Actualidad, perspectivas del desarrollo de la obtención de Silicio (página 2)

A partir del análisis de fuentes informativas entre los que se incluyen reportes empresariales, de firmas productoras y comerciales, artículos científicos, entre otras, se observa que dentro del contexto de los acontecimientos políticos internacionales que el desarrollo de la generación de energía eléctrica a partir de paneles fotovoltaicos se está limitándolo sutilmente y formando artificialmente la denominada "burbuja de silicio" por las transnacionales de la industria microelectrónica y productoras de energía eléctrica.

Directivos de empresas importantes (EE.UU: Sharp; Alemania: Schott Solar; Japon: Sumitomo, Tokyma, entre otras) admiten, que la energía solar es una importante alternativa que puede contribuir decisivamente en el futuro energético de la humanidad, pero otros tan importantes argumentan contraponiendo que aun es muy cara. Pero, hasta ahora, lo que no se ha reportado con valentía por las fuentes internaciones consultadas, es que la energía fotovoltaica (FV) no se ha desarrollado más porqué el petróleo, el carbón y los reactivos nucleares son instrumentos de poder y de dominio económico y político (un ejemplo es el trasfondo del conflicto Irán–USA) y todas o casi la gran mayoría de las patentes y de los científicos han sido comprados y acaparados hasta que oportunistamente sean empleados todos estos recursos.

Las transnacionales de la microelectrónica han dilatado conciente o inconscientemente, de forma indirecta o indirecta, la inversiones en la fabricación de paneles solares a causas de la incertidumbre de la disponibilidad de Silicio Grado Solar (Si-GS). Por otra parte la energía FV tiene una alta incidencia en la solución de problemas sociales de los países del sur (subdesarrollados), que son mercados poco

Un aspecto importante a considerar en la política de los países del 1er mundo en el desarrollo de los paneles FV, es que este está dirigido a incentivar mediante el mercado de la energía fotovoltaica la creación de huertos y centrales FV orientadas a apoyar la capacidad y disponibilidad del suministro de energía eléctrica en las redes centrales de distribución de la población y empresas que ya tiene energía eléctrica. Esta política, en el concepto de mercado, tiene elementos de desagregación de oportunidades y de beneficios, pues en localidad distantes a 1,5 o 3 km (dependiendo de los accidentes geográficos) de las redes centrales de electricidad su comercialización no es rentable, debido a que la extensión de la red eléctrica presenta un costo minimo 12 000 €/km (12 €/m) y la venta supone tiempos de recuperación de la inversión muy largos. Ejemplo que siguen inclusos países en desarrollo, donde un altísimo porcentaje de su población reside en localidades distante de las redes eléctricas centrales. Cada estado del planeta tiene el deber insoslayable de estimular y apoyar mediante cualquier de los resortes económicos, políticos o educativos el empleo de las energías ecológicas (eólica, fotovoltaica, geotérmica, hidráulica, marina, etc.) para todos sus habitantes de la forma mas equitativa posible.

¿Como surgió la idea de convertir la energía solar en energía eléctrica?

En 1839, el científico francés Edmund Becquerel descubre el efecto fotovoltaico en sustancias semiconductoras y en 1954 la Bell Telephone desarrolla las primeras celdas fotovoltaicas, aplicadas a la industria aeroespacial, entre otros campos de aplicación. En la década del 50 del siglo pasado, el laboratorio estadounidense de la Bell Telephone desarrolla la primera célula de silicio, cuya eficiencia energética era el 4,5% de la irradiación recibida (energía por unidad de superficie; kWh/m2). La primera aplicación se realizo en naves espaciales y a partir del 1970 se aplico y comercializo en la tierra.

Las propiedades de los materiales fotovoltaicos son muy sensibles a los defectos del material. La simple introducción de impurezas en rangos del orden de una parte en millones (ppm) puede implicar cambios en el efecto fotovoltaico y en la resistividad eléctrica de varios órdenes de magnitud. Los defectos cristalinos y las fronteras de grano modifican la movilidad de los portadores eléctricos y los tiempos de vida.

El material con la pureza adecuada para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos deberá tener "pureza grado solar", esto se aplica tanto al cristal semiconductor, como a los reactivos empleados y materiales empleados como precursores. El "Silicio de Grado Solar" (Si-GS) solo podrá tener algunas partes por millones (1 ppm = 1/106) de impurezas activas, las impurezas inactivas no deberán superar las partes por millón.

¿Por qué se eligió el silicio y no el germanio o el selenio?

Porque el Si presenta en primera instancia un mayor ancho de banda, que le infiere una menor corriente de fuga, y las propiedades del oxido de silicio (SiO2), como material fundamental para el desarrollo de la tecnología planar. La posible capacidad máxima de convertir energía solar en eléctrica es del 25 %. En condiciones de laboratorio (en Australia) se ha logrado alcanzar una conversión del 24.7% de eficiencia, es decir que se ha logrado un 98.8 % del potencial de conversión teórico del silicio.

A mediados de esta misma década de los 50 del siglo XX se comercializa la primera célula solar con una eficiencia del 2%. Un gran impulso a la Energía Fotovoltaica (EF) se produce coincidiendo con la crisis del petróleo de principios de los años 70; se crean las primeras empresas fotovoltaicas. A partir de aquí, el crecimiento de esta industria aumenta vertiginosamente. La muerte anunciada de las reservas de petróleo y los efectos contaminantes de la combustión de las energías de procedencia fósil y orgánica vuelven a revitalizar en la década de los 90 del pasado siglo la industria y la investigación fotovoltaica. Al rededor del 90% de toda la energía fotovoltaica comercializa en el mundo procede de celdas de silicio: monocristalino (~50%), policristalino (~30%) y amorfo (~10%), este último presenta una tendencia a disminuir.

¿Existe la suficiente materia prima para obtener Si-Gs?

4.1. Fuentes naturales

El silicio es el elemento, tras el oxígeno, más abundante y distribuido en la corteza terrestre de nuestro planeta, pero no se encuentra puro como tal en la naturaleza, sino combinado con oxígeno. El 27,2% de la corteza terrestre (0,7% de la masa del planeta) está constituida por el elemento silicio (Si), en la cual están distribuidos más de 6000 minerales descubiertos hasta la actualidad.

Como el 12,6 % de la corteza terrestre (~353 Petatonetadas ,1015t) corresponde al dióxido de silicio (SiO2) en estado libre (cuarzo y sus variedades de sílice) y accesible a la tecnología actual, resulta entonces que el potencial silícico constituye prácticamente una fuente "inagotable" y explotable de materia prima, distribuida de una forma bastante "equitativa" en la corteza terrestre y en casi todos los países hay yacimientos de minerales portadores de sílice.

Tanto en Cuba como en Venezuela y China existen cuantiosas reservas minerales con contenidos de sílice superiores al 90% de SiO2 en diferentes formas minerales: cuarzo, cuarcita, arena sílice, ágata, ópalo, vidrio volcánico, etc. Por esta situación es que regularmente los países productores de Si grado metalúrgico (Si-GM) se autoabastecen de la materia prima necesaria de sus fuentes autóctonas. En el continente Americano, Brasil posee las mayores reservas de cuarzo de buena calidad, fundamental para obtener el silicio ultra puro.

