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?

6

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?

8

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?

11

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

16

¿Son significativas las RES?

Variación semanal media del aporte de FV y eólica en Europa (GW)

Eólica

Carga residual Fotovoltaica

Carga eléctrica

Semana

17

¿Hay Altenativas para la Aplicación de la ESF? Grandes plantas:

Con integración en la red:

40 Wp CdTe

18

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

22

¿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

23

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 . . .

25

………. es siempre relativo