En los últimos años, la energía solar ha experimentado un rápido crecimiento, así como prometedoras mejoras en tecnología y precio. Hasta ahora, aproximadamente el 3% de la electricidad del mundo proviene de la energía solar; y es una industria enorme e internacional con invested 141 mil millones invertidos en 2019. Pero eso está muy por debajo de los estimated 794 mil millones estimados (2 27 billones para 2050) que la Agencia Internacional de Energía Renovable dice que se necesitan anualmente para que la energía renovable cumpla con los objetivos del acuerdo climático y evite un colapso global.
Para alcanzar un objetivo como ese, dicen los expertos, necesitamos resolver una larga lista de problemas. Por ejemplo, los paneles existentes están limitados en 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 de que las personas se involucren en la energía limpia, una verdadera revolución solar probablemente requeriría instalaciones a gran escala.
Aquí hay una lista de cuatro cosas que, dicen los investigadores, ayudarían a avanzar en 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 la perovskita, un mineral compuesto de calcio, titanio y oxígeno, se espera que la eficiencia solar mejore significativamente: los paneles de perovskita se pueden fabricar como 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%; eso supera a los mejores paneles de silicio disponibles. Pero los perovskitas tienen sus propios problemas.
» la comercialización sigue siendo muy limitada», dice Ufuk Alparslan, analista de datos de electricidad y clima de 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 contendientes 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 avanzar en perovskitas colocándolas encima de paneles de silicio, también conocidos como células tándem. Henry Snaith, director científico de OxfordPV y profesor de física, dice que han sido capaces de ajustar el espectro de luz solar que las perovskitas pueden absorber con células tándem.
«Extraemos mucha más energía del espectro visible», dice Snaith, y agrega que si las perovskitas están recubiertas de silicio, «absorbe muy bien el infrarrojo «, lo que las hace más eficientes. Snaith espera que las células tándem sean el siguiente paso: la mejora de la energía solar convencional. En los próximos 10 a 20 años, » la hoja de ruta es duplicar aproximadamente la eficiencia de lo que son los módulos hoy en día.»
Problema 2: Mejorar el almacenamiento y la transmisión
Otros desafíos técnicos para la energía solar incluyen aumentar la capacidad de almacenamiento. En los Estados Unidos, las mejoras para expandir la transmisión de energía solar a grandes distancias, como desde el sur de California, donde hay 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 ayuda a la flexibilidad, especialmente en función 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 Instituto de las Montañas Rocosas, en un foro virtual organizado por el Instituto de Estudios Ambientales y Energéticos. «La eficiencia, así como otras tecnologías como el secuestro y almacenamiento de hidrógeno y carbono, así como la energía nuclear, pueden realmente ayudar a abordar esas dificultades.»
Problema 3: Ayudando a la energía solar a mantenerse a flote, literalmente
Un método de expansión de la instalación solar que aún no se ha implementado ampliamente es flotar los paneles en lagos y océanos.
Estos paneles funcionan de la misma manera que las unidades terrestres regulares, pero tienen varias ventajas: el agua mantiene los paneles más fríos, aumentando el rendimiento entre un 5 y un 10%. La instalación de estos paneles en el agua evita el problema de la adquisición de 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, floating solar tiene su propio conjunto de piezas de rompecabezas únicas. «Lo que hay que tener en cuenta aquí es no cubrir la superficie del agua de manera que afecte a la vida acuática», dice Alparslan. «Pero incluso la cobertura del 10% de los depósitos de energía hidroeléctrica se traduce en miles de teravatios de potencial de energía solar en el mundo.»
Pero el amarre y anclaje de los paneles en su lugar puede resultar complicado, así como más costoso que la energía solar a tierra normal.
Problema 4: Obtener las leyes e inversiones correctas
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 máximo histórico durante junio y julio de 2021, representando el 10% de la electricidad total (muy por encima de la media mundial.), pero eso no es suficiente, y la escala del desafío de ampliación es desalentadora. Las posibles soluciones se reducen al dinero y la política, en lugar de la tecnología por sí sola.
Por ejemplo, en julio de 2021, como parte de su Acuerdo Verde Europeo, la Comisión Europea propuso un paquete legislativo para elevar los objetivos de energía renovable al 40% para 2030. Incluye medidas para facilitar la instalación de proyectos solares a gran escala, eximir a las instalaciones en azoteas de los permisos de construcción, invertir en la red eléctrica y exigir niveles mínimos de energía renovable en ciertos edificios.
En los Estados Unidos, 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 de la nación para 2050. A través de un gran gasto, la energía solar aumentaría de alimentar el 3% de la electricidad de la nación en 2020 al 40% para 2035. El plan presupuestario de 3,5 billones de dólares propuesto y muy debatido por el presidente Joe Biden, si se aprueba, un gran si por el momento, inicia proyectos solares que se construirán en sitios mineros actuales o antiguos.
Pero un gran problema es simplemente hacer que sea más fácil para las personas tener en sus manos paneles solares – en sus propios hogares o industria. Daniel Gregory, investigador de tecnologías energéticas emergentes de Accenture Labs, dice: «Conseguir que la tecnología esté disponible para un número suficiente de personas es más importante que la tecnología en sí misma. Para alguien que está alquilando una casa o apartamento, no es obvio cómo se uniría a eso y usaría energía solar para casas alquiladas.»
A pesar de los desafíos que quedan, 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 en el que la energía solar es un gran negocio», dice Feldman. «Definitivamente creo que cuando nos fijamos en todos los compromisos que hay, parece inevitable que nos estemos moviendo hacia la energía solar y eólica.»