Retos de futuro en energías renovables solares

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Manuel Toledo Cabrera
hace 7 años
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1 Retos de futuro en energías renovables solares Mariano Campoy Quiles Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) Les energies renovables en el metabolisme metropolità del futur Març 2015

2 Índice El reto energético El sol Tecnologías solares El futuro solar?

3 Energía para el progreso La energía ha sido un importante motor de desarrollo, innovación tecnológica y calidad de vida La revolución industrial, el transporte motorizado, las telecomunicaciones, la gestión de calor y luz, etc. Pero

5 Tres razones para dejar los combustibles fósiles 1. Falta de sostenibilidad/recursos finitos 2. Seguridad energética 3. Impacto sobre el medioambiente Maquillando los YA para que parezcan TODAVIAS? Mafalda (Quino)

6 Falta de Sostenibilidad Informe Brundtland (1987): el desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades. Fuente: ASPO 2005.

Falta de Sostenibilidad 34 GtCO 2 e/año 70 GtCO 2 e/año 140 GtCO 2 e/año 0 1 2 3 4 5 6 Población (billones) 7 8 9

7 Falta de Sostenibilidad 34 GtCO 2 e/año 70 GtCO 2 e/año 140 GtCO 2 e/año Población (billones) Población (billones) Gráfico: David J.C. MacKay. Sustainable Energy without the hot air. UIT Cambridge, 2008.

8 Falta de Sostenibilidad

9 Seguridad energética Qué recursos hay en el AMB? Gráfico de PANER 2010, Publicado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio y el IDAE

10 Impacto sobre el medio ambiente Fuente: Emission Database for Global Atmospheric Research (EDGAR), 2000.

11 Fuente: Adaptación propia de datos pertenecientes a La Energía en España 2009, y de PANER, Publicados por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio e IDAE. Consumo en España Electricidad 25 KWh/d/p Electricidad 25 KWh/d/p Eficiencia Energía 90KWh/d/p Calor/frio 33 KWh/d/p Calor/frio 25 KWh/d/p Transporte 32 KWh/d/p Eficiencia Transporte 20 KWh/d/p Consumo futuro

12 Fuente: David J.C. MacKay. Sustainable Energy without the hot air. UIT Cambridge, 2008.

13 Consumo en España Electricidad 25 KWh/d/p Electricidad 25 KWh/d/p Electricidad 25 KWh/d/p Energía 90KWh/d/p Calor/frio 33 KWh/d/p Eficiencia Calor/frio 25 KWh/d/p Electricidad 10 KWh/d/p Otros 15 KWh/d/p Eficiencia Biofuel: 2 KWh/d/p Transporte 32 KWh/d/p Transporte 20 KWh/d/p Electricidad 18 KWh/d/p Consumo futuro Fuente: David J.C. MacKay. Sustainable Energy without the hot air. UIT Cambridge, 2008.

14 Generación de electricidad actual Actual Futuro FER 6.4 KWh/d/p Electricidad 25 KWh/d/p C. Fosiles 14.1KWh/d/p Nuclear 4.5 KWh/d/p Electricidad 53 KWh/d/p FER 6.4 KWh/d/p Primer reto: satisfacer una demanda creciente de electricidad

52% 48% CALOR: Indirectamente genera viento Aerogeneradores Indirectamente produce el ciclo del agua hidráulica Directamente sirve para calentar

16 52% 48% CALOR: Indirectamente genera viento Aerogeneradores Indirectamente produce el ciclo del agua hidráulica Directamente sirve para calentar solar térmica Concentrada puede calentar mucho solar termoeléctrica LUZ: Eficiencia energética luz natural Conversión a electricidad fotovoltaica

17 Energía diluida Energía muy diluida + Mucho consumo = Áreas enormes! Fuente: David J.C. MacKay. Sustainable Energy without the hot air. UIT Cambridge, 2008.

19 Potencial solar PV 10% ef. Irradiancia 177W/m 2 23KWh/d/p equivaldría a m 2 /p Para los 47 millones: Área de Álava Es decir Entre el 1 y el 2% de la superficie de España! Gráfico de PER España , Publicado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio y el IDAE

20 El sol es fuente de energía renovable en forma de luz y calor La energía es abundante pero diluida Foto: Segundo reto: la energía solar está por todas partes pero es de baja densidad

21 Foto: Foto: Alternancia entre días y noches, entre clima soleado y nublado, entre verano e invierno

22 Se necesita almacenaje masivo de energía Centrales hidroeléctricas reversibles Red de baterías de vehículos? Nuevos materiales para baterías Hidrógeno? Y/O tecnologías complementarias (Ej triangulo fotovoltaicoeólico-hidráulico) Y/O eficiencia energética y control de demanda Tercer reto: la variabilidad en la energía de fuentes renovables requiere macrosoluciones

24 Índice El reto energético El sol Tecnologías solares El futuro solar?

