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El potencial anual de energía solar supera con creces el consumo de energía del mundo, pero el objetivo de utilizar el sol para proporcionar una fracción significativa de la demanda mundial de electricidad está lejos de ser una realidad.

Investigadores del National Renewable Energy Laboratories (NREL)de Estados Unidos,  del Fraunhofer ISE alemán y del  National Institute for Advanced Industrial Science and Technology (AIST) de Japón han publicado un nuevo documento que analiza los problemas existentes para el despliegue de varios teravatios de energía solar fotovoltaica y qué se puede hacer para superarlos.

Sería difícil aglutinar una elenco de investigadores del primer nivel como el de los autores del informe Terawatt-Scale Photovoltaics: Trajectories and Challenges, publicado la semana pasada en la revista Science

Entre los 21 autores están el profesor Martin Green, el padre de la célula moderna de silicio cristalino, el Dr. Eicke Weber, que dirige el Instituto Fraunhofer desde hace 10 años, y Raffi Garabedian, director de Tecnología de First Solar. Por no hablar de la doctora Sarah Kurtz del Departamento de Energía Renovable del Laboratorio Nacional de Energía (NREL) de Estados Unidos o el director de RTS Corporation, Izimu Kaizuka.

En el documento, el grupo formado por el NREL, el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST) de Japón y el Instituto Fraunhofer  presenta un bosquejo básico  de la trayectoria para aumentar la cantidad de energía solar desplegada entre 10 y 50 veces durante los próximos quince años, así como las cuestiones técnicas y tareas a las que se se debería enfrentar.

La buena noticia es que la energía fotovoltaica ya está en camino de multiplicar por más de 10 veces, hasta 3 TW, la capacidad instalada para esa fecha. El aumento que los autores discuten solamente requeriría una tasa de crecimiento anual del 15%, lo que según los autores está “sustancialmente por debajo de lo que la industria ha logrado en la última década” (ver gráfico).

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Por supuesto, esto no es lo que se desprende de la lectura de las previsiones de la Agencia Internacional de Energía (AIE). Los investigadores solares señalan que las tasas de crecimiento de la energía solar fotovoltaica han superado las proyecciones más optimistas de la AIE, y que la AIE no es la única que realiza proyecciones inadecuadas. “Esta tendencia ha sido una característica general de las muchas predicciones de crecimiento de la energía fotovoltaica”, señala el documento.

El informe es claro en señalar que a pesar de la caída de precios, el apoyo político sigue impulsando los mercados, incluyendo incentivos y “estructuras de financiación de proyectos regionalmente adaptadas” para hacer frente a los altos costes iniciales.

 Objetivo 0,03 $ / kWh

Sin embargo, la mayor cantidad de tinta se dedica a la reducción de costes y mejora de la eficiencia. Los investigadores se centran en un objetivo de bajar el costo de instalación de energía solar fotovoltaica a 0,03 por kilovatio-hora (kWh), abaratando los costes del  hardware y los costes “blandos” al tiempo que se aumenta la eficiencia del módulo hasta el 25%.

Esto implicaría un coste medio del precio del módulo de 0,30 $ por vatio, lo que los investigadores consideran que es alcanzable, especialmente teniendo en cuenta la hoja de ruta de First Solar para llegar a 0,25 $ por vatio en 2020. Sin embargo, señalan que el mayor desafío es reducir los costes y aumentar la eficiencia al mismo tiempo.

Hay una falta de claridad en cuanto a si los expertos hablan de sistemas para la azotea o plantas a gran escala, donde varios países, entre ellos

Los investigadores han señalado que un reto en este sentido es que los bajos precios actuales de los módulos fotovoltaicos están creando sus propios problemas para el desarrollo de la tecnología. “Los bajos precios actuales en el mercado hacen que sea difícil atraer la inversión para el desarrollo, la ampliación y la entrada en el mercado”, señala el documento.

La integración en la red y el almacenamiento

Un problema más espinoso es la integración en la red de los altos niveles de energías renovables. Mientras que la AIE ha declarado que las tecnologías actuales pueden permitir la integración de un 25% a un 40% de eólica y solar en las redes con poco coste total para el sistema, esto supone que los operadores de redes y otros actores optimizarán el sistema y no tienen en cuenta la resistencia política.

Un buen ejemplo es California, que obtuvo el 13% de su electricidad a partir de energía solar en 2016. Y mientras el operador de la red de California predice un gran incremento de la restricción solar esta primavera, también sigue importando energía incluso durante los períodos de restricción del sistema, lo que sugiere que decisiones políticas están interfiriendo en la plena integración de la energía eólica y solar.

Los investigadores esbozan algunas estrategias que permitan la integración de gran cantidad de energía renovable en la red, tales como los teravatios de energía solar previstos. Señalan que, si bien la eólica y la solar puede proveer “inercia sintética” para reemplazar el papel de los grandes generadores síncronos, “en los altos niveles de penetración de energía renovable variable se requerirán tecnologías de almacenamiento que cierren la brecha entre la generación y la demanda”.

Según el informe, como los costes de la fotovoltaica siguen cayendo para las baterías de almacenamiento, unos costes de 150 $ por kWh serían suficientes para permitir un crecimiento sustancial del mercado. Sin embargo, al igual que otros informes, los investigadores señalan que el diseño del mercado es un gran problema. “Tendrán que ser consideradas nuevas estructuras de mercado que moneticen el valor del almacenamiento para lograr desarrollar todo su potencial”, dicen los investigadores.

Los vehículos eléctricos podrían ser una ayuda aún mayor. “Los teravatios de capacidad de almacenamiento podrían por lo tanto estar disponibles solo para los vehículos eléctricos”, señala el papel.

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Todo esto y más será esencial para alcanzar los 3 TW de energía solar instalada, pero los investigadores no se detienen allí. El informe también describe las tasas de crecimiento necesarias para que las instalaciones solares lleguen a 5, 8 y 10 TW de capacidad para el año 2030, lo que significa que la energía solar generaría la mayor parte de la producción mundial de electricidad.

“Casi 200 años después del descubrimiento de la conversión fotovoltaica de la luz en electricidad de Becquerel, la realización de este sueño es más urgente que nunca y está al alcance de la mano”, concluye el documento.

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