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Energía Solar Fotovoltaica

Pep Puig, Marta Jofra

© Naturmedia

ENERGÍA SOLAR PARA LA GENERACIÓNDE ELECTRICIDADLa obtención directa de electricidad a partir dela luz se conoce con el nombre de efecto foto-voltaico. La existencia de este fenómeno fuepuesta de manifiesto por el físico Antoine Bec-querel, en el año 1839. Para conseguirlo, se re-quiere un material que absorba la luz del Sol ysea capaz de transformar la energía radianteabsorbida en energía eléctrica, justo lo que soncapaces de hacer las células fotovoltaicas.

TODO UN DESCUBRIMIENTOHacia 1870 el profesor W. Grylls Adams y unestudiante suyo, R. Evans Day, experimentaronsobre el efecto de la luz sobre el selenio, com-probando que se creaba un flujo de electrici-dad, que denominaron “fotoeléctrica”. Era elaño 1885 cuando Charles Fritts construyó elprimer módulo fotoeléctrico, extendiendo unacapa de selenio sobre un soporte metálico yrecubriéndola con una fina película transparen-te de oro. Fritts envió sus paneles solares aWerner von Siemens, que ante la Real Acade-mia de Prusia, presentó los módulos america-nos declarando “por primera vez tenemos laevidencia de la conversión directa de la energíade la luz en energía eléctrica”.

La primera célula fotovoltaica de silicio fuedescrita por R. S. Olh en el año 1941. Pero losprimeros dispositivos fotovoltaicos no se em-pezaron a fabricar hasta la década posterior.Fueron otras investigaciones las que hicieronposible que se abandonara el selenio y se em-pezara a utilizar el silicio como material básicopara las células. En los Bell Laboratories, a co-mienzos de los años 50, Calvin Fuller y GeraldPearson trabajaban en la materialización de la

teoría del transistor construido a base de silicio.A la vez que ellos estaban inmersos en mejorarlos transistores, otro científico de Bell, DarrylChapin, empezó en febrero de 1953 a investigarprimero con selenio y luego con silicio, con elque logró eficiencias del 2,3%. Los cálculos teóri-cos de Chapin concluían que las células de siliciopodían llegar a tener una eficiencia del 23%, aun-que en la práctica Chapin llegó a desarrollar unacélula con un 6% de eficiencia.

El 25 de abril los ejecutivos de Bell presenta-ron la denominada Batería Solar Bell, mostrandoun panel de células fotovoltaicas que alimentabanuna noria en miniatura (hoy en día, la noria gigan-te del embarcadero de Santa Mónica, California,está alimentada por un sistema fotovoltaico de 50kWp).Al día siguiente, los científicos de Bell La-boratories llevaron la experiencia a la reunión dela Academia Nacional de Ciencias Americana, quese estaba realizando en Washington.Hicieron fun-cionar un radio transmisor alimentado por ener-gía solar, que llevó voz y música a la prestigiosareunión. La prensa recogió la noticia manifestan-do: “las células solares de Bell suministran ener-gía a partir del sol en una cantidad de 60 W/m2,mientras que la célula atómica, recientementeanunciada por RCA, suministra una millonésimade vatio. Por tanto, la célula solar proporciona 50millones de veces mas energía que el artefacto deRCA” (se referían a la denominada pila atómica,que consistía en una célula de silicio alimentadapor energía nuclear,que utilizaba los fotones emi-tidos por un muy nocivo residuo radiactivo, el Es-troncio-90, en vez de los fotones solares, y quehabía sido pomposamente anunciada por RCA,coincidiendo con el programa denominado “Ato-mos para la Paz”, cuyo objetivo era la promociónde la energía nuclear a escala mundial).

A partir de este momento, las células solaresfotovoltaicas entraban de lleno en el campo deacción de la industria. Primero fue Western Elec-tric, que las utilizó para alimentar líneas telefóni-cas en las zonas rurales de Georgia. En 1955,Na-tional Fabricated Products compró la licenciapara la fabricación de células solares a WesternElectric, para intentar el mejoramiento de su efi-ciencia. La primera empresa que intentó su co-

Este es el anuncio que los Laboratorios Bell hicieron delprimer panel fotovoltaico desarrollado por suscientíficos en 1953. Desde entonces, la tecnología solarha dado pasos muy importantes.

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mercialización fue la californiana Hoffman Elec-tronics, en 1956, para introducirlas en campos deaplicación específicos (alimentación de lugaresremotos alejados de la red eléctrica).

PRIMERO, EN EL ESPACIOLas células fotovoltaicas tuvieron su primer grancampo de aplicación en el espacio. Fue a partirdel invento de Chapin, Fuller y Pearsons, cuandoHans Ziegler, jefe de investigación sobre sistemasde suministro de energía del ejército estadouni-dense, tras visitar los Bell Laboratories, concluyóque la única aplicación factible era la super-secre-ta operación denominada “Lunch Box”, que noera otra que la construcción y lanzamiento de unsatélite artificial.