25 Imagen sacada de

26 Solar termoeléctrica

28 Cilindro parabólico

30 Energía fotovoltaica Planta solar fotovoltaica en Cintruénigo, Navarra. Foto El Pais

31 BIP

32 Energía fotovoltaica

33 Energía fotovoltaica

34 Generaciones fotovoltaicas

35 Generaciones fotovoltaicas Nanoscale, 5 (2013) 8411

36 Cuarto reto: el zoo de tecnologías puede debilitar la implantación fotovoltaica

37 Solar térmica

39 Solar térmica

40 Termoelectricidad Nature Materials 7, (2008)

41 Termoelectricidad Nature Materials 7, (2008) Panasonics tube thermoelectric

42 Termoelectricidad solar 12 Solar application: 10 8 T C = 273K T H =353K T C ~ 298K T H ~ 353K TE (%) T C = 298K TH=353K T C = 298K T H =333K Carnot ~ 16% ZT 1 3% TE ZT 3.5 TE 6% ZT Sin concentración Fuente: M. Campoy

43 Índice El reto energético El sol Tecnologías solares El futuro solar?

44 Primer reto: la demanda creciente de electricidad Segundo reto: la baja densidad de la energía solar Tercer reto: la variabilidad de las renovables Cuarto reto: el zoo de tecnologías solares Quinto reto: tecnologías económicas y ecológicas

45 Estrategias transversales Nanociencia Estructuración de los materiales a escala nanoscópica para mejorar la funcionalidad o abrir nuevas fronteras

46 El mundo nano With the same amount of plastic needed for a 0.5 l water bottle 70 sq meters of The same volume of metal needed for 7 soft drink cans Average sun light: 200W/m2 Power: around 1400 W (10 %PCE) Average for house ( W) 46

47 Estrategias transversales Nanociencia Estructuración de los materiales a escala nanoscópica para mejorar la funcionalidad o abrir nuevas fronteras Sinergia (1+1 > 2) Heteroestructuras, compuestos, híbridos, dispositivos multifuncionales, multidisciplinaridad

48 Combinación de tecnologías térmica y fotovoltaica

49 Estrategias transversales Nanociencia Estructuración de los materiales a escala nanoscópica para mejorar la funcionalidad o abrir nuevas fronteras Sinergia (1+1 > 2) Heteroestructuras, compuestos, híbridos, dispositivos multifuncionales, multidisciplinaridad Coste Métodos de fabricación que permitan reducir el coste del producto resultante

50 Curva de aprendizaje

51 Estrategias transversales Nanociencia Estructuración de los materiales a escala nanoscópica para mejorar la funcionalidad o abrir nuevas fronteras Sinergia (1+1 > 2) Heteroestructuras, compuestos, híbridos, dispositivos multifuncionales, multidisciplinaridad Coste Métodos de fabricación que permitan reducir el coste del producto resultante Green Materiales no tóxicos y abundantes producidos mediante métodos de bajo consumo energético y emisiones

52 PV de bajo coste económico y medioambiental Here comes the sun Beatles Foto: Konarka

53 Comparación de tecnologías fotovoltaicas Tecnología Energía para la producción (MJ.Wp -1 ) Huella CO 2 (gr.co 2 - eq.wp -1 ) Tiempo para recuperar la energía usada (años) Mc-Si CdTe CIS DSCS Flex OPV Quinto A. reto: L. Roes tecnologías et al, Progress económicas in Photovoltaics, 17 y (2009) ecológicas 372

55 Primer reto: la demanda creciente de electricidad Segundo reto: la baja densidad de la energía solar Tercer reto: la variabilidad de las renovables Cuarto reto: el zoo de tecnologías fotovoltaicas Quinto reto: tecnologías económicas y ecológicas Sexto reto: imaginación, creatividad y diálogo

56 Fotovoltaica de colores Foto: EPFL

57 BIP

59 El diseñador industrial Neville Mars ha ideado este bosque solar que podría servir para reducir aún más la contaminación derivada del uso de los vehículos eléctricos

60 En la naturaleza

61 Imitando a la naturaleza Foto: Belectric

62 Fotovoltaica flexible Nature Communications 3 (770), doi: /ncomms1772.

63 Portátil Konarka

64 Resumen de retos Primer reto: la demanda creciente de electricidad Segundo reto: la baja densidad de la energía solar Tercer reto: la variabilidad de las renovables Cuarto reto: el zoo de tecnologías fotovoltaicas Quinto reto: tecnologías económicas y ecológicas Sexto reto: imaginación, creatividad y diálogo Séptimo reto: marco regulatorio estable

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