Sector Energía Solar Fotovoltaica

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1 ESTUDIO DE BENCHMARKING TECNOLÓGICO INTERNACIONAL Sector Energía Solar Fotovoltaica Sector Energía Solar Fotovoltaica innovamos. avanzamos

2 ESTUDIO DE BENCHMARKING TECNOLÓGICO INTERNACIONAL Sector Energía Solar Fotovoltaica Edita y coordina: Agencia de Desarrollo Económico de la Rioja (ADER) a través del Proyecto Globaltech Rioja. Ninguna parte de esta publicación, incluido el diseño de la cubierta, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse de ninguna forma ni por ningún medio mecánico, óptico, de grabación o de fotocopia, sin la previa autorización escrita por parte de la editorial y autores. D.L.: LR

3 Introducción Debido a la globalización de los mercados las empresas riojanas han ampliado el escenario de su competencia nada menos que a todo el mundo, lo cual ha alterado sustancialmente las fórmulas que utilizaban hasta ahora para seguir siendo competitivas, orientándolas hacia aquellas que aseguran la incorporación de valor añadido. Las nuevas reglas de juego exigen a las empresas actualizarse permanentemente, conocer lo que está pasando en su sector, descubrir lo que están haciendo otras empresas más avanzadas, en una palabra, adelantarse en el proceso innovador como vía más acertada para lograr la competitividad. El Gobierno de La Rioja, a través del III Plan de I+D+i, está impulsando la incorporación de la Innovación en todos los ámbitos sociales y económicos, especialmente en las empresas riojanas, con el objetivo de consolidar sus índices de competitividad. Por medio de las fases de elaboración, ejecución, divulgación y comunicación del Plan, el ejecutivo riojano aspira a conseguir, tanto que nuevas empresas tecnológicas se implanten en La Rioja, renovando nuestro tejido industrial, como que los sectores tradicionales riojanos incorporen la tecnología a sus procesos para seguir siendo competitivos. A través de la Agencia de Desarrollo Económico (ADER) y, en concreto, de la mano del Proyecto Globaltech Rioja, el Gobierno de La Rioja ha puesto a disposición de las empresas del sector del calzado de seguridad, una herramienta de gran utilidad para conocer qué se está haciendo en nuestro sector en materia tecnológica. Bajo la metodología Benchmarking *, se han evaluado las mejores tecnologías existentes en diferentes países y de diferentes agentes de un determinado sector, que eran excelentes y aplicables a la realidad del sector en La Rioja. La globalización de los mercados está provocando un proceso de polarización creciente entre líderes y seguidores en el que las Pymes riojanas deben conocer las prácticas empleadas por las empresas catalogadas como excelentes en su sector y reorientar así su estrategia, buscando posicionarse entre los mejores puestos del mercado internacional. La innovación, y de manera especial la innovación tecnológica, es pieza fundamental en esta estrategia y es en ella en la que se centra gran parte del estudio que tiene en sus manos y que sigue la línea marcada en el III Plan Riojano de I+D+i José Ángel García Mera Gerente de la ADER * Siguiendo a Michael J. Spendolini, puede definirse el Benchmarking como un proceso sistemático y continuo para evaluar los productos, servicios y procesos de trabajo de las organizaciones que son reconocidas como representantes de las mejores prácticas, con el propósito de realizar mejoras organizacionales en las propias empresas.

4 contenidos 1. Prólogo, 6 2. Oportunidades para La Rioja y sus empresas, Conclusiones finales y recomendaciones de actuación, Recomendaciones de actuación 2.2. Análisis de Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades, Introducción, Sector objeto de estudio y su relevancia para La Rioja y sus empresas, Importancia para la Rioja 3.2. Principales Tendencias Globales del Sector, Futuro del Sector Fotovoltaico Situación de los Principales Mercados Internacionales Producción de células Situación de la fotovoltaica en España Nichos de mercado generales para La Rioja Estrategias competitivas globales 3.3. Análisis de las fuerzas competitivas del mercado, Principales tendencias tecnológicas, Células fotovoltaicas de 1ª Generación. Silicio Cristalino Células fotovoltaicas de 2ª Generación. Capa delgada Células fotovoltaicas de 3ª Generación Módulos Inversores 3.5. Alcance del estudio, El sector en el mundo: Análisis de los países objetivo y sus líderes, Estados Unidos, Principales tendencias del mercado nacional Marco institucional y factores de éxito Principales tecnologías y sus factores de éxito 4.2. Japón, Principales tendencias del mercado nacional Marco institucional y factores de éxito Principales tecnologías y sus factores de éxito 4.3. China, Principales tendencias del mercado nacional Marco institucional y factores de éxito Principales tecnologías y sus factores de éxito 4.4. Taiwán, Principales tendencias del mercado nacional Marco institucional y factores de éxito Principales tecnologías y sus factores de éxito 4.5. Conclusiones, Fuentes Bibliográficas, Anexo 1: Descripción metodológica, Anexo 2. Patentes, 64

5 01 Existen Prólogo diversas definiciones sobre el contenido y características que definen a un benchmarking, todas ellas con matices distintos y con perspectivas particulares que se adaptan a escenarios puntuales. Sin embargo, lo que es importante resaltar es el hecho de que un estudio de benchmarking es un proceso continuo y no sólo una panacea que al aplicarla en la empresa resuelva los problemas de la misma. Es una sucesión de actividades que se realizarán de manera constante para la búsqueda de las mejores prácticas en la industria en la que se apliquen. Para el caso que nos concierne, el de la energía fotovoltaica, y como se detalla en el contexto del estudio de este sector, es una industria sometida a cambios constantes que implican una adaptación periódica a los mismos y el benchmarking se sitúa como una herramienta muy útil de previsión y anticipación. Identificar las tecnologías internacionales aplicables a las empresas riojanas para mejorar su competitividad. Establecer colaboraciones estratégicas con centros de referencia internacionales. El documento se ha estructurado de manera tal que se facilite su lectura y comprensión, buscando lograr con ello que se extraigan de forma expedita las conclusiones y recomendaciones más valiosas derivadas de un concienzudo y pormenorizado análisis de fondo. En la primera parte han sido ubicadas las conclusiones finales del benchmarking y las recomendaciones de actuación pertinentes y de interés para el sector objeto de estudio. Con esta estructura se pretende que el acceso a estos puntos clave sea muy sencillo de cara a su manipulación y lectura por parte de las empresas y organizaciones interesadas en cada sector analizado. Es una sucesión de actividades que se realizarán de manera constante para la búsqueda de las mejores prácticas en la industria en la que se apliquen. Es importante resaltar que el benchmarking no sólo es aplicable a las operaciones de producción, sino que puede aplicarse a todas las fases del negocio, desde la compra hasta los servicios post venta. Es un instrumento de mejora continua de la empresa cuyo fin es, a través de la observación de aspectos tales como la calidad y la productividad, aumentar su ventaja competitiva hasta el punto de situarla como líder de su sector. El presente estudio de Benchmarking Tecnológico Internacional persigue dar soporte integral a la Agencia para el Desarrollo Económico de La Rioja (ADER) en lo referente a los objetivos que ésta se ha planteado para: Potenciar la dimensión internacional de las actividades de innovación en I+D en La Rioja. A lo largo del documento se exponen los argumentos, elementos de juicio y referencias que validan y sostienen los análisis puntuales plasmados en la primera parte del documento en forma de conclusiones y recomendaciones, con lo cual se puede ahondar en la información del sector sin acudir a otras fuentes fuera del presente estudio. De manera adicional el informe incluye un análisis de patentes que por su aplicabilidad y vigencia revisten mayor interés para el sector objeto del benchmarking. En la parte final se suministran los datos de contacto de los principales grupos de investigación, centros tecnológicos e instituciones de interés para el establecimiento de acuerdos internacionales de colaboración con los países seleccionados para la consecución del estudio. 7

6 Conclusiones finales y recomendaciones de actuación, Recomendaciones de actuación Análisis de Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades, 13 Oportunidades para La Rioja y sus empresas 9

