Energía solar fotovoltaica


Energía solar fotovoltaica
Célula fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica, -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-detección cuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos.

Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución.

Estos están formados por un cristal o lámina transparente superior y un cerramiento inferior entre los que queda encapsulado el sustrato conversor y sus conexiones eléctricas. La lámina inferior puede ser transparente, pero lo más frecuente es un plástico de Para encapsular se suele añadir unas láminas finas y transparentes de que se funden para crear un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto.

Véase también: Panel fotovoltaico

La corriente eléctrica continua que proporcionan los módulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparato electrónico llamado inversor e inyectar en la red eléctrica, operación actualmente sujeta a subvenciones en muchos lugares para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, como estaciones meteorológicas o repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.

Contenido

Producción de energía solar fotovoltaica

Mapamundi solar

España es en la actualidad, 2011, uno de los primeros países con más potencia fotovoltaica del mundo, según la Agencia Internacional de la Energía, Agencia Internacional de la Energía (Programa de Fotovoltaica),[1] con una potencia acumulada instalada de 3.523 MW. Tan solo en 2008 la potencia instalada en España fue de unos 2.500 MW, debido al anuncio de cambio de regulación a la baja de las primas a la generación que finalmente se produjo en septiembre.

Alemania es en la actualidad el segundo fabricante mundial de paneles solares fotovoltaicos tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de paneles solares, aunque sólo representan el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%.

El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales, aunque a partir de la segunda mitad de 2008 el precio del silicio de grado solar ha comenzado a disminuir al aumentar su oferta debido a la entrada en escena de nuevos productores. Prueba de ello son los diversos planes que se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo dos proyectos en España con la colaboración de los principales actores del mercado. La inyección en red de la energía solar fotovoltaica, estaba regulada por el Gobierno Español mediante el RD 661/2007 con el 575 % del valor del kilowatio-hora normal, lo que se correspondía con unos 0,44 euros por cada kWh que se inyectaba en red. A partir del 30 de septiembre de 2008 esta actividad está regulada mediante el RD 1578/2008 de retribución fotovoltaica que establece unas primas variables en función de la ubicación de la instalación (suelo: 0,32 €/kWh o tejado: 0,34 €/kWh), estando sujetas además a un cupo máximo de potencia anual instalada a partir de 2009 que se adaptará año a año en función del comportamiento del mercado.

Actualmente, el acceso a la red eléctrica en España requiere una serie de permisos de la administración y la autorización de la compañía eléctrica distribuidora de la zona. Esta tiene la obligación de dar punto de enganche o conexión a la red eléctrica, pero en la práctica el papeleo y la reticencia de las eléctricas están frenando el impulso de las energías renovables. Las eléctricas buscan motivos técnicos como la saturación de la red para controlar sus intereses en otras fuentes energéticas y con la intención de bloquear la iniciativa de los pequeños productores de energía solar fotovoltaica.[cita requerida]

Esta situación provoca una grave contradicción entre los objetivos de la Unión Europea para impulsar las energías limpias y la realidad de una escasa liberalización en España del sector energético que impide el despegue y la libre competitividad de las energías renovables.

Sistemas fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos pueden agruparse de diferentes formas. Así, pueden distinguirse entre los sistemas aislados, de conexión a red e híbridos.[2]

Normativa

Los sistemas fotovoltaicos se atienen a las normativas de cada uno de los países. En España, en cuanto a la normativa general, se deben mencionar los siguientes documentos:

  • Ley 54/1997, del sector eléctrico, de 27 de noviembre
  • Plan de Energías Renovables en España (PER) 2005-2010
  • Real Decreto 842/2002, Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión
  • Real Decreto 314/2006 de 17 de Marzo, Código Técnico de Edificación

Con respecto a la normativa desde el punto de vista administrativo los siguientes documentos pueden distinguirse:

