ANEXO 7 INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELECTRICAS DIVISION DE ENERGIAS ALTERNAS GERENCIA DE ENERGIAS NO CONVENCIONALES Prospectiva de las Tecnología Solar Fotovoltaica para la Generación de Electricidad Ing. Jaime Agredano Díaz Avenida Reforma No. 113, Colonia Palmira 62490 Cuernavaca, Morelos México.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica Contenido 1. INTRODUCCIÓN......3 1.1 Tecnología Fotovoltaica........3 1.2 Celdas, Módulos y Arreglos.....3 1.3 Características de la Tecnología Fotovoltaica........4 1.4 Limitaciones de los Sistemas FV...4 2. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS....4 2.1 Sistemas FV Autónomos.....4 2.2 Sistemas Conectados a Red...5 3. ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA......6 3.1 Costos de las Instalaciones Fotovoltaicas... 7 3.2 Costos de Generación......8 3.3 Industria Fotovoltaica....9 3.4 Mercado FV.. 10 3.5 Tecnología FV Hacia el Futuro.... 11 4. PRINCIPALES PROGRAMAS FV EN EL MUNDO....13 4.1 Alemania....13 4.2 Japón.. 14 4.3 Estados Unidos.... 15 4.4 Unión Europea........15 5. TECNOLOGÍA FOTOVOLTAICA EN MÉXICO... 16 5.1 Electrificación Rural..... 16
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 2 5.2 Aplicaciones Profesionales... 17. 5.3 Sistemas FV Conectados a Red... 17 5.2 Mercado FV....17 Referencias
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 3 1. INTRODUCCION 1.1 Tecnología Fotovoltaica La primera experiencia donde se encontró la relación entre la luz del sol y su conversión a electricidad la reportó el físico Francés Edmund Bequerel en 1839, sin embargo el desarrollo de la celda fotovoltaica moderna tal y como se conoce ahora, se dio hasta mediados del siglo pasado en los laboratorios Bell en los Estados Unidos, quienes en 1955 presentaron la primera patente de celdas fotovoltaicas de silicio. Los elementos principales de un sistema fotovoltaico son: las celdas fotovoltaicas, (algunas veces referidas como celdas solares), interconectadas y encapsuladas para formar un modulo fotovoltaico, la estructura de montaje para el modulo o módulos, el inversor (esencial para sistemas conectados a red y necesario para sistemas fuera de red que requieren suministro de corriente alterna), batería de almacenamiento y un controlador de carga (requerido únicamente para sistemas fuera de red). 1.2 Celdas, Módulos y Arreglos Celdas fotovoltaicas. Representan la unidad básica y más pequeña de un dispositivo fotovoltaico. En general se clasifican como cristalinas (mono o policristalinas) o películas delgadas. La mayoría de las celdas están hechas de silicio, típicamente fabricadas de forma cuadrada con tamaños de 10, 12.5 y 15 centímetros. Módulos Fotovoltaicos. La mayoría son fabricados con potencias que van desde los 50 W hasta 200 W, aunque algunos fabricantes tienen modelos de hasta los 300W. Los módulos FV de silicio cristalino consisten en celdas conectadas eléctricamente y encapsuladas entre un material transparente y un material plástico para la parte trasera. Los módulos de película delgada se construyen de hojas películas de material delgado encapsuladas para formar módulos flexibles con material transparente en la parte frontal. Los módulos FV se garantizan para una vida útil de por lo menos 20 años y deben cumplir con la norma IEC 6215 para el caso de módulos de silicio cristalino, y la IEC 61646 para los módulos de película delgada. Un arreglo fotovoltaico consiste de un número de módulos agrupados y conectados en serie y posteriormente dichos grupos de módulos se conectan en paralelo con el fin de producir la potencia necesaria con las características de corriente y voltaje requeridas en una aplicación dada. Se ha desarrollado un número importante de estructuras de montaje para sistemas que se integran a edificios que incluyen fachadas, y otras para el montaje en los techos de edificios y en casas habitación. Las partes constitutivas de un modulo fotovoltaico se muestran en la figura 1.