La ciencia ficción se materializó con el anun-cio del presidente Eisenhower, realizado el 30 dejulio de 1955, de que América tenía planes paracolocar un satélite en el espacio. En la primerapágina del New York Times apareció un dibujo delsatélite alimentado por células solares.

Con las células fotovoltaicas en el espacio afinales de los años 60 y principios de los 70, pare-cía imposible traerlas de vuelta a la Tierra. Huboalguna excepción: las agencias del Gobierno delos Estados Unidos implicadas en actividades se-

cretas apreciaron inmediatamente su valor. LaCIA,por ejemplo,quería saber el volumen de trá-fico a través de la ruta Ho Chi Minh durante laguerra del Vietnam. Por ello utilizó fuerzas espe-ciales para instalar detectores camuflados a lolargo de la misma. ¡Y estos detectores estabanalimentados por células solares fotovoltaicas!

LA FOTOVOLTAICA VUELVE A LATIERRAEn 1973 investigadores de Exxon (entonces de-nominada Esso) sorprendieron a todo el mundoal anunciar que su filial Solar Power Corporation“comercializaba módulos fotovoltaicos que serí-an competitivos con otras fuentes de energía enaplicaciones terrestres».

Solar Power Corporation comenzó a investigarpara reducir el coste de fabricación de las células.Empezaron por utilizar, no silicio cristalino puro,como el utilizado en la industria de los semicon-ductores, sino silicio de rechazo de esta industria.Así lograron fabricar módulos a un coste de 10$/Vatio,que se vendían a 20 $/Vatio. Los primerosmercados masivos de células fotovoltaicas se des-arrollaron en primer lugar en torno a aplicacionesaisladas de la red eléctrica: señalización marítimamediante boyas luminosas, señalización ferrovia-ria, antenas de comunicaciones (telegrafía, telefo-nía, radio,TV, etc).

La industria aeroespacial ha sido siempre una importante embajadorade la solar fotovoltaica. En la foto superior, el Explorer I, primersatélite lanzado por Estados Unidos. Debajo el Viking I y la EstaciónEspacial Internacional, con sus paneles extendidos.

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¿CÓMO FUNCIONAN LAS CÉLULASFOTOVOLTAICAS?Una corriente eléctrica es un flujo de electro-nes que se produce al establecerse una diferen-cia de potencial eléctrico.Todos los materialesestán repletos de electrones. Los átomos de losmateriales están formados por núcleos con car-ga eléctrica positiva rodeados por nubes deelectrones con carga eléctrica negativa. En algu-nos materiales es muy fácil hacer circular unacorriente eléctrica. En otros es más difícil, porno decir imposible. Por ejemplo, en el caso delcobre o de otros metales, los electrones sepueden desplazar libremente y permiten esta-blecer circuitos por donde pasa una corrienteeléctrica. Estos materiales se denominan con-ductores. Sus electrones tienen unas energíasparticularmente elevadas y pertenecen a unabanda energética denominada banda de con-ducción. En cambio, existe otro tipo de mate-riales en los cuales no puede circular corrienteeléctrica alguna, debido a que sus electrones notienen ninguna posibilidad de desplazamiento.Se trata de los materiales aislantes, en los quesus electrones pertenecen a una banda denomi-nada de valencia.También existen materiales se-miconductores, que no son ni conductores, niaislantes, pues en ellos las cargas en las dos ban-das de energía antes citadas, la de conducción yla de valencia, se encuentran separadas por unabanda de energía denominada prohibida, por-que en ella no hay ninguna carga eléctrica quetenga la energía correspondiente.

Una célula fotovoltaica sólo puede generarelectricidad cuando se cumplen tres condiciones:

! a) se ha de poder modificar el número de cargas positivas y negativas

! b) se han de poder crear cargas quepermitan la aparición de una corriente

! c) es preciso que se establezca unadiferencia de potencial o campo eléctrico

! La oblea de silicio ha sido tratada para quecuando incida sobre ella la luz solar se liberen yse “empujen” las cargas eléctricas hacia lasuperficie. (Las positivas en una dirección y lasnegativas en otra)

! Si se cierra el circuito eléctrico las cargassalen de la célula creando una corrienteeléctrica

malla metálica superior

malla metálica inferior

oblea de silicio

cargaseléctricas internas

corriente eléctrica

cargaseléctricas internas

La célula fotovoltaica

Fuente: BP Solar

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La primera condición se alcanza cuando seañaden a un semiconductor puro unas pequeñasdosis de átomos “contaminantes”, denominadostambién dopantes, que son capaces de ceder oaceptar electrones. Para alcanzar la segunda, espreciso exponer la célula fotovoltaica a una ra-diación luminosa para aprovechar la energía delos fotones (o partículas de luz). Si la energía es laadecuada, el fotón cede energía a un electrón dela banda de valencia y lo hace pasar a la banda deconducción, saltando la banda prohibida. En esteproceso aparece, a su vez, en la banda de valencialo que se denomina un agujero (de carga positi-va) debido a la ausencia de un electrón que haido a parar a la banda de conducción. Con la cre-ación de estas cargas se puede establecer una co-rriente eléctrica al cerrar el circuito.