  • Real Decreto 2818/1998, de 23 de diciembre sobre producción de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energía eléctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energías renovables, residuos y cogeneración (en todo lo no previsto por el Real Decreto 1663/2000)
  • Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre sobre conexión de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensión.
  • Orden de 5 de septiembre de 1985 por la que se establecen normas administrativas y técnicas para funcionamiento y conexión a las redes eléctricas de centrales hidroeléctricas de hasta 5000 KVA y centrales de autogeneración eléctrica.
  • Orden ECO/797/2002, de 22 de marzo por el que se aprueba el procedimiento de medida y control de continuidad del suministro eléctrico.
  • Real Decreto 154/1995, de 3 de febrero, por el que se modifica el real decreto 7/1988, de 8 de enero, por el que se regula las exigencias de seguridad del material eléctrico destinado a ser utilizado en determinados límites de tensión.
  • Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica.
  • Resolución de 31 de mayo de 2001 por la que se establecen modelo de contrato tipo y modelo de factura para instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión.
  • Real Decreto 841/2002, de 2 de Agosto por el que se regula para las instalaciones de producción de energía eléctrica en régimen especial su incentivación en la participación en el mercado de producción, determinadas obligaciones de información de sus previsiones de producción, y la adquisición por los comercializadores de su energía eléctrica producida
  • Real Decreto 1433/2002, de 27 de diciembre de 2002 por el que se establecen los requisitos de medida en baja tensión de consumidores y centrales de producción en Régimen Especial.
  • Real Decreto 1801/2003 de 26 de diciembre de 2003 sobre seguridad general de los productos.
  • Real Decreto 1580/2006, de 22 de diciembre, por el que se regula la compatibilidad electromagnética de los equipos eléctricos y electrónicos
  • Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial.
  • Real Decreto 1114/2007 de 24 de agosto de 24 de agosto, por el que se complementa el Catálogo Nacional de Cualificaciones Profesionales, mediante el establecimiento de cuatro cualificaciones profesionales correspondientes a la familia profesional energía y agua
  • Resolución de 27 de septiembre de 2007, de la Secretaría General de Energía, por la que se establece el plazo de mantenimiento de la tarifa regulada para la tecnología fotovoltaica, en virtud de lo establecido en el artículo 22 del Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo
  • Real Decreto 1578/2008 de 26 de septiembre en el que se modifican los requisitos de las nuevas instalaciónes rebajando, a posteriori, las primas y creando registros de preasignación.
  • Real Decreto 1565/2010, de 19 de noviembre en el que se elimina el pago de energía primada a partir del año 25 prometido en el Real Decreto 661/2007. Artículo primero número 10
  • Real Decreto Ley 14/2010 de 23 de diciembre en el que se modifica retroactivamente todas las tarifas reguladas y prometidas en el Real Decreto 661/2007

Hay que tener en cuenta que cuando no exista disposición normativa de obligado cumplimiento aplicable se tendrán en cuenta los siguientes elementos:

  • a) Normas técnicas nacionales de transposición de normas europeas no armonizadas
  • b) Normas UNE
  • c) Las recomendaciones de la Comisión Europea
  • d) Los códigos de buenas prácticas
  • e) El estado actual de los conocimientos y de la técnica

Las normas UNE se elaboran a través de la representación nacional, delegada por AENOR, en los comités internacionales de normalización de energía solar fotovoltaica: Comité Técnico 82 de la IEC y comité técnico BTTF 86-2 de CENELEC (Comisión Europea de Normalización Eléctrica y Electrónica).

Situación actual en España en el año 2011

Retroactividad de las normas e inseguridad jurídica.

Las dos últimas normas emanadas por el Gobierno y, después de agrias disputas en el Congreso de los Diputados, luego en el Senado, vuelta otra vez al Congreso ratificándose, en definitiva, por los partidos políticos PSOE, PNV y CiU han hecho que las expectativas económicas de los productores de energía eléctrica fotovoltaica se hayan reducido en un 30 por ciento.

La situación anterior a estas medidas se regía por el RD 661/2007 y por el RD 1578/2008 de 26 de septiembre en el que se prometía una cantidad primada por cada KW/hora producido durante 25 años para, después, dar otra cantidad primada hasta la terminación de la vida útil de la instalación.

