Energia Solar Fotovoltaica 2e5c69a6

5/21/2018 Energia Solar Fotovoltaica 2e5c69a6

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COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIN

Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicacin

Grupo de Nuevas Actividades Profesionales

Energa Solar Fotovoltaica


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Edita: COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACIN

C/ Almagro, 2 28010 Madrid

http: //www.coit.es

Depsito legal: M-50664-2007

ISBN: 978-84-935049-6-0

Fotocomposicin: Inforama, S.A.

Prncipe de Vergara, 210. 28002 Madrid

Impresin: Ibergraphi 2002, S.L.L.


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Grupo de Nuevas Actividades Profesionales del COIT (Grupo NAP)

La razn primera de existencia de un Colegio Profesional es elinters social de la actividad que le caracteriza y a la que se debe. Paraordenar la profesin dispone de las competencias legales necesarias y paradefender ese inters pblico cuenta con el inmejorable activo de unosprofesionales formados especficamente para ello, a los que el Colegioagrupa y representa.

Pero es tal el dinamismo de nuestro sector que los campos deactividad que constituyen nuestro ejercicio profesional se incrementan o semodifican cada da, de ah que en el ao 2003, de acuerdo con los finescolegiales, considersemos conveniente crear un Grupo de trabajo que seocupase de detectar las nuevas actividades que van surgiendo, deanalizarlas, de evaluar su impacto, y, en su caso, de promoverlas. As naciel Grupo de Nuevas Actividades Profesionales (NAP). Una resultante de esamisin del Grupo es detectar y proponer, en su caso, la conveniencia o laobligatoriedad de contar con la redaccin de un proyecto tcnico en estas

nuevas reas, ya sea por su grado de complejidad, porque soportenservicios de telecomunicacin de uso pblico, porque deban quedargarantizados unos requisitos mnimos de calidad y de seguridad, o bienporque se deba hacer un uso eficaz y eficiente de ciertos recursos pblicoslimitados en un rgimen de mercado plenamente liberalizado.

El Grupo NAP aborda su quinto trabajo centrndose en un tema tancandente como es la Energa Solar Fotovoltaica. Presenta as un nuevocampo de actuacin, analizando sus diferentes escenarios e identificando lasoportunidades de ejercicio profesional para los Ingenieros de

Telecomunicacin ligadas a un sector tan dinmico y actual como ste. Espreciso destacar y agradecer la incorporacin al Grupo NAP, de maneraespecfica para este trabajo, del profesor y experto en la materia GabrielSala Pano sin cuya aportacin no hubiese sido posible este documento.

Estoy convencido de que la lnea de trabajo que desarrolla esteGrupo NAP del COIT mantendr al mismo en un foco de atencin preferentepara nuestros Ingenieros.

Francisco Mellado GarcaVicedecano del Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicacin

Fundador del Grupo NAP


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NAPGrupo de Nuevas Actividades Profesionales

Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicacin

Autor: Grupo NAP

Miembros

Jos Ignacio Alonso Montes (Coordinador)Alfonso Fernndez Durn

Carlos Jimnez SurezAntonio Lecuona RibotFrancisco Mellado Garca

Jos Fabin Plaza FernndezVictoria Ramos Gonzlez

Gabriel Sala Pano


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Colegio Oficial de Ingenieros de TelecomunicacinGrupo de Nuevas Actividades Profesionales

Editor: Gabriel Sala Pano


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PRESENTACIN

La Energa Solar Fotovoltaica ha alcanzado notable actualidad en Europa yEspaa, tanto por su importante protagonismo industrial como por la adopcin demedidas especficas que favorecen un considerable desarrollo del mercado.

Desde el punto de vista tecnolgico puede decirse que Espaa tom el trenfotovoltaico a tiempo y ha aprovechado las oportunidades de participar en unmercado global sin complejos. Ha sido uno de los principales suministradores demdulos fotovoltaicos y ha adoptado el concepto de tarifa especial que prima laproduccin de Energa Solar Fotovoltaica para activar el mercado, lo que la haconvertido en una de las localizaciones preferidas del mundo para la instalacin

de centrales fotovoltaicas.El volumen de negocio, que ha crecido globalmente al 40% en los ltimos

aos, indica que la Energa Solar Fotovoltaica en sus variados aspectos constituyeuna actividad interesante para los Ingenieros de Telecomunicacin. El papel de losIngenieros de Telecomunicacin ha sido importante en el sector desde el primermomento de su adopcin como fuente terrestre de energa, lo que resulta naturaldada la ligazn con el mundo de los dispositivos electrnicos y las clulas solares.Del mismo modo, la falta de precedentes histricos de esta forma de generacinimpide la asignacin exclusiva a cualquier Ingeniera.

