La energía solar fotovoltaica

Programa de Pós-Graduação em Energia
PPGE (EP / FEA / IEE / IF)
Curso de actualización:
APLICACIONES PRODUCTIVAS DE LA ENERGIA SOLAR
Parte 3: La energía solar fotovoltaica
L. Roberto Valer M.
LSF - IEE – USP
Email: [email protected]
Cusco, 02 de noviembre de 2010
Sumario de la Presentación
Parte I: Contextualización del tema
Parte II: Usos productivos de la energía
Parte III: La energía solar fotovoltaica
Parte IV: Aplicaciones productivas de la energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la producción de energía eléctrica a nivel mundial
Desarrollo histórico de la
producción de electricidad
segun el tipo de fuente
Fuente: IEA - Key World Energy Statistics, 2010
2008
20181 TWh
Matriz energética
mundial
*Otros: energía solar, eólica, geotérmica, biomasa
moderna, etc.
Fuente: IEA - Key World Energy Statistics, 2010
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la producción de energía eléctrica a nivel mundial
Fuente: REN21 (2010)
21 GW
Capacidad eléctrica instalada con energías renovables* hasta el año 2009
*No incluye la capacidad instalada de hidroeléctricas de grande porte
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.
La energía solar fotovoltaica
Ventajas y desventajas
Ventajas
- Utilizan una energía gratuita y
renovable
- No
producen
polución
ni
contaminación ambiental
- No requieren el uso de combustibles,
aminorando gastos en suministro,
transporte y almacenamiento de los
mismos.
- No producen contaminación sonora
(silenciosa)
- Bajo mantenimiento
- Permite aumentar la potencia instalada
mediante la incorporación de nuevos
módulos. (Es modular).
Desventajas
- Los rendimientos del sistema aun son
bajos, básicamente por las bajas
eficiencias de las células solares (15 – 20
%).
-Altos costos iníciales, al no ser un
producto masivo aun.
-Dependencia de factores externos
como condiciones climáticas
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
SOL
Energía solar
SFV
Energía eléctrica
CARGAS
Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.
La energía solar fotovoltaica
Generador Fotovoltaico
Fuente: Archivo gráfico del LES IEE USP
La energía solar fotovoltaica
Generador Fotovoltaico
Fuente: Archivo gráfico del LES IEE USP
La energía solar fotovoltaica
Generador Fotovoltaico
Foto: Valer, 2010
Sistema fijo
- Facilidad de instalación
- Poco mantenimiento
Foto: solarsystem.pk, 2010
Referencias Bibliográficas:
- Vilela (2004) - Wenham (2007)
- Foster (2010) - Argaw (2003)
Sistema con seguimento
- Mayor eficiencia en la captación → reducción del
número de módulos necesarios → reducción de
costos.
- Aumento de la complejidad del sistema
- Reducción de la confiabilidad.
- Problemas con condiciones climáticas (vientos e
baja radiación)
La energía solar fotovoltaica
Sistemas de control
- Controlador :
Permite el acoplamiento entre el generador FV, las cargas y la
batería
- Protege las baterías de cargas y sobredescargas.
- Conversor CC – CC : Reductor o elevador de tensión.
- Inversor CC – CA : Transformador CC – CA
Controladores
Inversores
Sistema fotovoltaico de bombeo
Sistema de almacenamiento
Fuente:
Referencias Bibliográficas:
- Wenham (2007)
- Foster (2010) - Argaw (2003)
Foto: Valer, 2008
Baterías
- Permiten el uso del SFVR en cualquier momento
- Vida útil limitada
↑Complejidad, ↑Mantenimiento, ↓ Eficiencia ,
↑ Costo de ciclo de vida
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
14000
52% 12000
Produção (MWp)
12000
82%
10000
69%
8000
40%
6000
45%
4279
68%
4000
2000
7900
42%
34%
40% 40%
560
201,3 287,7 401,4
750 1256
1818
2536
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
ano
Photon International, 3, 2010; Market survey on global solar cell and module production 2009.