Tras muchas e intensas gestiones el Gobierno elaboró dos normas, una que limitaba la percepción de primas hasta el límite del año 25 (RD 1565/2010, de 19 de noviembre) y la última, que fue publicada el día de Navidad, 24 de diciembre de 2010, en la que se limitaba el número de horas susceptibles de pago, llegando a establecerse un recorte de un 30% sobre lo prometido anteriormente. Se hizo mediante un Real Decreto Ley (el 14/2010 de 24 de diciembre) por lo que se impide su tramitación en los juzgados de forma directa al no poderse utilizar la vía del recurso de inconstitucionalidad de forma directa por los administrados. Sí, en cambio, quedan medidas como las efectuadas por fondos de inversión europeos mediante un arbitraje,[3] recurso de inconstitucionalidad por parte del Gobierno de Murcia[4] y manifestaciones vertidas por el Sr Günther Oettinger en el sentido de no querer tolerar medidas retroactivas que, por su naturaleza, conllevan un fenómeno de inseguridad jurídica que hace quebrar para el extranjero la confianza en el mercado español.[5]

Centrales de energía solar fotovoltaica

Categoría principal: Centrales de energía solar fotovoltaica
Mapa de Radiación Solar de España

La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de Espenhain, cerca de Leipzig. Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central es suficiente para abastecer a 1.800 hogares. La inversión ascendió a 20 millones de euros, según Shell Solar y Geosol, las firmas constructoras. Actualmente la empresa alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor 'huerta solar'del mundo en Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain. La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad con una capacidad de producción de 12 megavatios.

En junio de 2008 General Motors anunció que planea construir la mayor planta de energía fotovoltaica sobre techo del mundo en Figueruelas (Zaragoza), con una extensión de 183.000 metros cuadrados y 50 millones de euros de inversión. En el proyecto colaboran la Comunidad de Aragón, la empresa francesa Veolia Environnement y el grupo estadounidense Clairvoyant Energy.[6]

El mayor fabricante europeo de productos fotovoltaicos es la compañía alemana RWE SCHOTT Solar con sede en Alzenau (Baviera). Esta compañía posee la planta de producción fotovoltaica más moderna y completamente integrada del mundo. En 2003 la compañía generó ventas netas de 123 millones de euros y tiene más de 800 empleados.

Además Friburgo de Brisgovia es la sede de ISES (Sociedad Internacional de Energía Solar).

Según datos facilitados por la Asociación de Industria Fotovoltaica (Asif) España ha pasado de 22 MW de potencia fotovoltaica instalada en 2004, a más de 1.100 MW en agosto de 2008, pasando de las 3.208 instalaciones que había en 2004, a las 26.000 existentes en 2008.

Seguidores

El uso de seguidores permite aumentar considerablemente la producción, en torno al 30% en lugares de elevada radiación directa.

Los seguidores solares a dos ejes son muy comunes en aplicaciones fotovoltaicas. Existen dos variables fundamentales: las pérdidas por sombreado y los costes proporcionales a la superficie ocupada (cableado y coste de la tierra), ambos antagonistas. Se puede por tanto definir una distribución óptima de los seguidores.[7]

Cableado

La sección de cable viene en general determinada por el criterio más restrictivo entre caída de tensión y máxima intensidad admisible. Aumentando las secciones de conductor que se obtienen como resultado de los cálculos teóricos se consigue, en general, amortizar el sobrecoste con un ahorro en la factura eléctrica por reducción de las pérdidas por calentamiento de los conductores. Pero cuando se trata de una instalación fotovoltaica la amortización puede ser mucho más rápida, ya que el precio de la energía generada es sensiblemente superior al precio de mercado.[8]

Para su dimensionamiento se hace respetar la caída máxima de tensión admisible, así como la intensidad máxima admisible. A continuación se procede al sobre-dimensionamiento y se realiza el análisis económico correspondiente en términos de valor actual neto. Se observa a continuación el tiempo de retorno de la inversión, que en muchos casos resulta muy inferior a la duración de vida de la instalación (entre 20 y 25 años).[9]

Además aporta ventajas añadidas como:

  • Líneas más descargadas, lo que prolonga la vida útil de los cables
  • Posibilidad de aumento de potencia sin cambiar el conductor
  • Mejor respuesta a posibles cortocircuitos
  • Mejora del performance ratio (PR) de la instalación
  • Mayor generación eléctrica renovable (mayor cantidad de emisiones evitadas de gases de efecto invernadero)

