"La energía solar está llamada a ser una de las más importantes fuentes de electricidad del siglo XXI"

Accésit

1.- ¿En qué consiste el proyecto de investigación que usted coordina y cuales son sus características particulares?

La energía solar está llamada a ser una de las más importantes fuentes de electricidad del siglo XXI. Casi la única realmente disponible sin restricción para un mundo en el que al millardo de habitantes con las pautas de consumo del mundo desarrollado, se sumen dos millardos más en el mundo en desarrollo, a punto de alcanzar esas pautas en breve.

La conversión fotovoltaica de la energía solar es la tecnología más prometedora, por su enorme capacidad de desarrollo, y ya hoy la más barata de las formas de explotar esta energía. Pero es preciso abaratarla mucho más, hasta que sea competitiva en coste, sin subvención ninguna, con el coste masivo de generación de energía. Para esto se necesita una innovación radical que aporte una capacidad de reducción de precio mayor que las restantes tecnologías solares.

En los últimos años las se han conseguido rendimientos muy elevados, por encima del 40%, con células solares multiunión (MJC). Actualmente el record mundial está en 43.5% a comparar con el 15-20% de las actuales tecnologías solares. Esta elevada eficiencia se ha conseguido con diferentes tecnologías, una desarrollada por Solar Junction en Estados Unidos (Marzo 2011), y la otra por la empresa japonesa Sharp en el marco de este proyecto de investigación (Mayo 2012). El coordinador de la propuesta justifica su confianza de que el rendimiento de célula sobrepase el 50%¹ y el proyecto se plantea obtener células solares de 45% y una hoja de ruta hacia el 50%.

Pero para desarrollar la fotovoltaica de concentración (CPV) no basta con investigar a nivel de célula (donde la investigación espacial de los EE.UU. les ha proporcionado un liderazgo) sino que hay que considerar el nivel módulo (caja donde van las células y la óptica), el nivel panel (que incluye a los módulos y el sistema de seguimiento del sol) y al nivel campo fotovoltaico que incluye numerosos de paneles. En estos aspectos el Instituto de Energía Solar (IES) de la UPM tiene una excelente reputación. Es preciso la eficiencia a nivel de campo fotovoltaico supere el 35% planeado en la propuesta (frente al actual 12%),y acercarse al 40%.

Imagen cedida por BSQ Solar

2.- ¿Qué instituciones nacionales e internacionales participan en el mismo?

El equipo investigador incluye 16 miembros, 7 europeos (de los cuales 2 madrileños) y 9 japoneses. La coordinación del lado europeo corresponde alIES/UPM y por el lado japonés a The University of Tokyo, la más importante del Japón (la antigua Universidad Imperial). Esto constituye un equipo especialmente poderoso de investigación cooperativa, único en el mundo, capaz de conseguir un liderazgo mundial en todos los aspectos la CPV.

Muy importante para el desarrollo del proyecto es la calidad del equipo investigador. Como referencia citamos que el equipo cuenta con el Instituto de Energía Solar (IES) representado por la Universidad Politécnica de Madrid (coordinador europeo del proyecto), el alemán Fraunhofer Institut für Solarenergiesysteme (ISE) que dirige el paquete principal de investigación a nivel de célula y el Imperial College of Science Technology and Medicine (IC) de Londres. Ya sólo con estos tres centros de investigación podemos aunar el récord mundial en células solares de doble unión (IES), el récord europeo en células solares de triple unión (ISE), el récord mundial de eficiencia para una célula solar nanoestructurada de pozos cuánticos (IC), los responsables técnicos (IES) del lanzamiento en 2007 de la primera planta de concentración de 3MW con MJCs instalada en España (ISFOC) y los editores del Handbook of Photovoltaics (IES). También forman parte del equipo la Agencia Nacional Italiana para la Energía (ENEA), la Comisaría de la Energía Atómica Francesa (CEA) , que gestionan el importante esfuerzo que los Gobiernos de estos países están poniendo en la fotovoltaica de concentración y la empresa madrileña BSQ Solar, pionera mundial en sistemas de seguimiento del sol.

