Post on 28-Nov-2014
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ENERGÍA SOLAR HOY…..¿Y MAÑANA? AVANCES TECNOLÓGICOS ALCANZADOS, SITUACIÓN DE MERCADO Y UNA
REFLEXIÓN SOBRE EL FUTURO
Energía Solar Fotovoltaica. Producción centralizada y descentralizada. José Herrero
Jose.herrero@ciemat.es CIEMAT.
2
¿Qué es el Mix de Generación Eléctrica? ¿Qué puede aportar el Sol? ¿Qué Recurso Solar está disponible? ¿Es la ESF una Tecnología Madura? ¿Es la ESF una Tecnología en Evolución? ¿Cómo es la ESF? ¿Es relevante la ESF en Europa? ¿Y en España qué . . ? ¿Son significativas las RES? ¿Hay Altenativas para la Aplicación de la ESF? ¿Hay posibilidades de Evolución para la ESF?
Contenido
¿Hay escenario par la alta Integración de la ESF? ¿Hay Escenario Tecnológico para la ESF?
¿Qué es necesario? . . . . . . .
¿Hay Capacidad Industrial para la ESF?
3
¿Qué es el Mix de Generación Eléctrica? Pr
oduc
ción
Mun
dial
de
elec
tric
idad
(TW
h)
Escenario/Año
2005 Escenario base2030
Escenario base2050
Mapa ACT2050
Mapa ACT2050
Otrasrenovables
Solar
Eólica
Biomasa+CSS
Biomasa
Hidráulica
Nuclear
Gas+CSS
Gas
Petróleo
Carbón+CSS
Carbón
46%Energías Renovables
4
¿Qué puede aportar el Sol? Energía Solar Activa
• Aplicaciones solares térmicas (calor)
• Electricidad solar o fotovoltaica
• Electricidad termosolar de concentración
5
PARADOJA : La Energía Solar es la única tecnología renovable con recurso, el Sol, suficiente para generar electricidad en el orden de los TWh, pero actualmente es la manera más costosa de producción.
RETO : Desarrollar la ESF desde una base de partida pequeña y simultáneamente junto a otras tecnologías ERs con capacidad de crecimiento más rápido pero con recursos más limitados.
¿Qué recurso solar está disponible?
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A. E. Becquerel W.G. Adams
Albert Einstein
D.M Chapin, C.S. Fuller, G.L. Pearson
1839 1876
1905
1954
Efecto Fotovoltaico Fotodetector de selenio
Efecto Fotoeléctrico
Célula de Silicio
“A New Silicon Photocell for Coverting Solar Radiation into Electrical Power”, J. Appl. Phys. 25, 676 (1954)
1957 Primer Módulo
ATT
¿Es la ESF una Tecnología Madura?
7
Evolución de las mejores células de laboratorio
Efici
encia
(%)
¿Es la ESF una Tecnología en Evolución?
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Estructura de un dispositivo fotovoltaico Rayos solares incidentes
Contacto eléctrico frontal.
Metalización (Ni, Al,..)
Capa antireflectante
(SiO x , TiO
2 ,...)
Contacto eléctrico posterior
(Ni, Ag, Mo,.....)
Emisor/Capa ventana (Si n + , CdS, ....) Base/Absorbente
(Si p, CuInSe 2 , CdTe,...)
L I D
I R P
V
I R
S
Módulos fotovoltaicos
Célula fotovoltaica
¿Cómo es la ESF?
9
Agrupación de módulos: Campo fotovoltaico.
Elementos de aplicación: Sistema fotovoltaico (BoS)
¿Cómo es la ESF?
10
Instalación aislada
Baterías
Cajas de Conexión
Campo FV
Inversor
Transformador
Consumo Eléctrico
Baterías
Cajas de Conexión
Módulo FV
Inversor
Transformador
Consumo Eléctrico
10 kW
< 300W
Modularidad
ESFV: Modularidad y versatilidad ¿Cómo es la ESF?
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Instalación conectada a red Módulos FV
Inversor
Vatímetro Distribuidor
Interconexión Consumidor/Red
3,5 kW
MW
ESFV: Modularidad y versatilidad
¿Cómo es la ESF?
