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15/01/2010 - 17:04h
Silicio metalúrgico purificado: ¿ una alternativa real para la fotovoltaica ?
Durante años, uno de los problemas de la fotovoltaica era la escasez de su materia prima, el silicio proviniente de la industria electrónica. Por este motivo, algunos se lanzaron a purificar el silicio de la industria metalúrgica. Este artículo presenta las claves de su demanda, caída y futuro.
Durante el reciente boom de la fotovoltaica, se consideró seriamente la posibilidad de purificar silicio proviniente de la industria del metal como vía alternativa para cubrir la demanda de un silicio escaso. Pero tras la caída del mercado, el interés ha disminuido.
Según Andrew Richardson, presidente del suministrador canadiense Targray Technology Internacional, dice al respecto que el UMSi (Upgraded Metallurgical Silicon, siglas en inglés para denominar al silicio metalúrgico purificado), "es difícil de vender en este momento. Hay que saber cómo usarlo. Si no lo usas bien, las cosas pueden torcerse fácilmente".
La empresa Solarvalue AG puede confirmar que el silicio metalúrgico no es un material sencillo de utilizar. Para esta empresa, situada en Berlín, el asunto del silicio modificado se acabó en julio de 2009. La empresa abandonó sus planes de producir silicio metalúrgico purificado a gran escala en Rusia y Eslovenia; la explicación que dió es que se encontraron con dificultades técnicas durante el proceso, que había sido desarrollado por un laboratorio estadounidense.
Esto también significó que no había bases para mayor cooperación con la empresa Moser Baer photovoltaic Ltd., que había participado por contrato con la fábrica de Eslovenia. Según Solarvalue, varios meses de evaluación de la tecnología había producido claros resultados negativos. Solarvalue había anunciado en otoño de 2007 que produciría varias miles de toneladas de silicio durante 2008. Duante 2008, sin embargo, sólo se consiguieron resultados positivos en la fase de reducción del contenido de fosfato en su planta piloto de EEUU. Esto no impedió que Julio Bragagnolo, Director de Tecnología en Solarvalue AG, afirmase en un conferencia en Valencia en 2008: "Mi confianza en el éxito de nuestro proyecto ha aumentado considerablemente durante esta conferencia". Pero los directivos de la empresa estaban ya perdiendo esa confianza en el proyecto. Mientras Bragagnolo pronunciaba sus palabras, las acciones de la empresa se desplomaron, y ya se preveía el final del ambicioso plan de producir silicio purificado.
El aspecto más sorprendente de este proceso no es tanto que los directivos de Solarvalue fallasen en alcanzar su objetivo como que el hecho no tuvo gran repercusión en los medios ni en el sector. Esto puede atribuirse sólo en parte al hecho de que las ambiciosas predicciones de la empresa habían sido recibidas siempre con excepticismo. La indiferencia del sector se debe más a un hecho que podría resultar ominoso para otros actores en el procesamiento del silicio metalúrgico: este material ya no se encuentra en el centro del debate sobre la necesidades de materiales para la fotovoltaica.
La bajada de demanda fotovoltaica resta importancia al Silicio Purificado
Es cierto, sin embargo, que esto podría ser sólo una fase transitoria. Hasta hace sólo unos meses, el silicio metalúrgico era considerado la 'metadona' de la industria fotovoltaica - el material que se suponía podría reducir la dependencia paralizante de la industria química, que es la que produce el silicio posteriormente utilizado en las células solares fotovoltaicas. Pero el interés que tiene el sector en el silicio metalúrgico es proporcional al precio que tiene el silicio químico. Si el precio disminuye, ocurre lo mismo con el interés por las alternativas. Por este motivo, afirman desde Solarvalue, "abandonar el proyecto del silicio metalúrgico ha sido un paso inevitable".
Los tiempos en que el silicio era escaso, elevando su precio durante los últimos tres años hasta el precio histórico de 500 dolares de EEUU el kilo en la primavera de 2008, han llegado a su fín. El precio del silicio solar ha caído considerablemente, y en la primavera de 2009 se encontraba sobre los 100 dólares el kilo. Para contratos de venta de larga duración, el precio se encuentra en un rango que oscila entre los 50 y los 70 dólares el kilo.