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 4 Figura 1 Celda y modulo fotovoltaico 1.3 Características de la Tecnología Fotovoltaica Los dispositivos FV son únicos en muchos sentidos, teniendo las siguientes características principales: No tienen partes móviles que se desgasten. No contienen fluidos o gases que puedan derramarse o fugarse. No consumen combustible para operar. Tienen una respuesta rápida, alcanzando plena producción eléctrica instantáneamente. No producen contaminación al generar electricidad. Requieren poco mantenimiento si están correctamente fabricados e instalados El 85% de las celdas FV se fabrican de silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Son modulares, por lo que permiten un amplio rango de aplicaciones solareléctricas Tienen una eficiencia de conversión de luz solar a electricidad relativamente alta Tienen amplio rango de capacidad de generación, de microwats a Megawats. Tienen alta relación de potencia a peso. Se prestan para instalaciones locales, esto es, potencia descentralizada o dispersa. 1.4 Limitaciones de los Sistemas FV: No son aún económicamente competitivos para la mayoría de las aplicaciones, especialmente en aplicaciones de escala intermedia y grande. Para la manufactura de cierto tipo de celdas requiere el manejo de sustancias que pueden ser nocivas para el ambiente en caso de descargas accidentales. Las tecnologías de producción están controladas por los países industrializados. 2. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 2.1 Sistemas FV Autónomos Los pequeños sistemas fotovoltaicos autónomos son utilizados principalmente para electrificación rural de pequeñas comunidades aisladas carentes de infraestructura básica donde el grado de dispersión de la población es muy alto, características que comparten muchas comunidades de
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 5 los países en desarrollo. Los componentes básicos de éste tipo de sistemas son: el generador fotovoltaico que convierte la luz del sol directamente en energía eléctrica en corriente directa; la batería que almacena la energía producida por el modulo fotovoltaico además de proporcionar autonomía durante los días de poca insolación y establecer el voltaje de operación del sistema; el controlador de carga cuya función es proteger a la batería, proporcionar información sobre el estado operativo del sistema, y albergar protecciones del sistema. En los casos donde se requiere suministrar corriente alterna, los sistemas incluyen un inversor de corriente. La figura 2 muestra la configuración típica de un sistema FV de electrificación rural. Figura 2 Sistema fotovoltaico de electrificación rural 2.2 Sistemas Conectados a Red Un sistema conectado a red, tiene una configuración más o menos similar a la de los sistemas autónomos. Las dos grandes diferencias entre ellos se refieren a la ausencia de baterías pues la red eléctrica convencional se utiliza como respaldo y la otra es que invariablemente requieren de un inversor de corriente que les permite inyectar electricidad a la red. Este tipo de sistemas puede intercambiar energía eléctrica con la red cuando la generación excede las necesidades de energía del usuario y tomar energía de la red cuando la demanda es mayor a la energía generada por el arreglo fotovoltaico. La figura 3 muestra el esquema de un sistema FV conectado a la red.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 6 Red Acometida Inversor Generador fotovoltaico kwh Medidor Bidireccional Figura 3 Sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica 3 ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA La eficiencia de conversión de los sistemas fotovoltaicos con la tecnología actual fluctúa entre el 6 y 15 % dependiendo del tipo de tecnología y la aplicación. La vida útil de los módulos actuales es de entre los 20 y 30 años. La tecnología de silicio cristalino se espera continúe siendo la dominante en el mercado en los próximos años, y la tecnología de película delgada sea cada vez menos cara en el mediano y largo plazo. En la figura 4 se muestra la producción de celdas fotovoltaicas durante el 2003 para cada una de las tecnologías. Figura 4 Producción de celdas fotovoltaicas durante el 2003 por tecnología [1]