La granulometría de las materias primas juega un factor importante no solo en el redimiendo y productividad del proceso metalúrgico sino también por su influencia sobre el medio ambiental por la producción de polvo, por lo que se debe exigir un control en el corte inferior de éstas. Entre mayor pureza tenga el mineral de sílice y mayor control de sus especificaciones mejor calidad tendrá el Si-GM. El precio de los minerales, con un contenido superior al 90 % de sílice y ya beneficiados, oscila entre 6 a 38 €/t según el contenido de impurezas, sin incluir la transportación.

4.2. Otras fuentes de silicio

Otras fuentes de materias primas para la industria fotovoltaica son los residuos de la Industria electrónica. En la industria electrónica, una apreciable cantidad el silicio que se queda en los crisoles donde se funde el "polisicio", al obtener Si-GE cristalino, es utilizada por el sector solar.

La industria electrónica, también, al cortar los lingotes de Si-GE para obtener sus propias obleas desperdicia aproximadamente un 10% del Si-GE, que también se emplea en la industria solar y además unos 10 millones de obleas, que no pasan los requisitos del control de calidad van a engrosar la disponibilidad, de la que se beneficia la industria solar para obtener más materia prima, bien como silicio, o como oblea que luego se limpia y se clasifica para ser usada directamente en la fabricación de células.

De aquí se pone en evidencia la sustancial dependencia que presenta la industria solar de la industria electrónica. Aun no existen grandes plantas industriales para producir independientemente de la industria electrónica obleas de Si-GS a partir de minerales de sílice. Esto no excluye que se pueda seguir empleado los rechazos de la producción de la industria electrónica.

¿Cómo se transita tecnológicamente para obtener Si-Gs?

La secuencia tecnológica de obtención de silicio grado metalúrgico se expone esquemáticamente en la figura 3. La etapa vital de la secuencia tecnológica es el proceso metalúrgico.

5.1. Proceso metalúrgico: Obtención de Si-GM

5.1.1. Consumo energético y rendimiento en la obtención de Si-GM.

El punto de partida imprescindible para producir Si-GS, es obtener silicio grado metalúrgico (Si-GM = 97-98%, Figura 2).

La tecnología más usada a escala mundial se basa en la reducción carbotérmica de los minerales de sílice (fundamentalmente cuarcita, arena sílice y cuarzo) empleando hornos de arco eléctrico con electrodo sumergido, que involucra una energía durante el proceso entre 10.8 y 12.0 kWh por kg de Si-GM (~11,4 GWh/t), pero se ha reportado más comúnmente consumos energético de 13 kWh/(kg de Si-GM, 97-99%). Desde el punto de vista teórico la reducción del óxido de silicio (SiO2) con carbono (C) a temperaturas superotes a los 2000 ºC involucra una energía equivalente a 6,36 kWh/(kg de Si-GM).

SiO2 +2C = Si + 2CO

En la práctica, la energía empleada en la reducción carbotérmica es de 1.7 a 2.04 veces superior a la teórica. Los rendimientos en la producción de Si-GM reportados respecto al mineral de sílice (SiO2) oscilan entre 75 y 85% del teórico.

En la figura 3 se expone un esquema de los pasos del proceso de obtención de silicio grado metalúrgico a partir de del mineral de sílice. El consumo energético en todo el ciclo se calcula entre 15 y 18 MW por tonelada de silicio metalúrgico obtenido listo para ser transportado a la industria metalúrgica del aluminio o a la química o a la electrónica o fotovoltaica.

5.1.2. Agentes reductores

El agente reductor, carbono, se puede conseguir mediante la utilización de carbón de hulla o de coque (importados en el caso de Cuba) y de madera troceada. Ésta, además de su aporte de carbono reactivo, facilita la permeabilidad de la mezcla de materias primas en los hornos de arco eléctrico. Los agentes reductores deben presentar niveles de cenizas inferiores al 1,5 % y granulometrías adecuadas (entre 10 y 40 cm) con el menor contenido de polvo posible.

La mezcla confeccionada por estos tres portadores de carbono es fundamental, en la que debe resultar una relación de carbono equivalente respecto a la sílice (Ceq/SiO2) que oscila entre 0.87 y 0.93. Esta relación representa un valor algo superior a cuatro veces del teórico (0.2).

Debido a que los minerales de sílice (cuarcita y cuarzo) son poco conductores de la electricidad y bastante refractarios se emplea como estabilizador del arco y fundente cantidades relativamente pequeñas de calcita (˜1%) con bajo contenido de impurezas.

El nivel de consumo específico del mineral de sílice está condicionado por las características físicas del mineral, que poseen una gran influencia sobre su rendimiento. La más destacable es la resistencia frente al choque térmico. La composición granulométrica de la mezcla metalúrgica es un aspecto importante a considerar en el rendimiento y rentabilidad del proceso de obtención de Si-GM. En Latinoamérica Brasil es uno de los pocos países que produce Si-GM de buena calidad.

5.1.3. Consumo de agua

El consumo de agua se destina fundamentalmente a dos usos: El primero y más importante es el de refrigeración, en circuito cerrado, de sistemas de colada y elementos de los hornos. El segundo cubre las necesidades higiénicas y sanitarias. Se reportan consumos de agua entre 4.65 y 5,28 m3/t de silicio metalúrgico (Si-GM) producido. Por lo general el agua reciclable contiene relativo bajos niveles de contaminación, pero su control es imprescindible.

5.1.4. Contaminación atmosférica

Las emisiones de gases, humos y partículas a la atmósfera proceden fundamentalmente de dos procesos diferenciados:

• 1. De la obtención del silicio metalúrgico: se emite CO2, CO y humos (90% de partículas de 1 µm de sílice amorfa).

• 2. Del acondicionamiento granulométrico del silicio, operación que sólo genera partículas (polvo).

La obtención del silicio es un proceso químico endotérmico de reducción, que se desarrolla según una secuencia de reacciones resumidas idealmente en la siguiente:

SiO2 +C ? 2Si+ 2CO; ?HR = +640.82 kJ/mol (2,97kWh/kg)

El cuarzo es un mineral muy estable por lo que se requiere en la práctica industrial de grandes energías muy superiores a 3 kWh/kg para extraerle el oxígeno y además solicita esta reacción temperaturas cercanas a 2000 ºC, lo que involucra un consumo mayor de energía (6.4 kWh/kg). La única energía que permite alcanzar tales niveles de energía y temperatura, sin aportar impurezas al proceso y en un tiempo relativamente corto, es la eléctrica. Por ello se utilizan hornos eléctricos, de los denominados de arco sumergido, en cuyo seno se producen diversas reacciones.

Por cada tonelada de Si-GM producida se genera alrededor de dos toneladas de CO y casi un ? de tonelada de CO2, gases que van a la atmósfera. Estos niveles de contaminación no son superiores a la contaminación que ocasiona las plantas siderurgicas modernas a nivel mundial.