7 02 Oportunidades para La Rioja y sus empresas 02 Oportunidades para La Rioja y sus empresas Conclusiones finales y recomendaciones de actuación. Si existe una característica definitoria del nuevo siglo entrante, esa es la investigación científica y el desarrollo tecnológico. Diariamente se pueden encontrar artículos que nos introducen a descubrimientos rompedores y revolucionarios, más dignos de la ciencia-ficción que de la desarrollada en los laboratorios. Precisamente esa era exactamente la percepción de la energía fotovoltaica en sus inicios. Sin embargo, a día de hoy, se puede atisbar un escenario en el que la producción de energía solar fotovoltaica iguale en costes a otras energías convencionales, y en el que esta tecnología se va implantando en numerosos elementos de nuestra vida diaria como edificios, artículos electrónicos, naves aeroespaciales, vehículos de automoción, entre otros. El impulso principal para la tecnología fotovoltaica se ha basado en dos pilares fundamentales: La concienciación de la población sobre los efectos perjudiciales para el medioambiente (protocolo de Kyoto, informes de la ONU sobre el calentamiento global, por nombrar algunos de ellos). El progresivo aumento de la dependencia de los países importadores de energía, y del encarecimiento de las materias primas energéticas convencionales como el uranio, petróleo y gas. Asimismo, también han sido vitales los programas de apoyo gubernamental que han sostenido el sector en aquellos momentos en los que el estado del arte de la tecnología no permitía competir en costes con las energías convencionales y por tanto no la hacía atractiva para acaparar inversión de capital. En el presente informe se quiere ofrecer un resumen sobre los principales agentes que intervienen en el mercado de la energía solar fotovoltaica y sobre las actuaciones que están llevando a cabo dichos organismos (CC.TT. privados, públicos y empresas). También se quieren presentar una serie de recomendaciones sobre la aplicación de la energía FV en La Rioja, animando a la industria local a tomar parte en la investigación, o en la implantación, de esta tecnología. Para conseguir información valida y actualizada, se ha acudido a las publicaciones de los organismos más relevantes del sector, como las de las asociaciones españolas, europeas, americanas y japonesas. Además, como complemento, se han llevado a cabo entrevistas con personalidades notorias como Faustino Chenlo, Director del departamento de fotovoltaica del CIEMAT 1, y responsables de I+D de empresas nacionales. En el ámbito del programa Globaltech, este estudio se enmarca fuera de la Unión Europea. Los países elegidos para el presente informe son EE.UU., Japón, China y Taiwán. Los datos más relevantes del estudio son: El mercado mundial de la energía solar fotovoltaica es del millones de euros, y muestra una progresión envidiable. La dependencia de suministro energético externo asciende a un 80% del total consumido en España 2. Existe un aumento sustancial de los precios de fuentes de energía básicos tales como gas y petróleo 3. Las políticas sobre el suministro energético tienen un carácter estratégico para todos los países del mundo, esto ha empujado a muchos países a apoyar la I+D en el campo de Energía Solar Fotovoltaica. El mercado mundial fotovoltaico está muy concentrado, de hecho en 2007, entre Alemania, EE.UU., España y Japón se repartieron el 85% de la potencia instalada 4. Actualmente, los costes de generación eléctrica mediante energía solar FV no son competitivos con los del resto de fuentes energéticas. En menos de veinte años se ha reducido en aproximadamente un 60% el coste fotovoltaico. Las instalaciones situadas en zonas geográficas que tienen mayor irradiación solar, como el sur de Europa, son las más rentables. La capacidad fotovoltaica instalada acumulada a finales de 2007 superó los MW. La tasa de crecimiento media anual desde 1998 del sector ha sido del 35%. El 2007 ha sido el año del despegue definitivo para el mercado español llegando a situarse como el segundo mercado fotovoltaico del mundo, con empresas que van ganando importancia de manera progresiva a nivel internacional gracias a su apuesta por la I+D. Según la Asociación Empresarial Fotovoltaica (AEF) la proyección para finales de 2008 estima una potencia total instalada de 1.500MW de energía fotovoltaica. Teniendo en cuenta el ritmo de entrada de esta capacidad instalada, esta magnitud correspondería con una generación eléctrica de GWh, que resulta en una retribución total de 490 millones de y una prima equivalente de 425 millones de. El Ministerio de Industria ha publicado las condiciones del nuevo Real Decreto 1578/2008, en el cual se recortan sustancialmente las primas. El modelo de huertas solares que tanto éxito tuvo en el pasado ha sido el más perjudicado por el nuevo RD, mientras que el modelo de integración de sistemas fotovoltaicos en edificios (BIPV) se favorece con una prima más alta (34 Cent. ). La contribución estimada a las arcas públicas es de millones de euros según el Boston Consulting Group. Valencia es una de las regiones que más está apostando por la BIPV ( Building Integrated Photovoltaic, integración en edificios de sistemas fotovoltaicos) realizando inversiones importantes como la nueva cubierta del Palacio de Congresos (generará unos 380 MWh anuales) y el nuevo proyecto de la Universidad de Valencia de construir el mayor parque urbano solar español mediante la integración de paneles solares sobre las cubiertas de diferentes edificios públicos (que generará unos MWh anuales). La industria fotovoltaica es una de las más intensivas en I+D. Entre Alemania, Japón, China, Estados Unidos y Taiwán se produjeron el 87,5% de las células fotovoltaicas mundiales. Estados Unidos, por sus características climáticas, es uno de los países que mayor utilidad pueden obtener de la energía fotovoltaica, sobre todo en las regiones del suroeste. Las casas residenciales son el principal mercado de Japón, acaparando casi el 90% del total 5. La principal causa es el alto precio de la electricidad allí. 1 Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas. 2 Fuente: PER (PLAN DE S RENOVABLES) Datos del Energy Information Administration de los EE.UU. 4 ASIF: informe de situación de Fuente: Japan Photovoltaics Market Overview, Robert Foster