Teniendo en cuenta que la Industria ligada a la Energa Solar Fotovoltaica

puede alcanzar en los prximos 20-30 aos dimensiones gigantescas, cercanas ala Industria del automvil, el Grupo de Nuevas Actividades Profesionales (NAP) delCOIT consider la conveniencia de abordar este escenario profesional para ponerde manifiesto dentro del colectivo de Ingenieros de Telecomunicacin lastendencias de esta tecnologa. Asimismo, se expresa pblicamente la voluntad ycompetencia del Ingeniero de Telecomunicacin en el desarrollo de esta nuevaforma de generacin elctrica, nacida de la mecnica cuntica y la electrnica delsiglo XX, y que contrasta con las energas de ciclo trmico, que en sus diversasformas, hunden sus races filosficas en el siglo XIX.

El documento que sigue trata de dar una visin de las ltimas realidadescientficas, tcnicas y comerciales de esta forma de generacin energtica y servir

de referencia para los profesionales que se inicien en esta actividad. Esperamosas que lo Ingenieros senior, que conocieron las clulas solares y sus aplicacionescomo una promesa de futuro, se equiparen en conocimiento a los ms jvenes,que han sido formados en consonancia con la importancia del sector fotovoltaicoy energtico.

Para unos y otros, este documento pretende combinar informacionesgenerales sobre la Energa Solar Fotovoltaica con guas prcticas que indican lasparticularidades legales y contractuales ligadas a los proyectos de generacinfotovoltaica, ya sea en aplicaciones aisladas o en conexin a red.

Dada la complejidad de la I+D+i en clulas solares, la multitud deaplicaciones, la evolucin de los costes y el rpido crecimiento del mercado, se hadedicado una extensin importante a esbozar lo mejor posible el marco generalglobal.


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Posteriormente, se han presentado algunos de los escenarios tipo, que enconjunto, permiten visualizar en la Energa Solar Fotovoltaica la carencia de unaespecificidad tpica tecnolgica, a diferencia de la generacin elctrica tradicional,

basada en combustibles y fluidos, por lo que pueden ser abordables porIngenieros de diversas ramas. Tras resaltar adems el carcter multidisciplinariode stas (clulas solares, instrumentacin, electrnica de control y de potencia,obra civil, Media Tensin, etc.), se aboga claramente por la redaccin de proyectosglobales unificados, conforme a la demanda de los clientes potenciales.

Finalmente, se hace un recorrido por la legislacin y tramitacin deinstalaciones fotovoltaicas, caracterizadas por una excesiva y tediosa complejidadadministrativa, que ralentiza su desarrollo en combinacin con una generosa,aunque menguante, tarificacin especial para la energa elctrica de origen solarfotovoltaico, aspecto este ltimo que ha permitido el despegue del mercado.

Para navegar por el proceloso mar administrativo y para redactar y ejecutarproyectos de instalacin, se proporciona la normativa tcnica especfica vigentesobre Energa Solar Fotovoltaica de mbito internacional as como la normativaUNE, basada en aqulla, y ya adoptada en Espaa.

Todo esto ha sido posible gracias al inteligente y eficaz trabajo de NoeliaMiranda de la Ctedra COIT y al apoyo del Grupo NAP, que ha mantenidoencendida la llama de mi entusiasmo durante la preparacin del trabajo.

A todos ellos y al Director del Instituto de Energa Solar, Antonio Luque,agradezco su confianza al suponer que sera capaz de contribuir a que sealcanzaran los objetivos atisbados por el Grupo NAP.

En manos del lector se deja la valoracin de los resultados.

