Incogni le ofrece una parte de este video. La industria solar tiene un defecto potencialmente fatal: su dependencia de la plata. Como metal precioso, la plata es costosa y difícil de conseguir, pero fundamental para casi todos los tipos de paneles solares. La capacidad solar mundial ha cruzado oficialmente al territorio de los teravatios y la plata está poniendo en riesgo ese crecimiento continuo. Hay una alternativa. Los paneles a base de cobre han batido récords mundiales de eficiencia y hay algunas perspectivas muy prometedoras, pero los fabricantes de paneles dudan en deshacerse de la plata por cobre. ¿Por qué? La respuesta se encuentra en un camino largo y sinuoso. Es una historia de cómo el tiempo y el dinero pueden hacer o deshacer una innovación, incluso si ya se ha demostrado que funciona. Y es otro ejemplo de cómo muchos recursos no garantizan mucho éxito. ¿Puede la industria solar prevalecer sobre la resistencia del cobre y traernos paneles solares mejores y más baratos? Soy Matt Ferrell…
Bienvenido a Undecided. Si es como yo, es posible que sea fanático de los paneles solares para la seguridad energética y para ahorrar dinero en su factura de electricidad. De hecho, muchos de ustedes me han pedido ayuda para conseguir paneles solares para su hogar, así que he estado armando algo para ayudar con eso… pero hablaré de eso más adelante. Para que la tecnología solar siga prosperando, debe ofrecer una mayor eficiencia a un costo menor. Al mismo tiempo, necesita hacerlo de manera sostenible. Los investigadores ya conocen una forma de resolver algunos de estos desafíos (con una eficiencia impresionante), pero no es tan clara como podría pensarse. Hay algunas perspectivas muy interesantes para el cobre, pero cambiar de plata a cobre necesita un poco de contexto. Desde los años 70, la serigrafía se ha mantenido como el viejo recurso para producir células solares de silicio.
Es simple, eficaz y, con mucho, el tipo de fabricación más popular, ya que representa entre el 85 % y el 90 % de las células solares de silicio. Al igual que la serigrafía que aplica logotipos en tus camisetas, el proceso comienza colocando una pantalla en la parte posterior de una oblea de silicio. La maquinaria cubre la pantalla con una pasta plateada, luego pasa una escobilla de goma para empujar la pasta. La oblea se seca, se cuece y luego se voltea para repetir estos pasos en el otro lado. Si bien la serigrafía es bien conocida y barata, son los ingredientes utilizados los que causan un problema. La plata representa alrededor del 10 % del costo de fabricación de la energía fotovoltaica y utiliza alrededor del 15 % de la plata extraída del mundo. Y a medida que ha crecido la energía solar, también ha crecido el hambre mundial por la plata.
Muchas tecnologías en crecimiento compiten por la plata, como la infraestructura 5G, los vehículos eléctricos y todos los demás productos electrónicos de consumo que inundan el mercado. Investigadores como Pierre Verlinden han estado haciendo sonar la alarma sobre este tema desde hace un tiempo: desde 2013. Verlinden es el ex director científico de Trina Solar y tiene más de 40 años de experiencia como investigador de energía fotovoltaica. En un seminario web de pv magazine de noviembre de 2022, señaló: “Se necesitaron 70 años para implementar el primer Terawatt. Solo tomará tres años instalar el próximo”. También dijo que la sostenibilidad en la industria solar lo mantiene despierto por la noche y que el uso de plata debe reducirse sustancialmente o reemplazarse con cobre.
El rápido crecimiento de la demanda solar y de plata como palo de hockey nos lleva a la parte monetaria del problema. Mientras que la energía solar se ha vuelto más barata, la plata se ha vuelto más cara … y rápido. El Silver Institute informa que en 2021, la plata tuvo su mayor demanda mundial registrada desde 2015, y el precio año tras año aumentó un 22 %, lo que resultó en un máximo de nueve años de $25,14 por onza troy. A modo de comparación, el precio del cobre en 2021 fue de aproximadamente $ 0,29 por onza troy. Y sí, sé que algunos de ustedes están pensando, "la plata _puede_ reciclarse". Sin embargo, según un estudio de diciembre de 2022, la recuperación de plata de los paneles solares aún no es una opción viable porque no hay suficiente para desmantelar. Entonces, en cierto modo, la larga vida útil de los paneles solares es algo bueno y malo. Además, el proceso de reciclaje requiere mucha mano de obra, ya que los paneles deben desarmarse y luego tratarse químicamente para eliminar la plata.