El humo de sílice o microsílice se produce como consecuencia de reacciones secundarias durante la obtención del silicio y presenta una la baja densidad (apenas 0,2 t/m3). Forma parte fundamental de los humos que son captados y filtrados en filtros de mangas. Contiene más de un 90 % de sílice amorfa y se presenta en forma de finísimas partículas esféricas de tamaño mayoritariamente inferior a 1 &µm. Esta microsilice es un material idóneo, por su marcado carácter puzolánico, para incorporarlo como adición en la preparación de morteros y hormigones de altas prestaciones ya que les confiere elevada resistencia mecánica, gran impermeabilidad y resistencia a ataques químicos.

5.1.5. Residuos sólidos

Como residuo sólido se obtiene un silicio de baja ley, que se puede considerar como un subproducto constituido en parte por cuarzo que alcanzó la fusión pero que no ha llegado a reaccionar totalmente en los hornos produciendo cierta cantidad de monóxido de silicio (SiO) y silicio. La masa de sílice vítrea resultante retiene en su seno cantidades variables de silicio que suelen superar el 30 %, así como cantidades menores de carburo de silicio y óxidos de metales ligeros. Por su composición tiene interés como aditivo para otros procesos, como abrasivo o para producir refractarios especiales.

5.1.6. Aplicaciones del Si-GM

El Si-GM debe presentar como requisito una pureza de 99 % (impurezas 100 ppm). Este silicio es adecuado para la industria básica, donde se obtiene con él aceros, aleaciones especiales del aluminio y productos de silicona de diferentes tipos, pero aun esa pureza del Si-GM no es suficiente para la industria fotovoltaica.

5.1.7. ¿Por qué hay escasez de Si-GS?

La escasez actual de silicio de grado solar es coyuntural y provocada por falta de visión, en el mejor de los casos, porque en realidad no hay limitaciones en el suministro de sílice, ni de silicio metalúrgico, debido a que las necesidades actuales de silicio solar requieren menos del 2% de la producción mundial del silicio metalúrgico, ni de capital dispuesto a invertir en una industria como es la de su purificación que tiene un gran futuro y es rentable. Parte de sus orígenes están explicados en la introducción de este trabajo.

5.2. Procesos químicos de obtención de polisilicio (feedstock)

Estos procesos están concentrados en manos de pocas grandes translaciones y distribuidas en pocos países desarrollados.

5.2.1. Extracción del silicio puro del Si-GM

A partir del silicio de grado metalúrgico finamente triturado y mediante un proceso químico de varias etapas y bastante complicado se obtiene el Si-GS.

Los procesos tecnológicamente más difundidos se basan primeramente en hacer reaccionar el Si-GM a altas temperatura (300 ºC) con cloruro de hidrogeno anhidro en presencia de un catalizador para obtener triclorsilano (SiHCl3) según la reacción (1) o a altas presiones con dihidrógeno (2) acorde a las reacciones:

Durante la reacción (1) se pueden formar otros compuestos como tetracloruro de silicio (SiCl4) o cloruros de las impurezas acorde a la ecuación (3).

El triclorosilano es líquido a temperatura ambiente (25ºC), siendo su temperatura de ebullición de 31.7 °C, temperatura muy inferior a las temperaturas de ebullición de muchas impurezas presentes en el Si-GM. El SiHCl3 puede purificarse mediante por un proceso iterativo de destilación (ver figura 5, sección del medio), que consiste en calentar el líquido con control estricto de temperatura condensando y recogiendo el gas que se produce a un valor específico de temperatura. Si este proceso se realiza varias veces sucesivamente, incrementado así la pureza del líquido recolectado.

5.2.2. Obtención de silicio de alta pureza (polisilicio = feedstock)

Una vez purificado el triclorosilano por destilación iterativa es necesario descomponerlo para sintetizar el silicio de alta pureza.

El segundo paso consta en la descomposición térmica de triclorosilano (SiHCl3) en una atmósfera de dihidrógeno, tecnología más difundida (reacción (4) inversa de la (3)), obteniéndose el silicio denominado "polisilicico" de grado electrónico (Si-GE) de alta pureza (0,001 ppm). La reacción de la descomposición sería:

El triclorosilano mezclado con hidrógeno se introduce en el reactor, en el cual es calentado eléctricamente entre 900 y 1100ºC, descomponiéndose catalíticamente. El silicio formado inicialmente sirve como centro de nucleación, es decir, que sobre su superficie de los granos (soporte semilla) se favorece la condensación posterior de silicio. El proceso puede durar varias horas para realizarse. Este proceso puede ser más eficiente, si en el reactor se coloca una varilla base silicio adhiriéndose sobre su superficie epítaxialmente a una velocidad de no mayor de 1 mm/h. El material obtenido por deposiciones reiteradas se denomina policilicio, que presenta una alta pureza, pero todavía no puede ser usado para dispositivos electrovoltaicos, detectores de radiación, debido a que es policristalino.

El polisilicio ultra puro 99.999999% (denominado en inglés "polysilicon" o "silicon feedstock") de estructura policristalina se muele a tamaños de guijarros para ser vendido a la industria de semiconductores, pero las piezas pequeñas o el polvo de silicio se venden a la industria solar, junto con el silicio depositado cerca de las partes internas de los equipos del proceso, así como el rechazo de la producción que no cumpla con las especificaciones de la industria electrónica.

La industria solar no exige de silicio de tanta pureza como la industria electrónica – necesita una pureza intermedia (0,01 ppm), y de ahí que pueda usar los restos de silicio de la industria electrónica, que usa prácticamente el 100% del silicio de alta pureza para producir silicio monocristalino. Por lo que los procesos químicos antes mencionados no necesitan de requerimientos tecnológicos tan específicos y reiterativios para la obtención de Si-GS, dando como consecuencia una reducción sensible de los costos de producción del Si-GS. También el silicio policristalino ultrapuro, Sin embargo, esta calidad de pureza no se corresponde a las de las obleas finales utilizadas en los detectores de radiación, debido a los pasos adicionales para la obtención de silicio monocristlino, que introducen impurezas en el Si-GE policristalino.

5.3. Obtención de los diferentes tipos de silicio de alta pureza

5.3.1. Silicio monocristalino y policristalino

En la industria fotovoltaica se emplean tres tipos de silicio:

1-monocristalino (sc),

2-policristalino (sp) o micocristalino(sm)

3-amorfo (sa).

En la obtención de los dos primeros tipos de silicio cristalino se parte de los guijarros de Si-GE mediante un proceso de fusión y cristalización controlada alrededor de 1500ºC, en los cuales se involucra una energía entre 2.5 y 3.0 kWh para obtener 1 kg de Si microcristalino o monocristalino. Algunas valoraciones energéticas del proceso de calentamiento desde 300 a 1600 K y fusión del silicio es exponen a continuación:

Existen dos métodos principales de obtención de obleas de silicio monocristalino a partir de polisilicio a partir de policilicio obtenido de modo indicado antes: Método Czochralski (CZ) y el de zona flotante (ZF).

5.3.1.1. Método Czochralski (CZ)

Este método para la obtención de silicio monocristalino obedece su nombre a J. Czochralski, quien determinó en 1918 la velocidad de cristalización de metales al estirar monocristales y policristales venciendo la gravedad desde un crisol que contiene el material fundido.