Gabriel Sala

Subdirector del Instituto de Energa Solar (IES)

Investigador del Departamento de Electrnica Fsica (ELF)


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AGRADECIMIENTOS

Para la elaboracin de este informe hemos contado con la colaboracin devarios Ingenieros de Telecomunicacin, todos ellos miembros distinguidos delsector fotovoltaico, que nos brindaron su tiempo para celebrar una mesa redonda.Por su presencia y su contribuciones queremos expresar nuestro mejoragradecimiento a:

D. Gabino Almonacid Puche, Catedrtico del Grupo de Investigacin yDesarrollo en Energa Solar y Automtica (IDEA) de la Universidad de Jan.

D. Manuel Cendagorta-Galarza Lpez, Director Gerente del InstitutoTecnolgico y de Energas Renovables (ITER).

D. Ignacio Luque Heredia, Director General de Inspira.

D. Jos Luis Pachn Veira, Director de Operaciones del Instituto de SistemasFotovoltaicos de Concentracin (ISFOC).

D. scar Perpin Lamigueiro, Subdirector Departamento Tcnico de Isofotn.

El presente informe no habra visto la luz sin la colaboracin de todosaquellos, que en mayor o menor medida, han prestado su experiencia personal ylos trabajos realizados sobre esta materia. A todos ellos, nuestro ms sinceroagradecimiento.


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NDICE GENERAL

1. ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA: ASPECTOS GENERALES ........................ 1

1.1. BASES FSICAS DE LA CONVERSIN FOTOVOLTAICA ................................. 31.2. UN POCO DE HISTORIA.......................................................................... 31.3. EVOLUCIN DE COSTES, MERCADOS Y PRODUCCIN................................ 51.4. MITOS SOBRE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA .................................... 8

2. LA TECNOLOGA Y LA INDUSTRIA SOLAR FOTOVOLTAICA: PRESENTE YFUTURO ........................................................................................................ 11

2.1. LAS CLULAS SOLARES: CARACTERISTICAS, TIPOS Y DESARROLLO ............ 112.2. LA TECNOLOGA DE REFERENCIA: CELULAS DE SILICIO CRISTALINO .......... 152.3. EL RESTO DEL SISTEMA (BALANCE OF SYSTEM "BOS") .............................. 172.4. LA INDUSTRIA FOTOVOLTAICA ................................................................ 20

3. PERSPECTIVA GENERAL DE LAS APLICACIONES FOTOVOLTAICAS............ 21

3.1. APLICACIONES DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA .............................. 213.2. SISTEMAS AISLADOS............................................................................. 233.3. SISTEMAS CONECTADOS A LA RED.......................................................... 23

4. EL INGENIERO DE TELECOMUNICACIN Y LA ENERGA SOLAR

FOTOVOLTAICA............................................................................................. 25

5. LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA Y LAS TICS....................................... 27

5.1. SISTEMAS COMPLEMENTARIOS......................................................... 285.1.1. SUBSISTEMA DE CIRCUITO CERRADO DE TELEVISIN................... 295.1.2. SUBSISTEMA DE PROTECCIN CONTRA INCENDIOS...................... 315.1.3. SUBSISTEMA DE DETECCIN DE INTRUSIN Y ROBO.................... 325.1.4. SUBSISTEMA METEOROLGICO .................................................. 33

5.1.5. SISTEMA TELEMTRICO DE CONTROL DE LAS INSTALACIONES....... 34


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6. TIPOLOGA DE PROYECTOS TCNICOS ..................................................... 37

6.1. INSTALACIONES CONECTADAS A RED ...................................................... 37

6.1.1. INSTALACIONES SOBRE SUELO................................................... 386.1.2. INSTALACIONES SOBRE EDIFICACIN ......................................... 42

6.2. INSTALACIONES AISLADAS DE RED......................................................... 476.2.1. ELECTRIFICACIN DE VIVIENDAS AISLADAS DE RED .................... 476.2.2. APLICACIONES PROFESIONALES ................................................. 50

6.3. ESTRUCTURA DEL PROYECTO TIPO.......................................................... 52

7. OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ............. 55

7.1. PRODUCCIN DE LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS ............................ 557.1.1. CAUSAS DE REDUCCION DE LA PRODUCCION IDEAL ..................... 55

