Cuál es un mejor trato:una empresa establecida, ¿Un tipo de panel solar estándar o un tipo de vanguardia que ofrece más energía para un área determinada pero cuesta más?

Resulta que eso está lejos de ser una simple pregunta, pero un equipo de investigadores del MIT y de otros lugares ha ideado una forma de determinar la mejor opción para una ubicación y un tipo de instalación determinados. La conclusión es que para los sistemas de techo a escala doméstica en lugares relativamente secos, los paneles más eficientes pero más costosos serían mejores, pero para instalaciones a escala de red o para aquellas en climas más húmedos, lo establecido, los paneles menos eficientes pero más baratos son mejores.

Los costos de las células solares continúan cayendo en picado, mientras que los costos de instalación y el equipo asociado permanecen relativamente constantes. Entonces, averiguar las ventajas y desventajas involucradas en la planificación de una nueva instalación se ha vuelto más complicado. Pero el nuevo estudio proporciona una forma clara de estimar la mejor tecnología para un proyecto determinado, dicen los autores.

Los hallazgos se informan hoy en la revista. Energía de la naturaleza , en un artículo de la estudiante graduada del MIT Sarah Sofia, profesor asociado de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, científico investigador I. Marius Peters, y otros tres en el MIT y en First Solar y Siva Power, empresas solares en California.

El estudio comparó dos variedades básicas de células solares:diseños estándar que utilizan un solo tipo de material fotovoltaico, y diseños avanzados que combinan dos tipos diferentes (llamados celdas en tándem) para capturar más energía de la luz solar. Para las celdas en tándem, Los investigadores también compararon diferentes variedades:aquellas en las que cada una de las dos células están conectadas en serie, llamadas células en tándem de dos uniones, y aquellos en los que cada celda está cableada por separado, llamadas células en tándem de cuatro uniones.

En lugar de solo mirar la cantidad de energía que cada tipo puede ofrecer, el equipo analizó todos los costes operativos y de instalación asociados a lo largo del tiempo, para producir una medición llamada costo nivelado de la electricidad (LCOE), una medida que incorpora todos los costos e ingresos durante la vida útil del sistema.

"Las celdas de unión simple estándar tienen un límite máximo de eficiencia de alrededor del 30 por ciento, "Sofia explica, mientras que "células en tándem, usando dos materiales, puede tener una eficiencia mucho mayor, por encima del 40 por ciento ". Pero, si bien una mayor eficiencia es obviamente una ventaja en principio, "cuando haces un tándem, básicamente tienes dos células solares en lugar de una, por lo que es más caro de fabricar. Entonces, queríamos ver si valía la pena, " ella dice.

Para su análisis, el equipo analizó tres tipos de entorno:árido (Arizona), templado (Dakota del Sur), y húmedo (Florida), porque la cantidad de vapor de agua en el aire puede afectar la cantidad de luz solar que llega a la célula solar. En cada una de estas ubicaciones, compararon los dos tipos estándar de células solares de unión única (telururo de cadmio, o CdTe, y seleniuro de cobre-indio-galio, o CIGS) con dos tipos diferentes de celdas en tándem, dos uniones o cuatro uniones. Por lo tanto, Se estudiaron un total de cuatro tecnologías diferentes en cada entorno. Además, estudiaron cómo se vería afectado el LCOE general de las instalaciones dependiendo de si los precios generales de la energía se mantienen constantes o disminuyen con el tiempo, como esperan muchos analistas.

Los resultados fueron algo sorprendentes. "Para sistemas residenciales, Demostramos que el sistema en tándem de cuatro terminales [la celda solar más eficiente disponible] era la mejor opción, independientemente de la ubicación, "Dice Sofia. Pero para instalaciones a gran escala, la celda con los costos de producción más bajos es la mejor oferta, los investigadores encontraron.

Los nuevos hallazgos podrían ser significativos para aquellos que planean nuevas instalaciones solares, Dice Sofía. "Para mi, demostrar que una celda en tándem de cuatro terminales tenía una clara oportunidad de tener éxito no era obvio. Realmente muestra la importancia de tener un alto rendimiento energético en un sistema residencial ".

Pero debido a que los sistemas a gran escala pueden distribuir los costos de instalación y los sistemas de control en muchos más paneles, y debido a que el espacio tiende a ser menos limitado en tales instalaciones, "nunca vimos una oportunidad" para los más costosos, células eficientes en tales entornos. En arreglos grandes, "debido a que los costos de instalación son tan bajos, solo quieren las celdas más baratas [por vatio de potencia], " ella dice.

El estudio podría ayudar a orientar las prioridades de investigación en tecnología solar, Dice Sofía. "Ha habido mucho trabajo en este campo, sin preguntar esto primero [si la economía realmente tendría sentido]. Deberíamos hacer la pregunta antes de hacer todo el trabajo. ... Espero que esto pueda servir como una guía sobre dónde deben enfocarse los esfuerzos de investigación, " ella dice.

La metodología que desarrolló el equipo para hacer las comparaciones debería ser aplicable a muchas otras comparaciones de tecnologías solares, no solo los tipos específicos elegidos para este estudio, Dice Sofía. "Para tecnologías de película fina, esto es generalizable, " ella dice.

Debido a que los materiales que estudiaron para el caso de cuatro terminales ya están comercializados, Sofia dice, "si hubiera una empresa que tuviera un interés, "práctico, Los asequibles sistemas en tándem de cuatro uniones para aplicaciones residenciales podrían comercializarse con bastante rapidez.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.