ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA. Antigua (Guatemala) septiembre 2014 Enrique Soria Lascorz División de Energías Renovables CIEMAT

Transcripción

1 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Antigua (Guatemala) septiembre 2014 Enrique Soria Lascorz División de Energías Renovables CIEMAT

2 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EFECTO FOTOVOLTAICO EN MATERIALES SEMICONDUCTORES

3 ESFV del µw al GW Ventajas Modular Uso sencillo para el usuario Integrable en edificios Bajos costes de mantenimiento Se genera donde se consume Inconvenientes Radiación solar limitada y variable. No hay generación de noche. Necesita espacio. Bajo rendimiento panel plano (<20%) 1000 W / m 2 Para 1 m W Corriente continua 2000 horas sol /año, 300 kwh/año

4 El efecto fotovoltaico es el proceso físico básico por medio del cual una célula FV convierte energía solar en corriente eléctrica. La luz solar esta compuesta de particulas de energía llamadas fotones. Cuando los fotones inciden sobre la célula FV, su energía es transferida a los electrones del material semiconductor. Con esta energía ganada el e- es capaz de escapar de su posición normal asociada con el átomo generando un hueco. Los e- libres y los h+ generan una corriente eléctrica. Para evitar la recombinación de estas cargas generadas es necesario formar un campo eléctrico interno el cual provee el voltaje necesario para llevar la corriente a una carga externa.

5 Intensidad (A) Potencia (W) La curva I-V Im Isc CURVAS INTENSIDAD-TENSIÓN (I-V) POTENCIA-TENSIÓN (P-V) Pm Variables de funcionamiento Irradiancia solar Temperatura Ángulo de incidencia Espectro solar Isc A SR( ) E( ) d 3.0 Circuito equivalente para la célula solar R s I L I 0 R p 0.5 Vm Voc Tensión (V) Parámetros característicos I sc, V oc FF = P m, I m, V m P m I sc * V oc I V IRs V I L I mv 0 exp 1 t IR R p s

6 Corriente (A) Corriente (A) CURVAS EXPERIMENTALES V-I W/m VARIACIÓN CON LA IRRADIANCIA W/m Voltaje (V) ºC VARIACIÓN CON LA TEMPERATURA ºC Voltaje (V)

7 CONEXIONES DE CELULAS CELULA MODULO ARRAY CELULA FV VOLTAJE: 0.6 V CORRIENTE: 5 A POTENCIA: 1.5 W MODULO FV (72s x 1p) VOLTAJE: 42 V CORRIENTE: 5 A POTENCIA: 150 W LAS CELULAS FV SE PUEDEN CONECTAR EN SERIE O EN PARALELO PARAOBTENER MODULOS FV DE MAYOR VOLTAJE O CORRIENTE LAS MODULOS FV SE PUEDEN CONECTAR EN SERIE O EN PARALELO PARA OBTENER ARRAYS FV DE MAYOR POTENCIA

8 ESTRUCTURA BASICA DE UN MODULO FV + Cinta de Interconexión _ Célula Encintado de las Células Interconexión Laminación Curado Enmarcado Caja de Conexiones Medida y Clasificación

9 SILICIO MONOCRISTALINO

10 SILICIO POLICRISTALINO

11 SILICIO AMORFO

12 CdTe CIS

13 MODULOS FV DE RECIENTE COMERCIALIZACIÓN CIS (SULFURCELL, WURTH..) HÍBRIDO HETEROUNIÓN (c-si/a-si) a-si TRIUNIÓN FLEXIBLE (UNISOLAR) DAY4 ENERGY (NUEVA INTERCONEXIÓN) Pág. 13 BIFACIAL (SANYO-HIT, HITACHI) CÉLULAS EFG TEXTURADAS (SCHOTT)

14 Eficiencia y tipos de células y módulos FV Tecnologías convencionales Tecnologías recientes Tipo Eficiencia m-si % p-si % a-si 5-6 % TeCd 9-10 % CIGS % Células de concentración Cél. con contactos por la cara posterior % HIT cel heterounión % µa/µcsi 9-11 % TeCd avanzadas % CIGS cel laboratorio % Células orgánicas 3-5 % Tipo Eficiencia Concentración m-si 27 % X PInGa/AsGa/Ge 42 % X

15 Curva de experiencia de Módulos FV Coste actual de los módulos FV < 0.5 euros/wp

16 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS GENERADOR FV APLICACION SISTEMAS FV CONECTADOS A RED GENERADOR FV APLICACION ACUMULADOR SISTEMAS FV AISLADOS

17 GENERACION MODULOS/ARRAYS SISTEMA FOTOVOLTAICO ACUMULACION ACONDICIONAMIENTO BATERIAS INVERSOR/REGULADOR CARGAS LAMPARAS, BOMBAS,... GRUPO DIESEL DE APOYO RED ELECTRICA