7.2. MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES...................................................... 57

8. NORMATIVA TCNICA APLICABLE A INSTALACIONES SOLARESFOTOVOLTAICAS........................................................................................ 59

8.1. NORMATIVA TCNICA PARA PLANTAS SOLARES......................................... 598.1.1. NORMAS AENOR........................................................................ 608.1.2. NORMAS IEC............................................................................. 628.1.3. PROTECCIONES ELCTRICAS ...................................................... 64

8.2. NORMATIVA TCNICA PARA SISTEMAS COMPLEMENTARIOS........................ 688.3. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNTICA Y OTRAS CONSIDERACIONES.......... 72

9. RESUMEN LEGISLACIN VIGENTE SOBRE SISTEMAS SOLARESFOTOVOLTAICOS........................................................................................ 73

10. RESUMEN ................................................................................................ 77

11. ACTUACIONES Y PROPUESTAS................................................................ 79

12. BIBLIOGRAFA........................................................................................ 81

13. ACRNIMOS............................................................................................ 83

14. ANEXOS .................................................................................................. 85



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NDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. NDICE DE DESARROLLO HUMANO EN FUNCIN DEL CONSUMO DEELECTRICIDAD "PER CPITA"......................................................... 1

FIGURA 2. EVOLUCIN DE LA PRODUCCIN Y EL COSTE DEL VATIO PICO .......... 6FIGURA 3. CURVA DE EXPERIENCIA PARA LA TECNOLOGA EN 30 AOS............. 7FIGURA 4. EVOLUCIN DE DIFERENTES MERCADOS ........................................ 9FIGURA 5. EVOLUCIN DE LA EFICIENCIA DE LAS DIFERENTES TECNOLOGAS ... 13

FIGURA 6. % DE PRODUCCIN DE DIFERENTES TECNOLOGAS......................... 13FIGURA 7. PRINCIPALES PRODUCTORES DE MDULOS FOTOVOLTAICOS ............ 14FIGURA 8. EMPRESAS LDERES EN 2001......................................................... 14FIGURA 9. REPARTO DE COSTES DE UN MDULO DE SILICIO ........................... 15FIGURA 10. ESQUEMA DE UNA CLULA SOLAR Y DE UN MDULO FOTOVOLTAICO . 16FIGURA 11. REPARTO DE COSTES EN UNA INSTALACIN AISLADA ...................... 17FIGURA 12. REPARTO DE COSTES EN UNA INSTALACIN CONECTADA ................. 18FIGURA 13. EFICIENCIA VERSUS PRECIO PARA DIFERENTES TECNOLOGAS ......... 19FIGURA 14. EVOLUCIN DEL MERCADO FOTOVOLTAICO..................................... 21FIGURA 15. APLICACIN DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA......................... 22

FIGURA 16. EVOLUCIN PREVISIBLE DE LAS REDES FOTOVOLTAICAS AISLADAS .. 24FIGURA 17. PARTES DE UN PROYECTO TIPO DE CONEXIN A RED ...................... 38FIGURA 18. INSTALACIN SOBRE SUELO ......................................................... 41FIGURA 19. INSTALACIN SOBRE SUELO CON PANELES FIJOS............................ 41FIGURA 20. INSTALACIN SOBRES SUELO CON SISTEMAS DE SEGUIMIENTO....... 42FIGURA 21. MAPA IRRADIACIN DE ESPAA..................................................... 45FIGURA 22. INSTALACIN CONECTADA A RED: VIVIENDA .................................. 46FIGURA 23. INSTALACIN AISLADA DE RED ..................................................... 47FIGURA 24. BATERAS.................................................................................... 48FIGURA 25. REGULADOR DE CARGA................................................................. 49

FIGURA 26. VIVIENDA ELECTRIFICADA............................................................. 49FIGURA 27. ALUMBRADO MEDIANTE MDULO FOTOVOLTAICO ............................ 50FIGURA 28. ESTACIN DE TELECOMUNICACIN ALIMENTADA CON ENERGA

SOLAR FOTOVOLTAICA .................................................................. 51FIGURA 29. ESTRUCTURA PROYECTO TCNICO ................................................. 53FIGURA 30. FASES INSTALACIN..................................................................... 87


