sábado, 19 de noviembre de 2011

ENERGÍA SOLAR

Más pequeñas, más baratas, más rápidas: ¿Se aplica la Ley de Moore a las celdas fotovoltaicas?

By Ramez Naam

El sol baña cada metro cuadrado de nuestro planeta con más de 1,360 vatios de energía. La mitad de esa energía es absorbida por la atmósfera o reflejada al espacio. En promedio, 700 vatios de esa energía llegan a la superficie de la Tierra. Calculados a través de la mitad de la Tierra sobre la brilla que el sol, esto significa 89 petavatios de energía. En comparación, toda la humanidad utiliza alrededor de 15 teravatios de energía, o sea, una dieciséis billonésima parte de la disponible. En 14 segundos y medio, el sol proporciona tanta energía a la Tierra como la utilizada por toda la humanidad en un día. (Ver Prefijos en matemáticas, ciencias, tecnología e informática.)

Las cifras son asombrosas y sorprendentes. En 88 minutos, el sol proporciona 470 exajoules de energía, que es la energía que consume la humanidad en un año. En 112 horas - menos de cinco días - suministra 36 zettajoules de energía - tanta energía como la contenida en todas las reservas probadas de petróleo, carbón y gas natural en este planeta.

Si la humanidad pudiera capturar un décimo del uno por ciento de la energía solar que llega a la tierra - una parte en mil - tendríamos acceso a seis veces más energía que la que consumimos en todas las formas hoy en día, casi sin emisiones de gases de efecto invernadero. Ni siquiera al ritmo actual de aumento del consumo de energía - alrededor de 1 por ciento por año - utilizaríamos esa cantidad en los próximos 180 años.

No es de extrañar, entonces, que los científicos y empresarios estén invirtiendo en tecnologías de energía solar para capturar algo de la abundante energía a nuestro alrededor. No obstante, la energía solar sigue siendo una minúscula fracción de toda la capacidad de generación de energía en el planeta. Hoy día no hay capacidad de generación de más de 30 gigavatios de energía solar; o sea, alrededor de un 0.2 por ciento de la producción total de energía. Hasta ahora, si bien la energía solar ha sido abundante, los sistemas de capturarla han sido caros e ineficientes.

Eso está cambiando, sin embargo. Durante los últimos 30 años, los investigadores han visto cómo el precio de la captura de energía solar se ha reducido de manera exponencial. Ahora se habla con frecuencia de una ("Ley de Moore") en la energía solar. En informática, la Ley de Moore establece que el número de componentes que se pueden colocar en un chip se duplica cada 18 meses. En términos más prácticos, la potencia de cálculo que se puede comprar por un dólar se ha duplicado aproximadamente cada 18 meses, desde hace décadas. Esa es la razón por la que su teléfono de bolsillo tiene miles de veces más memoria y diez veces más potencial de procesamiento que la famosa supercomputadora Cray 1, mientras que pesa onzas en comparación con las 10,000 libras de la Cray, pudiendo llevarse en su bolsillo en lugar de ocupar una gran sala como aquella, y a un costo de decenas o cientos de dólares en lugar de decenas de millones.

Si una dinámica similar funcionara en la tecnología de la energía solar, entonces con el tiempo tendríamos el equivalente fotovoltaico de un iPhone: energía increíblemente barata, distribuida en masa y muchas veces más eficaz que las tecnologías gigantes y centralizadas que las procrearon.

¿Existe tal fenómeno? El Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE.UU. ha seguido la evolución de los precios de la energía fotovoltaica desde 1980. Este ha visto el precio por vatio de los módulos solares (sin contar la instalación) caer de $22 dólares en 1980 hasta menos de 3 dólares hoy en día.

¿Es esta una verdadera curva exponencial? ¿Ha continuado su caída en la misma proporción, o se ha estabilizado en los últimos años? Para saber si un proceso es exponencial, lo trazamos en una escala logarítmica.

Y de hecho, esta sigue una línea casi recta en una escala logarítmica. Unos años los precios cambian más que otros. Promediados por 30 años, la tendencia es a una reducción de 7 por ciento anual en los dólares por vatio de las celdas fotovoltaicas. Mientras que en la primera parte de esta década los precios se mantuvieron invariables por unos cuantos años, la aguda caída en 2009 compensó por ello y puso la reducción de los precios de nuevo en marcha. Los datos de 2010 revelan por lo menos un 30 por ciento mayor en la reducción de precios, lo que pone la reducción de precios de la energía solar delante de esta tendencia.