Finalmente, y ésta es la tercera condición, sepuede obtener una diferencia de potencial unien-do dos semiconductores que contienen una den-sidad de cargas positivas o negativas diferente. Laexistencia de estas cargas positivas y negativasorigina de una manera natural un campo eléctri-co (o una diferencia de potencial) entre las dosregiones de la unión. Un dispositivo constituidopor esta unión recibe el nombre de célula solar(o célula fotovoltaica).Cuando la célula recibe losfotones de una radiación luminosa, las cargas ne-gativas y positivas creadas se separan a causa delcampo eléctrico y, si entonces se cierra un circui-to entre los dos materiales que forman la unión,aparece una corriente eléctrica.

DIFERENTES TECNOLOGÍASDE FABRICACIÓNEl material predominante para la fabricación decélulas fotovoltaicas es el silicio, uno de los ma-teriales más abundantes en nuestro planeta. Lacantidad de silicio necesaria para producir1MWp de células es actualmente del orden de11,5 toneladas, cuando hace menos de diez añosse necesitaban 15.

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Eran los años 70 cuando la región del Sahel sufríauna grave sequía. Un misionero católico, el padreBernard Verspieren, de la orden de los PadresBlancos, fundaba la ONG denominada “Mali AquaViva”, con el objetivo de perforar pozos y disponerde agua para regadío. Pero ¿qué energía utilizarpara el bombeo del agua?

Fue una joven mujer, Dominique Campara,graduada en una escuela de ingeniería francesa a mediados de los años 70, la que contribuyó al hallazgo de la solución, con su tesis doctoral sobreel bombeo de agua mediante solar fotovoltaica. Su interés por la energía solar se había despertadodespués de asistir a la Cumbre Solar de París(1973) organizada por la UNESCO y después dehaber oído diversas conferencias de Wolfgang Palz,conocido en Francia como Mr. Solar. Con la ayudade la compañía Philips (que donó los módulosfotovoltaicos) y Pompes Guinard (empresafrancesa líder en fabricación de bombas) instalóun prototipo en la isla de Córcega, donde ella vivía,y luego el primer sistema de bombeo solar FV enAfrica. Tras recoger dinero de algunas

organizaciones donantes, sefue al poblado de Nabasso, en Mali. Una mañanacalurosa, después de haberconectado los cables, y bajo laasombrada mirada de loslugareños, empezó a salir aguadel pozo, sin ningún ruido ysin el negro humo de losgeneradores de combustióninterna. Parecía algo mágico.No podían comprender queera el Sol que alimentaba labomba, pero con la caída de la noche enseguida loentendieron.

Energía en las misiones

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La mayor parte de las células que se produ-cen en el mundo son de silicio cristalino (87,4%)que incluye monocristalino y policristalino. Lasmonocristalinas se fabrican a base de lingotes pu-ros de silicio (los mismos que los utilizados en lafabricación de chips electrónicos). Las policrista-linas se fabrican a partir de la refundición de pie-zas de silicio monocristalino. Si bien su rendi-miento es ligeramente inferior, su adquisición esmucho menos costosa. Las células de silicioamorfo (5,2%), se obtienen a partir de la deposi-ción de capas delgadas sobre vidrio. El rendi-miento de estas células es menor que el de las desilicio cristalino, razón por la cual se destinan aaplicaciones de pequeña potencia (calculadoras,relojes, etc).

Otras tecnologías prometedoras son lasnuevas capas delgadas que representan una al-ternativa a la tecnología cristalina. En ellas, el se-

mi-conductor se economiza porque es aplicadoen forma pulverizada y no precisa ser cortado,como en el caso de las tecnologías cristalinas. Lagran promesa de estas tecnologías es que pue-den reducir enormemente los costes de pro-ducción. Entre ellas destacan las células de telu-ro de cadmio (CdTe) y las de seleniuro de cobree indio (CIS). Las primeras no tienen mucho fu-turo debido a la toxicidad de sus componentes.No obstante representan hoy en torno al 4,7%.En cambio las segundas parecen mucho másprometedoras, aunque de momento sólo supo-nen el 0,5% de la producción mundial.

Aparte de las tecnologías descritas hastaaquí, existen otras, como los sistemas de concen-tración y los sistemas termofotovoltaicos (TFV).Los sistemas de concentración son los que me-diante lentes o espejos concentran los rayos so-lares sobre una célula. Estos sistemas son mas

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Los distintos tonos de los cristales de silicio sonperfectamente visibles en las células policristalinas,que se distinguen bien de las monocristalinas, a laizquierda.

