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La energía de fabricar un panel fotovoltaico

Las plantas, en la fotosíntesis, transforman alrededor de un uno por ciento de la energía del Sol que les llega en biomasa, y toda la vida en la Tierra se sostiene gracias a esta producción de biomasa por parte de los productores primarios. Las placas solares fotovoltaicas pueden transformar en energía eléctrica alrededor de un 10 por ciento de la energía que reciben del Sol. Teniendo en cuenta solo estos datos, podemos decir que el potencial de la energía fotovoltaica es enorme y esperanzador. Sin embargo, un mito muy extendido de la energía fotovoltaica es que el consumo de energía para confeccionar los paneles fotovoltaicos es mayor que toda la energía eléctrica que producen en su vida útil. Por suerte, estudios recientes demuestran que ésta no es más que otra “leyenda urbana” promovida por las industrias de energía sucia. Hoy sabemos que en un período de 2 a 3,5 años se recupera la energía invertida en la construcción,  manipulación e instalación de un panel fotovoltaico siendo el tiempo de vida útil de un panel, unos 30 años. Veamos a continuación cual es la llamada energía cautiva de los paneles fotovoltaicos.

Actualmente, un módulo fotovoltaico genera toda la energía que se ha empleado en su fabricación hacia los 3 años de generar energía eléctrica.

La energía cautiva de los paneles fotovoltaicos
La energía cautiva, o también llamada energía incorporada, es la energía consumida en todo el proceso de producción de un producto, desde el diseño, la obtención de las materias primeras, la construcción, el transporte... En el caso de los paneles fotovoltaicos la mayor parte de la energía se consume en el proceso de confección de las células de silicio cristalino (alrededor del 93% de la energía total).

Los paneles fotovoltaicos se distinguen en función del tipo de silicio cristalino que se emplea en sus células. La energía consumida en su proceso de producción varia hasta en un 50%. El proceso de confección de las células o obleas tanto monocristalinas como las multicristalinas exige generar lingotes de silicio para que después puedan ser rebanados en láminas finas, que constituirán la llamada célula fotovoltaica.

Para construir un módulo o panel basta con unir un número determinado de células que se conectan eléctricamente entre ellas. A continuación, dado que las obleas de silicio son muy frágiles (tienen espesores de entre 150 a 200 micras), se protegen en unos bocadillos de cristal y plástico que se enmarcan con aluminio. Las fases más caras energéticamente son las relacionadas con la fundición del silicio y la confección del marco de aluminio.

Panel fotovoltaico silicio de monocristalino.

La diferencia entre producir silicio monocristalino o policristalino está en el tiempo de la cristalización. Para los lingotes de un sola variedad de cristal de silicio el enfriamiento del lingote debe ser más lento y esto requiere más energía. Así que en esta fase del lingote, las células multicristalinas consumen menos energía, y el tiempo que se tarda en recuperar la energía invertida (EPBT, siglas de Energy PayBack Time) es un 15 por ciento menor.

En el caso de la técnica “String Ribbon Silicon” (procedimiento de crecimiento en continuo de una cinta cristalina) no se genera un lingote, sino que se hace directamente una lámina tan fina como una célula fotovoltaica, así que no hace falta cortarla en láminas sino tan sólo seccionarla con la medida de la célula fotovoltaica. El proceso de confección de los módulos es el mismo que en los casos anteriores. En este proceso se ahorra energía y se reducen las pérdidas de material asociadas al laminado, así que el EPBT es alrededor de un 25% menor que el de las células monocristalinas.

Finalmente, los llamados módulos de capa fina se producen mediante un proceso de deposición en el cual las capas de la célula se esparcen sobre el substrato en una fina capa. Existen células de este tipo de diferentes materiales, los más comunes son silicio amorfo, telurio de cadmio, diseleniuro de cobre-indio, y diseleniuro de cobre-indio-galio. La producción de estos módulos ahorra una cantidad considerable de energía al no tener que fundir el silicio ni que cortar los lingotes en láminas. Así, el EPBT se reduce a un 50 % respecto al de las células monocristalinas.

