Durante más de un siglo, la industria solar ha estado anclada a diseños planos de celdas fotovoltaicas, cuya eficiencia depende de la orientación respecto al sol. El primer panel solar fue fabricado en 1883 por Charles Fritts, y aunque desde entonces la eficiencia y materiales han mejorado considerablemente, la forma básica siguió siendo la misma: superficies planas que sólo captan adecuadamente la radiación cuando esta incide perpendicularmente.
Japón ha dado un paso que podría transformar radicalmente el sector de la energía solar con el desarrollo de celdas fotovoltaicas esféricas (denominadas Sphelar) capaces de capturar la luz solar desde múltiples direcciones, superando limitaciones de los paneles planos que dominan el mercado desde finales del siglo XIX.
Celdas solares esféricas
La empresa japonesa Kyosemi Corporation ha desarrollado esta nueva tecnología en colaboración con el Centro de Microgravedad de Japón (JAMIC), encargada de impulsar la comercialización de Sphelar, las celdas solares de forma esférica capaces de absorber luz en 360 grados.
Las celdas Sphelar son microceldas fotovoltaicas de silicio con forma esférica de entre 1 y 2 milímetros de diámetro. A diferencia de las celdas planas tradicionales, estas esferas pueden captar simultáneamente luz directa, reflejada y difusa, sin necesidad de sistemas de orientación o seguimiento solar.
Esta geometría tridimensional permite que la captación energética no dependa de la posición del sol en el cielo, lo que, según los desarrolladores, puede traducirse en una generación eléctrica más constante a lo largo del día incluso en condiciones de nubosidad o sombras parciales.
Asimismo, el diseño esférico facilita la integración en diversas aplicaciones, desde elementos de edificación como fachadas o ventanas que generan electricidad mientras dejan pasar la luz natural hasta dispositivos portátiles y sensores urbanos.
El rendimiento energético de estas celdas es comparable al de paneles solares tradicionales, situándose alrededor de un 20 % de eficiencia de conversión, una cifra que las posiciona en la gama media alta de tecnologías basadas en silicio.
Además de su eficiencia, las Sphelar presentan ventajas más allá del rendimiento. La fabricación de las celdas esféricas puede generar menor desperdicio de silicio, ya que se forman como gotas sólidas en lugar de cortarse a partir de bloques de material plano.
Este método potencialmente reduce costes de producción y desperdicio de material, aunque todavía enfrenta desafíos de escalado industrial para competir con la producción masiva de celdas planas.
La estructura de las celdas Sphelar permite también un diseño de módulos más flexible y adaptable, tanto en forma como en especificaciones eléctricas, lo que abre la puerta a sistemas fotovoltaicos integrados en distintas superficies y no únicamente instalados en tejados o terrenos abiertos.
La energía solar en Japón
A finales de 2014, Japón ya contaba con más de 23 gigavatios (GW) de energía solar instalada, impulsada por políticas de incentivos tras el accidente nuclear de Fukushima en 2011.
Además de Sphelar, en Japón se han desarrollado otras innovaciones como las celdas solares de perovskita y proyectos de energía solar espacial, que buscan superar las limitaciones de las tecnologías actuales y contribuir a los objetivos nacionales de reducción de emisiones y diversificación energética.
Sin embargo, la complejidad de fabricar contactos eléctricos sobre superficies curvas y la necesidad de optimizar costes de fabricación son barreras que deben superarse antes de que esta tecnología pueda reemplazar de forma masiva a los paneles tradicionales.
Kyosemi ya ha comenzado a suministrar muestras a la industria y explora aplicaciones comerciales, con la ambición de posicionar Sphelar no sólo como una alternativa técnica, sino como un nuevo estándar para la integración de energía solar en entornos urbanos y productos de uso diario.