Las razones de esta caída de precio se basan principalmente en una caída de la demanda de módulos (España copaba ella sola el 50% del mercado mundial hasta el cambio de Real Decreto, que redujo las primas que cobran los productores de electricidad fotovoltaica), y la sobreproducción mundial. Dado que la demanda no paraba de subir, todos los productores de módulos invirtieron en nuevas fábricas para poder cubrir la elevada demanda. Pero la demanda pinchó, y muchos fabricantes han reducido fábricas, producción y empleados. Nadie se podía imaginar en 2007 lo que pasaría sólo un año después.
El ejemplo del fabricante de silicio canadiense Timminco Ltd. demuestra lo pobre que es la demanda actualmente. De las 243 toneladas de silicio purificado producido durante los tres primeros meses de 2009, Timminco sólo pudo vendr 34 toneladas,y eso a un precio de risa de 39 dólares el kilo. En julio, Timmico respondió a la caída de la demanda con cortes masivos. La empresa de Toronto anunció que despediría a 60 de sus trabajadores. Durante el tercer trimestre de 2009, sólo continuaban operando 3 de las siete líneas de producción. A partir de ahora, sólo se utilizará una línea de producción. "En este desafiador contexto, vamos a continuar gestionando nuestros costes de forma prudente, y preservar nuestro capital mientras nos preparamos para una eventual recuperación del mercado fotovoltaico".
Sobreproducción a largo plazo
Pero Timminco y otros productores de Silicio Purificado no sólo esperan una progresiva caída de la demanda, causada por la crisis económica. Si es así, el pesimismo sería injustificado, ya que toda crisis alcanza algún día su final. Y nadie duda de que la producción de electricidad mediante energía solar fotovoltaica tiene un gran futuro y continuará en algún momento su tendencia alcista a nivel mundial. El pesimismo se debe más bien a la situación de sobreproducción estructural, que puede mantener el silicio a un precio más bajo que el esperado inicialmente, lo cual incidirá negativamente sobre el mercado de Silicio Metalúrgico Purificado. Hace sólo unos años, había una docena de fabricantes de silicio, y producían casi en exclusiva para el mercado de semiconductores. Ahora, el número de proveedores, tanto de pequeño como de gran tamaño, se estima en varias docenas. La explosión de los precios durante los últimos años trajo consigo el deseo de hacer dinero rápido, con lo que se invirtieron grandes cantidades de dinero en crear la infraestructura necesaria para la producción de silicio purificado, lo que requiere de plantas complejas que no sólo cuestan dinero, sino también tiempo. La decisión de ampliar la producción de silicio purificado durante 2010 fue tomada en los años 2007 y 2008, durante el boom del mercado fotovoltaico, y no puede ser revertido sin grandes pérdidas, pérdidas que también existirán en caso de continuar adelante con los planes de producción.
Por tanto, el mercado de silicio purificado está tomando dimensiones gigantescas, con unas expectativas de producción cuatro veces mayores que las actuales para 2012. Algunas estimaciones son más bajas, pero aún así presuponen que el mercado será el doble que el actual para esa fecha. Si se tiene en cuenta que las previsiones de crecimiento de la fotovoltaica durante los próximos años es aproximadamente de un 30% para el mercado mundial, queda claro cuál es la situación. El mercado se verá inundado de silicio barato, lo que redundará en favor de unos precios más bajos de los módulos fotovoltaicos basados en silicio, y de una mayor rentabilidad de las instalaciones fotovoltaicas. Así mismo, la paridad con otros métodos de generación de electricidad también se alcanzará antes. Con los precios actuales, se calcula que será 2014 en España.
La aplicación de silicio metalúrgico purificado ofrece buenos resultados
Según las circunstancias actuales, el silicio purificado resulta un 25% más económico que el normal. Este precio de la materia prima resulta atractiva, pero es necesario tener en cuenta también cuáles son las eficiencias de este tipo de silicio.
