Esperar no es una opción

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

En mayo de 2022, expertos en energía fotovoltaica de todo el mundo se reunieron en Alemania para el tercer Taller de Teravatios. Casi un año después, las conclusiones de las discusiones en el taller, combinadas con una amplia revisión de la investigación sobre vías de descarbonización, proyecciones de demanda de energía y el estado del arte en tecnología fotovoltaica, llevaron a la conclusión de que 75 TW de capacidad solar instalada para 2050 era un objetivo global realista. Más de 50 figuras líderes de la industria fotovoltaica describieron recientemente la oportunidad y los desafíos que enfrentará la energía solar para alcanzar este objetivo.

La investigación ha demostrado que las cadenas de suministro globalizadas para la energía solar serán clave para garantizar que la energía fotovoltaica desempeñe un papel más importante en el sistema energético. Foto: Hamburguesa Meyer

Desde sus inicios en 2016, los talleres de teravatios, organizados conjuntamente por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) de Alemania, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU. y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industriales Avanzadas de Japón, han invitado a figuras de la El sector fotovoltaico y las comunidades de investigación de todo el mundo para discutir el futuro y el papel de la industria dentro del sistema energético más amplio.

Los talleres se convocaron originalmente para discutir la ruta para que la energía fotovoltaica alcance 1 TW de capacidad instalada en todo el mundo, un objetivo que se logró en 2022. El alcance del grupo luego se amplió para examinar el papel de la energía solar en los sistemas energéticos futuros. Llegó a una estimación objetivo, para las instalaciones fotovoltaicas anuales globales, para alcanzar los 75 TW para 2050. Los participantes en el tercer taller, realizado el año pasado, se dieron cuenta de que la energía solar es una de las opciones limitadas para satisfacer las necesidades energéticas futuras y reducir el efecto invernadero. emisiones de gases (GEI). Los asistentes también acordaron que los objetivos y una imagen precisa del papel que debe desempeñar la energía solar son vitales para llevar a la industria a una escala mayor.

“Un gran riesgo global sería hacer malas suposiciones o errores al modelar y promover la implementación fotovoltaica requerida y el crecimiento de la industria y luego darnos cuenta, para 2035, de que estábamos profundamente equivocados y necesitamos aumentar la fabricación y la implementación a niveles poco realistas. o niveles insostenibles”, explica Nancy Haegel, directora del Centro Nacional de Fotovoltaica del NREL.

Haegel y alrededor de otros 50 líderes de la industria escribieron conjuntamente un documento que examina los desafíos y requisitos para que la energía fotovoltaica alcance los 75 TW. El artículo, «Fotovoltaica a escala de varios teravatios: esperar no es una opción», se publicó en «Science». Los autores examinaron otros trabajos sobre los sistemas energéticos futuros, buscando aquellos que mejor tienen en cuenta las tendencias crecientes, como el acoplamiento de sectores y el aumento del consumo de energía en el Sur Global.

“En la mayoría de los casos, los modelos se basan en energía fotovoltaica que genera el 60 % de la electricidad mundial y en una electrificación más amplia de los sectores del transporte y la calefacción”, dijo Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE. “La energía solar no es de ninguna manera la única fuente de energía en estos escenarios, pero es clave. Y esto requerirá una gran ampliación de toda la industria”.

Bett dijo que los próximos 10 a 15 años serán críticos, ya que la industria solar ingresa a su era de teravatios y sienta las bases para una industria capaz de suministrar una parte tan grande de la energía mundial.

“Existe cierta incertidumbre, por supuesto, pero esta cifra de 75 TW es producto de extensas discusiones y creemos que es realista”, dice Bett. “Una suposición como esta nos permite hablar realmente sobre lo que se necesita en términos de tasas de crecimiento para la eficiencia y la capacidad de fabricación. Ese es un mensaje muy importante para la industria y si tuviéramos que esperar hasta saber exactamente cuál es el número, será aún más difícil de alcanzar”.

Si bien el documento describe la necesidad de una mayor ampliación de la energía solar en los próximos años y transmite este mensaje con cierta urgencia, también deja en claro que los objetivos son completamente alcanzables y que la industria ya está en el camino correcto. En los últimos cinco a diez años, las instalaciones solares y la capacidad de fabricación han crecido a un ritmo de alrededor del 25 % anual y, si se puede mantener este ritmo, se puede alcanzar el objetivo de 75 TW para 2050. “Por supuesto, la gente dice que será un desafío”, dice Haegel. “Pero muchos no se dan cuenta de que la energía solar ya ha estado creciendo al ritmo requerido. Así que tratamos de diseñar este próximo paso: qué tiene de nuevo y desafiante, pero también por qué es absolutamente alcanzable”.