8 02 Oportunidades para La Rioja y sus empresas Sharp (japonesa) es el fabricante más grande y con mayor crecimiento a nivel mundial de células fotovoltaicas (monocristalino, policristalino y amorfo). Su principal competidor es la alemana Q-Cells. El silicio cristalino es actualmente la tecnología imperante con una cuota de mercado de más del 80%. Se espera que esta situación se mantenga a medio plazo, pero dado que su margen de mejora es menor (dado que ya se ha trabajado mucho en esta tecnología) es previsible que acabe siendo desbancada por otras tecnologías. Por su capacidad de producción a gran escala y bajo coste, las tecnologías de capa fina serán altamente útiles en la BIPV (Building Integrated Photovoltaics) a medio plazo ya que son fácilmente adaptables a superficies diferentes, y atrapan mejor que otras tecnologías (cristalino principalmente) la luz difusa. Recomendaciones de actuación. La penetración en los mercados de las energías renovables está mostrando unas características inmejorables en lo que va de siglo XXI. La concienciación global sobre el efecto perjudicial de las actividades del hombre sobre la naturaleza está fuera de discusión, y ha empujado a los gobiernos a invertir en soluciones limpias y fiables. Gracias a ello, España se ha posicionado como uno de los países pioneros a nivel mundial en lo relativo a la actividad empresarial en este campo. Empresas internacionalmente reconocidas como Gamesa, Iberdrola Renovables, Abengoa o Isofotón son buena muestra de ello. Son muchas las empresas que actualmente tienden a posicionarse como eco-friendly, entendiendo que es un valor al alza en la valoración que los usuarios hacen de las empresas. En el caso de una comunidad autónoma como La Rioja, con lazos evidentes con la ecología y los productos obtenidos de la tierra, la inversión por parte de las empresas riojanas agroindustriales en sistemas fotovoltaicos generaría un importante beneficio en cuestión de imagen corporativa. Otras regiones como Castilla-La Mancha ya han comenzado a apostar por esta opción. Las actuaciones recomendadas para La Rioja en materia de energía solar fotovoltaica son las siguientes: Crear un centro de investigación Energía Solar Fotovoltaica que pueda servir de asesor a la industria presente y futura de La Rioja. Apertura a los mercados de Europa del Este. Como apunta la revista de Photon International, para el caso de Bulgaria se han establecido unas primas de BGN (unos 40 céntimos de por Kw h) fijos para 12 años. Es previsible que este hecho atraiga a las inversiones europeas ante la regresión de otros mercados importantes como Alemania y España en búsqueda de buenas rentabilidades. Por lo tanto, es aconsejable para las empresas de La Rioja tener presencia en estos países para suministrar sus productos a estos inversores. Potenciar entre las empresas de La Rioja la integración de sistemas fotovoltaicos. Con ello, las empresas de La Rioja se beneficiarán: de la buena imagen que ofrece, de la reducción del gasto eléctrico, y de la rentabilidad que proporciona la instalación una vez amortizada la inversión inicial. Apostar por la investigación en los sistemas de película delgada por una parte (como elemento de futuro para la BIPV) y en la concentración por otra. Buscar la entrada de alguna empresa de fotovoltaica internacional en La Rioja. La penetración en los mercados de las energías renovables está mostrando unas características inmejorables en lo que va de siglo XXI Análisis de Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades En el siguiente gráfico se exponen los puntos fuertes y débiles (naturaleza intrínseca de la industria en la región), así como las oportunidades y amenazas que presenta el entorno para la industria de la energía solar fotovoltaica de la región de La Rioja. Dado que La Rioja no cuenta con una industria muy desarrollada en el campo de la energía solar fotovoltaica, existen debilidades importantes como la existencia de pocas empresas, siendo una de las más notorias Rioglass, y la poca investigación relacionada en la región al no existir centros tecnológicos en la materia. Sin embargo también son varios los factores que invitan a pensar que la industria fotovoltaica acabará desarrollando un importante papel en La Rioja. Gracias a la buena imagen que aporta y su compatibilidad con la Factores Externos Factores Internos OPORTUNIDADES Evolución inmejorable de la tecnología. Países del Este de Europa. Múltiples aplicaciones. Ofrece una buena imagen. Atraer inversión extranjera de empresas punteras internacionales. FORTALEZAS Nivel de irradiación solar significativo. Posibilidades de futuro para la BIPV. Compatibilidad con la industria agraria riojana. industria agraria de calidad tan desarrollada en La Rioja, no es raro pensar en la existencia a medio plazo de instalaciones fotovoltaicas ubicadas en las cubiertas de naves industriales, que reduzcan claramente el gasto eléctrico y ayuden a conservar el medioambiente riojano. Además, gracias a su clima y a su proximidad geográfica a mercados de gran interés como el sur de Europa, realizando las gestiones y contactos convenientes, podría instarse a alguna empresa de relevancia internacional a localizar una planta de producción en La Rioja (como ya han hecho, o están intentando hacer, otras regiones españolas). Esto animaría la creación de múltiples empresas relacionadas con este sector que sustentasen la cadena valor de la industria con la consecuente creación de empleo y búsqueda estratégica de unidades de negocio nuevas a largo plazo. AMENAZAS Sistema de apoyo gubernamental poco favorable. Posibles recortes generalizado de apoyos como consecuencia de la crisis financiera a las energías renovables. DEBILIDADES Pocas empresas del sector. Poco know-how. No existen centros de investigación. Fuente: Elaboración propia

9 Introducción Introducción 3.1. Sector objeto de estudio y su relevancia para La Rioja y sus empresas, Importancia para la Rioja Principales Tendencias Globales del Sector, Futuro del Sector Fotovoltaico Situación de los Principales Mercados Internacionales Producción de células Situación de la fotovoltaica en España Nichos de mercado generales para La Rioja Estrategias competitivas globales Análisis de las fuerzas competitivas del mercado, Principales tendencias tecnológicas, Células fotovoltaicas de 1ª Generación. Silicio Cristalino Células fotovoltaicas de 2ª Generación. Capa delgada Células fotovoltaicas de 3ª Generación Módulos Inversores Alcance del estudio, Sector objeto de estudio y su relevancia para La Rioja y sus empresas Actualmente existen muchos tipos de energía siendo las más notorias la Térmica, Mecánica, Química y Eléctrica. De todos esos tipos de energía, este informe se centrará en la energía eléctrica y su obtención mediante el empleo de la tecnología fotovoltaica. La energía fotovoltaica presenta las ventajas de provenir de un recurso ilimitado y constante como es el sol, de ser fácilmente integrable en multitud de elementos de la vida cotidiana de cualquier ser humano (su vivienda, su vehículo, gadgets, entre otros), y de poseer un margen de mejora amplio que puede convertirla en una de las principales fuentes energéticas del futuro. Existen fundamentalmente dos modos de realizar una instalación fotovoltaica: Los sistemas conectados a red eléctrica: Consiste en generar electricidad mediante paneles solares fotovoltaicos e inyectarla directamente a la red de distribución eléctrica. Actualmente, en países como España, Alemania, o Japón, las compañías de distribución eléctrica están obligadas por ley a comprar dicha electricidad generada por centrales fotovoltaicas, y los productores reciben una prima de parte del gobierno, la cual asciende actualmente a 34 o 32 céntimos de euro por KWh producido. Este tipo de instalaciones pueden ir desde pequeñas centrales de 1 a 5 KWp a nivel domestico, hasta instalaciones de 100 KWp sobre cubiertas de naves industriales o en suelo, aunque actualmente, gracias al desarrollo y a las buenas prospectivas generadas, hay proyectos de varios megavatios en marcha. Introducción Fuente: Elaboración propia. 15

10 Introducción El modelo más implantado en España es el definido como huertas solares, consistente en la agrupación, generalmente, de varias instalaciones de distintos propietarios en suelo rustico hasta cubrir los 110 KWp que la legislación marca para el máximo precio de venta de energía eléctrica. Instalaciones aisladas de la red eléctrica: Mucho menos difundido en España que el anterior, proporciona corriente eléctrica en lugares aislados de la red. De esta manera, se pueden suministrar electricidad a casas de campo, refugios de montaña, bombeos de agua, instalaciones ganaderas, sistemas de comunicaciones, etc. Este sistema consiste en la captación de energía solar mediante paneles solares fotovoltaicos y almacenamiento de la energía eléctrica generada por los paneles en baterías. Los sistemas aislados son además especialmente útiles para los países en vías de desarrollo (PVD), ya que proporcionan electricidad, que en muchos poblados ni si quiera existe, a través de un recurso ilimitado y muy presente en estos países, como sucede fundamentalmente en África con el sol. Cuando los módulos fotovoltaicos empiecen a reducir costes, se irá haciendo cada vez más frecuente encontrar pequeños paneles instalados en las casas de los PVD. Ya sea mediante cualquiera de estos dos modelos (conectados a red o aislados), una de las aplicaciones que mayor utilidad tiene y puede tener en el futuro es la integración de sistemas FV en los tejados y/o fachadas de los edificios, a estos se les denomina BIPV (Building Integrated Photovoltaics). La energía fotovoltaica se utiliza cada vez más por los arquitectos como característica de diseño, dando a los edificios una estética más atractiva y moderna, y aportando una fuente extra de energía para reducir el gasto en suministro eléctrico La energía fotovoltaica se utiliza cada vez más por los arquitectos como característica de diseño, dando a los edificios una estética más atractiva y moderna, y aportando una fuente extra de energía para reducir el gasto en suministro eléctrico, sobre todo en los días de verano que es cuando se dan los consumos más altos. Un buen ejemplo de integración en edificios es la torre CIS, situada en Manchester, propiedad de una compañía de seguros inglesa, con una superficie fotovoltaica de m 2, gracias a los módulos fotovoltaicos Sharp 80W. El proyecto fue llevado a cabo por la empresa SolarCentury. Esta instalación tiene una potencia instalada de 391 KWp y una generación eléctrica estimada anual de KWh. La inversión ascendió a 3,1 millones de euros y consiste en una superficie instalada de m 2, gracias a módulos fotovoltaicos, para el que se estima una generación de electricidad de KWh anuales. Se prevé que harán falta entre 10 y 15 años para amortizar la inversión realizada, tras los cuales el ingreso obtenido por la venta de esta electricidad significara una parte importante en la autofinanciación del presupuesto anual del Palacio de Congresos de Valencia. El principal reto que debe superar la industria fotovoltaica es el de aproximar el coste de la energía generada a través del sol a los costes de otras centrales eléctricas tradicionales como las centrales térmicas, nucleares o hidroeléctricas. Fuente: ASIF Otro ejemplo lo encontramos en España, en la reciente inauguración de la cubierta del Palacio de Congresos de Valencia, donde se ha cambiado la cubierta original, construida con una aleación de aluminio y zinc, por una nueva que consiste en láminas fotovoltaicas integradas. Una vez se consiga llegar a ese punto, el crecimiento de la tecnología fotovoltaica, gracias a las ventajas que presenta, será imparable, ya que los usuarios verán rentable tener paneles fotovoltaicos integrados en sus respectivos hogares