El fabricante de módulos solares Q-cells ha considerado este precio efectivamente interesante, y ha decidido utilizar esta materia prima para sus módulos fotovoltaicos. Disponen incluso de contratos de larga duración para la compra de estos materiales, por ejemplo con el fabricante noruego Elkem para disponer de 2.800 toneladas sólo durante este año. El hecho de que el proveedor realmente no podrá proporcionar todo el material debido a problemas en la producción, no preocupa a Q-cells. Hay otros proveedores. Según fuentes de la empresa, los rasultados de la producción de electricidad durante los tests de 2008 son buenos. Por ejemplo, la eficiencia media de las células fabricadas a base de silicio purificado en Elkem superó el 15,4%. Es decir, no se presentan diferencias de rendimiento entre la aplicación de silicio metalúrico purificado frente al convencional, según este fabricante. Las pruebas de degradación también ofrecieron resultados muy positivos. Con una degradación de luz inducida de 0,8%, el material de Elkem se encontraba entre los estándares de células multicristalinas y policristalinas de la empresa.
Según Andrew Richardson, presidente del suministrador canadiense Targray Technology Internacional, dice al respecto que el UMSi (Upgraded Metallurgical Silicon, siglas en inglés para denominar al silicio metalúrgico purificado), "es difícil de vender en este momento. Hay que saber cómo usarlo. Si no lo usas bien, las cosas pueden torcerse fácilmente".
La empresa Solarvalue AG puede confirmar que el silicio metalúrgico no es un material sencillo de utilizar. Para esta empresa, situada en Berlín, el asunto del silicio modificado se acabó en julio de 2009. La empresa abandonó sus planes de producir silicio metalúrgico purificado a gran escala en Rusia y Eslovenia; la explicación que dió es que se encontraron con dificultades técnicas durante el proceso, que había sido desarrollado por un laboratorio estadounidense.
Esto también significó que no había bases para mayor cooperación con la empresa Moser Baer photovoltaic Ltd., que había participado por contrato con la fábrica de Eslovenia. Según Solarvalue, varios meses de evaluación de la tecnología había producido claros resultados negativos. Solarvalue había anunciado en otoño de 2007 que produciría varias miles de toneladas de silicio durante 2008. Duante 2008, sin embargo, sólo se consiguieron resultados positivos en la fase de reducción del contenido de fosfato en su planta piloto de EEUU. Esto no impedió que Julio Bragagnolo, Director de Tecnología en Solarvalue AG, afirmase en un conferencia en Valencia en 2008: "Mi confianza en el éxito de nuestro proyecto ha aumentado considerablemente durante esta conferencia". Pero los directivos de la empresa estaban ya perdiendo esa confianza en el proyecto. Mientras Bragagnolo pronunciaba sus palabras, las acciones de la empresa se desplomaron, y ya se preveía el final del ambicioso plan de producir silicio purificado.
El aspecto más sorprendente de este proceso no es tanto que los directivos de Solarvalue fallasen en alcanzar su objetivo como que el hecho no tuvo gran repercusión en los medios ni en el sector. Esto puede atribuirse sólo en parte al hecho de que las ambiciosas predicciones de la empresa habían sido recibidas siempre con excepticismo. La indiferencia del sector se debe más a un hecho que podría resultar ominoso para otros actores en el procesamiento del silicio metalúrgico: este material ya no se encuentra en el centro del debate sobre la necesidades de materiales para la fotovoltaica.
La bajada de demanda fotovoltaica resta importancia al Silicio Purificado
Es cierto, sin embargo, que esto podría ser sólo una fase transitoria. Hasta hace sólo unos meses, el silicio metalúrgico era considerado la 'metadona' de la industria fotovoltaica - el material que se suponía podría reducir la dependencia paralizante de la industria química, que es la que produce el silicio posteriormente utilizado en las células solares fotovoltaicas. Pero el interés que tiene el sector en el silicio metalúrgico es proporcional al precio que tiene el silicio químico. Si el precio disminuye, ocurre lo mismo con el interés por las alternativas. Por este motivo, afirman desde Solarvalue, "abandonar el proyecto del silicio metalúrgico ha sido un paso inevitable".