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Producción de célulasfotovoltaicas en 2007 (MWp)

! Alemania 875,6 76%! España 132,3 11%! Noruega 46 4%! Francia 39 3%! Holanda 36 3%! Bélgica 29,1 2%! Rusia 6 1%! Italia 5,6 –! Otros 1 –! TOTAL EUROPA 1.170,6% 100%! China 1.200 28%! Europa 1.170,6 27%! Japón 932 22%! Taiwán 461,6 11%! Estados Unidos 273 6%! India 64,2 2%! Australia 35,4 1%! Otros 141,1 3%! TOTAL MUNDO 4.279 100%

Fuente: Photon International.

Potencia fotovoltaica instalada en la UE (MWp)

En Acumulado hasta2006 2006

! Alemania 953 2.863! España 60,5 118! Italia 11,6 57! Francia 6,4 32,6! Austria 1,5 25,5! Luxemburgo 0,04 23,6! Reino Unido 3,2 14! Grecia 1,2 6,7! Suecia 0,6 4,8! Bélgica 2,1 4,1

! TOTAL UE 1.043 3.216 MW

Fuente: EurObserv’ER

Abajo, una instalación fotovoltaica emblemática, al piede las torres de refrigeración de la central nuclear deRancho Seco, en California (Estados Unidos).Tiene una potencia de 3,9 MW.

Imagen del proceso de fabricación robotizado en la fábrica de Isofotón, en Málaga.

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adecuados para lugares soleados, ya que las len-tes o los espejos deben “ver” el Sol, para seguir-lo y concentrarlo continuamente sobre la célula.Empezaron a desarrollarse en los años 70 y últi-mamente han experimentado un desarrollo es-pectacular, sobre todo en España.

En los sistemas Termo FV, el flujo de energíaradiante (los fotones) no procede del Sol, sinoque se crea por calentamiento de un elementocerámico en un horno quemando gas natural. Eneste caso la energía radiante procede de la emi-sión infrarroja del elemento cerámico caliente.Las células FV multicapa a base de Arseniuro deGalio (GaAS), sensible a la luz del Sol, y de Anti-moniuro de Galio (GaSb), sensible a la radiacióninfrarroja, descritas ya en el año 1989, desarro-lladas inicialmente en el NREL (National Rene-wable Energy Laboratory), han demostrado efi-ciencias de hasta un 34%, debido al amplioespectro de la radiación solar que utilizan. Ellaspodrían ser la base para los sistemas TFV, másadecuados para climas menos soleados, mas frí-

Central de Sonnen (Alemania), con 1,75 MW instalados.Debajo, el primer seguidor de concentración fotovoltaica deSolFocus instalado en el Instituto de Sistemas Fotovoltaicos deConcentración (ISFOC), en Puertollano (Ciudad Real).

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os. La combinación de los sistemas TFV con lossistemas FV clásicos permitiría disponer deelectricidad día y noche, esté despejado o nu-blado, en invierno o en verano, ya que se com-plementan perfectamente.

EL MERCADO ACTUAL DE CÉLULASFOTOVOLTAICAS (1.357CC)El mercado mundial de células fotovoltaicas cre-ció un 20% entre 1990 y 2000, en torno al 40%en 2005 y 2006, y hasta un 70% en 2007, cuandola fabricación mundial de células FV llegó a los4.279 MWp.Ya en el año 2000 se superó la cifrade 1.000 MWp de potencia instalada acumuladaen el mundo, exactamente 1.428, según datos dela Asociación Europea de la Industria Fotovoltai-

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La participación en el mercado de las diferentestecnologías fotovoltaicas en 2007 es:! Total mundial: 4.200 MWp! Silicio cristalino: 87,4%! Silicio amorfo: 5,2%! Teluro de cadmio: 4,7%! Cobre selenio indio: 0,5%! Otras tecnologías: 2,3%

! Total España: 130 MWp (más del 3% de laproducción mundial)! Silicio cristalino: 100%

La producción geográfica de células fotovoltaicas(MWp) en el mundo (2007) es:! China: 1.200 (28%)! Europa: 1.170,6 (27%)! Japón: 932 (22%)! Taiwán: 461,6 (11%)! Estados Unidos: 273 (6%)! TOTAL MUNDO: 4.279 (100%)

Los principales fabricantes de células fotovoltaicas(MWp) en el mundo (2006) son:! Sharp (Japón): 434 (17,1%)! Q-Cells (Alemania): 253 (10%)! Kyocera (Japón): 180 (7,1%)! Suntech (China): 158 (6,3%)! Sanyo (Japón): 155 (6,1%)! Mitsubishi (Japón): 111 (4,4%)! Motech (Taiwan): 102 (4%)

Mercado fotovoltaico mundial por aplicación:! Conexión a red: 82%! Remoto viviendas: 8%! Remoto industrial: 7%! Remoto otros: 2%! Productos de consumo

(relojes, calculadoras…): 1%

El mercado

Como se ve en estas imágenes, los usos de lasolar fotovoltaica son de lo más dispares y laintegración arquitectónica de los sistemas ha

alcanzado cotas de gran belleza.

