Los expertos han destacado que la tecnología HCPV se encuentra en el comienzo de su curva de aprendizaje con un gran potencial de mejoras. Uno de los elementos clave de un sistema CPV es el sistema óptico, encargado de dirigir una gran cantidad de luz solar a cada célula.
Las instalaciones solares CPV usan sistemas de seguimiento solar de doble eje para captar más energía solar. El hecho de que alcance un alto rendimiento energético junto con el ahorro del costoso material semiconductor hacen de esta aplicación una tecnología CPV económicamente más ventajosa.
Los impulsores de esta tecnología creen que mientras los proyectos de concentradores fotovoltaicos avancen en su curva de aprendizaje hacia un gran volumen de fabricación y una mayor eficiencia celular, esta tecnología continuará su drástica bajada en el coste de generación de electricidad solar.
Según Gustavo Nofuentes, Profesor de Ingeniería Electrónica aplicada a la tecnología fotovoltaica -IDEA Group- y miembro de la Universidad de Jaén, la complejidad de la alta precisión requerida en el sistema de seguimiento, junto con los trámites de mantenimiento, constituyen las causas tradicionales del freno a la implementación de pequeñas instalaciones CPV, que no se beneficiarían de la reducción de coste potencial que sí es inherente a los sistemas CPV más grandes.
"A pesar de estas consideraciones, se pueden encontrar algunos diseños más pequeños en el mercado actual. De todas formas, el potencial existente de alcanzar reducciones de coste a través de la escala justifica los gastos en sistemas complejos de seguimiento desde una perspectiva de coste de ciclo de vida," afirmó Nofuentes en una conversación con CPVToday.com previa a la 2ª Cumbre de Concentración Fotovoltaica, que tendrá lugar entre el 28 y el 29 de abril en Toledo, España.
Ventajas de la concentración
El uso de la concentración permite la sustitución de materiales rentables como las lentes y los espejos.
Mediante este procedimiento se concentra la luz solar sobre una una diminuta célula solar multiunión de alta eficiencia gracias al uso de lentes ópticas y espejos. Además de reducir el consumo de materiales PV, la concentración permite el acceso a células multiunión de alta eficiencia.
Entre las ventajas principales se encuentra el coste. Área por área, las ópticas de un sistema de concentración son más baratas que las de las células fotovoltaicas. La idea básica es que si se puede reducir la cantidad de superficie celular por unidad, el coste general del sistema también bajará.
Se ha señalado que bajo una concentración de 500 soles, 1 centímetro cuadrado de superficie celular produce la misma electricidad que una de 500 centímetros cuadrados sin concentración. Este hecho resulta significativo si se tiene en cuenta la ventaja en eficiencia de la tecnología multiunión frente a las células solares de silicio.
La otra gran ventaja principal está relacionada con la capacidad de fabricación y la fiabilidad. Los sistemas de concentración son ensamblajes mecánicos y pueden hacer uso de materiales baratos ya probados en el campo, así como técnicas de fabricación como las usadas en la industria automovilística. Al usar materiales comunes como el cristal y el aluminio para la mayor parte del sistema y mucho menos material celular, los sistemas de concentración son menos susceptibles a las limitaciones en el suministro de materiales especializados como las células PV, haciendo de esta tecnología un modelo altamente escalable a grandes volúmenes de producción.
Hay dos tipos principales de sistemas ópticos de concentración- los de tipo refractivo que usan lentes Fresnel, y los sistemas reflectantes que usan uno o más espejos.
Las lentes Fresnel son elementos ópticos refractivos en los que la pendiente local de la superficie se encuentra separada de la forma global de las lentes.
En concreto, la empresa Concentrator Optics ofrece diseños, prototipos, pruebas y fabricación de superficies para lentes Fresnel que superen el metro cuadrado de área. (En septiembre del año pasado, Capricorn Venture Partners, una gestora paneuropea de fondos de capital riesgo, había invertido en Concentrator Optics para ayudar a esta empresa a construir una planta que produjese lentes Fresnel solares con una capacidad de hasta 100 MW en Marburg. En ese momento se señaló que la estimación para el mercado de lentes Fresnel rondaría los 200 millones de euros en 2011).
Se dice que las lentes Fresnel ofrecen el grado de libertad necesario para una determinada distribución de irradiancia recomendada sobre el objetivo.
Las lentes reflectantes usan un despliegue de reflectores cóncavos separados e inclinados hacia ángulos vivos con respecto a la luz solar incidente. Cada elemento está diseñado para reflejar la correspondiente porción de radiación incidente hacia abajo a través del espacio entre sí mismo y el reflector adyacente y dirigirlo hacia un punto común.
Retos
Con el paso de los años, se ha confirmado que el requisito de alcanzar concentraciones más altas provoca una excesiva presión sobre el diseño de las lentes ya que la capacidad de concentración de las lentes Fresnel está restringida por los límites fundamentales de la óptica refractiva. Como resultado, los avances de la tecnología de lentes Fresnel suelen descansar sobre los concentradores secundarios que reducen la eficiencia óptica general. Al mismo tiempo, el funcionamiento general aún se encuentra limitado a niveles de concentración más bajos que los deseados.
Según Juan Carlos Miñano y Pablo Benítez de LPI , una firma dedicada al diseño y a la fabricación de tecnología óptica, la evolución en el tiempo de la eficiencia y del coste muestra que la HCPV se encuentra en el comienzo de la curva de aprendizaje con un gran potencial de mejoras. Miñano y Benítez presentarán "How new optical concepts & designs affect efficiency" (Cómo afectan a la eficiencia los nuevos conceptos y diseños ópticos), programado para la 2ª Cumbre de Concentración Fotovoltaica, que tendrá lugar entre el 28 y el 29 de abril en Toledo.
Además, creen que para que la HCPV triunfe, se necesita alta eficiencia, una concentración suficientemente alta y la mayor cantidad posible de tolerancia. La mejor relación eficiencia-concentración-tolerancia está siendo lograda por Avanced Optics. Escalar la HCPV necesitará la sinergia con las industrias actuales que presentan un alto rendimiento y bajos costes (como el sector automovilístico o la industria SSL-iluminación de estado sólido-).
Las empresas start-up también creen que al remediar las lagunas de conocimiento mediante el intercambio de resultados y experiencias de investigaciones académicas avanzará el entendimiento de los aspectos que constituyen la antesala de las primeras plantas de concentración fotovoltaica comerciales.