Los tiempos en que el silicio era escaso, elevando su precio durante los últimos tres años hasta el precio histórico de 500 dolares de EEUU el kilo en la primavera de 2008, han llegado a su fín. El precio del silicio solar ha caído considerablemente, y en la primavera de 2009 se encontraba sobre los 100 dólares el kilo. Para contratos de venta de larga duración, el precio se encuentra en un rango que oscila entre los 50 y los 70 dólares el kilo.
Las razones de esta caída de precio se basan principalmente en una caída de la demanda de módulos (España copaba ella sola el 50% del mercado mundial hasta el cambio de Real Decreto, que redujo las primas que cobran los productores de electricidad fotovoltaica), y la sobreproducción mundial. Dado que la demanda no paraba de subir, todos los productores de módulos invirtieron en nuevas fábricas para poder cubrir la elevada demanda. Pero la demanda pinchó, y muchos fabricantes han reducido fábricas, producción y empleados. Nadie se podía imaginar en 2007 lo que pasaría sólo un año después.
El ejemplo del fabricante de silicio canadiense Timminco Ltd. demuestra lo pobre que es la demanda actualmente. De las 243 toneladas de silicio purificado producido durante los tres primeros meses de 2009, Timminco sólo pudo vendr 34 toneladas,y eso a un precio de risa de 39 dólares el kilo. En julio, Timmico respondió a la caída de la demanda con cortes masivos. La empresa de Toronto anunció que despediría a 60 de sus trabajadores. Durante el tercer trimestre de 2009, sólo continuaban operando 3 de las siete líneas de producción. A partir de ahora, sólo se utilizará una línea de producción. "En este desafiador contexto, vamos a continuar gestionando nuestros costes de forma prudente, y preservar nuestro capital mientras nos preparamos para una eventual recuperación del mercado fotovoltaico".
Sobreproducción a largo plazo
Pero Timminco y otros productores de Silicio Purificado no sólo esperan una progresiva caída de la demanda, causada por la crisis económica. Si es así, el pesimismo sería injustificado, ya que toda crisis alcanza algún día su final. Y nadie duda de que la producción de electricidad mediante energía solar fotovoltaica tiene un gran futuro y continuará en algún momento su tendencia alcista a nivel mundial. El pesimismo se debe más bien a la situación de sobreproducción estructural, que puede mantener el silicio a un precio más bajo que el esperado inicialmente, lo cual incidirá negativamente sobre el mercado de Silicio Metalúrgico Purificado. Hace sólo unos años, había una docena de fabricantes de silicio, y producían casi en exclusiva para el mercado de semiconductores. Ahora, el número de proveedores, tanto de pequeño como de gran tamaño, se estima en varias docenas. La explosión de los precios durante los últimos años trajo consigo el deseo de hacer dinero rápido, con lo que se invirtieron grandes cantidades de dinero en crear la infraestructura necesaria para la producción de silicio purificado, lo que requiere de plantas complejas que no sólo cuestan dinero, sino también tiempo. La decisión de ampliar la producción de silicio purificado durante 2010 fue tomada en los años 2007 y 2008, durante el boom del mercado fotovoltaico, y no puede ser revertido sin grandes pérdidas, pérdidas que también existirán en caso de continuar adelante con los planes de producción.
Por tanto, el mercado de silicio purificado está tomando dimensiones gigantescas, con unas expectativas de producción cuatro veces mayores que las actuales para 2012. Algunas estimaciones son más bajas, pero aún así presuponen que el mercado será el doble que el actual para esa fecha. Si se tiene en cuenta que las previsiones de crecimiento de la fotovoltaica durante los próximos años es aproximadamente de un 30% para el mercado mundial, queda claro cuál es la situación. El mercado se verá inundado de silicio barato, lo que redundará en favor de unos precios más bajos de los módulos fotovoltaicos basados en silicio, y de una mayor rentabilidad de las instalaciones fotovoltaicas. Así mismo, la paridad con otros métodos de generación de electricidad también se alcanzará antes. Con los precios actuales, se calcula que será 2014 en España.