11 Introducción Importancia para la Rioja El debate sobre la política energética a seguir está en pleno auge hoy en día. Son de dominio público las conversaciones sobre el alza en los precios del petróleo, la subida de la tarifa eléctrica, sin entrar en el debate de carácter no económico sobre la contaminación, la insostenibilidad y el cambio climático. Pero si se debiese describir la situación tanto de La Rioja como de España en materia energética en una palabra, esa sería dependencia. Como solución para resolver esta dependencia, han ido surgiendo durante los últimos años las energías renovables. Entre estas se encuentran la energía hidroeléctrica, la eólica, la biomasa, y las solares fotovoltaica y térmica. Es importante reseñar que estas diferentes tecnologías no compiten entre ellas por cuota de mercado, intentando sacar del mercado al resto, sino que se combinan para reducir las emisiones de CO 2, y proporcionar a la población una energía limpia. Dependiendo del lugar en que se quieran instalar o la aplicación que se le quiera dar, serán diferentes las soluciones óptimas. Por ejemplo, la biomasa se ha convertido en una de las principales apuestas de Brasil gracias a su riqueza forestal, la energía hidráulica suministra el 60% del total producido en Canadá y la energía eólica española ha conseguido, en ciertos días, suplir el total consumido en esos días. El principal recurso natural que posee España es el sol. Por ello, las instalaciones de sistemas de energía fotovoltaica se han disparado por doquier, siendo las principales regiones en esta materia Navarra, Castilla- La Mancha, Andalucía, Valencia y Extremadura. Como se observa en el gráfico anterior, en menos de veinte años se ha reducido en aproximadamente un 60% el coste fotovoltaico, y los expertos aún ven margen de mejora para esta tecnología, que según sus predicciones podría empezar a competir con los precios de la red de distribución eléctrica en 2015, y con las fuentes tradicionales en 20, con lo cual se demuestra la importancia que tendrá a medio/largo plazo esta tecnología a nivel global. 3.2 Actualmente la industria relacionada con este campo en La Rioja está muy limitada, y no existe un tejido industrial lo bastante amplio, lo que hace que se parta en segunda fila a la hora de seguir una de las tendencias tecnológicas más prometedoras de los próximos años. Además, como se menciona durante el informe, la energía fotovoltaica presenta características muy ventajosas para La Rioja, como pueden ser la posibilidad de integración sobre las numerosas naves industriales existentes y la buena imagen que ofrece a las empresas pertenecientes a los sectores agroindustriales (de gran importancia para la comunidad riojana), que pueden añadir entre sus principios corporativos su compromiso con el mantenimiento del medio ambiente. Por todo esto, la implantación en La Rioja de un tejido industrial relativo al sector de la energía solar fotovoltaica es un punto estratégico a medio/largo plazo y se estima conveniente potenciar este tipo de empresas. Principales Tendencias Globales del Sector El mercado mundial actual fotovoltaico está muy concentrado, de hecho en 2007, entre Alemania, EE.UU., España y Japón se repartieron el 85% 5 de la potencia instalada total en ASIF: informe de situación de Fuente: ASIF. Fuente: ASIF

12 Introducción La principal ventaja de la fotovoltaica es que además de emplear un recurso renovable, este recurso es también gratuito. Su principal inconveniente, por el contrario, es la necesidad de efectuar un gran desembolso inicial para luego esperar que en un primer plazo esa inversión se amortice y después de ese punto el inversor comience a ver beneficios. Por el contrario, en la electricidad de origen fósil, el coste principal consiste en el combustible que se va consumiendo para la generación eléctrica. Por lo tanto, nos encontramos con dos situaciones bien diferentes para ambos inversores. Por una parte, una instalación que emplea combustibles fósiles está sujeta a la dependencia de suministro de materia prima, teniendo que actuar según los precios que ese mercado marque. Por otro lado, el inversor con instalaciones fotovoltaicas no está sujeto a esa dependencia, dado que emplea un recurso gratuito, constante e ilimitado, pero sí está ante una gran incertidumbre, puesto que al invertir tanto dinero necesita tener constancia de que le será efectivamente rentable. Para reducir esta incertidumbre, muchos gobiernos han adoptado el sistema de tarifas (feed in tariff). Mediante este sistema, las compañías eléctricas están obligadas por el marco regulatorio a conectar a la red todos los sistemas fotovoltaicos y el mercado eléctrico abona a los propietarios de la instalación un precio fijo por cada Kwh inyectado de origen fotovoltaico durante un periodo de años suficiente como para hacer rentable la inversión inicial. Esta tarifa suele ser decreciente con el tiempo, puesto que se presupone la capacidad de las empresas para ir reduciendo los costes de módulos e instalaciones. Fuente: ASIF. La causa de tal concentración se debe a que estando aún en un estadio de desarrollo, la fotovoltaica debe contar con el apoyo gubernamental ya que sus costes de generación eléctrica no son competitivos con los del resto de fuentes energéticas. Este ha sido el principal causante de que sólo algunos países hayan apostado fuerte por esta tecnología, mientras que el resto han preferido ver como se desarrollaba. Recientemente, en el número de Junio de la revista Photon, referencia del sector, Antonio Luque López, Director del Instituto de Energía Solar, hacía hincapié en la necesidad de que la curva de aprendizaje evolucione más rápidamente es decir acercar los costes de la energía fotovoltaica a los de la energía tradicional. Para reducir esta incertidumbre, muchos gobiernos han adoptado el sistema de tarifas (feed in tariff). Mediante este sistema, las compañías eléctricas están obligadas por el marco regulatorio a conectar a la red todos los sistemas fotovoltaicos. Fuente: Internacional Energy Agency