12
269
240
192,5
95,789,9
70,2
49,9 4526,321,719,919,2
2,5 2,1 2 0,7 0,4 0,3 0,2 0,1 0,1
136,3
61,6
97,8105,7
127,4136,7
339,5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Aleman
iaIta
lia
Bélgica
Repúb
lica C
heca
Grecia
Bulgari
a
Eslove
nia
Españ
a
Eslova
quia
Luxe
mburgo
Dinamarc
a
Franc
ia
Austria
Malta
Reino U
nido
Portug
al
Chipre
Holand
aSue
cia
Finlan
dia
Litua
nia
Leton
ia
Hungri
a
Ruman
ia
Irland
a
Estonia
Polonia UE
Wp/
Hab
itant
e
Generación Eléctrica FV en EU-2012: 68,1 TWh
Capacidad instalada en EU-2012: 16.519,9 MWp
Capacidad FV instalada en Europa por habitante
¿Es relevante la ESF en Europa?
13
5672250
16.672
11.89510.535
3.0651.338 833 424
-5541-5495
-207
-3204-1205
-158-43
-10.000
-5.000
0
5.000
10.000
15.000
20.000
FVEóli
ca Gas
Carbón
Biomas
aCSP
Hidráu
lica
Resídu
os
Nuclea
r
Fuel
Oil
Olas y
Mareas
Geotér
mica
Dec
omis
iona
doIn
stal
ado
MW
Capacidad de generación añadida en EU-27 en 2012
¿Es relevante la ESF en Europa?
14
17538
2.707
425 404 247
3.398
152
3.840
4.244
3.415
4.492
690
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Al final del año
MW Capacidad FV Acumulada
Capacidad FV Instalada
¿Y en España qué . . ?
15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Bélgica Bulgaria RepúblicaCheca
Francia Alemania Gracia Italia España0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50Bélgica Bulgaria República Checa Francia Alemania Gracia Italia España
Media de la contribución FV al consumo de electricidad en 2012 (%)
Contribución máxima FV instantánea al consumo eléctrico en 2012 (%)
¿Y en España qué . . ?
Media anual y máxima instantánea de la contribución FV al consumo de electricidad UE-27
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¿Son significativas las RES?
Variación semanal media del aporte de FV y eólica en Europa (GW)
Eólica
Carga residual Fotovoltaica
Carga eléctrica
Semana
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¿Hay Altenativas para la Aplicación de la ESF? Grandes plantas:
Con integración en la red:
40 Wp CdTe
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Coste de Reposición de Materiales en la Construcción por dispositivos FV
Fuente:A. D. Little
0,1Aceri-inox, vidrios fotocrómicos,16 €/m2
0,50Tejas,
recubrimientos, etc ....
8,00 €/m2
0,25Cubiertas de vidrio o metálicas
3,9 €/m2
0,5Cubiertas asfálticas0,67 €/m2
Valor Valor aaññadidoadido
€€/Wp /Wp instaladoinstalado
Materiales evitados Materiales evitados en la construccien la construccióónn
Coste delCoste delMaterialMaterial
0,1Aceri-inox, vidrios fotocrómicos,16 €/m2
0,50Tejas,
recubrimientos, etc ....
8,00 €/m2
0,25Cubiertas de vidrio o metálicas
3,9 €/m2
0,5Cubiertas asfálticas0,67 €/m2
Valor Valor aaññadidoadido
€€/Wp /Wp instaladoinstalado
Materiales evitados Materiales evitados en la construccien la construccióónn
Coste delCoste delMaterialMaterial
Tejas aislantes suponen un ahorro de energía del 25% de la generación FV
BIPV ¿Hay Altenativas para la Aplicación de la ESF?
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¿Hay Altenativas para la Aplicación de la ESF? Autoconsumo + Almacenamiento
Estrategia de eliminar picos de consumo con, almacenamiento, uso doméstico (MW)
Producción FV almacenada Autoconsumo PV
Autoconsumo PV mediante almacenamiento
Producción FV hacia la red
Aporte no-RES
20
¿Hay posibilidades de Evolución para la ESF? Penetración FV Prevista en el mercado Europeo hasta 2030 (MW)
Escenario con un cambio paradigmático
Escenario acelerado
Escenario base
% Contribución al MIX
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¿Hay Escenario para la Alta Integración de la ESF? 2030. Exceso máximo de Capacidad Fotovoltaica en
un escenario dirigido (MW)> 10.0005.000 a 10.000
2.500 a 5.000
0 a 2.500
- 2.500 a 0
- 5.000 a -2.500
- 10.000 a -5.000
< - 10.000
Leyenda
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¿Hay Escenario Tecnológico para la ESF?