Del lado japonés: el instituto AIST cuyos trabajos en la energía fotovoltaica de concentración a nivel de sistema y en lo que refiere a la evaluación, normalización y estandarización de las medidas de caracterización son referentes internacionales y The University of Tokyo, que es el coordinador Japonés, es uno de los mayores expertos mundiales en el crecimiento de nanoestructuras cuánticas y han sido los únicos que han demostrado la mejora de tres puntos de eficiencia en una célula solar de puntos cuánticos respecto al semiconductor base. Así mismo, la Universidad de Kobe y la Universidad de Mizayaki son reconocidas autoridades en el crecimiento epitaxial de semiconductores III-V, células de silicio policristalino y células de lámina delgada. Toyota Technological Institute cuenta con varias aportaciones de récord mundiales de eficiencia en células multiunión en la recién pasada década. Sharp es una compañía líder en lo que refiere a la fabricación de células multiunión y actualmente ostenta el récord de eficiencia en célula de triple unión en Japón y finalmente, Daido Steel que aparte de ser una multinacional de reputado nombre es el responsable de la construcción de la primera planta de concentración fotovoltaica (CPV) en Japón.

Pero en lo que refiere a la excelencia del equipo investigador, no sólo se trata de que estén los mejores sino que los que están se complementen y los esfuerzos puestos en juego creen sinergias de investigación positivas tanto para Europa como para Japón, tal y como hace la propuesta NGCPV.

3.- La participación en el Programa Marco es una excelente oportunidad tanto por la financiación que concede, como por establecer colaboraciones de ámbito internacional, hacer frente a problemas científicos e industriales complejos y aumentar la visibilidad y prestigio de las organizaciones ¿Que valor añadido considera que ha obtenido coordinando este proyecto europeo?

La estrategia de investigación en energía fotovoltaica está claramente identificada por la Comisión Europea quien ha establecido el denominado Plan de Implementación del "Solar Europe Industrial Iniciative" (SEII). Este documento recoge las líneas estratégicas de investigación en el área de la fotovoltaica y cómo las mismas deberían de ser financiadas e impulsada por los Estados Miembros, la Comisión Europea, la propia industria o los bancos. Este documento recoge aquellas necesidades que ha detectado la industria europea y sus demandas para situarse en el frente de la innovación y competitividad en el año 2020.

Nuestro proyecto no solo se aliena con parte de las líneas estratégicas marcadas en SEII², sino que además cuenta con la ventaja de las sinergias establecidas con Japón, quienes poseen programas de investigación muy potentes y un apoyo a nivel nacional muy elevado para participar en el desarrollo e implementación de un nuevo modelo energético. De hecho en el ámbito de la energía renovables es la primera vez que sendas agencias financiadores, la Comisión Europea y NEDO, han decidido compartir los riesgos asociados cualquier investigación y permitirán aspirar a mejores resultados y un avance de la investigación más rápido que si el Consorcio fuese solo europeo.

Como coordinador, y después de numerosos consorcios europeos coordinados en mi carrera investigadora, es un orgullo liderar a un equipo europeo donde se encuentran las instituciones más fuertes y relevantes del sector de la concentración fotovoltaica, a la vez que asumir la codirección de un equipo japonés de excelencia y reconocimiento internacional. Pero a su vez se trata de una alta responsabilidad dadas las expectativas puestas en juego, y por tanto un desafiante reto para mi como coordinador científico y para la UPM como entidad gestora.

4.- ¿Qué soluciones aporta y en que campos o sectores se podrá aplicar? ¿Qué beneficios reportará este proyecto a la sociedad?

Las soluciones esperadas más relevantes son:

• " Aumentar la eficiencia de las células solares de concentración hasta un 45% y planificar el método de trabajo para llegar al 50%.
• Conseguir eficiencias de módulo del 35% y planificar el trabajo para llegar al 40%.
• Investigar el uso nuevos materiales y nanoestructuras para ser utilizadas en células solares de alta eficiencia.
• Desarrollo de metodologías de medida y caracterización que apoyen el desarrollo de una normativa internacional en el ámbito de la evaluación de plantas, módulos y células solares de concentración.
• Establecer un marco de cooperación bilateral que perdure en el tiempo y que sea ejemplificador para otros ámbitos de investigación.