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ca (EPIA). En 2005 eran 5.253 y actualmente yasuperan los 9.000 MWp. EPIA cree que en 2012podría haber cinco veces más fotovoltaica insta-lada que ahora, hasta los 45 GWp.

En el año 2002, el entonces tejado solar FVmás grande del mundo fue construido porNuon Energy Company en Holanda, donde unode los edificios de la Feria de Horticultura Flo-riade dispone de 25.100 m2 de captación solar, osea 19.000 paneles FV, con una potencia de 2,3MWp. Ese mismo año la mayor instalación FVdel mundo estaba en Hemau (Baviera), una delas zonas más soleadas de Alemania: ocupa 7hectáreas y tiene una potencia de 4 MWp.

Hace apenas unos años estas instalacionespodrían parecer gran cosa, pero hoy se instalanparques multimegavatio a un ritmo asombroso.Por ejemplo, en Trujillo (Cáceres), la empresa es-pañola Elecnor construye un parque de 23 MW.Y Acciona inauguró en 2007 en la localidad nava-rra de Milagro una planta de 9,5 MW que perte-nece a 753 pequeños propietarios.

LA FOTOVOLTAICA EN ESPAÑA (1.378CC)A finales de 2007 había en España 607 MWp fo-tovoltaicos, de los que aproximadamente el 6%corresponden a instalaciones aisladas y el restoestán conectadas a red. Sólo en 2007 se instala-ron 451 MW, es decir, 51 más que los 400 pre-vistos como objetivo para 2010 en el Plan de

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Energías Renovables. Por comunidades autóno-mas, Castilla–La Mancha es la que más instalóese año, con 86 MW, seguida de la ComunidadValenciana (64 MW), Castilla y León (56 MW) yNavarra (50 MW)

Desde el año 2000 la capacidad de produc-ción de células fotovoltaicas en España no ha pa-rado de crecer. En 2007 se alcanzaron los 132MW, lo que supone más del 3% de la producciónmundial. España es el sexto fabricante del mundo,tras China, Japón,Alemania,Taiwán y Estados Uni-dos. Y su dinamismo industrial sigue creciendoporque en 2009 contará con la primera planta depolisilicio –el material del que se fabrican las célu-las– que el consorcio Silicio Energía,en el que par-ticipan Isofotón y Endesa entre otros, está cons-truyendo en la localidad de Los Barrios (Cádiz).Todo esto,unido por supuesto al empuje del mer-cado fotovoltaico internacional,ha permitido unasreducciones sostenidas del precio del vatio insta-lado en de un 5% anual aproximadamente. Hastael punto de que la industria solar en España se hacomprometido a que el kWh fotovoltaico igualeal kWh residencial antes de 2020.

LOS SISTEMAS PARA LA UTILIZACIÓNDE LA ENERGÍA SOLAR FVLos sistemas hoy disponibles para realizar un usoefectivo de la energía solar y convertirla en elec-tricidad se dividen en dos grandes grupos: siste-mas autónomos sin conexión a la red y sistemasconectados a la red.

LOS SISTEMAS AUTÓNOMOSConstan de un sistema de captación solar

(células solares dispuestas en paneles), las bate-rías para almacenar la electricidad generada encorriente continua y el sistema de control paraasegurar el correcto funcionamiento de carga ydescarga de la baterías. Los sistemas autónomosbásicamente se utilizan para el suministro deelectricidad en lugares donde no existe redeléctrica convencional: en zonas rurales, en paí-ses en vías de desarrollo, etc.

Un ejemplo de sistemas solares FV autóno-mos es el programa “100.000 Solar Ger” enMongolia, cuyo objetivo es alcanzar la instala-ción de 100.000 sistemas solares domésticos,con una potencia de 10 MWp en el año 2010.

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A la derecha, huerta solar de Acciona de9,5 MW, ubicada en la localidad de

Milagro (Navarra), con 864 estructuras de captación solar.

Planta de Acciona en Tudela (Navarra) de 1,2 MW operativa desde julio de 2002. Dispone de 400 seguidores solares con un total de 12.602 paneles.

La radiación solar en España

1.500-1.250

1.750-1.500

>1.750

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Accion

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! Zona 1 - media anual <1.450 kWh/m2.

! Zona 2 - media anual>= 1.450 y <= 1.680 kWh/m2.

! Zona 3 - media anual >1.680 y <= 1.825 kWh/m2.