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NDICE DE TABLAS

TABLA 1. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA... 2TABLA 2. COSTE DE LA ENERGA FOTOVOLTAICA PARA VARIAS TECNOLOGAS...... 19TABLA 3. EDIFICIOS AFECTADOS POR EL CTE ................................................... 43TABLA 4. COEFICIENTES DE USO..................................................................... 44TABLA 5. COEFICIENTE CLIMTICO.................................................................. 44TABLA 6. PRDIDAS A CONSIDERAR ................................................................ 44TABLA 7. CADAS DE TENSIN ADMISIBLES ..................................................... 65TABLA 8. TARIFAS PARA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA SEGN

DECRETO 661/2007.......................................................................... 75



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1. ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA: ASPECTOSGENERALES

La electricidad es la forma ms verstil de energa que tenemos. Permite que losciudadanos de los pases desarrollados dispongan de luz, refrigeracin, control dela temperatura en sus casas, colegios y oficinas y acceso a los medios decomunicacin por cable y radio. El acceso a la electricidad est directamenterelacionado con la calidad de vida. La figura 1 muestra el ndice de DesarrolloHumano (HDI o Human Development Index) para 60 pases, que incluyen el 90%de la poblacin mundial, en funcin del consumo de electricidad per cpita.

Figura 1. ndice de desarrollo humano en funcin del consumo de electricidadper cpita

Para mejorar la calidad de vida en muchos pases (medida en HDI) se requiereaumentar su consumo elctrico por un factor 10 o superior, desde unos pocoscientos a algunos miles de kWh por persona y ao. Cmo puede lograrse?Algunos opinan que la quema de combustibles fsiles y la energa nuclear sontambin soluciones para el siglo XXI (aunque se liberen enormes cantidades deCO2, SO2 y NO2 o no se tenga resuelto el problema de los residuos radiactivos) yotros piensan que deben desarrollarse las energas renovables, no contaminantesy ampliamente disponibles como la Energa Solar Fotovoltaica y la energa elica.La energa elica produce hoy mil veces ms electricidad que la Energa Solar

Fotovoltaica pero est muy localizada en sitios favorables mientras que lafotovoltaica es utilizable en la mayor parte del mundo.

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La Energa Solar Fotovoltaica es una tecnologa que genera corriente continua(potencia medida en vatios o kilovatios) por medio de semiconductores cuandostos son iluminados por un haz de fotones. Mientras la luz incide sobre una clula

solar, que es el nombre dado al elemento fotovoltaico individual, se generapotencia elctrica; cuando la luz se extingue, la electricidad desaparece. Lasclulas solares no necesitan ser cargadas como las bateras. Algunas clulassolares vienen mantenindose en operacin terrestre o en el espacio desde hace30 aos.

La Energa Solar Fotovoltaica presenta ventajas e inconvenientes tanto tcnicascomo no tcnicas. A menudo, las ventajas y desventajas son diametralmenteopuestas a las de las centrales convencionales de fuel. Por ejemplo, las plantas decombustibles fsiles provocan emisiones peligrosas para el medio ambiente, usanuna fuente limitada, su coste tiende a crecer y no son modulares, es decir, no sepueden hacer plantas pequeas. La Energa Solar Fotovoltaica no tiene ningunode esos problemas; por el contrario tiene la desventaja de su difcilalmacenamiento. Por ltimo, coinciden en ser ambas tecnologas muy fiables.

En la Tabla 1 identificamos las ventajas e inconvenientes de la Energa SolarFotovoltaica. Algunos de estos ltimos no son tcnicos sino que estn relacionadascon la economa o las infraestructuras, pero pueden compensarse parcialmentegracias a la gran aceptacin pblica y por los indudables beneficios al medioambiente. Durante la segunda mitad de los aos 90 la produccin creci unamedia del 33% anual y en el siglo XXI lo est haciendo al 40%.

Tabla 1. Ventajas e inconvenientes de la Energa Solar Fotovoltaica


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1.1. BASES FSICAS DE LA CONVERSIN FOTOVOLTAICA

Las clulas solares estn hechas de materiales semiconductores, que poseenelectrones dbilmente ligados ocupando una banda de energa denominadabanda de valencia. Cuando se aplica un cuanto de energa por encima de uncierto valor a un electrn de valencia, el enlace se rompe y el electrn pasa a unanueva banda de energa llamada banda de conduccin. Mediante un contactoselectivo, estos electrones pueden ser llevados a un circuito externo y realizar untrabajo til, perdiendo as la energa captada y regresando por otro contacto a labanda de valencia con la energa inicial, anterior al proceso de absorcin de unfotn luminoso.