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 7 Tabla 1 Ejemplos de Aplicaciones Fotovoltaicas [1] Tamaño Aplicaciones Hasta 10 W Calculadoras de bolsillo, radios, pequeños cargadores, juguetes, (productos de consumo) etc. 10 W 100 W Electrificación rural, señalización y sistemas de ayuda en carretera, estaciones climatológicas, ayudas para la navegación, protección catódica, cercas eléctricas, lámparas de seguridad 100 W -1000 W Sistemas de bombeo, refrigeración, repetidoras de señal, pequeños sistemas conectados a red, 1 kw 10 kw Sistemas interconectados a red de mediana capacidad, sistemas aislados de gran tamaño, energización de plataformas marinas no atendidas, 10 KW 100 kw Grandes sistemas Fv conectados a red, integrados a edificios o en techos 0.1 MW 1 MW Plantas Fotovoltaicas conectadas a la red, 3.1 Costos de las Instalaciones Fotovoltaicas Losa costos de los sistemas varían ampliamente dependiendo, del tipo, tamaño, sitio de instalación. Los sistemas conectados a red son los más baratos en estos momentos tendiendo costos de entre 5 y 9 dólares por Watt pico instalado. Algunas oportunidades de reducción de costos se vislumbran cuando los paneles fotovoltaicos sustituyen a materiales de construcción como lo puede ser los cristales exteriores de edificios o construcciones. Los sistemas autónomos fuera de red tienen costos más elevados como se puede apreciar en la Tabla 2, sin embargo existen nichos de mercado donde aún con dichos costos de inversión elevados compiten con otras alternativas como la extensión de la red de distribución o la provisión de electricidad mediante grupos electrógenos. Tabla 2 Precios de Sistemas en Dólares Americanos en países seleccionados en 2003 [2] País Autónomos [USD/W] Conectados a red [USD / W] < 1 kw > 1 kw < 10 kw > 10 kw AUSTRALIA 11,7 15,6 7,8 11,7 4,5 7,8 3,9 6,5 AUSTRIA 9 15,8 9 23,7 5,6 7,9 4,5 6,8 SUIZA 11,8 11,1 6,6 6,9 5,8 ALEMANIA - - 5,7 - DINAMARCA 10,6 13,7 15 20 5,0 10,6 6,1 15,2 ESPAÑA 16,8-18 14-15 7-9 5,6 8,2 FINLANDIA 13,6 21,5-6,8 7,9 6,8 7,9 FRANCIA 14-34 domestico; 11 28 nodomestico 8,2 9,7 5,6
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 8 GRAN BRETAÑA 8,9 16,4 8,5 14,8 7,0 19,7 8,2 21,5 ISRAEL 7,9-11 - - - ITALIA 13,6 16,9 13,6 15,8 7,9 8,6 7,5 7,9 JAPÓN - - 5,9 6,9 COREA 19,6 18,7 12,6 11,5 MÉXICO 15,3 9,6 - - HOLANDA - - 5,1 6,8 5,1 5,6 NORUEGA 8,5 22,6-10 15 - PORTUGAL 13,6 11,3 7,3 - SUECIA 12,4 - - - ESTADOS UNIDOS 12-25 12-20 7-10 6,5-9 La tabla 3 muestra los resultados de la investigación de algunos parámetros económicos para la tecnología fotovoltaica realizada por la empresa NET LTD de Suiza Tabla 3 Indicadores económicos de la tecnología FV [1] Costos de inversión actuales (USD/KWp) Bajo 4,500 Alto 7,000 Costos De Inversión Esperados(USD/) Bajo 3,000 Año 2010 Alto 4,500 Costoso de generación actuales (cusd/kwh) Bajo 18-20 Alto 25-80 Costoso de generación esperados (cusd/kw Bajo 10-15 Año 2010 Alto 18-40 3.2 Costos de Generación Los costos de generación mediante sistemas fotovoltaicos son muy variables y dependientes del sitio donde se instalan. Dos sistemas similares instalados en sitios con niveles de irradiación diferentes producirán cantidades diferentes de energía eléctrica. La explicación es muy sencilla: para dos sistemas similares su inversión inicial es la misma, sin embargo la cantidad de energía que producirán a lo largo de su vida útil diferirá de manera casi proporcional a como difieren los niveles de radiación en ambos lugares. La temperatura ambiente y el porcentaje de radiación difusa son también factores que afectan la producción de energía y por ende los costos de generación de la misma. La figura 5 muestra el costo de generación de electricidad mediante sistemas fotovoltaicos en función de costos de inversión por, y los niveles de irradiancia, Como se observa en la gráfica, a menores costos de inversión y mayores niveles de irradiancia, el costo de la energía producida mediante paneles fotovoltaicos disminuye.