13 Introducción En términos financieros, las instalaciones situadas en zonas geográficas que tienen mayor irradiación solar son las más rentables, ya que producen más energía que aquellas localizadas en zonas poco soleadas. Por ello, el potencial de Alemania, actual líder indiscutible del mercado con la mayor potencia instalada, es mucho menor que el de países con niveles mayores de irradiación como España. Con todos estos datos, las previsiones sobre la evolución que seguirá este mercado son muy optimistas. Existen diferentes organismos que han efectuado sus propias previsiones, coincidiendo todos en que, efectivamente, gracias a la combinación de la bajada de los costes de la fotovoltaica y a las ayudas gubernamentales, el sector deberá crecer a un ritmo elevado. De entre ellas, se van a presentar las previsiones de la European Photovoltaic Industry Association, en su informe Solar Generation de La EPIA realiza informes sobre el estado del sector fotovoltaico desde La capacidad fotovoltaica instalada acumulada a finales de 2007 superó los MW. La tasa de crecimiento media anual desde 1998 del sector ha sido del 35%. Con todo esto, en la actualidad la industria solar tiene un valor superior a millones de euros anuales Futuro del Sector Fotovoltaico. Sobre el futuro del sector, la EPIA plantea dos hipótesis basadas en los siguientes puntos clave: Los datos actuales del mercado FV (fotovoltaico). El desarrollo del mercado FV en los últimos años, tanto a escala mundial, como en regiones especificas. Los programas de apoyo a los mercados nacional y regional. Los objetivos nacionales de instalaciones FV y capacidad de fabricación. El potencial FV en los aspectos de irradiación solar, disponibilidad de espacio adecuado en los tejados y demanda de electricidad en zonas no conectadas a la red. Hipótesis Avanzada: Supone que el apoyo de los Gobiernos será relevante. Gracias al efecto de esa ayuda gubernamental, se podrán desarrollar economías de escala que favorecerán la evolución de la curva de coste de la FV de una manera más rápida. Hipótesis Moderada: Supone que las ayudas gubernamentales existen, pero no son relevantes. Dado que los costes FV son aún altos, sin la ayuda de los gobiernos, el mercado ejercerá menos fuerza, y los precios de la FV descenderán más lentamente. AÑO Previsto Real Predicciones en Solar Generation desde Datos obtenidos de EPIA Previsones de EPIA sobre el futuro de la FV a escala mundial. HIPÓTESIS AVANZADA HIPÓTESIS MODERADA Situación Hipotesis Situación Hipotesis actual actual Instalaciones anuales en GW 2,4 6, ,4 5, Capacidad Acumulada en GW 9,2 25, ,2 21, Producción en TWh Contribución al consumo de electricidad 0,07% 0,2% 2,18% 13,8% 0,07% 0,17% 1,70% 6,73% Valor del mercado en miles de mill Reducción anual de CO2 en mill. De ton Reducción acumulada de CO Fuente: EPIA. Como se puede ver, la diferencia entre un escenario favorable desde la administración y uno poco favorable es muy significativa. Mientras que siguiendo el escenario más optimista se alcanzaría una participación de casi un 14% sobre la electricidad total generada, según la hipótesis moderada dicha participación sería del 7%. En cualquier caso, la importancia de la FV a largo plazo será muy reseñable. Por ello, nos encontramos con varios países que fomentan la I+D en este campo esperando ser los primeros en lograr la tecnología que sea capaz de conseguir una relación de costes-eficiencia competitiva, ya que dicho descubrimiento supondría una fuente de ingresos importante para ese país. Situación de los Principales Mercados Internacionales. Por el momento, los principales mercados internacionales son Alemania, Japón, España y Estados Unidos. También se observa como progresivamente China e India van ganando posiciones como productores. Recientemente se ha estado debatiendo en la 23ª Conferencia y Feria Europeas de Energía Solar Fotovoltaica, realizada en Valencia a principios de septiembre sobre el futuro del sector. Allí un gran número de expertos han presentado sus conclusiones. Entre las conclusiones que presentaron se pueden diferenciar dos vertientes. En el sentido de las tendencias del mercado, existe consenso en que la limitación histórica que ha existido proveniente de una mayor demanda de módulos de los que se fabricaban dejará de existir a partir de mediados de 2009, debido al aumento de la oferta. También parece claro que se esperan disminuciones en los precios de venta de los módulos de entre un 10 y un 30 % alrededor de Sin embargo, cuando se habla de los programas o sistemas de apoyo se ve que mientras que en Europa hay países que parecen estar compitiendo por el programa de apoyo a la fotovoltaica más atractivo, en India, China o EE.UU. parecen apostar más por un mercado fotovoltaico que se sostenga sobre el nivel de costes. En un breve repaso sobre las tendencias de la fotovoltaica en diferentes países 7 arroja las siguientes conclusiones: 6 Fuente: Solar Generation 7 Fuente:

14 Introducción Tendencias de la energía fotovoltáica. Italia es uno de los países europeos, junto a España y Grecia, que mayor irradiación solar tiene. Sin embargo, la burocracia y la poca efectividad de la administración italiana están actuando como Italia obstáculo para el despegue de este país. En 2008 se espera que alcancen los 150MW, 300MW en 2009 y 500MW en La apuesta del gobierno italiano consiste masque en las grandes instalaciones, en sistemas modestos (el 90% de los sistemas instalados tienen menos de 20KW). Grecia Caso similar al italiano. Todo acabará dependiendo de la complejidad o sencillez de los procedimientos que establezca la nueva ley que debe salir a la luz. Se estima un mercado de 10MW para 2008 y de entre 120 y 180 MW para Francia Canadá Bélgica Se hallan en negociaciones sobre un posible incremento de la tarifa para aquellas cubiertas que no sean edificios. El objetivo actual gubernamental fotovoltaico es de 1,1 GW para 2010 y 4,9 GW para El mercado alcanzo los 45MW en 2007; en 2008 serán entre 120 y 150 MW y en 2010 se espera que puedan acercarse a los 500 MW. El mercado sumó 13,3 MW en 2007, se esperan 20 MW más en 2008 y entre 100 y 300 en Se están llevando a cabo programas de apoyo que han convertido en atractiva la inversión en fotovoltaica. En 2007 la potencia instalada alcanzo los 14 MW y en 2008 se estima que habrá entre 20 y 25. Fuente: ASIF. Grecia A finales de 2007 la capacidad instalada acumulada de energía solar fue de 100 MWp, habiendo instalado 20 MWp en En China la principal aplicación de la energía solar FV es la electrificación rural aislada a red (94% del total). India Muchos expertos del sector esperan que India sea en un futuro próximo uno de los principales miembros de la industria fotovoltaica. Una parte de la política relativa al cambio climático tiene como objetivo instalar una capacidad de generación de energía solar de unos 10GW en 2020, aunque actualmente el plan se está revisando al alza. Fuente: Producción de células La célula solar es el núcleo de los sistemas fotovoltaicos. Es además el punto de la cadena valor donde más valor añadido se genera. No existe una correlación perfecta entre capacidad solar fotovoltaica instalada en un país y su nivel de producción de células, si bien una cosa ayuda a la otra, animando a la investigación en el seno del país y a la creación de empresas nacionales. Las respectivas empresas y países líderes en la producción de células FV son: Fuente: ASIF

15 Introducción Situación de la fotovoltaica en España. El 2007 ha sido el año del despegue definitivo para el mercado español llegando a situarse como el segundo mercado fotovoltaico del mundo, con empresas que van ganando importancia de manera progresiva a nivel internacional gracias a su apuesta por la I+D. La principal ventaja de España es su privilegiada situación geográfica, siendo el país europeo con mayor irradiación solar. Gracias a ello, durante los primeros años de esta industria muchos empresarios e investigadores vieron una gran oportunidad, llevando a España a ser el líder europeo de la industria. El siguiente paso importante lo dio el gobierno con la Ley 54/1997 del Sector Eléctrico, que permitía la liberalización del sistema eléctrico y la conexión y venta de electricidad a la red, aunque no establecía tarifas específicas. Gracias al Real Decreto 2818/1998 se cubrió ese vacío y con ello ganaron popularidad las instalaciones conectadas a red. No obstante, estas regulaciones no proporcionaban estabilidad al sector, ya que aseguraban la existencia de tarifas únicamente hasta que España alcanzase la cifra de 50MW instalados acumulados, sin hacer ninguna mención al espacio temporal que ello podría llevar. Entonces, se creó el Real Decreto 436/20 para mejorar este aspecto. Se estableció una tarifa específica para un determinado periodo de tiempo (44,81 por megavatio hora los primeros 25 años, y de 35,2305 a partir de entonces) que aseguraba a los inversores la amortización de la instalación, así como la obtención de una buena rentabilidad. Nuevamente, el Real Decreto 661/2007 volvió a modificar al anterior marco establecido. Los cambios más importantes consistieron en que se establecía un aval de 500 por KW instalado y la obligación de vender la electricidad generada en el mercado eléctrico, en vez de a los distribuidores como se hacía anteriormente. Por otra parte, se mantuvo la tarifa establecida en los anteriores decretos. Sin embargo, esta legislación no supo prever que la poca disponibilidad de silicio que se había mostrado anteriormente no iba a mantenerse, y que como consecuencia hubo un descenso de los precios que llevó a muchos inversores a cambiar la tradicional inversión inmobiliaria por la inversión en las llamadas huertas solares, dado que ésta fórmula les aseguraba unos rendimientos superiores al 10%. Esto propició un crecimiento desproporcionado del sector fotovoltaico español. Como se puede observar, con el RD 661/2007 se superó ampliamente con dos años de antelación lo previsto por el PER, que fijaba 400 MW instalados para El crecimiento en 2007 fue del 450% 8, dejando claro que se había incurrido en error con la tarifa establecida en dicho Real Decreto. Según la Asociación Empresarial Fotovoltaica (AEF) la proyección para finales de 2008 estima una potencia total instalada de 1.500MW de energía fotovoltaica. Teniendo en cuenta el ritmo de entrada de esta capacidad instalada, esta magnitud correspondería con una generación eléctrica de GWh, que resulta en una retribución total de 490 millones de y una prima equivalente de 425 millones de. Nueva propuesta de Real Decreto Para adecuar mejor la legislación a las tendencias del mercado, el Ministerio de Industria ha publicado las condiciones del nuevo Real Decreto 1578/ La nueva regulación asignará primas distintas en función del tipo de instalación que se diferencian en el artículo tercero del nuevo RD: Tipo I. Instalaciones que estén ubicadas en cubiertas o fachadas de construcciones fijas, cerradas, hechas de materiales resistentes, dedicadas a usos residencial, de servicios, comercial o industrial, incluidas las de carácter agropecuario. O bien, instalaciones que estén ubicadas sobre estructuras fijas de soporte que tengan por objeto un uso de cubierta de aparcamiento o de sombreamiento, en ambos casos de áreas dedicadas a alguno de los usos anteriores, y se encuentren ubicadas en una parcela con referencia catastral urbana. Las instalaciones de este tipo se agrupan, a su vez, en dos subtipos: - Tipo I.1: instalaciones del tipo I, con una potencia inferior o igual a 20 kw. - Tipo I.2: instalaciones del tipo I, con un potencia superiora 20 kw. Tipo II. Instalaciones no incluidas en el tipo I anterior. Comparación del antiguo RD y el nuevo marco regulador provisional. 8 Fuente ASIF 9 RD 661/2007 Real Decreto 1578/2008 Disminución Instalaciones tipo I I.1 I.2 44,81 /MWh. 34 /MWh 32 /MWh 22% 27% Instalaciones tipo II 44,81 /MWh. 32 /MWh 27% Fuente: ASIF. Fuente: EPIA