Estos resultados tendrán diferentes impactos y beneficios en función del agente al que se considere. Como ejemplo:

Para la industria y la economía: De acuerdo con los datos aportados por la Asociación de la Industria Europea Fotovoltaica (EPIA): "en el año 2010 se habría instalado en el mundo unos 20MW de energía fotovoltaica de concentración (CPV), estando la mayor planta -7.8MW-instalada en España, y se espera que en los próximos cinco años las instalaciones alcancen el nivel del GW... La industria espera que el módulo de concentración alcance una eficiencia del 30% en 2012.. se está demostrando una gran fiabilidad de los sistemas en planta lo que significa que estamos listos para la expansión de la tecnología..existe todavía un enorme potencial para la bajada de costes de la tecnología "Abdel El Gammal, Secretary General of the European Photovoltaic Industry Association (EPIA)".

La propuesta NGCPV tiene un claro impacto sobre estas demandas ya que propone una investigación que aborda toda la cadena de valor haciendo frente a los restos actuales de la tecnología y que de no ser resueltos en breve no permitirán llevar a cabo el crecimiento tan rápido que augura la industria en los próximos cinco años. Por otra parte nuestro proyecto plantea llegar a una eficiencia del 35% a nivel módulo y a un 45% a nivel de célula por lo que las demandas de la industria no sólo están cubiertas a corto plazo, sino que además los roadmaps que se realizaran para llegar al 40% y al 50% respectivamente guiarán el trabajo a realizar a medio-largo plazo en la industria. Asimismo el desarrollo de las técnicas de caracterización y los procesos de estandarización y normalización que se van a estudiar en el proyecto contribuirán a hacer viable la gran expansión de la tecnología para la que la industria se está preparando. Y finalmente en relación a la bajada de costes la propuesta NGCPV tiene tareas dedicadas a estudios de fiabilidad de los elementos del sistema que permitirán detectar aquellos puntos críticos en la fabricación de los componentes de esta tecnología y por tanto ayudar a la reducción de costes que desea la industria.

Para Europa:

- La propuesta NGCPV está claramente alineada con la política de objetivos 20-20-20 ya que pretende hacer más viable el uso de la energía fotovoltaica de concentración o de alta eficiencia. Recordemos que los objetivos 20-20-20 son una Directiva de la Comisión Europea por la cual en el año 2020, todos los estados miembros han de cumplir los siguientes tres puntos: (1) una reducción del 20% en las emisiones de efecto invernadero respecto a los niveles de 1990. (2) El 20% del consumo de energía ha de venir de fuentes renovables. (3) Ahorrar el 20% del consumo de energía mediante una mayor eficiencia energética.

- El Proyecto tal y como se ha concebido prevé la estancia de investigadores en Japón para realizar entrenamientos específico en técnicas experimentales donde Europa no tiene capacidades tecnológicas ni experiencia previa (y viceversa). La obtención de este conocimiento reforzará la competitividad de nuestros investigadores y empresas.

- El Proyecto Japonés cuenta con grandes empresas como Totoya, Daido-Steel y Sharp con inversiones importantes en el sector de la energía fotovoltaica. Es muy probable que el Proyecto estimule nuevas inversiones de estas empresas en Europa.

Para la región de Madrid:

- El Proyecto cuenta con dos socios españoles y los dos están en la Comunidad de Madrid. Uno es la Universidad Politécnica de Madrid y el otro es BSQ una pyme madrileña de reciente creación pero con una brillante ejecutiva de su fundador, que vendió en Palo Alto (CA) una anterior empresa tecnológica (Inspira) noticia que apareció en el Wall Street Journal. Este hecho refuerza la imagen de Madrid en lo que refiere a su capacidad científico-tecnológica en el ámbito de la energía fotovoltaica de concentración y la competitividad de nuestras empresas y nuestros emprendedores.

- El 44,37% del Presupuesto europeo (2.218.500?) se ejecutará en Madrid, lo que sin duda revitaliza las inversiones previas en I+D realizadas por la DGUI de la Comunidad de Madrid en esta tecnología (Programa de Grupos NUMANCIA y NUMANCIA-2).