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 9 Figura 5 Costos de generación de electricidad con sistemas fotovoltaicos [1] 3.3 Industria Fotovoltaica. Esta industria esta conformada principalmente por los siguientes actores: productores de silicio grado solar, que hasta el 2003 eran 7. De estos productores, uno de ellos produjo mas del 22% de los requerimientos a nivel Mundial 15 fabricantes de obleas de silicio, 25 fabricantes de celdas fotovoltaicas, y 100 fabricantes de módulos fotovoltaicos La tabla 4 muestra la estadística de producción de módulos fotovoltaicos durante el periodo 1994 al 2002. En la tabla se observa claramente que Japón produjo el 49 % de los módulos FV construidos durante el 2002, y que su producción ha crecido más de 15 veces en el periodo mostrado.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 10 Tabla 4 Estadística de Producción de Módulos FV 1994-2002 [1] Figura 6 Potencia FV instalada por región EL suministro silicio que es la principal materia prima para la fabricación actual de módulos fotovoltaicos no representa un problema en el mediano y largo plazo, pues la industria fotovoltaica durante el 2003 requirió menos del 1% del silicio producido para la industria de los semiconductores 3.4 Mercado FV Durante los últimos años la venta de módulos FV crecido de manera persistente con tasas del 20 al 30%. Durante el 2003, la capacidad para la fabricación de módulos FV fue de alrededor de 950MW mientras que para ese mismo año se instalaron amas de 650 MW. La figura 7 muestra el comportamiento de estas dos variables durante el periodo 1993-2003.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 11 Figura 7 Producción anual y capacidad de producción de módulos FV [4] Hasta el 2002 el silicio cristalino seguía siendo la tecnología mas utilizada para la construcción de módulos fotovoltaicos. Los módulos de silicio monocristalino representaron el cerca del 30% del total mientras que los módulos de silicio policristalino representaron más del 54%. Ambas tecnologías dominan el mercado con un 83.4% del total. La figura 8 muestra la evolución del mercado fotovoltaico por aplicación. En la figura se observa que los sistemas conectados a red distribuidos, han tenido un crecimiento muy importante a partir de 1992, cuyo motor principal ha sido los programas lanzados por los gobiernos de Japón, Alemania y Estados Unidos principalmente. (IEA-PVPS T1-13:2004). Estos tres países instalaron el 88% del total instalado en el mundo durante el 2003. 3.5 Tecnología FV Hacia el Futuro. El costo de celdas y módulos fotovoltaicos ha sido un asunto de gran atención hacia esta tecnología. Los costos de módulos fotovoltaicos continúan altos, sin embargo en la última década, los sistemas FV integrados a edificios han disminuido su costo por un factor de 2. Se espera que esta tendencia continúe en el futuro. Otro tema que atrapa la atención de esta tecnología se refiere a la eficiencia de conversión de luz del sol a electricidad. En el laboratorio se han tenido avances muy importantes, sin embargo estos avances no se han aterrizado todavía a nivel del modulo fotovoltaico.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 12 Figura 8 Capacidad instalada por aplicación en países miembros del PVPS [4] En la figura 9 se muestra el avance de las eficiencias de las celdas desde la aparición de la celda fotovoltaica moderna. Como se observa, la brecha entre la tecnología mas madura (obleas de silicio cristalino) y las tecnologías emergentes es todavía muy amplia. Algunos estudios indican que la llegada de plantas con capacidad de producción de 500 MW/año, traería como resultado costos de módulos por debajo de 1 Euro por Watt pico con la tecnología de silicio policristalino. Otros estudios indican que es posible alcanzar costos de producción de entre 0.9 y 1.4 dólares americanos en el periodo 2000 2010. Figura 9 Evolución de las eficiencias de las celdas fotovoltaicas [1] Después de alcanzar la reducción de costos sustanciales en los módulos fotovoltaicos, el