! Zona 4 - media anual >1.825 y <= 2.500 kWh/m2.

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LOS SISTEMAS CONECTADOS A LA REDNo disponen de ningún tipo de almacena-

miento. Simplemente constan de los sistemas decaptación y de conversión de la electricidad gene-rada (de corriente continua a corriente alterna), yde conexión a la red. Se instalan básicamente enzonas urbanas de países industrializados.

SISTEMAS CENTRALIZADOSVERSUS DESCENTRALIZADOSA mediados de los años 70 y principios de los 80,cuando los gobiernos de los países industrializa-dos empezaron a financiar programas de energíasolar, tendieron a favorecer plantas FV centraliza-das y de gran tamaño, en vez de unidades peque-ñas situadas en los tejados de los edificios. La ra-zón no era otra que seguir la tendencia,dominante hasta entonces, de generar electrici-dad con grandes instalaciones centralizadas. Asíempezaron a construirse centrales eléctricas FVen diversas partes del mundo.

Sin embargo, muchos pioneros de la energíasolar FV estaban convencidos de que esta tecno-logía estaba más adaptada a generar energía en elmismo lugar donde se necesitaba. La revistaScience, en 1977, sugería al Gobierno de EstadosUnidos que prestase más atención a los dispositi-

vos FV in-situ. El debate sobre dónde situar lospaneles FV se intensificó cuando diversas empre-sas eléctricas californianas construyeron,a princi-pios de los años 80, centrales FV de varios mega-vatios de potencia. En España, tras el boomexperimentado en 2007 también se ha planteadola necesidad de potenciar más las instalacionessobre edificios que los grandes parques solares.

SISTEMAS CENTRALIZADOSQuizás una de las centrales más emblemáti-

cas fue la que se instaló al pie de las torres de re-frigeración de la central nuclear de Rancho Seco,California (Estados Unidos).La promovió la inno-vadora y activa empresa eléctrica municipal deSacramento (SMUD), bajo la dirección de DavidFreeman (que se había hecho famoso por habertomado la decisión de cerrar la central nuclear,convirtiendo a SMUD en la primera empresaeléctrica del mundo que “apagó definitivamenteel interruptor” de una central nuclear en funcio-namiento). Eran dos centrales de 1 MWp de po-tencia cada una. Actualmente esta central tieneuna potencia total de 3,9 MWp.

Probablemente, la central FV más antigua delmundo es la que empezó a funcionar el 13 deabril de 1981 en Beverly, Massachusetts (Estados

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Las instalaciones fotovoltaicas aisladasnecesitan un banco de baterías para poderutilizar la electricidad producida por los panelescuando no luzca el sol.

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Unidos). Tenía100kWp de potencia y,tras algunos reto-ques, hoy continuagenerando electrici-dad, con lo que pro-porciona al mundo laexperiencia de un ca-so real único de lon-gevidad de paneles ytecnología FV.

En España, aun-que con retraso, seempezó con una cen-tral de 100 kWp enSan Agustín de Gua-dalix (Madrid) en elaño 1985, que fue se-guida por otra de 1MWp en la Puebla deMontalbán (Toledo)en junio de 1999. Enenero de 2003, se in-auguró una central FV de 1,2 MWp de potenciaen Montes de Cierzo, cerca de Tudela (Navarra),promovida por lo que antes era EHN y ahora esAcciona. Dicha central abarca una extensión de70.000 m2 de superficie y contiene 12.602 pane-les. Está previsto que genere 2 millones dekWh/año.Consta de dos partes: la central, que seconectó a la red en noviembre de 2001, y utiliza280 seguidores y 10.080 paneles (BP-585); y ladistribuida, que se conectó en verano de 2002, ycontiene 120 seguidores con 2.522 paneles de 11tipos diferentes (fabricados por 9 empresas: BPSolar, Isofotón, Atersa, Kyocera, Mastervolt, ASE,Siemens, Unisolar y EPV, representando cincotecnologías diferentes: silicio policristalino,mono-cristalino y amorfo, capa fina CIS y triple capa).Una central del mismo tamaño,1,2 MWp se inau-guró en Carmona (Sevilla) en octubre de 2006.En 2007 se inició la construcción de dos plantasmucho más grandes que las instaladas hasta aho-

ra: la citada de 23 MW de Trujillo (Cáceres) pro-movida por Elecnor. Y una primera fase de 40MW en Moura (Portugal), iniciativa de Acciona.

