La unidad de producción de energía es una placa rectangular del tamaño de una pantalla de cine. Está montada sobre un grueso poste de acero y equipada con un mecanismo de seguimiento para que siempre apunte al Sol. La placa está formada por más de 100.000 pequeñas lentes y un número igual de células solares aún más pequeñas, cada una del tamaño de la punta de un bolígrafo. Este montaje forma parte de uno de los dispositivos de energía solar más eficientes que se hayan construido.
Semprius, una start-up con sede en Durham (EEUU) afirma que la próxima generación de esta unidad de producción de energía hará que la energía solar sea la opción más barata para las compañías eléctricas que instalen nuevas centrales. Con más de mil de estos dispositivos, las compañías podrían producir electricidad a menos de cinco centavos por kilovatio hora (unos 3,9 céntimos de euro), aún más barata que la opción más barata en la actualidad: una nueva central de gas natural.
La tecnología tiene su origen en el laboratorio del profesor de química y ciencia e ingeniería de los materiales de la Universidad de Illinois (EEUU), John Rogers. Semprius ha recaudado 45 millones de dólares (unos 35 millones de euros) de inversores, entre ellos Siemens, y ha batido récords de eficiencia de células solares, que se refieren a la cantidad de energía de la luz solar que se convierte en electricidad. Este año ha demostrado que una versión de su tecnología sirve para hacer un nuevo tipo de célula fotoeléctrica que algunos creen podría convertir la mitad de la energía de la luz del Sol en electricidad, triplicando así la eficacia de las células solares convencionales.
Sin embargo, a pesar de lo prometedora que parece su tecnología, Semprius se encuentra con problemas financieros. Para que la tecnología sea eficaz en términos de coste, Semprius tiene que escalar mucho la producción de sus células. Ahora mismo tiene capacidad para fabricar unidades solares que produzcan seis megavatios de energía anuales, pero tiene que llegar al menos a los 200 megavatios. La empresa está intentando recaudar 40 millones de dólares (unos 31 millones de euros) con la esperanza de lograrlo. Por el momento los inversores existentes mantienen la empresa a flote, pero no lo harán indefinidamente. Rogers explica que la empresa necesita encontrar un nuevo inversor en el próximo mes. Si no, podría hundirse.
Foto: Scott Burroughs delante de uno de los sistemas de energía solar de Semprius en Henderson, Carolina del Norte.
Foto: Más de 100.000 pequeñas lentes concentran la luz sobre potentes células fotoeléctricas.
Foto: Una serie de diminutas células solares, los puntos negros que se ven en esta oblea, se han producido usando una nueva tecnología de sellado.
Foto: Las células, ahora cubiertas por pequeñas cuentas transparentes que sirven para concentrar la luz del sol, se colocan sobre una placa base.
Foto: El punto negro que se ve aquí es ua de las células solares amplificada por las lentes que concentran la luz.
Esta situación en la que se encuentra Semprius resulta familiar a muchas start-up solares. Fundada en 2005, Semprius participó de una oleada de inversiones de capital riesgo que se produjo un par de años después y sirvió para financiar cientos de nuevas empresas solares. Pero Semprius es una de apenas un puñado de dichas empresas que aún queda en pie. Muchas de las otras fracasaron o fueron adquiridas por una miseria. Los inversores perdieron más de mil millones de dólares (unos 780 millones de euros). Las consecuencias han sido que cualquier empresa solar, independientemente de sus méritos, ha tenido dificultad en conseguir las inversiones necesarias para demostrar su tecnología.
"En el año 2007 los inversores de capital riesgo regaban a las empresas solares con dinero. Sólo tenías que tener una solar a tu nombre, o algo que empezara por 'S' al menos", afirma el directo tecnológico de Semprius, Scott Burroughs. "Ahora es justo al revés", sostiene. "En vez de regalar dinero a las empresas, ni siquiera las tienen en cuenta si están asociadas con la energía solar".