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 13 siguiente paso es mirar hacia la posibilidad de reducción de costos de los otros componentes del sistema. Algunas posibilidades vienen en el sentido del aumento de la eficiencia de los inversores, que en años recientes han elevado su eficiencia desde el 85% hasta el 95% en los modelos mas recientes. Otro elemento que ayudará a la disminución de costos es el relacionado con el uso de elementos estandarizados que permiten la instalación de equipos independientemente de la marca de las componentes. Al utilizar elementos de uso mas generalizado hace que su costo disminuya, al mismo tiempo que se disminuyen los costos de instalación de los sistemas. En el estudio realizado por la Agencia Internacional de Energía (AIE), muestra la curva de aprendizaje para los módulos fotovoltaicos (1968 2002). En la figura 10 se observa el precio de los módulos en función de la capacidad de generación instalada. Los números presentados ahí muestran que cuando la capacidad instalada ascendía a 100 kw el costo del WP era de alrededor de los 100 dólares americanos, y cuando las ventas anuales alcancen el GW el precio del watt pico será muy cercano a los 2 dólares. Figura 10 Curva de aprendizaje de los módulos FV para el periodo 1968 2002 [1] 4 PRINCIPALES PROGRAMAS FV EN EL MUNDO 4.1 Alemania Son varias las acciones realizadas por el gobierno alemán durante los últimos 25 Años. Desde 1995 éste país a liderado a Europa en lo que a potencia FV instalada. El apoyo del gobierno alemán para investigación y desarrollo inició en 1974 y desde entonces ha continuado el apoyo a través del la Fundación Federal Alemana para el Medio Ambiente. Durante la década de los 70 s se inició con 70 proyectos demostrativos. En los 90 s se lanzó el programa de 1000 techos solares, el cual tuvo una sobredemanda lo que motivo al gobierno Alemán a redimensionar el programa y llegar hasta los 2000 sistemas FV, los cuales fueron instalados en el periodo 1991-1996. En 1991 se promulgó la ley Stromeinspeisungsgstz (Inyección de Electricidad a la RED), dio un nuevo impulso a la generación de electricidad con energías renovables. Posteriormente en el año 2000 una nueva ley de energías renovables, la cual establece una mayor contribución de éstas dentro de la oferta de energía eléctrica de entre el 5 10% para el 2010, ha dado un
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 14 impulso sin precedentes a las instalaciones FV en dicho país. Todos los incentivos y leyes descritas anteriormente dieron como resultado un crecimiento anual de alrededor del 42% para el periodo 1992-1999 en donde el 71% de las instalaciones fueron del tipo generación distribuida. En enero del 1999 el Ministerio de Economía y Tecnología lanzó el programa Cien mil Techos solares el cual permitió a los interesados a obtener créditos a 10 años con tasa 0. La meta del programa fue instalar 300 MW al final del año 2003. Este programa ha estimulado el establecimiento de compañías que producen módulos fotovoltaicos que para finales del 2003 representó una capacidad de producción de 70 MW/año. Durante enero del 2004, una revisión de la ley donde se definen las condiciones para la venta de energía eléctrica de los sistemas FV conectados a red, revitalizó la instalación de sistemas FV. Esta ley está evocada principalmente a la venta de energía a las empresas eléctricas con tarifas preferenciales como se muestra en la tabla 5 Tabla 5 Pago de electricidad fotovoltaica Sitio de Instalación del sistema FV Tarifa ceuro/kwh Área sin desarrollar 45.7 Techo (< 30 kw) 57.4 Techo (> 30 kw) 55 Fachada (< 30 kw) 62.4 Fachada (>30 kw) 60 4.2 Japón El gobierno Japonés instituyó el proyecto Sunshine como una respuesta a la crisis petrolera de los años 70 