16 Introducción 3.2 Además para 2009 se impondrá un techo de 400 MW a la instalación de paneles fotovoltaicos, divididos en dos objetivos de 267 MW para las instalaciones de tipo I y de 133 MW para las de tipo II. Para asignar esta potencia, se crearán cada año cuatro registros trimestrales, de 100 MW cada uno. Por ejemplo, si en un trimestre hay solicitudes para más de 100 MW, se reduce un 2,5 por ciento la prima --la caída podría ser del 10 por ciento al cabo de cuatro trimestres--. El porcentaje de la bajada de primas al final de cada año, si se produce, equivaldrá al porcentaje de subidas del techo de potencia. Como ejemplo, si en 2009 se recorta un 10 por ciento la prima porque ha habido mucha demanda, en 2010 se podrán instalar no sólo los 400 MW del techo, sino un 10 por ciento más, esto es, 440 MW. Con este RD se quiere dotar de mayor capacidad auto-regulativa al sector, dado que en las precedentes estimaciones realizadas por el gobierno no se supo prever el comportamiento de este. El primer plan sobre energías renovables fue el Plan de Fomento de las Energías Renovables en España que establecía un objetivo para 2010 de 150 MW de capacidad instalados. Éste fue reemplazado por el PER que amplió el objetivo hasta los 400 MW en 2010, pero esta cifra quedo superada en 2007, y actualmente se cuenta con una potencia total instalada de unos MW Nichos de mercado generales para La Rioja Como consecuencia de todo lo explicado en el punto anterior está claro que es un momento incierto para el sector español fotovoltaico, y que la inversión en estos sistemas ha perdido un fuerte interés después del nuevo RD. No obstante, las inversiones que se están llevando a cabo en el sector para conseguir economías de escala y llegar al mercado con precios más competitivos están dando sus frutos. Según los expertos y los diferentes estudios que se publican, en España existirá paridad con el precio del consumidor (grid parity) entre 2012 (según la EPIA en un comunicado a 4 de septiembre de 2008) y Ese es probablemente el momento crucial para el sector fotovoltaico, ya que de ese momento en adelante los consumidores finales, según aspectos únicamente económicos (y excluyendo por completo el hecho de la mentalidad más o menos ecologista de estas personas), pueden interpretar que les es más rentable instalar un sistema fotovoltaico que pagar a la compañía eléctrica. Como se verá más adelante, en Japón, que posee las tarifas eléctricas más caras del mundo, la opción de integrar paneles solares en edificios está ampliamente difundida entre la sociedad, a pesar de que actualmente los costes de los módulos siguen siendo relativamente caros y que Japón no es un país con una irradiación solar equiparable a la española. A nivel español, Valencia es una de las regiones que más está apostando por la BIPV (integración fotovoltaica en edificios) realizando inversiones importantes como la nueva cubierta del Palacio de Congresos (generará unos 380 MWh anuales) y el nuevo proyecto de la Universidad de Valencia de construir el mayor parque urbano solar español mediante la integración de paneles solares sobre las cubiertas de diferentes edificios públicos (que generará unos MWh anuales). Combinando las diferentes alternativas que ofrecen el sector fotovoltaico y las características propias de La Rioja como mercado para esta industria, este informe resalta la BIPV como la opción óptima que puede implantarse en La Rioja. La BIPV además de resultar económicamente rentable en el medio plazo (e.g., el Palacio de Congresos de Valencia espera amortizarse en 15 años, tras los cuales proporcionará un ingreso continuo durante el resto de vida útil) es sinónimo de responsabilidad medioambiental y compromiso con la sostenibilidad. Estos valores tienen especial importancia en una comunidad donde el medioambiente sostiene gran parte del peso económico de La Rioja, y pueden convertirse en bases para un posicionamiento ecologista de las empresas riojanas. Otro punto a favor de la BIPV es que su prima es mayor que la de instalaciones sobre suelo, por lo que la inversión inicial se amortiza antes Estrategias competitivas globales. El objetivo primordial de la industria fotovoltaica, actualmente, es el de reducir los costes de producción para llevar al mercado un producto que no dependa de los sistemas de apoyo gubernamentales y que pueda competir directamente con el resto de fuentes energéticas. Como se ha mencionado a lo largo del informe la industria fotovoltaica es una de las más intensivas en fondos destinados a la I+D en búsqueda de nuevos métodos de producción o tecnologías que reduzcan el precio final de la instalación. Existen dos objetivos primordiales: Bajar los costes de producción, básicamente utilizando materiales menos costosos. Aumentar la eficiencia de las células. Primer objetivo: bajar costes de producción La I+D que las empresas y centros de investigación han realizado en este campo han dado como resultado la segunda generación de células fotovoltaicas. Estas células tienen el firme objetivo de disminuir los coste de producción sacrificando eficiencia confiando en que luego, progresivamente, su eficiencia irá aumentando. El principio general es sustituir los materiales costosos empleados por las tecnologías de silicio cristalino por otros más baratos. De esta forma han surgido el silicio amorfo, las CI(G)S, y el CdTe (todas estas tecnologías se describen más adelante en el punto 3.4), para sustituir al silicio cristalino, y se han empezado a utilizar materiales más económicos, como por ejemplo plásticos, polímeros, vidrios, para realizar el ensamblaje de los paneles. Segundo objetivo: Aumentar la eficiencia de las células Una vez desarrolladas las células de segunda generación el sector ha tenido que dar un paso adelante para conseguir aumentar las eficiencias que ofrecen estas células, sin aumentar significativamente el coste de introducir esas mejoras. En este sentido existen dos tecnologías de relevancia para el sector que se están desarrollando. Por una parte la concentración, basada en la utilización de una lente que mediante una óptica bien definida consigue concentrar mayor cantidad de radiación en una célula menor. Está tecnología ya está saliendo al mercado y es especialmente útil para su implantación sobre suelo. Por otra parte, la utilización de la nanotecnología puede convertirse en el antes y el después de los sistemas fotovoltaicos. Ambas tecnologías se describen más ampliamente en el punto 3.4 dirigido a células de tercera generación. La I+D que las empresas y centros de investigación han realizado en este campo han dado como resultado la segunda generación de células fotovoltaicas. Estas células tienen el firme objetivo de disminuir los coste de producción 28 29