SISTEMAS DESCENTRALIZADOSEl debate sobre el uso centralizado o des-

centralizado de la energía solar estaba en plenoapogeo a principio de los años 80, cuando un in-geniero suizo, Markus Real, tomó cartas en elasunto para demostrar en la práctica que era me-jor situar sistemas FV en los tejados de los edifi-cios. Para ello creó una pequeña empresa,AlphaReal, que se hizo famosa en toda Suiza, despuésde haber ganado el primer rally solar que se rea-lizaba en Europa, en 1985, ya que cualquier ciuda-dano suizo había podido ver “el Mercedes Benzequipado por Alpha Real”. Para probar las venta-jas de la energía FV instalada en los tejados de losedificios en vez de en grandes centrales, AlphaReal lanzó su revolucionario proyecto Mega-

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Andalucía42

Murcia30,1

Canarias13,9

Castilla-La Mancha

86

Madrid11,6

Comunidad Valenciana

63,9

Baleares1,4

Extremadura42,7

Castilla y León56

La Rioja6,2

Navarra50,4

Cataluña31,4

Asturias0,3

País Vasco6,6Cantabria

0,7Galicia2,1

Total415 MW

Fuente: ASIF

Potencia fotovoltaica instalada en 2007

Watt. Era su respuesta a los grandes proyectosde centrales solares FV de los años 80. Por ellocontrató anuncios en la radio y en la prensa bus-cando propietarios para 333 pequeñas centralesFV. El único requisito: disponer de un tejado sole-ado. Recibió inmediatamente miles de llamadas yse vendieron más de 333 instalaciones FV de 3kWp cada una. El proyecto MegaWatt enseñó almundo industrializado que era en los edificiosdonde los paneles FV debían colocarse.

La suerte hizo que David Freeman,entoncesdirector de la SMUD, durante unas vacacionesen Suiza, pudiera discutir con Markus Real so-bre la conveniencia de construir centrales sola-res FV de gran tamaño. Real, convencido de lasventajas de los sistemas descentralizados, influ-yó de tal manera sobre Freeman que éste, alvolver a California, empezó a trabajar para con-vertirlo en realidad. Así empezó el novedosoprograma PV Pionner de la SMUD, que instalóen tejados de 436 familias de Sacramento siste-mas FV de 4 kWp, todos ellos propiedad de laSMUD, y que totalizaban casi 2 MWp de poten-cia distribuida por toda la ciudad. Desde 2001 a2007, un nuevo programa, PV Pionner II, ha per-mitido la instalación de 5 MWp más en Sacra-mento.

Hoy tenemos multitud de ejemplos de sis-temas solares FV conectados a la red de formadescentralizada. Por ejemplo el programa pro-movido por el Ministerio de Economía japonés,

Las instalaciones FV del Museo Nacional de laCiencia y la Técnica de Catalunya, en Terrassa –enesta página–, y la Biblioteca Pompeu Fabra deMataró –foto inferior–, son obra de TFM y buenosejemplos de integración arquitectónica.

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cuyo objetivo es llegar a disponer de una po-tencia instalada de 5.000 MWp en el año 2020.O el programa de promoción de la energía so-lar FV en la Unión Europea, cuyo objetivo es lle-gar a 3.000 MWp en el año 2010.

LOS TEJADOS SOLARES DE ALEMANIAProbablemente el programa FV más emblemá-tico sea el de Alemania. Su primera fase se re-monta al periodo 1988-1991, cuando empeza-ron a instalarse plantas piloto financiadas enmuchos casos tanto por la Comisión Europeacomo por el Gobierno alemán. En esta primerafase se alcanzó una potencia de 1,4 MWp. Lasegunda fase corresponde al Programa 1.000Tejados Solares, que posteriormente se incre-mentó hasta 2.000 (años 1991-1994), alcanzan-do una potencia de 5,25 MWp. La tercera fase(1995-1999) corresponde a nuevas iniciativaspromovidas por los estados federados (10MWp) y por diversas ciudades (6 MWp). Aprincipios del año 1999 se inició la cuarta fase,a partir del Programa llamado 100.000 TejadosSolares, incentivando el mercado solar FV a ba-se de créditos a bajo interés. Ello se comple-mentó a partir del 1 de abril del año 2000 conotro incentivo vinculado a la generación deelectricidad mediante sistemas solares FV: laLey de Energías Renovables, que fijó el precioprimado de la electricidad generada por unusuario de sistemas solares FV en 0,51euros/kWh.

SISTEMAS INTEGRADOS EN LOS EDIFICIOSEn los últimos años se ha desarrollado enorme-mente el concepto de FV integrado en los edifi-cios. Este concepto se basa no en disponer lospaneles sobre la cubierta o las paredes externasdel edificio (sea el tejado o la fachada), sino enhacer un único elemento que a la vez actúe decerramiento del edificio y de sistema de genera-ción solar de electricidad.

El primer edificio que implementó este con-cepto fue la Biblioteca Pompeu Fabra de Mata-ró (Barcelona), en la cual toda la fachada frontaldel edificio consta de un doble acristalamiento,con las células FV integradas en el cristal exte-rior (244 m2 con una potencia de 20 kWp), po-sibilitando la circulación de aire entre ellas, loque permite la refrigeración de las células (au-mentando su rendimiento) y permitiendo dis-poner de aire precalentado para usos térmicos(calefacción o refrigeración mediante máquinasde absorción).