s. En 1993 como una medida para sortear la problemática que presenta la implantación de nuevas tecnologías lanzó El Nuevo Programa Sunshine. El programa es manejado bajo la directriz de la Agencia de Ciencia Industrial y Tecnología, del Ministerio de Comercio Internacional e Industria (MITI, por sus siglas en inglés) El programa incluye un Programa de Investigación y Desarrollo que va hasta el año 2010. Las políticas de investigación y desarrollo para el sector FV fue diseñado para desembocar en tecnologías para un mercado duradero y permanente y la promoción de producción masiva a bajo costo, que se traduzca en la promoción de una mayor demanda y economías de escala que lleve al establecimiento de un mercado estable y permanente. [5] Siguiendo a la promulgación en 1997 de la Ley de Introducción de la Promoción de la Nueva Energía, el comité asesor de energía del MITI lanzó durante 1998 la Prospectiva de Suministro Total de Energía Primaria. Esta prospectiva especificó una instalación de 5000 MW FV para el año 2010.: Durante 1999 decretó una nueva estrategia de tecnología de energía y al mismo tiempo se creo un subcomité de Nueva Energía. El trabajo de todos estos grupos de trabajo fue promover el interés público hacia la tecnología fotovoltaica. METI promueve la aceptación de la tecnología FV en el ámbito gubernamental, industrial y en el sector domestico. Para tal fin se han llevado a cabo varios programas entre los que se encuentran los siguientes: Programa de Diseminación de Sistemas FV Residenciales, el cual esta enfocado a subsidiar los costos de instalación de los sistemas instalados por personas, quienes a cambio del subsidio deberán ser promotores de la tecnología y proveer los datos
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 15 operativos de sus sistemas. Durante el periodo 1994 1998 se instalaron 15,596 sistemas FV en casas habitación y durante 1999, 17,396 personas fueron aceptadas para unirse al programa. Mediante este programa se han instalado más de 121 MW. El 80% de la demanda de módulos FV corresponden a instalaciones en los techos de las casas con capacidades que varían entre los 3 y 5 kw. De 1992 a 1999, la demanda anual de módulos FV ha crecido a una tasa superior al 40%. A partir de 1999 el Ministerio de Construcción ha autorizado el uso de módulos FV como material para techos en las casas habitación. 4.3 Estados Unidos A principio de 1998, el Departamento de Energía de los EUA lanzó el programa Million Solar Roofs Initiative, el cual está enfocado a instalar un millón de sistemas solares, fotovoltaicos o térmicos en los techos de casas habitación y en edificios comerciales para finales del 2010. A pesar que la legislación federal para dar incentivos fiscales a los usuarios de dichos sistemas no ha sido aprobada por el Congreso de éste país, el Departamento de Energía (DOE) está proporcionando subsidios a los Estados y socios locales del programa, con el fin de apoyar el financiamiento y la diseminación de los sistemas solares. Adicionalmente, la medición neta de energía (mecanismo que permite contabilizar el aporte de energía a la red de los sistemas fotovoltaicos), se ha implementado en 30 estados de la Unión Americana. Hasta finales de junio del 2001, las estimaciones indican que por lo menos han sido instalados 14,000 sistemas solares, de los cuales 2,000 corresponden a sistemas FV En 1999, se definió el plan detallado para la industria y tecnología FV donde se establecieron metas y estrategias específicas que a continuación se mencionan: Mantener el liderazgo tecnológico en el ámbito mundial Alcanzar la competitividad económica con respecto a otras tecnologías Mantener un mercado sostenible y la producción FV creciente Hacer la industria FV rentable y atractiva para los inversionistas Las metas definidas fueron: Mantener un crecimiento del 25% anual Producir 7 GW para el 2020 de los cuales 3.2 GW deberán ser consumidos en el mercado interno Disminuir los costos para el usuario final (incluidos costos de operación y mantenimiento) hasta 3 USD/WP para el 2010 y 1.5 USD/W para el 2020. 