- Todos los participantes españoles en la propuesta NGCPV (los grupos ISI(UPM), S35 (UPM), SEF(UPM), el laboratorio IBLAB (UPM) y la empresa BSQ) forman parte del Programa de Grupos de la Comunidad de Madrid (2010-2013) NUMANCIA-2. Este hecho es beneficioso para la Comunidad de Madrid ya que demuestra que la estrategia adoptada por la DGUI para aportar financiación semilla a la I+D que favorezca sinergias de investigación entre grupos y empresas de la Comunidad permite efectivamente atraer fondos complementarios de otras Administraciones a la región.

- Para la Universidad Politécnica de Madrid como centro Europeo coordinador del Proyecto, la propuesta NGCPV permitirá reforzar su imagen en Europa y presentarla en Japón como centro de excelencia capaz de gestionar un proyecto de tal envergadura de manera eficaz, aceptada por otros centros de renombre como el Imperial College, la Sociedad Fraunhofer, ENEA o el CEA. Recordemos que en otros proyectos previos similares en tamaño y coordinados por este mismo equipo, la Comisión Europea consideró que éramos un ejemplo a seguir.

Para Japón:

- Dar un impulso a la política de objetivos energéticos de Japón que persigue que (1) en el año 2020 las emisiones CO2 sean un 25% menores a las del año 1990 (2) que la capacidad fotovoltaica acumulada instalada en Japón ha de ser de 14GW y 53GW en el año 2020 y 2030 respectivamente.

- En la situación actual donde la crisis nuclear que atraviesa el país tras los continuos movimientos sísmicos que azotan el país, la apuesta por desarrollar una energía limpia, renovable y altamente eficiente como la fotovoltaica de concentración (que sin embargo no compite con la nuclear por diferencia de franjas horarias) se hace si cabe más importante para la sostenibilidad futura del país.

Para la ciencia, la sociedad y para la política La estrategia de divulgación que ha establecido la propuesta NGCPV ha tenido en cuenta estas tres dimensiones pretendiendo tener la máxima repercusión en diferentes escenarios especialmente en una era donde el desarrollo sostenible y las acciones medioambientales se han convertido en una preocupación global. A nivel científico el proyecto intentará dar la máxima difusión posible a los resultados obtenidos a través de revistas científicas, conferencias, congresos, la página web, etc., siendo el fin último que otros grupos ajenos al proyecto puedan tener las referencias de nuestros trabajos para sus estudios. Para la sociedad, se plantea un sistema de comunicados de prensa acerca de los mayores hitos que alcance el proyecto, entrevistas en radio u otros medios de información a nivel local, regional, nacional o internacional serán otras vías de llegar a la sociedad. Y en relación al campo político, NGCPV aspira a que los informes resultantes de los estudios de viabilidad y evaluación realizados en el proyecto se conviertan en un ejemplo demostrativo de la capacidad de esta tecnología, y por consiguiente en una fuente bibliográfica objetiva para las decisiones que han de tomar los diferentes agentes políticos en materia energética.

5.- Desde su perspectiva como investigador de un centro público de investigación, ¿qué medidas (normativa, apoyo y asistencia, ayuda económica) habría que implementar para que la participación en proyectos europeos de I+D fuese mayor y quiénes son los más idóneos para ofrecerlas (la institución donde se trabaja, la Administración Pública correspondiente...)?

Creo que hay que establecer estímulos para que los investigadores principales potenciales se decidan a arriesgar su trabajo pidiendo este tipo de proyectos. Pueden ser económicos (potenciación significativa de su salario) y de reconocimiento (para sexenios, consideración en CV). Asimismo hay que dotarles de apoyo profesional de gestión.

Mucho de todo esto se está haciendo ya.

Más información en ngcpv

[1] Luque, A., Will we exceed 50% efficiency in Photovoltaics? Applied Physics Reviews, 2011.

[2] https://ec.europa.eu/energy/technology/initiatives/doc/pv_implementation_plan_final.pdf