El flujo de electrones en el circuito exterior se llama corriente de la clula y su

producto por el voltaje con el que se liberan los electrones por los contactosselectivos determina la potencia generada. Todo esto ocurre a temperaturaambiente y sin partes mviles, pues las clulas solares, que convierten enelectricidad slo una parte de la energa de los fotones absorbidos se calientan slounos 25-30C por encima de la temperatura ambiente.

La estructura tpica de una clula solar es una unin pn similar a los diodossemiconductores, pero no necesariamente la nica posible. En las aplicacionesfotovoltaicas, las clulas solares se interconectan y encapsulan en elementosllamados mdulos fotovoltaicos, que es el producto final vendido al usuario. Estosmdulos producen corriente continua que suele transformarse en corriente alterna,

ms til, mediante un dispositivo electrnico llamado inversor u ondulador. Elinversor, las bateras recargables, en caso de que se necesite almacenamiento, lasestructuras sobre las que se montan y orientan los mdulos as como otroselementos necesarios para construir un sistema fotovoltaico (FV) se llama BOS(Balance of System), que significa, sencillamente, resto de sistema.

1.2. UN POCO DE HISTORIA

Aunque ya en el siglo XIX se descubri el efecto fotovoltaico (Becquerel, 1839) y

se hicieron dispositivos funcionando con selenio (Frits, 1883), el primer dispositivofuncional, una clula de silicio de uninpn del 6% de eficiencia no fue realizadohasta 1954 en los laboratorios Bell (USA). El mismo ao en laboratorios de lafuerza area se obtuvo una clula de heterounin Cu2S/SCd tambin del 6%.

En 1960 varios autores, entre los que se incluye el premio Nobel Schockley,desarrollaron la teora fundamental de la clula solar en todos sus aspectos msrelevantes: Materiales, espectro de la radiacin, temperatura, termodinmica yeficiencia. Las clulas solares fueron empleadas por rusos y americanos en sussatlites artificiales demostrando su fiabilidad.

En 1972 suceden dos hechos importantes: El primero es la creacin de la Agenciade Desarrollo e Investigacin en Energa (USA), la primera organizacin

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promovida y sostenida por un gobierno en el mundo, y en segundo lugar, elembargo petrolfero impuesto por los productores de petrleo del Golfo Prsico.Este hecho sacudi intensamente a los pases industrializados, de modo que

muchos gobiernos, incluido el de Espaa, iniciaron programas para favorecer laaplicacin de las energas renovables, en especial, la solar.

Hasta 1980 la Industria no empez a madurar, basndose en la tecnologa declulas de unin pn de silicio. Los desarrollos fabriles en pelcula delgada, como elsilicio Amorfo (a-Si) y las heterouniones CuInSe2 encontraron dificultadesinsalvables al tratar de obtener mdulos de tamao comercial. stas y otrasdificultades derivadas del pequeo mercado en los 80 determinaron que muchascompaas cambiaran de dueo, aunque pocas desaparecieron. En 1981 se creaen Espaa Isofotn como spin-offde la Universidad Politcnica de Madrid (EscuelaTcnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacin) que llegara a convertirse enla segunda de Europa y sptima del mundo a finales de los 90.

Mientras las compaas en Europa y Amrica iban mejorando sus procesos defabricacin y aumentado su capacidad de produccin, la Industria japonesadespeg en la produccin de mdulos convencionales de silicio cristalino as comoen la fabricacin de clulas de a-Si para aplicaciones a pequea escala (relojes,calculadoras, juguetes, etc.) que llegaron al nivel de megavatios en el mercadomundial.