4.4 Unión Europea En el libro Blanco de la Comunidad Europea, reconoce que la industria fotovoltaica como dinámica y competida a la cual se le debe ayudar en sus esfuerzos por abrir los mercados hacia dentro de los países miembros de la comunidad como los del exterior. En el documento se define una meta de 3 GWp instalados en países miembros de la Comunidad, una meta ambiciosa pero alcanzable, según se describe en el documento de la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica [9]. La meta se alcanzará principalmente con la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a red instalados en los techos de las casas y edificios públicos así como también con la instalación de fachadas solares. La figura 11 muestra la tendencia actual y las metas definidas en el Libro Blanco de la Comunidad Europea.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 16 3000 2500 2000 GW 1500 1000 500 0 2001 2002 2003 2010 Año Tendencia Libro Blanco CE Figura 11 Instalaciones FV en países de la Comunidad [6] 5 TECNOLOGÍA FV EN MÉXICO La investigación y desarrollo en la tecnología fotovoltaica tiene una gran tradición en el país y se remonta hasta la década de los 70 s. El CINVESTAV del Instituto Politécnico Nacional inició la manufactura de celdas FV y su ensamble en módulos. En 1978 se puso en operación una plata piloto para fabricar 4 por año. La capacidad de la planta posteriormente fue incrementada hasta lo 20 kw. Algunas otras instituciones como el Laboratorio de Energía Solar de la UNAM han realizado investigación en materiales para celdas fotovoltaicas. El Instituto de Investigaciones Eléctricas inició en 1979 investigación relacionada con la ingeniería de plantas fotovoltaicas. A partir de los 90 s, la investigación se dirigió hacia pequeñas aplicaciones FV en zonas asiladas. Actualmente los trabajos de investigación se han dirigido hacia dos campos principales: sistemas fuera de red, que incluye los sistemas fotovoltaicos domiciliarios para electrificación rural y los sistemas híbridos, solar-eólico-diesel. En lo que respecta a sistemas FV conectados a la red eléctrica las investigaciones se han enfocado sistemas que pueden ser utilizados para dar soporte y alivio térmico a líneas de distribución en zonas con grandes picos de demanda durante el verano, el cual es motivado principalmente por el uso de aire acondicionado. 5.1 Electrificación Rural Fotovoltaica Con diversos programas gubernamentales, se han instalado en el país más de 60,000 sistemas fotovoltaicos en 20 estados del país. Esta actividad ha sido llevada a cabo dentro de programas asistenciales y programas para mejorar la calidad de vida de comunidades marginadas carentes de infraestructura básica. El Instituto de Investigaciones Eléctricas contribuyó en el programa brindando apoyo técnico a la Comisión Federal de Electricidad en lo relativo a capacitación de personal técnico y la emisión de especificaciones técnicas, las cuales han formado parte de los paquetes licitatorios en programas de electrificación rural fotovoltaica donde los fondos para su realización han sido aportados por el gobierno federal.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica 17 Otras instituciones como el Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) de la Secretaría de Agricultura con el Apoyo del Global Enviromental Facility, llevaron a cabo un programa denominado Energías Renovables para la Agricultura. Este programa brinda apoyo financiero y técnico a productores del campo para la instalación de sistemas de bombeo, cercas eléctricas, ó tanques de enfriamiento; todo ello con el fin de aumentar la productividad y rentabilidad de proyectos del campo mexicano. Adicionalmente, el programa incluyó la capacitación técnica para personal del Fideicomiso, personal de dependencias de gobiernos estatales, municipales y los propios beneficiarios del proyecto. En el país se ha tenido también experiencia con los sistemas híbridos solar-eólico para electrificar poblados. Utilizando ésta tecnología, actualmente se suministra la energía eléctrica en dos comunidades del estado de Baja California Sur, un hotel en el estado de Quintana Roo y una casa habitación en las inmediaciones del Ajusco en el Distrito Federal. Instituciones como el Centro de Investigación en Energía de la UNAM y el CINVESTAV del Instituto Politécnico Nacional, continúan realizando investigación en materiales y películas delgadas. 