17 3.3 Análisis de las fuerzas competitivas del mercado A continuación se muestran, a modo de resumen gráfico y en base a los comentarios realizados en los puntos anteriores, los factores que afectan directamente en la rentabilidad y competencia del sector fotovoltaico siguiendo el modelo de las Cinco Fuerzas de Michael Porter. Amenazas de los nuevos competidores Como resultado de la gran innovación a la que está sujeto el sector fotovoltaico, nuevas empresas se constituyen constantemente, especializándose en la realización de alguna tarea específica o en la producción de un bien diferenciado. Análisis de concurrentes: Hay tres empresas que dominan el mercado de la fabricación de células y módulos: Sharp, Q-Cells y Suntech. Estas empresas tienen como producto principal las tecnologías de silicio cristalino, que actualmente son las más empleadas. La demanda de paneles fotovoltaicos ha absorbido la oferta existente de paneles solares, por lo que el sector no ha entrado aún en una vorágine competitiva de esfuerzos comerciales para atraer clientes. Poder de negociación de los clientes. No es muy alto. La demanda supera históricamente para la industria fotovoltaica a la oferta, por lo que muchas veces es el fabricante el que exige pedidos mínimos o establece ciertas condiciones. Para el futuro se espera un cambio de tendencia, dado el mayor número de empresas entran en el sector y por las reducciones en los sistemas feed in tariff. Poder de negociación de los proveedores La escasez de silicio que ha existido en los últimos años ha llevado a varios fabricantes a firmar contratos de suministro con las empresas proveedoras de silicio de grado solar/metalúrgico. Como consecuencia de lo anterior y de la existencia de programas de apoyo gubernamentales atractivos en algunos países como España o Alemania, la demanda de silicio ha superado siempre a la oferta. Productos sustitutivos Se podrían diferenciar en dos tipos: de carácter renovable, o convencionales. Entre los primeros, el principal competidor de la industria fotovoltaica es la industria eólica. Ésta posee importantes empresas españolas bien posicionadas a nivel internacional como Gamesa e Iberdrola Renovables, y ha conseguido reducir los costes de generación más rápidamente que la fotovoltaica, lo que la hace más rentable. No obstante, explota un recurso que no es constante lo cual la coinvierte en poco 3.4 predecible y eficaz para satisfacer diariamente las necesidades de los seres humanos. Sin embargo supone un gran paso adelante en la obtención de energía de fuentes renovables y se puede combinar perfectamente con la solar fotovoltaica. La producción eléctrica mediante tecnologías convencionales se corresponden con: ciclo combinado de gas, carbón, nuclear, hidráulica y fuel-gas. De entre ellas, la energía nuclear es la principal competidora, ya que es la única de ellas, junto a la hidráulica, que no emite CO 2 a la atmosfera. Sin embargo, la controversia y el rechazo popular que siempre ha generado parecen ser un importante impedimento para la mayor implantación de estas centrales. Principales tendencias tecnológicas El termino tecnología fotovoltaica engloba a todos los componentes del sistema físico que convierte la energía solar en energía eléctrica. El material más utilizado actualmente para la fabricación de células fotovoltaicas es el silicio, ya que es un material semiconductor que puede adaptarse para liberar electrones, (partículas con base negativa que constituyen la base de la electricidad). Las células fotovoltaicas tienen dos capas de semiconductores, una con carga positiva y otra con carga negativa. Cuando la luz brilla en el semiconductor, se produce el traslado de electricidad gracias a la unión presente entre esas dos capas, consiguiendo así producir corriente continua. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz, mayor será el flujo de electricidad. De hecho, un sistema fotovoltaico no necesita luz solar brillante para funcionar, sino que debido al fenómeno de reflexión de la luz solar, también en días nublados se obtiene energía. Los componentes de mayor importancia en un sistema fotovoltaico son: Las células Los módulos. Los inversores Introducción La principal investigación científica se centra en las células fotovoltaicas, que son la base del efecto fotovoltaico que genera electricidad a partir de la luz solar. Células fotovoltaicas de 1ª Generación. Silicio Cristalino La mayoría de las células FV son de silicio cristalino (c-si). El proceso para obtener las células consiste en laminar los lingotes de silicio obteniendo las llamadas obleas, para posteriormente dotar dichas obleas del sistema conductor necesario para interconectar las diferentes células en los módulos. La función de la célula es la captación de luz solar. Las células de c-si ocupan el 90% del total producido, el resto son las llamadas de capa delgada o fina ( thin film ). Actualmente es la base principal de los módulos de FV. Sus principales ventajas consisten en que es ampliamente disponible (el silicio es el segundo material con mayor presencia en la naturaleza), emplea la misma tecnología que la industria electrónica y se conocen bien sus propiedades. El silicio cristalino es el que mayores rendimientos ofrece, es decir, que transforma más porcentaje de luz solar en energía

18 Introducción 3.4 Otro de los factores importantes de las células consiste en el grosor. Cuanto más finas sean las obleas, menos silicio se necesita por cada célula, reduciendo así el coste. Por ello, la I+D ha hecho hincapié en este aspecto, pasando de los 0,32mm en 20 a 0,17mm en 2008, y mejorando simultáneamente los rendimientos medios de 14% a 16%. Los objetivos que se marcan para 2010 las empresas consisten en obtener obleas de 0,15mm de espesor con rendimientos medios de 16,5%. Dependiendo de la forma del cristal original del que se extraen las obleas se diferencia entre dos tipos de células de silicio cristalino: las monocristalinas y las policristalinas. Las células de silicio monocristalino se obtienen a partir de un único cristal de silicio puro de forma cilíndrica. Como consecuencia de la forma cilíndrica del lingote del que se obtienen las obleas, estas deben ser cortadas rectangularmente para obtener más eficiencia, las siguientes figuras ofrecen un ejemplo gráfico de este punto. Dado que provienen de un cristal puro, su rendimiento es mayor (con eficiencias entre el 15% y el 20%), y su coste también. Actualmente ocupan el segundo lugar en volumen de mercado, con el 33% del total 10, y su cuota está en descenso. Las policristalinas, en cambio, se consiguen a partir de bloques de silicio que se obtienen mediante la fusión de trozos de silicio puro en moldes especiales. En esos moldes, los bloques de silicio se van enfriando, pasando axial a estado sólido. Mediante este proceso, los átomos no se organizan en un único cristal, sino que se forma una estructura policristalina con superficies de separación entre los cristales. Su coste es menor, pero su eficiencia también (10% - 15%) Células fotovoltaicas de 2ª Generación. Capa delgada. Estos módulos se fabrican a partir de capas muy delgadas de materiales fotosensibles sobre soportes de bajo coste como el vidrio, acero inoxidable o plástico. Con esta tecnología se consigue una mayor automatización una vez que se alcanza un nivel de producción suficientemente grande, permitiendo simultáneamente un enfoque más integrado en la construcción de módulos. Como consecuencia se reduce de manera importante la mano de obra empleada respecto del proceso de fabricación de los módulos cristalinos, en el que las células individuales deben ser interconectadas. Esta tecnología comenzó a ganar adeptos gracias a la escasez temporal de silicio durante la primera parte del siglo XXI, y actualmente está sujeta a una fuerte inversión en I+D. De hecho, hay empresas trabajando en la producción de capa delgada sobre la base de un enfoque rollo a rollo. Esto consiste en recubrir un sustrato flexible, como por ejemplo el acero inoxidable, con capas en un proceso continuo 11. El éxito en la implantación de esta tecnología proporcionaría una oportunidad para bajar considerablemente los costes de producción, así como para aumentar el rendimiento de la fábrica. EPIA prevé que la capa delgada alcanzará aproximadamente el 20% de la producción total de módulos para el año Fuente ASIF. 11 Fuente: EPIA

