La investigación y el desarrollo son vitales en el desarrollo de nuevas tecnologías, pero tienen muchos obstáculos que superar antes de que puedan pasar del laboratorio al mercado. Analistas del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), el Instituto Conjunto para el Análisis Estratégico de Energía (JISEA) y el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) analizaron estudios de casos de la primera comercialización de cuatro tecnologías de energía limpia: energía solar fotovoltaica (PV) de película delgada paneles, turbinas eólicas, evaporadores de dos etapas para refrigeración y celdas de combustible para equipos de manejo de materiales.
Los hallazgos de los estudios de caso, publicados en un artículo de Frontiers in Energy Research , revelaron tres componentes comunes para el avance exitoso hacia la comercialización: (1) un buen ajuste entre las asociaciones público-privadas, la infraestructura de I+D y la tecnología misma; (2) la alineación adecuada de las regulaciones gubernamentales, las prioridades de I+D y las fuerzas del mercado; y (3) el momento adecuado entre la preparación tecnológica y la oportunidad de mercado.
“Estos hallazgos pueden ayudar a informar la toma de decisiones de inversión en energía limpia, maximizar los beneficios de la I + D y avanzar en la transición hacia un futuro productivo y de bajas emisiones”, dijo Wyatt Merrill, gerente de tecnología y coautor del DOE.
El estudio de caso solar de película delgada se centra en First Solar, un fabricante con sede en EE. UU. que se benefició de la investigación solar del DOE y recibió directamente financiación del DOE en asociaciones de investigación desde la década de 1980 hasta la década de 2000. Los investigadores atribuyen el éxito temprano de First Solar al hecho de que la compañía abordó las necesidades regulatorias dentro del primer gran mercado de la tecnología fotovoltaica de película delgada y estableció un producto probado a un precio y tiempo para un mercado que estaba listo para ello.
Un avance notable en las primeras etapas de la investigación de película delgada demostró un récord (en ese momento) de 15,8 % de células utilizando un proceso de tratamiento térmico con cloruro de cadmio (CdCl 2 ). First Solar co-desarrolló una técnica de fabricación de deposición de transporte de vapor de alta velocidad para producir módulos basados en CdTe a mayor escala, que era una alternativa al proceso de fabricación por sublimación en espacios reducidos, más lento y costoso. Con la eficiencia adecuada del dispositivo y los procedimientos de fabricación escalables, el enfoque de I+D se desplazó a las pruebas y la validación de la fiabilidad del producto. First Solar utilizó estándares de prueba, certificaciones de calidad de productos e instalaciones de prueba al aire libre financiadas por el DOE y dirigidas por la Universidad Estatal de Arizona y NREL para demostrar en 2003 que sus módulos estaban listos para ingresar al mercado solar.
First Solar ingresó al sólido mercado solar de Alemania en la década de 2000. Pero primero, sus módulos debían cumplir con los requisitos regulatorios y de rendimiento energético, que incluían la regulación de desechos electrónicos y restricciones en el uso de ciertas sustancias tóxicas como el cadmio. Un esfuerzo de 2004 ayudó a resolver las preocupaciones sobre las emisiones y la reciclabilidad de los módulos fotovoltaicos de CdTe con estudios independientes revisados por pares. Posteriormente, en 2004, First Solar obtuvo su primer contrato para sus módulos de semiconductores delgados compuestos en el mercado fotovoltaico alemán, lo que supuso un punto de inflexión comercial para la fotovoltaica de CdTe. En 2005, First Solar anunció un programa de recuperación y reciclaje de módulos para responder a la evolución de las directivas políticas de la UE, un esfuerzo que ayudó a comunicar la capacidad de respuesta de First Solar a los problemas regulatorios y abordó la percepción pública del riesgo lo suficiente como para acceder a mercados clave.
Si bien los módulos CdTe son menos eficientes que los paneles basados en silicio, su fabricación cuesta menos y alcanzaron el precio más bajo por vatio desde mediados de la década de 2000 hasta mediados de la década de 2010. Al mismo tiempo, la demanda de productos fotovoltaicos en Europa superó la oferta y First Solar pudo capitalizar su tecnología.
“El estudio de caso de la energía fotovoltaica de película delgada muestra la importancia de abordar las necesidades regulatorias dentro del primer gran mercado de la tecnología”, dijo Marie Mapes, gerente de tecnología y coautora del DOE. “Además, establecer un producto probado a un precio y en un momento en que el mercado estaba listo para él condujo a su éxito temprano”.
Los hallazgos clave en el estudio de caso de fotovoltaica de película delgada identificaron el uso exitoso de tres estrategias clave de comercialización: desarrollo de tecnología con muchos insumos comercialmente relevantes a través de asociaciones públicas/privadas, alineación de objetivos de costos de tecnología establecidos y desarrollo de productos que los lograron, y tiempo compatibilidad de preparación tecnológica y oportunidad de mercado. El desarrollo de película delgada de First Solar se benefició de la financiación del gobierno durante décadas, lo que permitió la investigación de materiales fundamentales y estándares de prueba consistentes. El resultado fue una empresa preparada con el producto adecuado en el momento adecuado. La energía fotovoltaica CdTe de confiabilidad comprobada fue un reemplazo de menor costo en un mercado de energía limpia con una ventana de oportunidad abierta, lo que permitió el éxito temprano en la comercialización de esta tecnología solar.
Los cuatro estudios de caso destacan cómo un buen equilibrio entre tecnología, I+D y asociación público-privada, junto con la alineación de la fuerza del mercado y la regulación y el momento adecuado, puede conducir a una primera comercialización exitosa de tecnologías de energía limpia.
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