18 CONFIGURACIÓN TÍPICA SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTÓNOMO = consumo CONSUMO DC GENERADOR FV REGULADOR BATERIA REG. = consumo CONSUMO AC INVERSOR SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED = 000 kwh GENERADOR FV INVERSOR CONTADOR RED

19 Aplicaciones Sistemas Autónomos PROFESIONALES AGRICOLAS VIVIENDAS Espacio Repetidores TV Telefonía móvil MICRORREDES Bombeo agua Desalación Invernaderos Electrificación A. Acondicionado Iluminación

20 Aplicaciones Sistemas Conectados a Red Grandes Centrales Grandes edificios > 200 MW Naves industriales Aparcamientos G. Superficies Casas / Viviendas Autoconsumo. Balance neto Eficiencia Energética Edificios Recarga Vehículos Eléctricos

21 Tipos de Instalaciones En edificios Sobre Suelo Con seguimiento solar Orientación Fija

22 Sistemas de concentración Sin concentración Panel Plano Baja 1 a 10 X Factor de concentración solar Media 10 a 100 X Alta 100 a 1000 X

23 EJEMPLOS DE INTEGRACION FV EN EDIFICIOS Biblioteca Pública Mataró (Cataluña) Corredores

24 Toldos EJEMPLOS DE INTEGRACION FV EN EDIFICIOS Ventanas Tejados

25 TOLDOS FOTOVOLTAICOS VERANO INVIERNO

26 Evolución anual FV instalada en el mundo Potencia mundial acumulada 177GWp 85% c-si, 6% TeCd, 3% a-si, 3% concentración,3% alto rendimiento

27 El mercado FV mundial, potencia instalada GW INSTALADOS EN 2014

28 Potencia instalada y mercado mundial Número País Potencia instalada (GWp) 1 ALEMANIA ITALIA EEUU 7,6 4 CHINA JAPON ESPAÑA FRANCIA BELGICA AUSTRALIA R. CHECA 2.1 Orden Fabricante Producci ón 2013 en GW 1 Yingli 2,90 2 Trina 2,08 3 First Solar 1,80 4 Sharp 1,60 5 Canadian Solar 1,58 6 Jinko 1,32 7 Kyocera 1,30 8 Suntech 1,20 9 Sun Power 0,98 10 Hanwha 0,90 Fuerte concentración de fabricantes: 10 producen el 50%

29 Situación en España

30 Evolución FV acumulada conectada a red en España Energía Vendida (GWh) Potencia Instalada (MW) Nº Instalaciones AÑO , , , , , ,528 3,398 51, ,074 3,398 52, ,405 3,842 55, ,425 4,252 57, ,161 4,538 60,152 Año 2012 > instalaciones 5.16 GWp (4.53 kwac) 8.16 GWh generados a red > módulos FV Instalados en el Año 2012: 277 MW

31 Evolución anual de la potencia FV instalada en España Año 2012 Generación FV: 8,16 GWh Demanda total: GWh 3,3% demanda nacional >10% mediodía en días soleados 21% en Extremadura 12% en Castilla-La Mancha, Potencia instalada: 5.16 GWp 4.53 kwac Instalaciones: > Módulos FV: > Potencia 2012: 277 MW Horas equivalentes 2012 Media 1798 h Máximo 2056 h Extremadura Mínimo 1154 h País Vasco

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33 Evolución de la industria FV nacional Año 2002 (s/asif) 2ª industria europea y 4ª mundial 30% de la producción europea 8% de la producción mundial 85% mercado exterior Año 2013 (s/unef) Puestos de trabajo: Año , Año Fabricantes FV (células, módulos FV, inversores, etc) Año 2010 > 50, Año 2013 < 10 Cierre de fabricantes de células y módulos FV. En el periodo Atersa Isofoton BP Solar Gadir Solar Solaria Siliken Guascor Foton Pevafersa Unisolar-Soliker T-Solar Hellín Energ. Cell-Celis Quantum Solar Gamesa Solar Ferroatlantica DC-Wafer Zytech Schott Solar Silicio Solar Número de socios (ASIF, UNEF) Año 2009 >550, Año 2013 >330

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35 Situación actual de la industria nacional - Desmantelamiento de la industria nacional (s/unef): - Competencia internacional (países asiáticos) - Inseguridad jurídica (medidas restrictivas * con carácter retroactivo) - Incertidumbre sobre el autoconsumo (peajes y tramitación) * Reducción de primas, aumento peajes, limitación producción

36 Grandes centrales FV > 200 MW (mercado libre) Autoconsumo autónomo y/o conectado a red Balance neto. Eficiencia energética de edificios. Integración. CTE Aplicaciones agrícolas y ganaderas Aplicaciones profesionales e industriales Exportación Opciones de futuro en España Micro-redes, generación distribuída, smartgrid, smartcity, smart-solar-house, gestión de la demanda,...