Si miramos esto de otra manera, en términos de la cantidad de energía que podemos comprar por $100, vemos un aumento continuo en una escala logarítmica.

¿Qué está impulsando estos cambios? Hay dos factores. En primer lugar, los fabricantes de celdas solares están aprendiendo - así como los fabricantes de chips para computadoras aprenden continuamente - la forma de reducir el costo de fabricar celdas fotovoltaicas.

En segundo lugar, la eficiencia de las celdas solares - la fracción de la energía solar que capturan de la que incide su superficie - mejora continuamente. En el laboratorio, los investigadores han logrado eficiencia solar de hasta un 41 por ciento, una eficiencia insólita hace 30 años. Métodos de película delgada de bajos costos han alcanzado eficiencias en el laboratorio de hasta el 20 por ciento, dos veces más alta que la mayoría de los sistemas solares existentes en el mercado hoy.

¿Qué significan esas tendencias para el futuro? Si la caída del 7 por ciento en los costos continúa (y todo indica que tanto 2010 como 2011 superarán esa cifra), en 20 años el coste por vatio de las celdas fotovoltaicas será poco más de 50 centavos de dólar.

Hay indicios de que las proyecciones anteriores son realmente demasiado conservadoras. La empresa First Solar ha anunciado costos internos de producción (aunque no los precios al consumidor) de 75 centavos de dólar por vatio, y espera llegar a 50 centavos de dólar por vatio en 2016. Si alcanza sus estimados, sobrepasará la tendencia por un margen considerable.

¿Qué significa la continua reducción en el precio por vatio solar para la generación de electricidad y las emisiones de carbono? Históricamente, el coste de los módulos fotovoltaicos (el que hemos estado utilizando más arriba) es aproximadamente la mitad del costo total de un sistema instalado. El resto del costo es de instalación. Por fortuna, los costes de instalación también se han reducido a un ritmo similar a los costos de los módulos. Si nos fijamos en los precios de la electricidad de los sistemas de energía solar en los EE.UU. y los escalamos a las reducciones en los costos del módulo, obtenemos lo siguiente:

El costo de la energía solar, en la ubicación promedio en los EE.UU., cruzará el precio medio actual de electricidad al por menor de 12 centavos de dólar por kilovatio-hora en el 2020; o sea, 9 años a partir de ahora.

De hecho, dado que los precios minoristas de la electricidad están aumentando en un pequeño porcentaje por año, los precios probablemente se cruzarán antes, alrededor de 2018 para todo el país, y tan temprano como el 2015 para las zonas más soleadas de América.

10 años más tarde, en el 2030, la electricidad solar es probable que cueste la mitad de lo que cuesta la electricidad de carbón en la actualidad. Al presente la capacidad de energía solar se está construyendo a un ritmo exponencial. Cuando los precios lleguen a ser mucho más favorables que los de las fuentes alternativas de energía, el ritmo se acelerará.

Siempre debemos tener cuidado con la extrapolación de tendencias, por supuesto. Los procesos naturales tienen límites. Fenómenos que parecen exponenciales, con el tiempo se estabilizan o se convierten en lineales en un punto determinado. Sin embargo, los físicos e ingenieros en el mundo solar están optimistas acerca de sus planes de trabajo para la próxima década. Los módulos solares más baratos, pero todavía no en el mercado, tienen costes de fabricación de menos de 1 dólar por vatio, lo que los hace contendientes - cuando lleguen al mercado - para romper la marca de los 12 centavos de dólar por Kwh.

La tendencia exponencial en vatios solares por dólar ha estado ocurriendo durante por lo menos 31 años. Si se continúa por otros 8 o 10 años, lo cual parece muy probable, vamos a tener una fuente de energía tan barata como el carbón para generar electricidad, prácticamente sin emisiones de carbono. Si esto continúa por 20 años, que también está bien dentro del campo de las posibilidades científicas y técnicas, entonces tendremos una fuente de energía verde de electricidad, que será la mitad del precio del carbón.

Y esa es una gran noticia para el mundo.

Tomado de Scientific American. Traducción de Isaías Ferreira (metransol@yahoo.com)

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