5.2 Aplicaciones Profesionales Desde la década de los 90 s, la tecnología fotovoltaica ha sido utilizada para suministrar electricidad a diferentes aplicaciones como sistemas estaciones repetidoras de microondas, telefonía satelital, educación vía satélite y telefonía celular. En PEMEX los sistemas fotovoltaicos son utilizados para suministrar energía a equipos de comunicación, seguridad y control en plataformas marinas no tripuladas, además de ser utilizados para la protección catódica de tuberías y estructuras metálicas. Otra aplicación importante ha sido los sistemas el uso de fotovoltaicos instalados en ranchos y fincas agrícolas y ganaderas en lugares alejados de la red. 5.3 Sistemas FV Conectados a Red La primera experiencia en México de interconexión de un sistema fotovoltaico a la red eléctrica se dio en 1998 en las instalaciones del IIE. En la actualidad, operan 5 sistemas FV conectados a red, cuatro de ellos proveen parcialmente la energía requerida en igual número de casas y el restante proporciona energía a un Kiosco de una plaza pública en el Estado de Nuevo León. 5.4 Mercado FV El comportamiento del mercado fotovoltaico para el periodo 1992 2004 años se presenta en la tabla 6. Es importante hacer notar que hasta el momento el principal motor del mercado FV en México ha sido los programas gubernamentales de electrificación rural. Las ventas anuales de módulos FV durante los últimos años han sido en promedio de alrededor de 1 MW.
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica Tabla 6 Instalaciones fotovoltaicas en México por segmentos de mercado para el periodo 1992-2004 Mercado/ Aplicación 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 doméstico fuera de red no-doméstico fuera de red conectado a red distribuido conectado a red centralizado 5 200 6700 7920 8270 9020 9870 10673 11228 11828 12349 12943 13595 14169 200 400 900 950 1000 1150 1347 1692 2092 2614 3208 3536 4003 0 0 0 0 0 1.8 1.8 1.8 8.6 8.6 9.6 9.6 9.6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 TOTAL 5400* 7100 8220 9220 10020 11021 12021 12021 13928 14971 16160 17140 18181 *Las instalaciones FV realizadas antes de 1992 representan 3700 kw y fueron utilizadas en electrificación rural
Prospectiva de la Tecnología Solar Fotovoltaica REFERENCIAS [1] International Energy Agency Renewables for Power Generation: Status & Prospects: 2003 Edition [2] International Energy Agency, Implementing Agreement on Photovoltaic Power Systems Agreement (PVPS): TRENDS IN PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS: Survey report in selected IEA countries between 1992-2003 [3] http://www.solarbuzz.com/marketbuzz2005-intro.htm [4] International Energy Agency, Implementing Agreement on Photovoltaic Power Systems Agreement PVPS: Task I Report: T1-13:2004 [5] New Sunshine Program: R&D Program on Energy and Environmental Technologies. Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry Japan. http://www.aist.go.jp/nss/text/coal.htm. [6] Comisión Europea, Energía para el Futuro, Fuentes Renovables de Energía, Libro Blanco para una Estrategia y un Plan de Acción Comunitarios, 1997 [7] PV market update: www.earthscan.co.uk [8] Solar Energy Sunny Days Ahead?,. Sarasin Basic Report, Nov., 2004 http://www.sarasin.ch/sarasin/pdf/studiesi_en_solar_energy_2004.pdf [9 Solar Electricity in 2010, Building on a Decade on Industrial and Political Commitment. European Photovoltaic Industry Association (EPIA), 2003. http://www.epia.org/documents/solar_electricity_2010.pdf