LINEA BASE OBJETIVOS Métrica 2012 2015 2020
CAPEX (Sistemas > 2,5 kWp (€/WP) 1.1- 1.6 0.9-1.1 0,8-1 x-Si (Alta eficiencia)
16-19 (20,5)
17,5-20,5 (22) >21
Lámina Delgada 8-14 12-16 14-20 HCPV 29-32 32-35 38-40
Eficiencia del Módulo (%)
LCPV 18-21 >22 >30 Vida media del inversor (años) >15 >25 >30 Potencia garantizada de salida (80%) durante (años) 25 30 >35 Eficiencia del sistema FV (%) (para sistemas residenciales)
≈75 ≈80 ≈85
Error en la previsión de producción fotovoltaica/Error cuadrático medio (%) 8-11
Reducciones posteriores
Reducciones posteriores
Eficiencia para las nuevas tecnologías (% nivel de módulo) NA NA NA Eficiencia para tecnologías emergentes (% nivel de módulo) 4-5 6-8 >10 Rendimiento estable de células solares orgánicas (años) <5 5-10 >10
Estado del Arte de la Tecnología Fotovoltaica y objetivos para los próximos 10 años
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n.a.n.ax-m-Si, a-μ-Sicélulas y módulos
Japón(UK,USA)1Sharp
> 11.000Módulosx-m-Si células y módulos
Korea/ Alemania(China/Alemania)1HanWha Q Cells
10.000912.4Lingotes, obleas, células, módulosChinajinko Solar
<5.000936x-m-Si células y módulos
USA(Japón. Filipinas)1Sun Power
9.0001.543Lingotes, obleas, células, módulos
y sistemas CanadaCanadian Solar
12.8201.590Obleas, x-Si módulosChinaTrina Sola
4.0001.700x-m-Si módulos
ChinajA Solar
> 20.0001.750
x-mSi, Lámina delgada (a-μ-Si),
células y módulos
China(Alemania, Japón USA)1
Suntech Power
6.5001.875MódulosCdTe
USA,(Malasia)1First Solar
16.0002.297Obleas, x-m-Si
células y módulos
ChinaYingli Green Energy
EmpleadosProducción 2012(MW)
TecnologíasPaísCompañías
n.a.n.ax-m-Si, a-μ-Sicélulas y módulos
Japón(UK,USA)1Sharp
> 11.000Módulosx-m-Si células y módulos
Korea/ Alemania(China/Alemania)1HanWha Q Cells
10.000912.4Lingotes, obleas, células, módulosChinajinko Solar
<5.000936x-m-Si células y módulos
USA(Japón. Filipinas)1Sun Power
9.0001.543Lingotes, obleas, células, módulos
y sistemas CanadaCanadian Solar
12.8201.590Obleas, x-Si módulosChinaTrina Sola
4.0001.700x-m-Si módulos
ChinajA Solar
> 20.0001.750
x-mSi, Lámina delgada (a-μ-Si),
células y módulos
China(Alemania, Japón USA)1
Suntech Power
6.5001.875MódulosCdTe
USA,(Malasia)1First Solar
16.0002.297Obleas, x-m-Si
células y módulos
ChinaYingli Green Energy
EmpleadosProducción 2012(MW)
TecnologíasPaísCompañías
Principales Fabricantes FV en 2012 (MW)
¿Hay Capacidad Industrial para la ESF?
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¿Qué es necesario?
•Actuar urgentemente
• Iniciativas decididas y medidas radicales.
•Esfuerzos sostenidos
• Incrementar la coordinación entre los diferentes agentes de la cadena de valor
Investigación – Industria – Finanzas – Política
¡Ponerse a trabajar ! Teniendo en cuenta que todo lo que ocurra . . .