En última instancia, el reciclaje será útil a largo plazo, pero no será viable hasta dentro de algunas décadas. Eso nos lleva de vuelta al cobre. Tiene una conductividad comparable pero es cientos de veces más abundante y cientos de veces menos costoso. Hay dos caminos básicos para cambiar al cobre: 1) usando una pasta de cobre en lugar de pasta de plata para serigrafía, o 2) reemplazando el método de serigrafía con un diseño de celda solar de contacto enterrado. Los beneficios de cambiar al cobre van desde eficiencias de paneles solares récord mundial hasta materiales mucho más baratos y abundantes. Hay algunas empresas que han realizado movimientos emocionantes en los últimos años (a los que me referiré en un momento), pero siempre hay una trampa. Entonces, ¿cuál es el problema? Antes de llegar a eso, me gustaría agradecer a Incogni por patrocinar esta parte del video de hoy. Ya mencioné esto antes, pero me inscribí para recibir un boletín informativo de un pequeño minorista en línea y, después de hacerlo, vi un gran aumento en la cantidad de correos electrónicos promocionales que recibía de compañías de las que nunca había oído hablar.
Y eso es porque vendieron mi información a un corredor de datos. También se me filtró mi información a través de violaciones de datos en compañías como Target, Sony y otras… numerosas veces… Estoy seguro de que usted también lo ha experimentado. Incogi puede ayudar con esto. Tenemos derecho a solicitar que los corredores de datos eliminen nuestra información, pero requiere mucho tiempo y esfuerzo. Me inscribí en Icogni, les otorgué el derecho legal de trabajar en mi nombre y luego… simplemente me senté y me relajé. Verá actualizaciones en su cuenta para qué corredores de datos también han enviado solicitudes legales y cuáles han cumplido. No podría ser más fácil. He estado dejando que Incogi se mantenga al tanto de esto durante bastante tiempo y estoy muy contento con los resultados. He notado una diferencia. Si desea recuperar parte del control sobre quién tiene acceso a su información personal, pruebe Icogni.
Las primeras 100 personas que usen el código INDECIDIDO en el siguiente enlace obtendrán un 20 % de descuento en Incogni. Gracias a Incogni ya todos vosotros por apoyar el canal. Ahora volvamos al tema del cobre para paneles solares. El cobre es como el hermano menor difamado de la plata. En esta rivalidad familiar, necesita competir o superar el rendimiento de la plata para demostrar su valía… Y los investigadores solares han estado tratando de hacer que esto suceda durante décadas. Prepárese para algunos giros y vueltas aquí. La línea de tiempo comienza con dos pioneros australianos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, el difunto Stuart Wenham y su mentor, Martin Green. A lo largo de las carreras de Wenham y Green, sus muchas contribuciones al avance de la energía fotovoltaica han sido tan impactantes que sus colegas llamaron a Wenham "el Einstein de la energía solar" y a Green el "superhombre solar".
Definitivamente un dúo único de la cultura pop. En 1985, Wenham y Green presentaron su patente para células solares de contacto enterradas. Para comprender lo que mejoraron, describamos algunos aspectos básicos de la anatomía del panel solar. Probablemente haya notado el patrón en forma de cuadrícula en el frente de los paneles solares. Las líneas de la cuadrícula son los contactos superiores, y ahí es donde casi siempre encontrarás plata.
Esos alambres de metal recogen la electricidad generada por una celda. Las líneas horizontales más delgadas son "dedos". Estos llevan corriente a las líneas verticales más gruesas conocidas como "barras colectoras". En un mundo perfecto, los dedos fotovoltaicos siempre estarían muy juntos y lo más estrechos posible. Desafortunadamente, cuesta un centavo producir dedos delgados. Como resultado, uno de los principales inconvenientes de los dedos más anchos de la serigrafía es una reducción del 10 % al 15 % de la potencia de salida provocada por las pérdidas por sombreado.