A pasar que existen actualmente modificaciones del método Czochralski, como el asistido por fuertes campos magnéticos horizontales o verticales, aun este método es uno de los métodos que se utiliza usualmente para obtener los lingotes de silicio monocristalino, que consiste en fundir el polisilicio (Tf = 1410 ºC, 46.44 kJ/mol) con la cantidad necesaria de dopantes (P o B) en crisoles de alta pureza de cuarzo, que rotan dentro de una atmósfera de argón a presión reducida, e ir formando el cristal mediante un cristal semilla que se pone en contacto con el silicio fundido y se va rotando en sentido contrario a la rotación del crisol cuarzo y elevando, a la misma vez, a una velocidad determinada arrastrando al silicio fundido que, al salir de la colada se va enfriando y cristalizando con la misma orientación que la semilla, dando lugar a un lingote monocristalino cilíndrico de diferentes diámetros y longitudes (dimensiones más frecuente: 12 cm de diámetro y 100 cm de largo).

El diámetro y la longitud del lingote depende de la velocidad de rotación (0,5-1,2mm/mim) y traslación del monocristal (ver figuras 8 y 9). Las partes superiores e inferiores del lingote obtenido, no son cilíndricas sino cónicas y se cortan, enviándolas a la industria fotovoltaica. La industria de obleas de silicio suministra este material monocristalino con orientaciones <100>, <111> o también <110>.

Entre sus ventaja del silicio CZ es que soporta soporta estrés térmico mejor que el silicio de zona flotante. Otras ventajas de carácter comercial del silicio CZ son su mayor velocidad de producción y menor costo.

Cabe señalar que durante este proceso de producción, el crisol de cuarzo se va disolviendo paulatinamente, lo que resulta en la introducción de grandes cantidades de oxígeno en la mezcla fundida. Aunque más del 99% de este oxígeno se pierde en forma de gas SiO, todavía permanece en la mezcla una cantidad no despreciable de átomos de oxígeno que pasarán a formar parte del lingote final de silicio monocristalino.

La presencia de oxígeno en el silicio monocristalino presenta algunos inconvenientes, aunque también ventajas. Entre los inconvenientes, destaca la formación de precipitados de oxígeno como consecuencia de la menor solubilidad del oxígeno en el silicio a temperatura ambiente. Además, la concentración relativamente elevada de oxígeno puede dar lugar a la formación de defectos activos eléctricamente, que pueden disminuir sensiblemente la resistividad de las obleas.

Por otra parte la presencia de átomos de oxígeno en el silicio actúa como centros de atrapamiento de impurezas metálicas en el cristal y también contribuyen a fijar dislocaciones, lo que resulta un importante contribución al fortalecimiento mecánico del material.

5.3.1.2. Método de zona flotante (ZF)

El segundo método de obtención de silicio monocristalino, más difundido, es el método de zona flotante (ZF). Este método es de máximo interés para la fabricación de detectores de radiación de silicio ya que el silicio ZF presenta valores de resistividad considerablemente más elevados que el silicio CZ y, por lo tanto, permite procesar detectores cuyo voltaje de desertización total se mantenga bajo.

El método de zona flotante fue inventado por Theuerer en 1962. El método FZ se basa en hacer pasar una zona fundida a lo largo de una barra de polisilicio en forma vertical de aproximadamente las mismas dimensiones que el lingote final, encerrado en una atmósfera de gas inerte. La parte inferior se funde con un anillo de radiofrecuencia y se pone en contacto con una semilla de silicio orientada en la dirección deseada.

El anillo se va moviendo lentamente hacia arriba de manera que la zona fundida se desplaza a lo largo del lingote y el silicio va recristalizando en forma de monocristal. En este método de obtención de silicio monocristalino, el silicio no entra en contacto con ninguna sustancia que no sea la atmósfera (arpón o vacío) de la cámara de crecimiento. Al moverse la zona flotante, las impurezas disueltas no se incorporan en la misma concentración que tienen en el líquido, acumulándose en esta ultima fase. Por lo tanto, resulta evidente que el silicio ZF permita alcanzar niveles de pureza mucho más elevados que el silicio CZ y con menos defectos reticulares, en donde se incorporan cantidades muy significativas de oxígeno, carbono, boro y otras impurezas metálicas presentes en las paredes del crisol, tal como se menciono en el método Czocharaski.

El lingote de silicio cristalino se acondiciona: se eliminan los extremos y se pule para obtener un diámetro estándar. A continuación, se definen sobre el lingote las regiones planas (flats) que proporcionarán información sobre la orientación cristalina y el tipo de dopaje de la oblea.

El dopado del silicio se consigue introduciendo los dopantes en forma gaseosa en la cámara (PH3). Desde el punto de vista económico el monocristal obtenido por este método es más caro que el obtenido por el método CZ.

5.3.2. Silicio amorfo (Si-a)

En general con el Silicio amorfo (Si-a) pueden obtenerse celdas fotovoltaicas bastante baratas. Su GAP se encuentra entre 1.65 y 1.70 eV. El Si-a no presenta una gran longitud de difusión de los portadores minoritarios, se ha encontrado para los huecos 0,03-0,2 &µm en Si-a:H no dopado, por varios métodos. Las vidas medias de los electrones son de alrededor de l,2 &µs mientras para los huecos se encuentran entre 10 &µs y 1 ms esta última por descara xerográfica en Si muy poco dopado.

Lógicamente en el Si-a habrá muchos más centros de recombinación de pares que en el cristal de Silicio, centros de recombinación por impurezas aparte, por la variación de enlace de los electrones con los átomos. Con Si-a:H ó Si-a:F:H se evitan gran parte de los centros de recombinación citados.

El rendimiento de las celdas de Si-a crecen, por lo tanto, con la calidad de las capas dopadas.Su respuesta al espectro puede cambiar mucho con la intensidad de la radiación.Su estabilidad le hace propicio para celdas exteriores. Se han obtenido eficiencias últimamente del 6,1% con celdas de uniones p-n iluminado la capa n. Las figuras 6 y 7 dan idea del ritmo con que ha mejorado el rendimiento de las celdas de Si-a:H construidas con uniones p-n con un aislador entre capas y barrera Schottky respectivamente

Las celdas de silicio amorfo hidrogenado se depositan en forma de capa delgada sobre diferentes sustratos: vidrio, acero o polímeros. La temperatura de depósito es moderada (entre 1000 C y 3000 C). Muchas de las propiedades del silicio amorfo hidrogenado (Si-a:H) difieren de las del silicio cristalino:

• a) La absorción óptica en la región visible del espectro solar es más de 10 veces superior.

• b) La movilidad electrónica es mucho menor (de 1a 10 cm2 V-1s-1). Aunque el hidrógeno permite eliminar gran parte de los estados de defecto debidos a los enlaces no saturados del silicio amorfo, todavía existe una concentración de estados de defecto del orden de 1015 a 1016 cm-3.