19 Introducción En la actualidad se pueden encontrar tres tipos de módulos de capa delgada en el mercado: los de silicio amorfo (a-si), diseleniuro de cobre e indio (CIS, CIGS) y teluro de cadmio (CdTe). Silicio Amorfo En la década de los 80 se decía que sería el único material fotovoltaico de película delgada, y en la década de los 90 la gente comenzó a rechazarlo por su inestabilidad y eficiencia baja. Sin embargo, las configuraciones de células multi-junction han ayudado a resolver ese problema. En el futuro cercano, se esperan lograr eficiencias en la conversión de electricidad de 6% a 8%. Gracias a la reducción de costes que supone se pronostica un buen futuro a esta tecnología. Actualmente consta con un 5,2% del mercado total 12, y se prevé una cuota de mercado del 8% para 2010 y de un 30% en el Selenuros de Indio y Cobre (CIS/CIGS) Las películas de CIS (cobre, indio y selenio) son conocidos por su absorción extremadamente alta. Eso quiere decir que la mayoría de la luz que está en la superficie de los materiales será absorbida dentro de la primera capa. Agregando pequeñas cantidades de galio, se aumenta la eficiencia, dando lugar a unas películas delgadas que se conocen como CIGS (cobre, indio, galio y selenio). Las células de película delgada de CIGS son básicamente películas compuestas por varias capas. Las células de CIGS usan una capa extremadamente delgada de material semiconductor que está aplicada sobre una base poco costosa como vidrio, hojas metálicas flexibles, hojas de acero inoxidables o polímeros de altatemperatura. Las células de película delgada requieren menos energía en la fabricación y se pueden hacer mediante una multitud de procesos diferentes. La mejor eficiencia lograda en una célula solar de película delgada fue de 19,5% (Miasolé Corporation) en el 2006 con CIGS 14. Hay dos empresas estadounidenses que están desarrollando tecnologías importantes en el campo de CIGS: Miasolé Corporation y HelioVolt. Teleruro de Cadmio (CdTe) Esta tecnología se está comercializando activamente. La eficiencia de este tipo de células está por encima del 16% en el laboratorio y de 7%-10% en los módulos comerciales. Las películas delgadas de CdTe son las competidores a la tecnología CIGS, ya que también se pueden fabricar reduciendo considerablemente los costes. Uno de los problemas con ese tipo de célula es que las células solares de CdTe de tipo-p tienen muchas resistencias internas y puede resultar en posibles pérdidas eléctricas. Además, también tienen otros inconvenientes como una vida útil corta (20 años), y que al cabo de esos 20 años el modulo debe ser desmantelado o sustituido, debido a la degradación del encapsulamiento que alberga el CdTe (material toxico para el medio ambiente). La estadounidense First Solar es la empresa líder en esta tecnología. Células fotovoltaicas de 3ª Generación. Energía fotovoltaica de concentración (CPV): La idea de concentrar la luz solar para generar electricidad fotovoltaica ha estado siempre en las mentes de los investigadores de este sector. El principio básico de la tecnología consiste en concentrar la luz solar mediante dispositivos ópticos como lentes (de Fresnel) o espejos, reduciendo de esa manera el área empleada en las células y/o en los módulos que las albergan, aumentando así su eficiencia. La característica más importante de esta tecnología es su nivel de eficiencia, que consigue ratios de más de un 30%. Además se puede equipar la pequeña superficie con un material fabricado de semiconductores de compuesto III-V (del tipo Arseniuro de galio multi-junction), con lo se alcanzan rendimientos de entre 35%-40%. La CPV presenta fundamentalmente 2 desventajas: Necesita un sistema de seguimiento muy preciso. Las altas temperaturas que se generan como consecuencia de la concentración. Este problema se soluciona actualmente utilizando difusores de calor de aluminio o cobre. Una desventaja de la concentración fotovoltaica es la necesidad de emplear los seguidores. El seguidor es un sistema que permite al modulo seguir la órbita solar. Sin el empleo de estos seguidores, la eficiencia cae mucho y no resultan rentables. Esta necesidad hace que las células de CPV sean poco rentables para tejados o integración en edificios, pero altamente eficientes para instalaciones en suelo. Se cree que cuanto más crezca el volumen de energía fotovoltaica hacia niveles donde realmente contribuya a la producción de energía mundial, más importancia tendrá la tecnología de concentración. Hay varias empresas estadounidenses que están trabajando en el desarrollo de las tecnologías de CPV, sin embargo, es en España donde se están llevando a cabo las investigaciones más interesantes a través del ISFOC, Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración. 12 Fuente EPIA. 13 Photovoltaics Global Technology Developments, Frost and Sullivan, Photovoltaics Global Technology Developments, Frost and Sullivan,

20 Introducción Células solares multi-junction (varias capas) III-V Estas células están compuestas de sistemas de capas bastante complejos desarrollados en un reactor MOVPE (siglas provenientes del inglés, Metalorganic vapour phase epitaxy) que está controlado por un proceso semiautomático. Estas células multi-junction tienen múltiples películas delgadas, cada una de ellas constituida por un semiconductor diferente. Las células están compuestas de Arseniuro de Galio y las células de triple unión están compuestas por GaAs, Ge y GaInP 2 15 Cada semiconductor se caracteriza por una banda de energía que aumenta su precisión para absorber radiación electromagnética de una determinada región del espectro. Se tienen que escoger cuidadosamente los semiconductores a utilizar para lograr absorber la máxima electricidad posible. Las células multi-junction fueron diseñadas para ser utilizadas principalmente en la industria espacial, como por ejemplo en los satélites y los vehículos de exploración espacial. Los desarrollos recientes han producido células multi-junction con una eficiencia del 40% (SpectroLab, EE.UU.), y se espera alcanzar en torno al 45% al final de esta década. Se espera que el incremento en la eficiencia sea reflejado en un crecimiento de la curva de aprendizaje y, consecuentemente, en el abaratamiento de los precios. En el Instituto Energía Solar se han alcanzado una eficiencia del 29% con concentraciones de 1000 soles (1MW/m 2 ) mediante células de doble capa y se está trabajando para producir células de triple capa con eficiencias del 35%. HighGap InGaP GaAs DSC - Dye-sensitized Solar Cells (Células solares sensibilizadas mediante tintes) y OPV Organic Photovoltaic Cells: Estas células se componen de un semiconductor, como el dióxido de titanio, cubierto por una capa de tinte. El tinte absorbe la energía de la luz solar, que produce los denominados excitones. Dichos paquetes de energía deben moverse a continuación hacia el semiconductor. Una vez allí, generan energía eléctrica. Estas células han llamado la atención de investigadores por bastante tiempo desde que se demostró que tienen eficiencias por encima del 10%. La gran desventaja de este dispositivo fotovoltaico es la inestabilidad del electrolito líquido usada en estos dispositivos. La investigación reciente se ha enfocado a cambiar el electrolito líquido por semiconductores orgánicos e inorgánicos tipo-p para mejorar la estabilidad de la solución. Eso ha resultado en eficiencias de 3.2%. Se estima que el coste de modulo de las células sensibilizadas mediante tinta puede ser hasta 4 veces más bajo que lo normal y se espera que para formará una parte integral de la generación de energía solar 16. La empresa líder en esta tecnología es Konarka (EE.UU.). Nanomateriales: Las tecnologías de nanomateriales y de células solares de nanocristal están en las etapas iníciales de desarrollo pero seguramente ganarán importancia en los próximos 3 a 4 años. La nanotecnología es una ciencia muy reciente y de múltiples aplicaciones, y por ello, se espera de ella que se convierta en una de los pilares para acercar a la fotovoltaica a la competitividad directa con el resto de fuentes energéticas. Estas tecnologías básicamente explotan las propiedades de nanomateriales para asegurar que se obtienen usos útiles del espectro infrarrojo de la célula solar. Una de las innovaciones que se destacan en este área es la tecnología de tinta de silicio que la empresa californiana Innovalight ha desarrollado usando los efectos quantum de las nanopartículas de silicio, y la tecnología de célula solar que se está desarrollando la empresa Nanohorizon. Todos estos avances seguramente ayudarán a que la tecnología fotovoltaica alcanza eficiencias del 30% al menos comercializable en los próximos 5 a 10 años EU Photovoltaic Technology Platform: The Strategic Research Agenda (SRA), Working Group 3 Science, Technology and Applications (WG3), Activity: Concentration Photovoltaics (CPV), Dr. Andreas Bett, Dr. Francesca Ferrazza, Johannes Herzog, Dr. Antonio Marti, Prof. Wolfram Wettling, Freiburg, April 28th, Photovoltaics Global Technology Developments, Frost and Sullivan, Photovoltaics Global Technology Developments, Frost and Sullivan, 2006 InGaP (1,84 ev) Si Fuente: SPIE. GaAs (1,43 ev) Si (1.1 ev) GaAs (1,43 ev) Ge (0,7 ev) LowGap2 Ge La nanotecnología es una ciencia muy reciente y de múltiples aplicaciones, y por ello, se espera de ella que se convierta en una de los pilares para acercar a la fotovoltaica a la competitividad directa con el resto de fuentes energéticas