El uso descontrolado de combustibles fósiles para la producción de electricidad ha provocado problemas de salud, lluvia ácida y aumento de concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, debido a las emisiones de gases de efecto invernadero derivados de la explotación de dichos combustibles fósiles. Por esta razón, y con el fin de reducir estas emisiones, en los últimos años se han dedicado muchos recursos a la investigación en materia de fuentes de energía sostenible, también conocidas como energías renovables o energías limpias, entre las que se encuentran la energía solar, tecnología dirigida a la conversión directa de energía proveniente del sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, si bien el uso de la energía solar ha ido en aumento gracias a los avances tecnológicos en la captación y conversión de energía, ocasionando que la tecnología tenga una mayor viabilidad comercial. En la actualidad, el calor y la luz del sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica.

La energía solar térmica se basa en el aprovechamiento de la energía del sol para producir el calentamiento de un fluido, el cual se puede utilizar para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. La energía solar térmica cuenta con una eficiencia cercana al 80%

En cuanto a la energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la radiación solar en electricidad mediante un dispositivo semiconductor conocido como célula fotovoltaica y es considerada la energía renovable con mayor potencial de crecimiento. Cuenta con una eficiencia de conversión de energía de alrededor del 25% y se utiliza principalmente para producir electricidad, tanto a gran escala a través de redes de distribución como para abastecer viviendas.

La energía fotovoltaica de concentración o CPV (Concentration Photovoltaics en inglés) es una variante de los sistemas de energía solar fotovoltaica cuyo desarrollo se ha incrementado en los últimos años. El objetivo principal de la tecnología CPV es reducir la cantidad de material semiconductor utilizado en un sistema fotovoltaico, ya que éste tiene un coste muy elevado. A cambio, se propone utilizar elementos ópticos, como lentes y/o espejos, de menor coste que el material semiconductor, para conseguir la misma producción de electricidad.

El origen del nombre de energía fotovoltaica de concentración reside simplemente en el hecho de que estos dispositivos ópticos permiten concentrar la radiación solar sobre una célula fotovoltaica de tamaño reducido pero de eficiencia superior a las células tradicionales basadas en silicio. En la siguiente imagen, se puede apreciar la diferencia entre un panel fotovoltaico plano (a la izquierda) y un sistema de concentración utilizando una lente de Fresnel para concentrar la misma radiación solar sobre una célula fotovoltaica más pequeña.

 fresnel  Funcionamiento de una lente de Fresnel

Las células fotovoltaicas utilizadas en CPV son diferentes a las células utilizadas en paneles planos, ya que deben soportar una densidad de radiación solar más alta (la potencia lumínica que les llega es la misma pero sobre una superficie más pequeña). Son las llamadas células de multiunión, compuestas por varias capas de material semiconductor que forman uniones p-n entre ellas. Las diferentes capas tienen como objetivo aprovechar un rango más ancho del espectro solar del que aprovechan las células de silicio tradicionales. De este modo, se consiguen eficiencias mucho más altas (del orden del 40% vs. 18%).

Como contrapartida, un inconveniente que presentan los sistemas solares fotovoltaicos de concentración es que, al tratarse de sistemas ópticos, es necesario que sigan al sol a lo largo del día para que la superficie óptica (lente o espejo) esté siempre perpendicular a la radiación solar. Sin este seguimiento, el sistema CPV no puede producir electricidad, ya que la luz no se concentra en la célula. En consecuencia, los sistemas de seguimiento conllevan un coste añadido para la CPV, coste que será de mayor o menor cuantía en función del tipo de sistema de seguimiento empleado, ya que existen diferentes tipos (a uno o dos ejes, por ejemplo).

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