La belleza de los contactos _enterrados_ es tener dedos que son más profundos que anchos. Un láser corta ranuras en el silicio, que luego se rellenan con cobre. Esto significa que hay más metal en el dedo y menos metal oscureciendo la superficie, lo que reduce las pérdidas por sombreado entre un 2 % y un 3 %. Al final, los paneles solares de contacto enterrados pueden ser hasta un 25 % más eficientes que los serigrafiados. Algo que creo que todos querríamos ver en los paneles solares de nuestras casas y edificios. En 1991, los contactos enterrados de Wenham y Green habían logrado una eficiencia récord del 24,7 % para las células experimentales y del 20 % para las células comerciales.
Eso es cuando todos hacíamos el baile del martillo. El diseño incluso impulsó el automóvil ganador en el World Solar Challenge de 1990, una carrera anual de vehículos alimentados por energía solar a través del interior de Australia. Es seguro decir que la llegada de contactos enterrados en el juego de paneles solares fue un gran problema. Entonces, ¿por qué no están en todas partes ahora? Para responder a esa pregunta, tendremos que presentar nuestro siguiente jugador clave, Shi Zhengrong. Shi también se ganó un apodo por su influencia en la industria solar: el "Rey Sol"… que suena como un personaje destinado a ser interpretado por Dwayne Johnson. Su ascenso comenzó cuando pasó a estudiar un doctorado.
Estudiante de Wenham en la Universidad de Nueva Gales del Sur. Después de graduarse de la UNSW con su doctorado en ingeniería eléctrica, fundó Suntech Power en 2001. Wenham actuó como director de tecnología de la empresa. Suntech pronto se convertiría en uno de los mayores fabricantes de células solares del mundo… y Shi se convertiría en uno de los primeros "multimillonarios solares" del mundo. Suntech se hizo pública en 2005.
De hecho, fue la primera empresa china en cotizar en la Bolsa de Valores de Nueva York. Con el tiempo, Shi pasó a recibir una serie de elogios. En 2009, Suntech lanzó su línea de paneles solares “Pluto”, que incluía contactos de cobre. Tres años más tarde, en marzo de 2012, las celdas metalizadas de cobre de la empresa alcanzaron una eficiencia récord mundial del 20,3 %. Pero en marzo siguiente, Suntech… estaba en bancarrota. Suntech no fue la única empresa que vendía paneles a base de cobre que fracasó y, algo inquietante, otro esquema de nombres planetarios compartió un destino similar. La propia versión de BP Solar de las celdas de contacto enterradas ranuradas con láser fueron sus módulos "Saturno", que llegaron en 1992. La empresa produjo paneles Saturno hasta 2009. Dos años después, BP Solar cerró.
Entonces, si el cobre es tan bueno, ¿por qué ambas empresas cerraron? Una gran parte de ello fueron los costos. Los paneles solares de plata eran mucho más baratos de fabricar. Sé que mencioné lo barato que es el cobre en comparación con la plata como materia prima, pero ¿qué tenían los contactos de cobre en particular que no se pegaban? Bueno… fue el cobre. Es difícil lograr que el cobre se adhiera a los paneles solares, por lo que la mala adhesión por contacto ha dejado perplejos a los científicos y asustado a los industriales. Los paneles solares deben durar 25 años y más en una variedad de climas y en todo tipo de clima. La tendencia del cobre a desprenderse puede reducir la confiabilidad de las celdas revestidas con él, por lo que no es difícil imaginar por qué los fabricantes estarían nerviosos por hacer el cambio. Otra preocupación seria es el rendimiento. Claro, los dedos más estrechos en las celdas de cobre significan menos sombra y mayor eficiencia, pero si el cobre se difunde en el silicio que se encuentra debajo, el panel solar experimentará pérdidas de rendimiento.