• c) La iluminación prolongada del silicio amorfo produce un aumento de la densidad de defectos, que puede llegar a ser superior a 1017 cm-3, dependiendo de la intensidad de iluminación y la temperatura.

• d) La baja movilidad de los portadores en el silicio amorfo impide la obtención de celdas solares basadas en la unión p-n, como es habitual con el silicio cristalino, ya que estas estructuras están pensadas para lograr la fotocolección mediante la difusión de los portadores fotogenerados.

• e) En el caso de silicio amorfo se suelen utilizar estructuras p-i-n; es decir, incluyendo una zona activa intrínseca entre las zonas dopadas.

• f) La colección de los portadores fotogenerados se logra por el arrastre debido al campo de la zona intrínseca. La elevada absorción óptica del silicio amorfo permite colectar la mayor parte del flujo luminoso incidente con sólo una delgada zona activa.

El principal problema de este tipo de celdas es la degradación provocada por la iluminación. Las mejores celdas solares de Si-a:H alcanzan rendimientos iniciales superiores al 12 %, pero este rendimiento disminuye tras los periodos de iluminación. Se ha obtenido celdas solares p-i-n de silicio amorfo mediante plasma-CVD y se ha estudiado el comportamiento de dichos dispositivos mediante diferentes caracterizaciones optoelectrónicas (respuesta espectral, medidas de la curva I(V) en función de la intensidad de iluminación (VIM), etc…). También se han desarrollado modelos numéricos para interpretar las medidas. Actualmente se ha centrado en la producción de S-ai:H y silicion nanocristalino (Si-nc:H) obtenido por depósito químico en fase vapor asistido por filamento caliente (HW-CVD), técnica que también es conocida como depósito químico-catalítico en fase vapor (cat-CVD). Es remarcable el hecho de que algunos de los materiales obtenidos no presentan degradación tras la iluminación

5.3.3. Otros métodos de obtención de materiales fotovoltaicos base silicio

En cuanto a la relación costo/rendimiento, las celdas de Silicio actuales son relativamente caras, variando según los métodos con que se han obtenido. Los métodos que dan mejores rendimientos a las celdas de Silicio son:

• a) El proceso Westinghouse, por el que se forma una cinta estrecha de Silicio entre dos semillas y se tira hacia arriba de un fundido superenfriado de Silicio, Se pueden obtener 24 cm2 /minuto con rendimientos fotovoltaicos del 12%.

• b) Proceso E.F.G. o de Borde Definido. Es otra técnica de Formación de cinta, esta vez se tira de ella haciéndola pasar a través de la ranura que dejan dos moldes de Grafito, obteniéndose grosores de 0,25 mm, con rendimientos fotovoltaicos del 11%.

• c) -Proceso R.T.R., en el que se hacen crecer en vapor capas de Silicio sobre un sustrato temporal del que se obtendrán las láminas que se someterán a un refinado de zona usando rayos láseres enfocados, consiguiendo rendimientos fotovoltaicos del 9-10%.

• d) El Silicio policristalino está siendo estudiado también para producir sustratos de menor costo, sin embargo, aún hay que cortar y pulir las láminas. Se obtienen eficiencias entre 13 y 16% para 20 cm2 y 10% para 100 cm2, en las que no parece perjudicar la policristalinidad.

• e) Se han obtenido por solidificación dirigida lingotes largos con 14% de eficiencia fotovoltaicos.

• f) Pueden obtenerse cristales de Silicio en capas de 15-30 &µm de grosor por medio de solidificación unidireccional seguida de crecimiento epitaxial con eficiencias fotovoltaicos entre 10 y 12,5%.

• g) De implantación de iones con temple térmico del Silicio se han obtenido eficiencias entre 14 y 16%.

• h) Produciendo el temple en celdasfotovoltaicas de Silicio policristalino con iones implantados por medio de láser se obtienen eficiencias superiores al 14%.

• i) Bombardeando con un haz de Oxido de Indio-Estaño (ITO) Silicio tipo p de cristal simple, se han obtenida eficiencias entre 13 y 15%.

• j) El óxido de Indio-Estaño depositado pulverizado sobre silicio tipo n ha dado eficiencias del 12% para Silicio simple y 10% para Policristalino.

En el Silicio la mayor pérdida de eficiencia de las citadas, corresponde a la colección incompleta de los pares electrón-hueco, esto podría evitarse disminuyendo el grosor de la capa p y aumentando la movilidad de los electrones que podrían alcanzar en mayor número el circuito externo. Aumentando el nivel de dopado se mejoraría el rendimiento en la colección, sin embargo, disminuiría al mismo tiempo, la movilidad de los portadores, por lo que no se habría ganado en rendimiento. Celdas de Silicio con Fósforo difundido hasta una profundidad de 0,5 &µm a una concentración de alto nivel muestran rendimientos entre 11 y 14%.

Aunque de la gran variedad de tipos de celdas de Si llegan a alcanzar rendimientos espectaculares (incluso algo superiores al 20%) la barrera para su masiva extensión consiste en su actual precio, debido principalmente a la dificultad de obtener los diferentes tipo de silicio (monocristalino, policristalino y amorfo) con las características requeridas, las que exigen de una tecnología muy sofisticada y grandes consumos de energía. Es por este motivo por lo que siempre ha existido una investigación muy activa en el terreno de la energía solar orientada a la búsqueda de otro tipo de materiales que también sean capaces de producir energía eléctrica a partir de energía solar. Una de estas alternativas son las llamadas "celdas solares sensibilizadas con colorante" (Dye Sensitised solar cells, o DSSC"s en inglés) también las conocidas como celdas solares fotoelectroquímicas por ser la base de su funcionamiento una reacción química iniciada por la luz [M. Graetzel, Nature¸ 414, 338 (2001)]. Estos dispositivos, descubiertos a principios de los 90 (B. O"Regan y M. Graetzel, Nature¸ 353, 737 (1991)] han sido desde su principio centro de atención de muchos investigadores e ingenieros por ser el material principal en su elaboración un óxido metálico, principalmente el dióxido de titanio, cuyo precio y dificultad de preparación es muy inferior a la del silicio, pero aun no presentan todos los requisitos para ser competitivas en el mercado.

Obtención de obleas de silicio

Los métodos explicados en las secciones anteriores para el crecimiento de silicio monocristalino permiten obtener largos lingotes de silicio de calidad suficiente para su procesamiento en sala blanca. No obstante, antes de que este silicio pueda procesarse son necesarios algunos procedimientos previos.

En primer lugar es necesario cortar los extremos del lingote y tallarlos para obtener un lingote de diámetro uniforme. También se ejecutan sobre el lingote los cortes tradicionales para identificar la orientación y tipo de dopaje del material, o las marcas elegidas por el cliente. Seguidamente, el lingote se corta en finas obleas (250-400 &µm) con hilos de 150 hasta 500 km rociándolos con un abrasivo, lo que conlleva a una perdida de 200-300&µm de espesor en forma de polvo inservible, es decir se pierde alrededor del 50% del silicio de altísima calidad. Posteriormente se pule el borde de las mismas hasta conseguir su típica geometría circular.