Plantas de concentración fotovoltaica

Un paso adelante en las plantas fotovoltaicas son las que utilizan una tecnología de concentración para maximizar la energía solar recibida por la instalación. Las instalaciones de concentración fotovoltaica se sitúan en emplazamientos de alta irradiación solar directa, como son los países a ambas riberas del Mediterráneo, Australia, EE.UU., China, Sudáfrica, México… Hasta el año 2006 estas tecnologías formaban parte del ámbito de investigación, pero en los últimos años se han puesto en marcha instalaciones de gran tamaño como la de ISFOC(Instituto de Sistemas Solares Fotovoltaicos de Concentración) en Puertollano, Castilla La Mancha con 3 MW suministrando electricidad a la red eléctrica.

La idea básica de la concentración fotovoltaica es la sustitución de material semiconductor por material reflectante o refractante (más barato).[10] El grado de concentración puede alcanzar un factor de 1000, de tal modo que, dada la pequeña superficie de célula solar empleada, se puede utilizar la tecnología más eficiente (triple unión, por ejemplo). En revancha, el sistema óptico introduce un factor de pérdidas que hace recuperar menos radiación que la fotovoltaica plana.[11] Esto, unido a la elevada precisión de los sistemas de seguimiento, constituye la principal barrera a resolver por la tecnología de concentración.

Las principales empresas están empezando a ver la concentración fotovoltaica como una alternativa viable para la reducción de costes. [12] [13]

Recientemente se ha anunciado el desarrollo de plantas de grandes dimensiones (por encima de 1MW). Las plantas de Concentración Fotovoltaica utilizan un seguidor de doble eje para posibilitar un máximo aprovechamiento del recurso solar durante todo el día.

Costos

Se refieren al coste por kWh de energía solar fotovoltaica producida para células solares de silicio cristalino. La base de los cálculos incluye 4% por costo del capital, 1% por costo de operación y un período de depreciación de 20 años, aunque un equipo fotovoltaico normalmente está técnicamente operativo durante 30 años.

2400 kWh 2200 kWh 2000 kWh 1800 kWh 1600 kWh 1400 kWh 1200 kWh 1000 kWh 800 kWh
200 € / kWp 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 1,7 2,0 2,5
600 € / kWp 2,5 2,7 3,0 3,3 3,8 4,3 5,0 6,0 7,5
1000 € / kWp 4,2 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,3 10,0 12,5
1400 € / kWp 5,8 6,4 7,0 7,8 8,8 10,0 11,7 14,0 17,5
1800 € / kWp 7,5 8,2 9,0 10,0 11,3 12,9 15,0 18,0 22,5
2200 € / kWp 9,2 10,0 11,0 12,2 13,8 15,7 18,3 22,0 27,5
2600 € / kWp 10,8 11,8 13,0 14,4 16,3 18,6 21,7 26,0 32,5
3000 € / kWp 12,5 13,6 15,0 16,7 18,8 21,4 25,0 30,0 37,5
3400 € / kWp 14,2 15,5 17,0 18,9 21,3 24,3 28,3 34,0 42,5
3800 € / kWp 15,8 17,3 19,0 21,1 23,8 27,1 31,7 38,0 47,5
4200 € / kWp 17,5 19,1 21,0 23,3 26,3 30,0 35,0 42,0 52,5
4600 € / kWp 19,2 20,9 23,0 25,6 28,8 32,9 38,3 46,0 57,5
5000 € / kWp 20,8 22,7 25,0 27,8 31,3 35,7 41,7 50,0 62,5
NOTA: versión inicial de la tabla tomada de en:Photovoltaics.

La tendencia es que los precios disminuyan con el tiempo una vez que los paneles han entrado en fase industrial. Por ejemplo, del 2008 al 2009 se produjo un descenso del 50%.[14]

Energía fotovoltaica de bajo coste

La energía fotovoltaica de bajo coste está basada principalmente en las células solares de tercera generación (o de película fina de alta eficiencia).[15]

La Conferencia Internacional Energía Solar de Bajo Coste de Sevilla ha sido el primer escaparate en España de las mismas.[16]

Véase también

Referencias

Enlaces externos

Película fina

Concentración Fotovoltaica


Wikimedia foundation. 2010.

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