Además, en el tejado dispone de 4 lucerna-rios con diversas tecnologías. En total, el edificiodispone de una potencia de 53 kWp y genera 45MWh/año de energía eléctrica, además de 110,5MWh de energía térmica a lo largo de los 5 me-ses en los que se necesita climatización, con loque se cubre un 90% de las necesidades del edifi-cio, y 7 MWh/mes en los meses fríos, utilizadosen el precalentamiento de aire para el sistema decalefacción.

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Hoy en día, hay numerosos edificios delmundo que han incorporado este concepto, en-tre ellos De Kleine Arde (La Pequeña Tierra, elcentro nacional holandés de educación ambien-tal y sostenibilidad), el Brundland Center en Di-namarca, y muchos otros. Incluso se han incor-porado filas de células FV en los cristales de las

ventanas, con lo cual se transforma este ele-mento constructivo en un micro-sistema gene-rador de electricidad solar (Folkecenter for Re-newable Energy, Dinamarca).

Otra novedad la constituyen las denominadas“tejas solares”, que no son otra cosa que elemen-tos constructivos que hacen una doble función:ce-rrar el edificio como tejado y a su vez convertirloen central de generación solar de electricidad.

BENEFICIOS DE LA ENERGÍA SOLARFOTOVOLTAICAEl enorme potencial de la radiación solar quedareflejada con una sola cifra: para generar me-diante sistemas solares FV toda la electricidadque la humanidad consumió el año 2007 (unos18 billones de kWh), se necesitaría una superfi-cie de 180.000 km2 (suponiendo un promediode generación solar de 100 kWh/m2.año), quecomparada con la superficie terrestre de nues-tro planeta, 132 milones de km2, representa un0,14% de ella.

El aprovechamiento de la energía solar parala generación de electricidad contribuye a lasostenibilidad del sistema energético, pues evita

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© NASA

© BP S

OLAR

Avión solar experimental sin pilotoconstruido por la NASA y cubierta

fotovoltaica en una gasolinera de BP.

que se genere electricidad a partir de combusti-bles fósiles no renovables (reduciendo las emi-siones de gases asociados a éstos) y de centra-les nucleares. La energía solar fotovoltaicadistribuida, además, no requiere ocupación deespacio adicional, pues se puede instalar en teja-dos o integrarla en edificios.

En referencia a los aspectos económicos ysociales, la energía solar fotovoltaica permitereducir la tasa de dependencia exterior para elabastecimiento de combustibles (que en Españaes actualmente de un 85%) y aumentar así la se-guridad en el suministro. Esta seguridad resultatambién reforzada por una mayor diversifica-ción de las fuentes energéticas.

La energía solar FV también evita costes demantenimiento y transporte de las líneas eléc-tricas, tanto en zonas de difícil acceso, donde nollega la red, como en áreas urbanas, donde mu-chas veces coinciden las puntas de demandaeléctrica con los momentos de máxima insola-ción. Una vez instalada, tiene un coste energéti-co de mantenimiento nulo.

La promoción de la energía solar fotovoltai-ca, conjuntamente con las demás fuentes renova-bles, se ha convertido en un objetivo principal pa-ra la UE,no sólo por sus beneficios ambientales yeconómicos, sino también por su gran potencialpara la generación de empleo. Según el estudiosobre renovables y empleo elaborado por ISTASen 2008, la solar fotovoltaica da empleo directo a26.500 personas en España, lo que supone un30% de todo el empleo que generan las renova-bles, y que van desde la fabricación de células, pa-neles solares y equipos de regulación y control,hasta la realización de la instalación y posteriormantenimiento de la misma, generalmente asu-mido por la empresa instaladora. España es el se-gundo productor europeo de células fotovoltai-cas, con una producción de 132 MW en 2007,cuatro veces más que en 2002.

! Asociación de la Industria Fotovoltaica (ASIF) www.asif.org

! Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica. EPIA

www.epia.org! Instituto de Energía Solar

www.ies.upm.es ! International Solar Server

www.solarserver.com ! Mr. Solar www.mrsolar.com ! Eurosolar www.eurosolar.org ! World Solar Challenge

www.wsc.org.au

Más información

“Energías Renovables para todos”es una colección elaborada por

Haya Comunicación, editora de la revista“Energías Renovables”

www.energias-renovables.comcon el patrocinio de Iberdrola.

! Dirección de la colección:Luis Merino / Pepa Mosquera

! Asesoramiento: Iberdrola. Gonzalo Sáenz de Miera

! Diseño y maquetación:Fernando de Miguel/Judit González

! Redacción de este cuaderno:Pep Puig, Marta Jofra.

Créditos

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