A fin de eliminar las asperezas y daño de las superficies de las obleas como consecuencia del proceso de corte, las obleas son primero pulidas mecánicamente con polvo de alumina (Al2O3) y agua, y después son sometidas a un grabado húmedo (usando una solución de NaOH) para eliminar las microgrietas generadas en la superficie por la abrasión del polvo de alumina. Después, las obleas se pulen hasta conseguir una superficie de suficiente planaridad para su procesado en sala blanca. Cabe señalar que las obleas de silicio pueden obtenerse pulidas por una sola cara o por las dos, si bien estas últimas sólo están justificadas si se pretenden realizar etapas de fotolitografía en ambas caras, que no es el caso de los detectores de radiación (celdas fotovoltaicas). Finalmente, se pulen los bordes.

Desarrollo de los precios de las celdas de silicio

Si se analiza el desarrollo de los costos en la obtención de un watt fotovoltaico se observa que 1960 el costo de instalar un solo vatio de células fotovoltaicas, excluyendo las baterías, transformadores y otros equipos auxiliares, ascendía a 2.000 dólares; 15 años después, en 1975, era ya sólo 30 dólares y en 2004 va de 2,62 dólares a 4,25, dependiendo de la cantidad y el tipo de instalación. Si en 1975 el kWh costaba más de 7 euros, el precio actual está entre 0,3 y 0,6 euros, lo que permite que el empleo de células fotovoltaicas para producir electricidad en lugares alejados de las redes de distribución ya compita con las alternativas existentes, como generadores eléctricos a partir de otras fuentes de energía.

Por ejemplo, hoy, en Estados Unidos la producción de un kWh cuesta de 4 a 8 céntimos de dólar en una central de carbón, de 4 a 6 en los parques eólicos, de 5 a 10 en una de petróleo, de 12 a 15 en una central nuclear y de 25 a 40 céntimos utilizando células fotovoltaicas. En los próximos años se espera reducir el costo del kWh a 10 centavos de euro (0.13 USD) antes de 2010 y a 4 centavos de euro para el año 2030. Claro que en los costos anteriores no se incluyen los resultados del deterioro causado al ambiente por las distintas maneras de producir la electricidad no-ecológica.

La fuente principal de materia prima (˜ 90%) para la producción de silicio grado solar consistía en los desechos de la industria fotovoltaica, industria que no "previo" en sus planes productivos de Si-GE la posible demanda de silicio grado solar provocada por desarrollo de la industria fotovoltaica. El incremento sostenido de la demanda de paneles fotovoltaico (30%) en todo el orbe durante más de una década ha causado una "escasez", entre otras muchas razones, que ha provocado que el precio del silicio de grado solar haya subido (pasado a finales del año 2004 de 25 $/kg al orden de 40 $/kg en 2005 y puede que llegue a los 50 $/kg en 2007), pero si analizamos que el probable aumento de un 100% del precio de esta materia prima (Si-GS), dependiendo de las diferentes tecnologías, sólo repercute en un 10% aproximadamente en el costo del módulo, y si el costo del módulo es del orden del 50% del precio final del sistema llave en mano, la subida de la materia prima supone un incremento sólo del 5% en el sistema fotovoltaico. Los números indican que el protagonismo de los precios de la materia prima no es aun tan elevado como es deseado para mantener un equilibrio entre oferta y demanda y tal vez sea eso junto con la falta de previsión de inversiones de la industria FV, lo que promuevan a las trasnacionales de la electrónica y de la industria química a manipular y crear artificialmente una escasez, provocando así la elevación desmesurada de los precios actuales del Si-GS.

En la figura 12 (pag. 22) se presenta una distribución aproximada de costos la fabricación de una celda solar (ver tabla 1 anexo). Obsérvese que pese a la clara reducción de costos del proceso de cristalización de la célula multicristalina, en su conjunto, los costos quedan aumentados por el menor rendimiento de modulo (12% frente a 14% en monocristalino) y la mayor tasa de rechazo en la fabricación de la célula (10% frente al 5% en monocristalino). Es una explicación de la lenta penetración de este producto, y un paradigma de lo que pasa con los procesos baratos si a la vez rebajan la calidad.

Un aspecto a considerar también en el desarrollo de los paneles solares es la desarticulación y descoordinación casi caóticas que existen entre las diferentes industrias en la cadena de producción a nivel de país y mundial, a pesar de los esfuerzos desplegados de llevar un control y un registro de la producción de paneles FV por la Agencia Internacional de Energía (IEA, en ingles) dentro del Programa Sistémico de la Energía Fotovoltaica (PVPS, en ingles):

Si-GM ? Si-GS ? Obleas ? Celdas FV?Paneles ? Complementos eléctricos y electrónicos

Todo esto es consecuencia lógica y provocada por la competencia irracional del mercado capitalista globalizado. A pesar de todo este embrollo, el mercado de los paneles FV presenta un desarrollo impetuoso (18%) comparable con el de los teléfonos móviles-celulares. Analicemos algunos aspectos al respecto.

7.1. Costos de una instalación fotovoltaica de mediana capacidad

Los costos totales de la puesta en marcha de una instalación fotovoltaica o su inversión necesaria para su puesta en marcha varia en función de una serie de condiciones o factores, tanto técnicos como económicos o financieros .

Tabla 1: Costos de un panel de capacidad 100Wp puesto en marcha (ver tabla 3 del Anexo)

No obstante, a través de la diferentes instalaciones ya realizadas así como presupuestos actuales de este tipo de instalaciones, puede resumirse, a efectos de aproximación estadística, las siguientes parámetros de costo por Wp instalado: Instalaciones pequeñas, es decir las consideradas al rededor de 100 Wp, se establece, según parámetros de algunos países europeos y de Cuba, entre 6,5 y 7,5 €/Wp, valores algo exagerados, que no se corresponden al promedio a nivel mundial (ver al final de la tabla 3 del ANEXO) .

El precio de los paneles fotovoltaico representa el 50–55% del costo total de la inversión, que unido al resto de los equipos e instalaciones técnicas necesarias supone entre el 70 y 75 % del costo total. El 30 y 25 % se refiere a la ingeniería, administración y gastos generales, tal como lo indica la tabla 1, aspectos que se pueden abaratar en un marco no comercialmente competitivo, de explotación y de ganancia económica a toda costa

Países productores de silicio para la industria fotovoltaica

En 2005, el consumo total de silicio por la industria de FV se encontraba con toda la probabilidad cerca de 5 000 t (suficiente para producir aproximadamente 50 MW en celdas fotovoltaicas a partir de de silicio cristalino), el complemento fue proporcionado por la reservas y desechos de la industria de semiconductores (reciclaje de obleas, trozo de cristalizadores, puntas y colas de lingotes, etc). Con cinco plantas, el EE.UU. es el productor más grande de silicio (5 750 t) y proveedor mundial de este producto a la industria de FV (6 300 t). La Mayoría de la producción se exporta a Europa y Japón. A EE.UU. le sigue Japón con tres plantas que producen 8 000 t, de la que sólo una parte pequeña va a la industria de FV (de 300 t a 400 t). En Europa la compañía alemana Wacker es el segundo productor mundial más grande (5 200 t a 5 500 t). Esta compañía parece haber asignado más de la mitad de su producción a FV en 2005 (3 000 t).