La difusión de cobre convierte partes del silicio semiconductor en un conductor, provocando un cortocircuito en secciones del panel. En general, el potencial de difusión del cobre presenta un riesgo adicional, que no es algo que desee para un producto destinado a durar décadas. Crear barreras contra la difusión es complicado y agrega una capa adicional de gastos en la producción. Además, existe la preocupación de cómo la oxidación limita la capacidad del cobre para conducir la corriente. Diseñar formas de solucionar estos problemas significa agregar más pasos al proceso de fabricación y gastar más dinero, que es una de las principales razones por las que el cobre no ha ganado terreno y BP y Suntech fracasaron. Podría decirse que BP Solar comercializó con éxito sus Saturns ; de hecho, un estudio de 2014 reveló que un grupo de paneles seguía funcionando 12 años después de su despliegue inicial sin signos de falla. Los investigadores no pudieron confirmar al 100% que los paneles no hayan sufrido ninguna difusión de cobre, pero los datos indican que eran tan duraderos como sus homólogos de plata.
A pesar de esto, BP detuvo la producción cuando su diseño de contacto enterrado no pudo competir con el menor costo de la serigrafía plateada, que solo se había vuelto más barata a medida que evolucionaba. En cuanto a Suntech, la empresa chocó contra un muro cuando se enfrentó a una adhesión de contacto de mala calidad, pero podría haber superado ese revés…
Si hubiera tenido el dinero. Este patrón de falla tampoco se limita a los contactos enterrados. ¿Recuerdas cuando mencioné la posibilidad de cambiar la plata en pasta de serigrafía por cobre? En 2014, la empresa Intrinsiq Materials, con sede en Rochester, Nueva York, recibió una subvención federal para investigar el uso de tintas impresas de níquel y cobre en lugar de pasta de plata como parte de la iniciativa SunShot del Departamento de Energía de EE. UU., cuyo objetivo era reducir el costo de tecnología solar. La tinta de cobre terminó demostrando una "adherencia sobresaliente" según el equipo de investigación, pero nunca llegó a la etapa comercial. Los posibles clientes se enfurecieron por los costos que se acumula con cada nuevo paso en la producción, lo que llevó a Intrinsiq a concluir en un informe de 2017 que "la simplicidad del proceso de transferencia de plata hace que sea un proceso muy difícil de reemplazar".
La pregunta es, ¿podemos tener alguna esperanza para el cobre, especialmente ahora que hay más en juego que nunca? Shi parece pensar que sí. Apenas dos años después de que Suntech se hundiera en la bancarrota, fue el primero en invertir en la recién fundada SunDrive. Con sede en Sídney, la empresa se especializa en… lo adivinó… paneles de cobre. El director general y cofundador de SunDrive, Vince Allen, no es otro que un antiguo doctorado. candidato en la Universidad de Nueva Gales del Sur.
Las cosas cierran el círculo aquí. Se podría decir que Shi estaba en una posición única para apoyar a SunDrive como ex alumno de UNSW y como alguien con experiencia en la industria. Anteriormente, Allen había estado investigando la metalización del cobre bajo la tutela de Martin Green y su Ph.D. supervisora, Alison Lennon. Lennon es un profesor de la UNSW y un erudito solar preeminente , autor de varios de los estudios que se incluyeron en la investigación de este video. En su afán por acelerar su proyecto, Allen abandonó su programa de doctorado para experimentar dentro de su garaje en su propio tiempo. Eso es dedicación. Después de cientos de intentos, finalmente logró idear un método para adherir cobre a las células solares en dedos delgados y densamente empaquetados. Luego cofundó SunDrive con su compañero de habitación y patentó la tecnología en 2015. Avance rápido hasta septiembre de 2021, y la eficiencia del panel de SunDrive del 25,54 % rompió el récord mundial de células solares de silicio comerciales.
En diciembre de ese mismo año, SunDrive produjo su primer panel de tamaño completo. En septiembre de 2022, la eficiencia de los paneles de la empresa aumentó casi un punto porcentual hasta el 26,41 %, y Lennon se incorporó a la empresa como director científico. Y otra figura familiar está ahora en el consejo asesor de SunDrive: Verlinden. La eficiencia récord de SunDrive se destaca como un hito emocionante. Si, y este es un gran si, la empresa puede dar el salto entre el laboratorio y la producción en masa, entonces su tecnología de cobre sería una evidencia convincente de la viabilidad de desechar la plata. Con un poco de suerte, eso también significaría precios considerablemente más bajos para los consumidores.
