célula de silicio tradicional. Hoy en día, los paneles que utilizan telururo de cadmiosuministrar alrededor del 40 por cientodel mercado estadounidense a escala de servicios públicos y alrededor del 5 por ciento del mercado solar mundial. Y se beneficiarán de los vientos en contra que enfrenta la industria solar en general.
"Es un momento muy volátil, especialmente para la cadena de suministro de silicio cristalino en general", dijo Kelsey Goss, analista de investigación solar del grupo de consultoría energética Wood Mackenzie. "Existe un gran potencial para que los fabricantes de telururo de cadmio obtengan una mayor participación de mercado durante el próximo año". Especialmente, señaló, porque el sector del telururo de cadmio ya está creciendo.
En junio, el fabricante de energía solar First Solar dijo queinvertir 680 millones de dólaresen una tercera fábrica solar de telururo de cadmio en el noroeste de Ohio. Cuando la instalación esté terminada, en 2025, la empresa podrá fabricar paneles solares por valor de 6 gigavatios en la zona. Eso es suficiente para abastecer de energía a aproximadamente 1 millón de hogares estadounidenses. Otra empresa solar con sede en Ohio, Toledo Solar, entró recientemente en el mercado y fabrica paneles de telururo de cadmio para tejados residenciales. Y en junio, el Departamento de Energía de EE.UU. y su Laboratorio Nacional de Energía Renovable, o NREL,lanzó un programa de 20 millones de dólaresacelerar la investigación y hacer crecer la cadena de suministro de telururo de cadmio. Uno de los objetivos del programa es ayudar a aislar el mercado solar estadounidense de las limitaciones de suministro global.
Los investigadores de NREL y First Solar, anteriormente llamada Solar Cell Inc., han trabajado juntos desde principios de la década de 1990 para desarrollartecnología de telururo de cadmio. El cadmio y el telururo son subproductos de la fundición de minerales de zinc y del refinado de cobre, respectivamente. Mientras que las obleas de silicio se conectan entre sí para formar células, el cadmio y el telururo se aplican como una capa delgada (aproximadamente una décima parte del diámetro de un cabello humano) a un panel de vidrio, junto con otros materiales conductores de electricidad. First Solar, actualmente el mayor fabricante de películas delgadas del mundo, ha suministrado paneles para instalaciones solares en 45 países.
La tecnología tiene ciertas ventajas sobre el silicio cristalino, dijo la científica del NREL Lorelle Mansfield. Por ejemplo, el proceso de película delgada requiere menos materiales que el método basado en obleas. La tecnología de película delgada también es adecuada para su uso en paneles flexibles, como los que cubren mochilas o drones o se integran en fachadas y ventanas de edificios. Es importante destacar que los paneles de película delgada funcionan mejor en temperaturas altas, mientras que los paneles de silicio pueden sobrecalentarse y volverse menos eficientes en la generación de electricidad, dijo.
Pero el silicio cristalino tiene ventaja en otras áreas, como en su eficiencia promedio, es decir, el porcentaje de luz solar que los paneles absorben y convierten en electricidad. Históricamente, los paneles de silicio han tenido eficiencias más altas que la tecnología de telururo de cadmio, aunque la brecha se está reduciendo. Los paneles de silicio producidos industrialmente hoy en día pueden alcanzar eficiencias de18 a 22 por ciento, mientras que First Solar ha informado una eficiencia promedio del 18 por ciento para sus paneles comerciales más nuevos.
Aún así, la razón principal por la que el silicio ha dominado el mercado global es relativamente simple. "Todo se reduce al costo", dijo Goss. "El mercado solar tiende a estar impulsado en gran medida por la tecnología más barata".
El silicio cristalino cuesta entre 0,24 y 0,25 dólares para producir cada vatio de energía solar, que es menos que otros competidores, dijo. First Solar dijo que ya no informa el costo por vatio para producir sus paneles de telururo de cadmio, solo que los costos han "disminuido significativamente" desde 2015, cuando la compañíacostos reportados de $0,46 por vatio– y continúa cayendo cada año. Hay algunas razones que explican el relativo bajo precio del silicio. La materia prima polisilicio, que también se utiliza en ordenadores y teléfonos inteligentes, está más disponible y es más económica que el cadmio y el telururo. A medida que las fábricas de paneles de silicio y componentes relacionados han ido creciendo, los costos generales de fabricación e instalación de la tecnología han disminuido. El gobierno chino también haapoyado y subsidiadosector solar de silicio del país, hasta tal punto quealrededor del 80 por cientode la cadena de suministro de fabricación solar del mundo ahora pasa por China.
La caída de los costos de los paneles ha impulsado el auge solar mundial. Durante la última década, la capacidad solar instalada total en el mundo se ha multiplicado casi por diez, de unos 74.000 megavatios en 2011 a casi 714.000 megavatios en 2020.de acuerdo ala Agencia Internacional de Energías Renovables. Estados Unidos representa aproximadamente una séptima parte del total mundial, y la energía solar ahora esuna de las mayores fuentesde nueva capacidad eléctrica instalada en EE.UU. cada año.
De manera similar, se espera que el costo por vatio del telururo de cadmio y otras tecnologías de película delgada se reduzca a medida que se expanda la fabricación. (Primer Solar dice((((((((((((
Mark Widmar, director ejecutivo de First Solar, dijo que la expansión planificada de la compañía por valor de 680 millones de dólares es parte de un esfuerzo mayor para construir una cadena de suministro autosuficiente y "desacoplar" la industria solar estadounidense de China. Aunque los paneles de telururo de cadmio no utilizan polisilicio, First Solar ha sentido otros desafíos que enfrenta la industria, como los retrasos inducidos por la pandemia en la industria del transporte marítimo. En abril, First Solar dijo a los inversores que la congestión en los puertos estadounidenses estaba retrasando los envíos de paneles desde sus instalaciones en Asia. El aumento de la producción estadounidense permitirá a la empresa utilizar carreteras y ferrocarriles para enviar sus paneles, no buques de carga, dijo Widmar. Y el programa de reciclaje existente de la compañía para sus paneles solares le permite reutilizar materiales muchas veces, reduciendo aún más su dependencia de cadenas de suministro y materias primas extranjeras.
Mientras First Solar produce paneles, los científicos tanto de la empresa como del NREL continúan probando y mejorando la tecnología de telururo de cadmio. En 2019, los sociosdesarrolló un nuevo enfoqueeso implica “dopar” los materiales de película delgada con cobre y cloro para lograr eficiencias aún mayores. A principios de este mes, NRELanunció los resultadosde una prueba de campo de 25 años en sus instalaciones al aire libre en Golden, Colorado. Un conjunto de 12 paneles de telururo de cadmio estaba funcionando al 88 por ciento de su eficiencia original, un resultado sólido para un panel que ha estado afuera durante más de dos décadas. La degradación "está en línea con lo que hacen los sistemas de silicio", según el comunicado del NREL.
Mansfield, el científico del NREL, dijo que el objetivo no es reemplazar el silicio cristalino con telururo de cadmio ni establecer una tecnología como superior a la otra. "Creo que hay un lugar para todos ellos en el mercado y cada uno tiene sus aplicaciones", afirmó. "Queremos que toda la energía se destine a fuentes renovables, por lo que realmente necesitamos todos estos diferentes tipos de tecnología para afrontar ese desafío".
Hora de publicación: 17-sep-2021