Las compañías más grandes (Hemlock, EE.UU., REC Silicon, EE.UU., y Wacker, Alemania) tiene todos anunciado programas de expansión significantes. Una primera remesa de 20 000 t adicionales debe entrar en producción en 2008-2009. Algunos de estos proyectos de expansión harán uso de nuevas tecnologías, particularmente el reemplazo de los reactores de Siemens por reactores de cama fluidizada para la deposición de silicio. Empresas recién creadas como M-Setek de Japón han anunciado también planes para entrar en el negocio de silicio-GS. Sin embargo, ninguno de estos planes está en la fase de la construcción. Fuera de los países IEA FVPS hay proyectos de silicio en discusión por parte de Rusia, Ucrania, China entre otros.

En la figura 13 se observa la producción de celdas solares por países. Japón es líder indiscutido con un 43 % de la producción mundial, seguido por Alemania que en el año 2005 ha experimentado un progreso increíble, y EEUU (14%). Después viene la Europa con 38 %, donde Alemania es líder indiscutible en la región seguida por España, el desarrollo de la producción de la energia fotoviltaica se debe a la fuerte inversion de empresas extranjeras: de Alemania, Ucrania, EE.UU, entre otras.

Resumiendo los criterios de la prestigiosa revista PHOTON International, la cual estima que la demanda de energía fotovoltaica continuará creciendo, con tasas de 30 % a 40 % en el año 2006 y de al menos 30 % entre los años 2007 a 2010. La demanda en Japón crecerá entre un 20 % y un 30 % anualmente hasta el 2010, a pesar de la reducción de los incentivos gubernamentales. Se albergan perspectivas aun mejores en Alemania, con un crecimiento del 50 % en el año 2005, un 40 % en el 2006 y al menos de un 30 % para el año 2010. En Estados Unidos y en el resto del mundo se estima que el crecimiento de la demanda de energía fotovoltaica será de al menos un 30 % hasta el año 2010. Países como España, Corea del Sur, Rusia, Ukrania y China pueden jugar papeles importantes en este crecimiento. En el caso de España se ha llegado a hablar de la siguiente Alemania, en lo que respecta al menos a tecnología y producción, toda ella importada de Alemania, Ucrania y EE.UU. En el caso de Corea del Sur existen planes para instalar una gran capacidad (1.3 GW para el 2011), mientras China continuará con su política de instalaciones rurales.

Un ejemplo ha seguir, en algunos aspectos, por los países del ALBA es el caso de China, en 2005, realizó un mercado de paneles FV con ventas anuales de aproximadamente 5 MW y con una capacidad total instalada de 70 MW. La electrificación a distancia y rural corresponde aproximadamente al 50% del mercado anual, que incluye sistemas solares domésticos, energía rural y aplicaciones de bombeo. Acorde al Song Dian Dao Cun (Programa Nacional de Electrificación de Comunidades Rural) se espera entregar energía solar a 10 000 aldeas (265 MW) en 2010 y extender a 18 000 aldeas (1700 MW) en el 2020. La Ley de Energía Renovable (LER) entró en vigencia en enero del 2006 como estructura de la política nacional que apoya el intento expresado por el Gobierno chino de alcanzar con la energía renovable en 2020 el 5% del consumo de energía total. El LER incluye apoyar la vía FV mediante reducción de aranceles e impuestos e incrementar los préstamos preferenciales y estimular específicamente la construcción con aprovechamiento de la Energía Solar.

Empresas y consorcios involucrados en el desarrollo del mercado fotovoltaico

Debido al restringido suministro de polisilicio (materia prima) de bajo costo, los programas I + D en los nuevos procesos se le ha dado un impulso prometedor. Las compañías químicas están desarrollando más inversiones en procesos aun más eficaces: los reactores de lecho fluidizado (REC Silicon, Wacker), los reactores de espacios libres (Joint Silicon Solar, la unión entre Degussa y el World Solar de Alemania), vapor a la deposición líquida (Tokuyama), etc. Además de estos desarrollos a través de los procesos químicos, varias compañías están explorando la vía metalúrgica. Liderando éstos se encuentra Elkem de Noruega que en 2005 decidió construir para el 2007-2008 una planta piloto con potencial comercial. Ferro-Pem/Invensil en Francia también tiene un proyecto siguiendo esta estrategia.

Sin discusión se observa que la energía solar fotovoltaica exige un sitio dentro de los esfuerzos globales para cambiar o adaptar nuestro modelo energético, y lo pide porque su propia naturaleza la hace idónea para responder a los problemas medioambientales del modelo actual y porque el costo para apoyar su desarrollo es asumible, al ser, por ejemplo, una pequeñísima parte del costo de las catástrofes debidas al Cambio Climático (el director de los programas medio-ambientales de las Naciones Unidas y ex-ministro alemán del Medioambiente, Klaus Töpfer, estimó en 100.000 millones de euros, el costo en el año 2001, de los daños asociados al cambio climático).

Como se ha observado en los párrafos anteriores, en el momento actual existen en el mundo intentos serios de buscar soluciones nuevas para el aprovechamiento de la energía fotovoltaica. Se conoce de ambiciosos programas en los EE.UU. ("Photovoltaics Beyond the Horizon") que están abordado esta problemática pero quizás el hecho más anunciado por los medios mediáticos ha sido la creación en Australia del "Centro para Fotovoltaica de tercera Generación" que dirige el profesor Green.

En el sexto programa marco la Comisión Europea ha convocado un proyecto integrado bajo el epígrafe "Investigación y desarrollo de una nueva generación de fotovoltaica de alto rendimiento mediante un mejor uso del espectro solar" que por su dotación previsible podría convertirse en el esfuerzo más ambicioso para la búsqueda de un descubrimiento radical.

En ese marco se ha coordinado (el IES-UPM) una propuesta de 19 laboratorios europeos para cumplir los objetivos de un proyecto integrador, con el acrónimo FULLSPECRUM, que ha sido concedida por la Comunidad Europea (CE) y actualmente está en pleno desarrollo. Quizás esto sea una etapa para encontrar soluciones la explotación eficiente de la energía en fotovoltaica basada en invenciones radicales, y tal vez una orientación estratégica para valorarla en el marco de los países del ALBA o Latinoamericanos.

Resumiendo, la industria fotovoltaica va a constituir con casi total seguridad una opción industrial importante, que con la tecnología actual sería seguramente algo más cara que la electricidad convencional en estos tiempos pero capaz de asegurar el servicio sin traumas si por alguna razón la electricidad convencional viera sus precios disparados al alza, lo que no hay duda alguna.

En la actualidad, existen numerosas compañías que se dedican el negocio fotovoltaico. En la figura 14 se presentan las diez mayores del mundo reportadas en 2003, cuyas ventas cubren el 80,8% de la producción mundial de módulos fotovoltaicos, entre las cuales la Sharp norteamericana es una de las más importantes.

