La energía solar fotovoltaica en la encrucijada

La escasez de silicio está suponiendo un freno a su desarrollo.

Félix García Rosillo, Ecologistas en Acción. Revista El Ecologista nº 45.

La energía solar fotovoltaica es una de las fuentes energéticas más benignas con el medio ambiente, gracias al relativamente bajo impacto ambiental de las tecnologías asociadas con la producción de paneles fotovoltaicos. Su capacidad de convertir la luz del sol en electricidad, sin emisiones de CO2, permite vislumbrar una futura era solar para la producción de energía. Pero, hoy por hoy, existe un limitante a un desarrollo masivo de esta energía: la disponibilidad de silicio.

La energía solar fotovoltaica encara la dificultad de introducir en el mercado una fuente energética con un alto precio del kWh. Sin embargo este precio va disminuyendo, estimándose que cada vez que se duplica la producción, el coste de la instalación se reduce un 18% (1). En consecuencia, uno de los factores que permitirían la reducción de precios es el paso a una fabricación a gran escala. De hecho, la demanda de paneles fotovoltaicos está experimentando unos crecimientos considerables en los últimos años, permitiendo vislumbrar esa transición a la producción en masa. Sin embargo, durante los últimos años, ha surgido un inconveniente relacionado con una de las etapas de producción de los paneles fotovoltaicos: la escasez de silicio.

El problema del silicio

El componente básico de un panel solar fotovoltaico es el silicio. El proceso de refinado de silicio se inicia con la obtención de dióxido de silicio (SiO2) a partir de un mineral, la cuarcita. Mediante un proceso de reducción con electrodos de carbón se obtiene el silicio de grado metalúrgico, con una pureza de un 99%. Este silicio se utiliza en la industria química y del aluminio, además de continuar su procesado para conseguir una elevada pureza, apropiada para su uso en la industria microelectrónica, constituyendo el silicio de grado semiconductor, con una pureza del 99,9999999% (2). Se denomina polisilicio y se presenta en forma de guijarros con una estructura policristalina.

En el ámbito mundial, sólo siete empresas producen el 90% del polisilicio (2, 3). A continuación se forman lingotes, es decir, barras de silicio con una estructura cristalina determinada. El siguiente paso es la obtención de obleas, resultantes de cortar los lingotes en finas rodajas. Con estas obleas se fabrican las células solares fotovoltaicas, capaces de producir electricidad y que finalmente se agrupan y empaquetan en los paneles solares, que son las unidades comerciales de producción de energía solar fotovoltaica.

La posibilidad de fabricar paneles fotovoltaicos, depende de la disponibilidad de células solares. A su vez sólo es posible fabricar células solares si se dispone de las adecuadas obleas de silicio. Así pues, el lento desarrollo de la capacidad de producción en algunos puntos de la cadena de fabricación de la industria fotovoltaica (obtención de silicio adecuado), supondrá la infrautilización de otras capacidades de esa cadena (obleas, células, paneles), junto con la imposibilidad de satisfacer las demandas de los clientes de la industria fotovoltaica. Esta situación será grave antes de 2008, pues ya en 2005 se están dando los primeros episodios de desabastecimiento. Incluso se están dilatando en el tiempo proyectos de nuevas fábricas de paneles solares a causa de la incertidumbre sobre la disponibilidad de silicio. Varios fabricantes de células y módulos han reducido el anunciado incremento de producción (4).

La demanda de la industria solar alcanzó valores de 13.000 toneladas en 2004, a comparar con las 20.000 t utilizadas por la industria microelectrónica (5). La industria del silicio tenía en 2004 una capacidad de producción de 29.000 t anuales. La diferencia entre lo consumido y lo producido se satisfizo con el reciclaje y aprovechamiento de restos de silicio, junto con la reducción de las reservas de silicio que poseen las empresas. Se estima que la industria fotovoltaica consumirá 21.000 t en 2006. Tal incremento de las necesidades supera las capacidades de producción de silicio que entrarán en funcionamiento. El resto del silicio habrá de obtenerse del reciclaje, reservas de silicio y desperdicios del sector microelectrónico. Incluso si la demanda de paneles es mayor, la producción sólo podrá crecer un 30% en 2006 (4).

La asociación Europea de la Industria Fotovoltaica estima que para el año 2020 la demanda de polisilicio podría alcanzar 200.000 t anuales (5). Es preciso, pues, un enorme esfuerzo para evitar el estancamiento debido a la carencia de silicio.

La industria fabricante de polisilicio mantiene una política de prioridades que favorece a la industria microelectrónica, en parte debido a una tradición comercial (que aún considera a la industria fotovoltaica como un recién llegado poco fiable) y en parte debido a la falta de un compromiso de adquisición de polisilicio a largo plazo por parte de los fabricantes de lingotes y obleas para uso fotovoltaico (4). La industria del polisilicio está expandiendo sus capacidades de producción, pero aun así, el crecimiento de la industria fotovoltaica llegará a un estancamiento en dos o tres años, debido a la carencia de polisilicio (5).

Sin embargo, la pureza del silicio grado semiconductor es más elevada que la que precisa la aplicación fotovoltaica: bastaría con un silicio de menor pureza y en teoría menos caro de fabricar. Ése sería el denominado silicio grado solar. En conjunto, se estima que la expansión de la capacidad de producción de los fabricantes de silicio ascendería a unas 10.000 t adicionales hacia finales de 2007 (4). Si se alcanzara este valor (algo dudoso, debido a la alta probabilidad de que se produzcan retrasos en los planes descritos), es posible que se satisfagan las necesidades de 2007, pero sólo sería una dilación al problema. Ya en 2005, a pesar de existir contratos de suministro de silicio, se han registrado casos de retrasos e incumplimientos de suministro de obleas, especialmente para pequeños fabricantes de células.