Materiales y fabricación

El documento señala la rápida adopción de nuevas tecnologías por parte de la fabricación fotovoltaica como prueba de su capacidad para superar nuevos desafíos. Los logros enumerados incluyen el aserrado con hilo de diamante, la hidrogenación para el control de defectos y el paso a obleas más grandes. En particular, todos se implementaron rápidamente y se administraron bien en toda la cadena de suministro.

“Desde 2010, la industria fotovoltaica ha pasado de ser una industria algo lenta y conservadora, enfocada en el costo de los componentes individuales… a una industria muy dinámica que está más enfocada en el costo nivelado de la electricidad”, escribieron los autores del artículo. Los investigadores observan que, más recientemente, la tecnología TOPCon [contacto pasivado con óxido de túnel] pasó de los diseños iniciales de laboratorio industrialmente relevantes a la producción en masa en solo cinco años. “Un análisis reciente muestra que ahora se necesitan alrededor de tres años para que la eficiencia de la celda promedio en la producción en masa alcance la eficiencia de la celda campeona fabricada en el laboratorio industrial”, afirma el documento.

Los investigadores concluyen que el uso de plata en energía fotovoltaica es ahora el principal problema de sostenibilidad del material y que el nivel de consumo actual de alrededor de 15 mg/W debe reducirse por un factor de tres o eliminarse por completo. Aconsejan que, a medida que se adopten nuevos materiales, se debe tener cuidado para evitar situaciones similares con otros materiales escasos. “Las técnicas para abordar el uso de materiales escasos deben abordarse desde una perspectiva de diseño ecológico y analizarse mediante una evaluación del ciclo de vida para confirmar los impactos resultantes, evaluando métricas como el agotamiento de los recursos y las emisiones de GEI”, afirmó el documento de “Science”.

La necesidad de considerar la sustentabilidad a lo largo de la ampliación de la fabricación solar también es una consideración clave. “La I+D para el diseño ecológico y el reciclaje debe intensificarse ahora para respaldar el escalado rápido y sostenible de la energía fotovoltaica”, escribieron los autores. “La industria fotovoltaica debe innovar continuamente para mejorar la sostenibilidad de los materiales y reducir el carbono incorporado y la energía necesaria para fabricar e implementar la energía fotovoltaica”.

A pesar del desafío que plantean los niveles actuales de consumo de plata, la investigación tiene un mensaje positivo con respecto al consumo futuro de materiales. La escala y la eficiencia requeridas por la industria fotovoltaica se pueden lograr con los recursos disponibles en la actualidad.

“Un mensaje importante para los formuladores de políticas es que, en principio, no hay limitación en el lado de los materiales, los recursos que necesitamos para alcanzar los 75 TW están disponibles”, dice Haegel. “Es muy importante que no tengamos miedo. El mensaje aquí es que sí, podemos hacerlo”.

Baterías, otra tecnología

Otro mensaje destacado en el trabajo es que la energía solar no está sola y que se necesitarán innovaciones que la acompañen en muchas otras industrias para lograr el objetivo de un sistema de energía completamente renovable. Esto significa, en primer lugar, una escala comparable en las industrias de almacenamiento de energía, hidrógeno verde/combustibles electrónicos y energía eólica.

Varias industrias también tendrán que actualizar sus prácticas. Esto incluye aumentar la aceptación de la energía fotovoltaica integrada en edificios; adopción de calefacción y refrigeración electrificada en el sector de la construcción; adopción generalizada de vehículos eléctricos, con modelos para incentivar su carga en épocas de alta generación fotovoltaica, y vínculos más estrechos con la industria agrícola, a través de la agrovoltaica. Todos estos desarrollos se mencionan como estrategias que pueden ayudar a que la energía solar permanezca en su camino para convertirse en la principal fuente de energía del mundo.

El documento concluye con el mensaje de que el siguiente paso es centrarse en desarrollar cadenas de suministro más globalizadas en todos los niveles. Esto, junto con otras medidas, requerirá el apoyo de los legisladores de todo el mundo para garantizar que la energía solar sea la primera opción para la expansión energética y que las redes eléctricas puedan hacer uso efectivo de la electricidad generada por energía fotovoltaica.

El documento concluyó: “La historia reciente y la trayectoria actual sugieren que se puede lograr un crecimiento global sostenido en la energía fotovoltaica del 25 % por año durante la próxima década, hacia 75 TW de energía fotovoltaica instalada para 2050. Esperar no es una opción”.