Efecto medioambientales de la producción de energía fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica, al igual que otras energías renovables, constituye, frente a los combustibles fósiles, una fuente inagotable, contribuye al autoabastecimiento energético nacional y es menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminación atmosférica, residuos, etc) y los derivados de su generación (excavaciones, minas, canteras, etc).

Los efectos de la energía solar fotovoltaica sobre los principales factores ambientales son los siguientes:

Clima: la generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar no requiere ningún tipo de combustión, por lo que no se produce polución térmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero.

Geología: Las células fotovoltaicas se fabrican con silicio, elemento obtenido de la arena, muy abundante en la Naturaleza y del que no se requieren cantidades significativas. Por lo tanto, en la fabricación de los paneles fotovoltaicos no se producen alteraciones en las características litológicas, topográficas o estructurales del terreno.

Suelo: al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de tierra, la incidencia sobre las características fisico-químicas del suelo o su erosionabilidad es nula.

Aguas superficiales y subterráneas: No se produce alteración de los acuíferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminación por residuos o vertidos.

Flora y fauna: la repercusión sobre la vegetación es nula, y, al eliminarse los tendidos eléctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.

Paisaje: los paneles solares tienen distintas posibilidades de integración, lo que hace que sean un elemento fácil de integrar y armonizar en diferentes tipos de estructuras, minimizando su impacto visual. Además, al tratarse de sistemas autónomos, no se altera el paisaje con postes y líneas eléctricas.

Ruidos: el sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo que representa una clara ventaja frente a los generadores de motor en viviendas aisladas.

Medio social: El suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico de dimensión media, no representa una cantidad significativa como para producir un grave impacto. Además, en gran parte de los casos, se pueden integrar en los tejados de las viviendas.

Por otra parte, la energía solar fotovoltaica representa la mejor solución para aquellos lugares a los que se quiere dotar de energía eléctrica preservando las condiciones del entorno; como es el caso por ejemplo de los Espacios Naturales Protegidos.

Desventajas: No obstante al sinnúmero de ventajas medioambientales de paneles fotovoltaicos, los componentes de los módulos pueden constituir fuentes de contaminación muy serias por lo que su reciclaje constituye un factor importante y, muy probable, un beneficio económico, como lo puede constituir el reciclaje de las celdas fotovoltaicas, pero las cajas de las baterías y su ácido, base u otras sustancias de la misma (plomo, mercurio, cadmio, etc), circuitos electrónicos, etc., por lo que hay que crear todo un sistema de recogida, almacenamiento, procesamiento tecnológico y cultural-disciplinario en la poblacion para su reciclaje.

Conclusiones en el marco latinoamericano (ALBA)

• 1. La energía fotovoltaica es una fuente energética prometedora, limpia y económicamente sostenible para las condiciones climatológicas y geográficas de las áreas rurales de Latinoamérica distantes a más de 2 km de redes eléctricas, incluso de las urbanas: fabelas y zonas marginales, etc. Además en varios países de este continente (Brasil, México, Bolivia, Cuba, entre otros) ya existe varias instituciones que estudian con cierto nivel de profundidad el efecto fotovoltaico del silicio y de otros compuestos, que constituyen una fuerza dispersa altamente calificada y capaz de asimilar la tecnología de producción del Silicio-GS de última generación, entre otras de punta. Por otro lado, Brasil produce suficiente silicio metalúrgico y Venezuela produce, energía eléctrica barata, aluminio de gran calidad y posee un desarrollada industria petroquímica para suministrar toda la cantidad de materia prima con calidad para una posible producción a gran escala de Si-GS( también hay que considerar que la industria fotovoltaica no precisa un silicio de tan alta pureza, aspecto que abarata la energía fotovoltaica) de módulos de aluminio y de plásticos para encapsular las celdas fotovoltaicas. Cuba posee una industria electrónica y fotovoltaica con una basta experiencia en la producción de obleas y dopaje de las mismas, en el ensamblaje y explotación de paneles, así como una infraestructura de empresas (COPEXTEL, ALCUBA, etc) que garantizan de gran éxito en la construcción desde módulos individuales hasta parques fotovoltaicos y su explotación eficiente, avalado por la contratación de estos servicios por varios países latinoamericanos.

• 2. Es conveniente considerar la creación de un grupo-germen multidisciplinario de especialistas latinoamericanos, para enfrentar una inversión de una fábrica moderna de varios miles de toneladas anuales de silicio-GS, que se encuentre acoplada, como un gran complejo, a todos los estadios de la producción de paneles solares y su explotación. Este grupo podría luego constituir un spin-off multidisciplinario latinoamericano en la energía fotovoltaica.

• 3. A pesar de que Latinoamérica cuenta con un notable recurso solar por la magnitud solar diaria promedio en muchas zonas geográficas, el desarrollo de una tecnología propia latinoamericana a gran escala a partir de sus propios conocimientos científicos, técnicos e industriales seria una inversión estratégicamente inaceptable, por ahora, por lo que se debería estudiar, son las tecnologías e investigaciones de de empresas e instituciones de otros países mucho más avanzados en este campo; los candidatos de mayor experiencia en la tecnología de producción de Si-GS y de otras sustancias fotovoltaicas, obleas, celdas, paneles solares y de módulos son Alemania, Japón, USA y Australia, pero no hay que obviar las experiencias de China, Rusia, Ucrania e India, entre otros en ciertos aspectos de la cadena productiva y de exploración de módulos solares.

• 4. La concepción "no lucrativa y no monopolista" de la industria fotovoltaica integral latinoamericana destinada a apalear los problemas culturales, educacionales, políticos y del bienestar social, elevando integralmente el nivel de vida de la población, podría abaratar hasta en un 25-30% los costos actuales de los módulos completos de paneles solares y dar empleo a más de a varias centenares de miles de trabajadores: obreros, técnicos, especialista y científicos latinoamericanos, concibiendo. Dentro de las características latinoamericanas, el desarrollo de pequeños empresas, talleres de ensamblaje de paneles, de construcción y fabricación de sus estructuras metálicas, de equipos eléctricos y electrónicos, etc) constituiría un aspecto estratégico y táctico del desarrollo de la energía fotovoltaica en Latinoamérica ( ver tabla 7 del ANEXO). El destino de los paneles fotovoltaicos latinoamericanos no constituye aun un mercado tradicional de las transnacionales fotovoltaicas por lo que esto podría ser utilizado como un punto de alianza y negociación para desarrollar empresas mixtas con empresas transnacionales.

• 5. Crear las bases jurídicas y legales para el desarrollo, explotación, producción y comercialización de cualquier nivel, incluso importación y exportación, de la energía fotovoltaica a cualquier escala (módulos, huertos, centrales, etc.) y a nivel territorial, nacional, geográfico, de grupo o etnia social, entre otros aspectos. Crear un programa educacional, cultural y técnico para elevar el conocimiento y la cultura de la población en el uso y explotación de la energía fotovoltaica, que debe estar también vinculado al programa de alfabetización y educacional básico de los países latinoamericanos.

Fuentes de información.

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Revistas

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Energías Renovables: C.V. Revista internacional de energía y medio ambiente Energética XXI.

Energía. Ingeniería Energética y Medioambiental, World Watch

Anexos

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