 

¿Cuanto tardamos en recuperar la energía invertida?
El tiempo de recuperación de la energía invertida, EPBT, (Energy PayBack Time) se calcula dividiendo la energía cautiva de un panel entre la tasa de generación energética del sistema.

EPBT = energía cautiva (kwh) / generación energética anual (kwh/año)

Un estudio hecho en 2006 por CrystalClear, un proyecto para el desarrollo de las tecnologías fotovoltaicas, calculó el EPBT para los diferentes tipos de células fotovoltaicas utilizando como referencia la radiación solar del sur de Europa, de unos 1.700 Kwh · m2 · año. Mientras en 1975 se calculaba que el EPBT de la mayoría de paneles era de 20 años (en aquel momento, en una superficie de un metro cuadrado la potencia eléctrica posible era un 20 % de la actual), en 2006 se calculó que con la radiación solar del sur de Europa el EPBT  para los monocristalinos era de 2 años, para los policristalinos de 1,7 años y 1,5 años para la técnica “String Ribbon Silicon”. En un estudio previo de 2004 se estimó un EPBT de 1 año para los módulos de capa fina de telurio de cadmio. Viendo como se avanza en estas tecnologías, y teniendo en cuenta los intereses de los fabricantes en reducir los costes de producción (tanto energéticos como de materiales) es lógico pensar que la eficiencia en la fabricación de los paneles solares aumentará en los próximos años y, por tanto, disminuirá su EPBT. Recordemos  que los paneles de silicio policristalino con espesores de sólo 150 micras (0,15 mm) tienen una eficiencia de conversión de la radiación solar del 16% mientras que los de silicio monocristalio con espesores de 130 micras rinden un 17.6%.

Panel solar de silicio policristalino.

Podemos mejorar el EPBT de nuestras placas
Aún así, tenemos que tener en cuenta que el EPBT variará según la radiación solar disponible en cada zona del planeta. Sin embargo, podemos afirmar que el EPBT medio global es de uno a tres años (algo más que la media sur europea, de 1 a 2 años). El tiempo de recuperación de la energía invertida también se minimizará con un mantenimiento e instalación adecuados. Es importante tener en cuenta el tamaño de los cables, la posición del panel para que reciba la máxima radiación posible y que esté aireado para que no se caliente demasiado la célula, cuidar que no crezcan plantas a su alrededor que le hagan sombras y mantenerlo libre de polvo.

Además de la instalación y mantenimiento, otro hecho sobre el que podemos influir para minimizar el EPBT es el origen del producto. Igual que sucede con los productos alimentarios, es importante comprar localmente, es decir, comprar lo que ha estado producido en nuestra región para que el coste energético del transporte sea el mínimo posible. Actualmente, hay unas pocas fábricas de producción de células fotovoltaicas en todo el mundo. En España, contamos con una en Puertollano (Silicio Solar, del grupo holandés Pillar Group B.V.).

Afortunadamente, la energía solar fotovoltaica es viable energéticamente, pero tenemos que tener en cuenta que las células están fabricadas con materiales como silicio, seleniuros de cobre y telurio de cadmio entre otros, y algunos de estos materiales ya empiezan a escasear en la corteza terrestre. Además, metales como el cadmio o el aluminio pueden ser muy tóxicos para el medio. Como en todo, un uso no controlado de esta tecnología sería perjudicial para el medio ambiente y para la salud, y conllevaría el riesgo de un uso irresponsable del territorio y de las materias primas. Ahora que nos enfrentamos a un próximo agotamiento de los combustibles fósiles, al calentamiento global producido por la combustión de éstos, y a desigualdades energéticas en todo el mundo, la energía solar tiene que tomar un papel importante, buscando siempre la manera más sostenible de implantarla.

Paneles solares de silicio amorfo.

Redacción terra.org. Fotos Fundación Tierra.