Lo que pone de manifiesto una posibilidad preocupante. ¿Es posible que una tecnología innovadora capaz de hacer que la energía solar sea realmente competitiva no llegue a ver la luz no por falta de méritos técnicos sino porque los inversores se han asustado?.
Sello mágico
Semprius tampoco pide tanto dinero. En el punto álgido de la burbuja solar, la desparecida Solyndra recaudó alrededor de mil millones de dólares (unos 780 millones de euros) en capital riesgo y consiguió otros 500 millones (unos 390 millones de euros) del Gobierno de Estados Unidos en forma de préstamo para construir una gran fábrica que sirviera para demostrar su tecnología. Hace unos años Semprius no hubiera tenido ningún problema en recaudar 40 millones de dólares para aumentar su capacidad, reducir los costes y conseguir el punto de equilibrio. Al contrario que muchas start-up solares anteriores, que apostaban por desarrollar equipos de fabricación completamente nuevos, Semprius usa principalmente equipo barato ya existente, parte de él usado en la industria de los LED. Y podría crecer limitándose a usar el exceso de capacidad de instalaciones de fabricación de LED ya existentes.
Sin embargo, la empresa no sería posible si no fuera por una nueva tecnología de fabricación clave aunque sorprendentemente sencilla. En la fábrica piloto de Semprius en Henderson (EEUU) esa tecnología se halla dentro de dos dispositivos encerrados tras unos cristales, cada uno de ellos apenas un poco más grande que una fotocopiadora de oficina. Al final del brazo robótico, oculto a la vista a propósito, hay un sello de goma que tiene grabado un patrón. Este sello es lo que permite la energía solar de alta eficiencia y bajo coste de Semprius.
El sello, desarrollado en el laboratorio de Rogers, permite a Semprius mejorar un tipo de energía solar conocida como fotovoltaica concentrada, que lleva décadas rondando. La idea es que se puede aumentar la cantidad de energía recogida por cualquier célula solar si se colocan lentes encima de ella para concentrar la luz sobre la célula. Las versiones existentes de esta tecnología pueden usar una lente con un área de unos 400 centímetros cuadrados y centrarla sobre una célula solar de un centímetro cuadrado, para obtener un ratio de concentración de 400.
El sello de Semprius permite fabricar series de células solares mucho más pequeñas y finas que las que ya se han usado en fotovoltaica concentrada. Para que la tecnología de concentración funcione, las células solares tienen que cogerse y colocarse en una serie para que se puedan emparejar con una serie de lentes y ahí es donde entra en juego el sello de goma. Puede coger y trasferir miles de las diminutas células solares de una sin romperlas, lo que cambia completamente la economía de usar células solares pequeñas.
Las células pequeñas tienen numerosas ventajas. Como necesitan poco material para fabricarse, se pueden hacer con semiconductores, más caros pero mucho más eficaces que el silicio. Es más, disipan el calor bien y pueden operar bajo luz solar muy concentrada. Eso permite un ratio de concentración de 1.600 a 1, en vez de 400 a 1. Necesitas mucho menos material y mucho menos terreno para generar la misma cantidad de energía que una célula solar típica.
Estas ventajas y algunos diseños ingeniosos permitieron a Semprius batir el récord de eficiencia solar en 2012. Pero Burroughs sostiene que otro avance, logrado este año, permitirá a la empresa ir aún más lejos. Semprius ha demostrado otra ventaja de los sellos de goma, su capacidad para apilar rápida y precisamente pilas de células hechas de distintos semiconducrtores unas encima de otras. Los investigadores llevan tiempo queriendo hacer esto, puesto que les permitiría emparejar materiales semiconductores con cada parte del espectro solar. Algunas longitudes de onda las absorbería un tipo de material y el resto pasaría a los semiconductores siguientes y así sucesivamente.