La aplicación de silicio metalúrgico purificado ofrece buenos resultados
Según las circunstancias actuales, el silicio purificado resulta un 25% más económico que el normal. Este precio de la materia prima resulta atractiva, pero es necesario tener en cuenta también cuáles son las eficiencias de este tipo de silicio.
El fabricante de módulos solares Q-cells ha considerado este precio efectivamente interesante, y ha decidido utilizar esta materia prima para sus módulos fotovoltaicos. Disponen incluso de contratos de larga duración para la compra de estos materiales, por ejemplo con el fabricante noruego Elkem para disponer de 2.800 toneladas sólo durante este año. El hecho de que el proveedor realmente no podrá proporcionar todo el material debido a problemas en la producción, no preocupa a Q-cells. Hay otros proveedores. Según fuentes de la empresa, los rasultados de la producción de electricidad durante los tests de 2008 son buenos. Por ejemplo, la eficiencia media de las células fabricadas a base de silicio purificado en Elkem superó el 15,4%. Es decir, no se presentan diferencias de rendimiento entre la aplicación de silicio metalúrico purificado frente al convencional, según este fabricante. Las pruebas de degradación también ofrecieron resultados muy positivos. Con una degradación de luz inducida de 0,8%, el material de Elkem se encontraba entre los estándares de células multicristalinas y policristalinas de la empresa.
Es necesario investigar más al respecto
Otros fabricantes de células, sin embargo, rechazan este material. El motivo es que existen una serie de problemas técnicos que aún no han sido resueltos. Queda claro que el silicio metalúrgico obtenido en el primer paso de producción puede ser utilizado para aplicaciones fotovoltaicas. Con una pureza del 99,5% sin embargo, este material no ofrece "buena calidad". Las aplicaciones fotovoltaicas no requieren de una calidad tan elevada como la industria de los semiconductores, pero según Stephan riepe, del Instituto Fraunhofer, es imposible decir cuál es el porcentaje de pureza imprescindible para la fotovoltaica. Podría estar situado entre el 99,99% y el 99,999999% de pureza.
Éste es el primer obstáculo. Ya aquí, la visión de los fabricantes discrepa: ¿ cuál es el punto a alcanzar ? ¿ la pureza aceptable en términos económicos o la pureza técnica ? Ambas visiones implican eliminar componentes indeseados, tales como el boro, el fósforo y otros, de forma que se eviten defectos en la transmisión de la electricidad, asegurando una eficiencia más elevada.
En principio, la purificación del silicio metalúrgico puede ser conseguido de tres formas diferentes:
a. el silicio metalúrgico se refunde. los aditivos e impurezas quedan en la superficie, donde se pueden eliminar fácilmente, como si fueran la nata de la leche cuando hierve.
b. en el segundo método, se funciona de una forma parecida. Se añaden gases al silicio fundido. Los elementos contaminantes reaccionan con el gas y se volatilizan.
c. purificación de plasma. Se enciende el plasma de la fundición mientras se le aplica gas.
Los metales pueden ser fácilmente eliminados utilizando métodos de segregación. Estos están badasos en el hecho de que el silicio fundido contienen más metales que el cristal solidificado. Los metales acumulados en la superficie pueden ser eliminados mecánicamente o químicamente.
Otro asunto que está sin resolver es el aumento de la resistencia del silicio purificado. ¿ Es posible aprovechar el proceso de fabricación de las obleas, que tienen lugar a elevadas temperaturas, para aplicar procesos de purificación ? Q-cells parece ir en ese camino.
Toda esta problemática es la que está alejando a los productores de módulos del silicio metalúrgico purificado. Ni siquiera aquellos que están claramente a favor del silicio metalúrgico pueden predecir cuál es el mejor procesamiento de purificación y aplicación de esta materia prima de la fotovoltaica.
Fuente: Solar and Wind Energy, septiembre 2009
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