SunDrive está priorizando el sector residencial, y Allen explicó durante una entrevista con la Agencia de Energía Renovable de Australia que pequeños aumentos de eficiencia pueden tener “un efecto en cascada en términos del costo final” de los paneles solares. Es demasiado pronto para predecir si la historia se repetirá y volverá a dejar el cobre en el camino, pero si la inversión de Shi en la empresa es un indicio, SunDrive podría ser el rayo de sol que la industria necesita. No parece que tengamos que esperar demasiado para averiguarlo: la compañía planea tener una línea de producción piloto establecida a mediados de 2023.
Pero incluso si Allen no termina con su propio apodo genial, SunDrive está lejos de ser la única compañía que trabaja para sacarnos de la zanja plateada. En Alemania está el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, la instalación de investigación solar más grande de Europa. También forjó su propio proceso de galvanoplastia de cobre, que se convirtió en su propia empresa, PV2+, en 2022.
El objetivo es establecer un programa piloto a principios de este año. En cuanto a las pastas de cobre, está Bert Thin Films. En 2015, el profesor de ingeniería de la Universidad de Louisville, Thad Druffel, cofundó la startup con el ex investigador postdoctoral asociado Ruvini Dharmadasa. Desde entonces, el equipo ha creado una receta para la tinta de nanopartículas llamada "CuBert". No… no ese Q*bert. Eso es "Cu" para cobre, y "Bert" para honrar la memoria de Albert, el gato de la familia Druffel que falleció el mismo día en que se incorporó la empresa. En un (https://www.youtube.com/watch?v=UGyGndKCzHo) publicado por el Departamento de Energía en mayo pasado, Druffel dice que CuBert puede sustituir directamente la pasta de plata sin cambios en las herramientas de producción o un efecto negativo. efecto sobre la garantía del panel. Si la pasta puede estar a la altura de estas afirmaciones, las implicaciones serían enormes.
Por el momento, CuBert todavía está en su fase de prueba y no hay mucha información pública disponible al respecto. Sin embargo, un resumen de la 48.ª Conferencia de especialistas fotovoltaicos del IEEE, celebrada en junio de 2021, insinúa su progreso. Bert Thin dijo que la eficiencia del 19,4 % de CuBert muestra que los desafíos de la oxidación y difusión del cobre “han sido superadas”. El jurado todavía está deliberando sobre eso, así que tendremos que esperar y ver. Todos estos esfuerzos pueden proporcionar una fuente de optimismo frente a un problema que empeora rápidamente. Habiendo dicho eso, la historia de los paneles a base de cobre de lidiar con problemas como la oxidación y la difusión podría significar que esta todavía no es la solución definitiva.
Quizás la amenaza de que los precios de la plata se disparen sea lo que finalmente fuerce la mano de los fabricantes. ¿Qué opinas? ¿Todavía indeciso? ¿Qué otras opciones para una energía solar más sostenible tenemos? ¿Es el cobre la respuesta clara… o su reputación está demasiado empañada? Salta a los comentarios y házmelo saber. Y ya que estamos hablando de paneles solares, muchos de ustedes me han pedido ayuda para instalar paneles solares en su hogar, ¡así que decidí hacer algo que nunca antes había hecho para ayudarlo a lograr exactamente eso! Llegará pronto, pero no puedo decir nada más que eso todavía…
¡Si quieres saber más, estaré compartiendo detalles el 28 de febrero! Puede unirse a la lista de espera si está interesado en obtener más información, así que consulte el enlace en la descripción. Y asegúrese de ver mi podcast de seguimiento Aún por determinar, donde analizaremos algunos de sus comentarios. Gracias a todos mis patrocinadores, que obtienen versiones sin publicidad de cada video, por su continuo apoyo. Y bienvenido al miembro de Supporter+ Mike Kraft. Estás ayudando a reducir mi dependencia de YouTube para pagar la producción de estos videos.
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