Producción mundial de módulos y células fotovoltaicas en el
mundo
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Fuente: REN21 (2010)
Producción mundial de módulos y células fotovoltaicas en el
mundo
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
8000
Estimates for 2008
Rest of World
7000
United States
Taiwan
PV Production [MW]
6000
PR China
Europe
5000
Japan
4000
3000
2000
1000
0
1990
1995
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2008
Kautto, N. and A. Jäger-Waldau, 2009: Renewable Energy Snapshots 2009, European Commission, Euro-Report EUR 23819 EN, ISBN 978-92-79-12397-9
Producción mundial de módulos y células fotovoltaicas en el
mundo
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Fuente: Solarbuzz.com (2010)
Producción mundial de módulos y células fotovoltaicas en el
mundo
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Películas delgadas
Amorfas (a-Si)
Micro amorfas (aµ-Si)
Telureto de Cádmio (Cd-Te)
Disseleneto de Cobre-Índio (CIS)
Disseleneto de Cobre-Índio-Galio (CIGS).
Estado actual de las eficiencias y costos de las células
fotovoltaicas para cada tipo de tecnología
Fuente: REN21 (2010)
Silicio cristalino (c-Si)
Mono-cristalino (sc-Si)
Poli-cristalino (mc-Si).
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Películas delgadas
Amorfas (a-Si)
Micro amorfas (aµ-Si)
Telureto de Cádmio (Cd-Te)
Disseleneto de Cobre-Índio (CIS)
Disseleneto de Cobre-Índio-Galio (CIGS).
Potencia fabricada 3,7 GW (2007)
Silicio poli-cristalino 2,18 GW
Silicio mono-cristalino 1,1 GW
Fuente: Prometheus Institute, 2008
Silicio cristalino (c-Si)
Mono-cristalino (sc-Si)
Poli-cristalino (mc-Si).
Estado actual de la producción de celulas por tipo de
tecnología
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
“Learning curve” para la energía solar fotovoltaica
Fuente: SUREK, T. Crystal growth and materials research in photovoltaics: progress and challenges. Journal of
Crystal , 2005
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos en el 2009
Fuente: http://pvresources.com/en/economics.php
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Costos estimados de sistemas fotovoltaicos para los próximos años
Costo de la generación eléctrica (€ct/kWh)
2005
2030
2050
Combustibles Fósiles (carbón, gás)
4,0 – 4,5
6,0 – 7,0
6,5 – 9,0
Nuclear
4,0 – 6,0
3,5 – 7,0
3,6 – 6,0
Eólica
7,5 - 9.0
5,0 – 6,0
3,0 – 4,0
Solar Térmica
17,0
6,0
3,0
20,0 – 40,0
5,0 – 10,0
3,0 – 6,0
Solar FV
Fuente: EPIA – EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION. Disponível em: <www.epia.org>
La energía solar fotovoltaica
Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos
Costes iniciales
Custo do ciclo de vida
8%
18%
Módulo
9%
51%
34%
18%
Batería
Batería
Controlador
Controlador
Outros
Outros
22%
40%
*Considerando uma taxa de desconto anual de 12% e período de análise igual 20 anos.
Fuente: LES IEE USP
Módulo
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Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial
Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos en el Perú
-Paneles FV : 0,5 - 100 W. Tipo cristalino y amorfo. 3- 4 $/Wp
Ejemplo: Modulo amorfo 100 Wp (300$), Modulo cristalino 15Wp (45$)
- Reguladores de carga (Stecca, Phocos, chinos) 10 – 45 A
- Baterías Pb acido, Baterías de Ni MH y de Li -Ion
Ejemplo
Batería sellada “solar” 150 Ah, 12V,($ 120,0)
Fuente: Horn (2010)
Gracias!
Consultas:
Blog:
[email protected]
[email protected]
solucionessolares.blogspot.com
Agradecimientos especiales:
Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos
Instituto de Eletrotécnica e Energia - USP