Apilar células no resultaba práctico con los equipos de fabricación convencionales. El sello de goma de Semprius y unas capas extremadamente finas de semiconductores hacen que sea relativamente fácil alinear las células y hacer las conexiones eléctricas.
Burroughs predice que para el año que viene Semprius batirá el récord actual y que volverá a batirlo rápidamente según vaya optimizando su tecnología. Eso siempre que la empresa pueda sobrevivir un año más.
El valle oscuro
Siemens adquirió su participación en Semprius en junio de 2011. Después de examinar detalladamente su tecnología, explica el director global de Actividades Solares en Siemens, Thomas Mart, "Lo que vimos fue una forma de conseguir una electricidad muy barata".
El plan había sido que Siemens y Semprius trabajasen juntos, con Semprius produciendo sus dispositivos de fotovoltaica concentrada y Siemens tirando de su experiencia en la construcción de centrales solares. Pero 15 meses después de que Siemens invirtiera en Semprius, todo se vino abajo.
Las enormes inversiones en energía solar convencional de silicio, sobre todo en China, habían rebajado los costes de producción y en consecuencia inundado el mercado con paneles solares baratos. Dada la oferta de paneles baratos, competir se convirtió en una tarea prácticamente imposible para las empresas con tecnologías alternativas, por ejemplo con solares de película fina o fotovoltaica concentrada. Decenas de prometedoras start-up solares fracasaron y el mercado previsto para fotovoltaica concentrada encogió, lo que convenció a Siemens para salirse del negocio poniendo fin al acuerdo y marcando el principios de las dificultades para Semprius.
Los dispositivos solares de Semprius están hechos para usarse en centrales solares. Tener el respaldo de Siemens habría ayudado a convencer a las compañías eléctricas de que apostaran por una tecnología nueva. Sin un socio de este calibre, esa labor es mucho más difícil.
Y lo que es aún peor para Semprius, los paneles solares de silicio convencionales aún tienen margen para ser significativamente más baratos y más eficaces. Nuevas formas de fabricar obleas de silicio, la parte más cara de una célula solar, podrían reducir el coste de las obleas a la mitad o menos. Y nuevos diseños de células solares están aumentando poco a poco su eficiencia. Este tipo de avances podrían acabar haciendo que la energía solar sea más barata que los combustibles fósiles, incluso sin contar con la tecnología de Semprius.
Pero la energía solar basada en el silicio aún no está en ese punto y esa es la oportunidad para Semprius. La Administración de Información Energética de Estados Unidos calcula que las nuevas centrales solares producirán energía un poco por debajo de los 15 centavos por kilovatio hora (unos 11,7 céntimos de euro), mucho más que los 6,5 centavos por kilovatio hora (unos 5 céntimos de euro) para la energía derivada del gas natural. Así, si Semprius tiene razón en que pronto tendrá la tecnología para hacer que los paneles solares produzcan energía a unos cinco centavos por kilovatio hora (unos 3,9 céntimos de euro), su tecnología podría resultar atractiva para quienes planifican la construcción de nuevas centrales eléctricas. "No hace falta inventar nada, sólo se necesita una ingeniería fiable", explica Borroughs.
Así que Semprius sigue a la busca de un nuevo inversor capaz de escalar su tecnología. Ha establecido contactos en sitios soleados, donde sus sistemas funcionan mejor, como Arabia Saudí y partes de México. Y al menos un posible inversor chino ha demostrado interés, según Borroughs.
"Dado todo lo que ha pasado en la industria solar a lo largo de los dos o tres últimos años, entre ello la implosión de otras pequeñas start-ups, nuestros inversores tienen todos los motivos del mundo para salir corriendo", afirma el director ejecutivo de Semprius, Joseph Carr. "Pero nuestros clientes y nuestros socios, todos afirman que cumplimos con lo que decimos que vamos a hacer. Eso convence a los inversores actuales de que si logramos salir de este valle oscuro, hay una oportunidad al final".