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* [http://www.torres-refrigeracion.com/pdf/art_fot_014.pdf Diseño de una instalación solar fotovoltaica aislada] |
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* [http://www.proyglobal.es/es/index.php Calcula la potencia pico fotovoltaica de una superficie] |
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Revisión del 17:11 21 jun 2010
La energía solar fotovoltaica es energía eléctrica (-voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias al efecto fotoeléctrico de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También estan 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.
Los módulos o paneles fotovoltaicos 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 tedlar. Para encapsular se suele añadir unas láminas finas y transparentes de EVA que se funden para crear un sellado antihumedad, asilante, transparente y robusto.
La corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna mediante un aparto 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.
Producción de energía solar fotovoltaica
España es en la actualidad uno de los primeros productores mundiales de energía fotovoltaica con una potencia instalada estimada de 3.200 MW, por detrás de Alemania que cuenta con unos 3.850 MW. Tan solo en 2008 la potencia instalada en España ha sido 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 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.
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.
Aplicaciones de la Energía Solar Fotovoltaica
Se viene usando profusamente para alimentar innumerables aparatos autónomos o semiautónomos como calculadoras, sensores, transmisores, satélites, aviones tripulados y sin tripular, señales viales.
También para abastecer refugios o casas aisladas ayudandose de equipos de acumulación: regulador y baterias.
Y más recientemente para producir electricidad para redes de distribución, usando los famosos paneles solares. Este proceso impulsado estatalmente comenzó en Japón y Alemania y luego ocurrió en España y esta desarrollándose en paises de Europa, EE.UU. y muchos otros paises. Se llama fotovoltaica conectada a red y depende actualmente de subvenciones a la instalación, descuento de impuestos o una prima a la producción ('feed in tarif' en inglés), caso de España y Alemania.
Centrales de energía solar fotovoltaica
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.[1]
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.[2]
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.[3]
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).[4]
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).[5] 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.[6] 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. [7] [8]
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%.[9]
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).[10]
La Conferencia Internacional Energía Solar de Bajo Coste de Sevilla ha sido el primer escaparate en España de las mismas.[11]
Véase también
- Célula fotoeléctrica
- Celda Solar Graetzel
- Célula solar de película fina (en inglés)
- Efecto fotoeléctrico
- Central térmica solar
- Energía solar en Guantánamo
- Huerta solar
- Instituto de Energía Solar en la Universidad Politécnica de Madrid
- Panel fotovoltaico
Referencias
- ↑ «General Motors escoge Figueruelas para montar la mayor planta solar del mundo - Expansión.com». Consultado el 2009.
- ↑ «Optimización de un campo de seguidores fotovoltaicos». Consultado el 2009.
- ↑ «Seminario Web - Dimensionamiento óptimo del cableado en instalaciones fotovoltaicas». Consultado el 2009.
- ↑ «Optimización económica de instalaciones fotovoltaicas - Dimensionamiento del cableado». Consultado el 2009.
- ↑ «Documental sobre la tecnología de concentración». Consultado el 2009.
- ↑ «Óptica para Fotovoltaica de Concentración». Consultado el 2009.
- ↑ «Concentrating Photovoltaics Overview». Consultado el 2009.
- ↑ «Documentales y presentación sobre tecnología fotovoltaica de concentración». Consultado el 2009.
- ↑ El precio de los paneles fotovoltaicos disminuye un 50% en un solo año (y como afectará esto a los coches eléctricos)
- ↑ «Módulos Fotovoltaicos de Capa Fina, silicio amorfo». Consultado el 2009.
- ↑ «Energías Renovables, el periodismo de las energías limpias». Consultado el 2009.
Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Energía solar fotovoltaica.- Diseño de una instalación solar fotovoltaica aislada
- Calcula la potencia pico fotovoltaica de una superficie
- Cómo funciona una célula solar
- Cálculo preciso del rendimiento solar de una instalación. Iniciativa de la UE de resultados cuasi profesionales.
- Central Solar Fotovoltaica de La Puebla de Montalbán, Toledo
- Directorio de huertas solares para instalaciones de energía solar fotovoltaica conectada a red de España.
- Portal informativo de la energía solar, guía de empresas de energía solar.
- Foro de energía solar fotovoltaica
- Página web con información detallada sobre energía solar fotovoltaica
- Nuevas plantas fotovoltaicas con tecnología de concentración
Película fina
- Thin Film Photovoltaics Characterization ("caracterización de la fotovoltaica de película fina")
- Científicos trabajan en la optimización de un tipo de célula fotovoltaica que imita de forma artificial la fotosíntesis (Celda Solar Graetzel.
Concentración Fotovoltaica
- Documental en español sobre Fotovoltaica de Concentración - 1ª Parte
- Documental en español sobre Fotovoltaica de Concentración - 2ª Parte
- Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración
- Seminario web sobre el potencial de la Fotovoltaica de Concentración
- Set didáctico incluyendo vídeos, entrevistas, una presentación, un forum y una lista de alertas, en inglés