Una propuesta de desarrollo industrial

El espíritu de los objetivos medioambientales de Kioto requiere un esfuerzo para reducir las emisiones de CO2. Un instrumento importante para conseguir este objetivo es el estímulo a la energía fotovoltaica en España, siendo por tanto indispensable completar la cadena de producción de paneles solares fotovoltaicos, mediante la promoción de una fábrica de silicio grado solar. Es necesaria una decidida actuación del Gobierno, siendo el camino más razonable contar con las empresas españolas y alemanas más adelantadas en este campo, integrando en el proyecto el tejido público y privado de investigación disponible en España e intentando una empresa conjunta con el apoyo de la SEPI como accionista mayoritario.

Ecologistas en Acción, junto con UGT y CCOO, ha propuesto públicamente la instalación en España de una factoría capaz de producir 5.000 t anuales de silicio fotovoltaico. Se estima que la operación puede suponer una inversión inicial de 130 millones € y que si se iniciaran los primeros trabajos a finales del presente año, se empezaría a producir silicio en 2008 (3, 6, 11).

Situación en el mundo

La producción mundial de paneles solares fotovoltaicos ha experimentado un crecimiento constante en los últimos años. Se puede observar que las tasas de crecimiento se disparan a partir de finales de los noventa, especialmente en Europa y Japón.


Producción mundial, europea, japonesa y estadounidense de paneles solares, expresada en MWp. (Fuente PVNews, March 2004/2005)

Se estima que la demanda mundial continuará creciendo, con tasas del 30% a 40% en 2005 de al menos un 30% entre 2006 y 2010. En cuanto a las tecnologías fotovoltaicas, las basadas en el uso del silicio policristalino y monocristalino como material semiconductor suponen un 89,5% de la potencia fotovoltaica total (7), situación que se prevé continúe en el futuro.

Situación en España y comparación con Alemania

España es un país llamado a ocupar un destacado lugar en el desarrollo e implantación de la energía solar fotovoltaica, debido a su capacidad tecnológica y su desarrollo tecnológico e investigador. Las condiciones climáticas permiten un mejor aprovechamiento de esta fuente energética que en casi todo el resto de Europa. Sin embargo y en palabras del propio IDAE: “Las expectativas de crecimiento de la energía solar fotovoltaica en España aún continúan no sólo por debajo de lo previsto por el Plan de Fomento de las Energías Renovables, sino también por debajo de su potencial. A finales de 2002, el grado de cumplimiento respecto al objetivo energético intermedio del Plan en 2006 (61,2 MWp) fue del 19,2%” (8). El gráfico ilustra la afirmación del IDAE, pudiéndose observar como la potencia total instalada en España solo alcanzó 27 MWp en 2003.


Potencia pico acumulada, instalada en España y en Alemania, expresada en MWp. (Fuentes: ASIF, IDAE, Federal Ministry for the Enviroment, Nature Conservation and Nuclear Safety de Alemania, EurObserv’ER)

La Asociación de la Industria Fotovoltaica (ASIF), considera que las previsiones del Plan de Fomento han quedado superadas por la dinámica del mercado mundial (1). Buena muestra de ello es la comparación del crecimiento de la potencia instalada en Alemania con la instalada en España. El gráfico muestra el abismo que separa a los dos países en cuanto a potencia instalada. La potente actuación institucional alemana y una conciencia ecológica ciudadana más desarrollada que en la sociedad española, explican este boom germano.

En España, la capacidad de producción de paneles solares de las empresas Atersa, Isofotón y BP solar, ascendía en 2003 a 92 MWp, lo cual representó un 8% de la producción mundial. Esta industria genera en torno a 5.500 puestos de trabajo directos e indirectos (1). Aunque con menores capacidades de producción, las empresas SILIKEN y GAMESA SOLAR también fabrican paneles fotovoltaicos y planean ampliar sus capacidades de producción en los próximos años. Durante el presente año, la empresa Solaria Energía y Medio Ambiente entrará en funcionamiento, produciendo inicialmente 15 MW de paneles solares, con ambiciosos planes para incrementar su capacidad de producción en los próximos años (9).

Otra empresa, Silicio Solar, pretende crecer lingotes de silicio y producir obleas. Tiene prevista su entrada en funcionamiento en 2005. El capital inicial asciende a 45 M€, con origen británico, ayudas del Gobierno español y de la Junta de Castilla-La Mancha, aportando los dos últimos hasta un 40% de la inversión. Una de las principales razones para que esta empresa se haya instalado en nuestro país es la disponibilidad de incentivos gubernamentales (10).

Notas y referencias

1. Hacia una electricidad para todos. Informe ASIF, octubre 2004.

2. Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Ed.Ciemat 2002, capítulo 2.

3. P.WODISTSCH, W.KOCH. Solar grade silicon feedstock supply for PV industry. Solar Energy Material & Solar Cells 72 (2002) 11-26

4. PHOTON International, January 2005.

5. PHOTON International, June 2004.

6. PHOTON International, December 2001.

7. EurObser’ER 69, Photovoltaic energy barometer-April 2004.

8. Boletín del IDAE nº 6.

9. http://www.erasolar.es/Noticias/PLANTA.htm y http://www.solariaenergia.com/fabrica.html

10. PHOTON International, November 2004.

11. Una versión más amplia de la presente propuesta, se puede encontrar en http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/propuesta_fotovoltaica.pdf




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