La iluminacin pblica se mostr como un mercado capaz de mantener la

actividad de muchas Industrias durante los 80 por cuanto esa aplicacin era yaentonces competitiva con la ejecucin del tendido elctrico soterrado. Otras de lasaplicaciones iniciales fue la electrificacin rural en asentamientos remotos paraayudar a un tercio de la poblacin mundial a disponer de una modesta cantidadde iluminacin y comunicaciones. La mayora eran instalaciones muy pequeas,del orden de 10 a 40 W, es decir, unas 100 veces menor que lo requerido en unacasa media en el mundo desarrollado. La mayora de esas instalaciones fueronfinanciadas por agencias internacionales de ayuda. Visto retrospectivamente, secomprueba que la tasa de fallos fue grande si bien se debi a falta deinfraestructura, financiacin, distancia cultural, diseo de la estructura de pago yotras razones no tcnicas. Pero raramente fallaron los mdulos.

Desgraciadamente, incluso con los subsidios de las agencias internacionales elcoste inicial (100-1000 $) era excesivo y constituy la principal barrera a sudespliegue. Actualmente, en los pases pobres las deficiencias en lasinfraestructuras elctricas llevan a que la Energa Solar Fotovoltaica sea unaeleccin tcnica y econmica ms flexible a medio y a largo plazo que el tendidode red elctrica. Adems una vez puestas en marcha, las instalaciones no estnsujetas a las fluctuaciones de los precios de los combustibles fsiles.

En el lado opuesto de la escala de tamaos estuvieron las plantas fotovoltaicas delorden de MWs instalados en los pases desarrollados por las compaas elctricas

en los 80 para evaluar su potencial en dos aplicaciones: Como suministradores depotencia en los picos de carga (al medioda) y como generadores distribuidos parareducir las prdidas de transmisin y distribucin. Las compaas americanas, que


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iniciaron estas pruebas a escala de central, perdieron el inters a finales de los 90cuando el gobierno retir las tarifas especiales. Por el contrario, en Europa y Japneste mercado empez a crecer rpidamente gracias a la adopcin de importantes

ayudas gubernamentales, en forma de tarifas especiales de produccin. As, lainstalacin de medianas y grandes plantas fotovoltaicas conectadas a la red estsiendo explosiva en estos pases.

Por ltimo, hay que mencionar otro importante campo de aplicacin de la EnergaSolar Fotovoltaica al final de los 90 como es la integracin de los mdulosfotovoltaicos en los edificios. Ya sea colocados en ventanas, fachadas instaladossobre el tejado, con mayor o menor fortuna en la integracin, se desarroll unmercado enorme mediante el establecimiento gubernativo de tarifas especiales apagar por la electricidad de origen fotovoltaico generada por particulares enconexin a red. En este marco el propietario recibe del orden de 0,5 $/kWh por laenerga que produce y descarga en la red y paga 0,1 $/kWh, por la que consume.Este esquema fue establecido en Espaa adoptndose mayoritariamente unmodelo de centrales grandes conectadas frente al modelo alemn de casasparticulares fotovoltaicas. Los bancos alemanes han concedido generososprstamos para el desarrollo de estas instalaciones, y algo parecido estnhaciendo las instituciones de crdito pblicas y privadas de Espaa. Este sencilloesquema es el responsable del extraordinario y explosivo crecimiento del mercadoy de la capacidad de produccin y tambin, desgraciadamente, de la escaseztransitoria de silicio ultrapuro con el que fabricar las obleas sobre las que seconstituyen las clulas. Con todo, la reaccin no se ha hecho esperar y la

capacidad de produccin de silicio, ya dedicada al sector fotovoltaico, estaumentando en 2007.

En Japn el xito tambin ha sido abrumador. All, se concede una subvencin del30% del coste de la instalacin y luego, se remunera el consumo neto, que es ladiferencia entre el consumo total y la produccin propia. Sorprendentemente, ancuando el apoyo del gobierno japons baj, el mercado fotovoltaico en las casasparticulares ha seguido creciendo de forma notable.

1.3. EVOLUCIN DE COSTES, MERCADOS Y PRODUCCIN

La investigacin desde 1960 a 1980 se centr en hacer un producto fotovoltaicoms y ms eficiente, que produjese ms potencia. El aumento de eficiencia declulas y mdulos fue impresionante. Adems, los costes bajaron drsticamenteal pasar de piloto a produccin semiautomtica. Aunque la cifra importante delcoste es el $/kWh, la relacin $/Wp se usa muy frecuentemente. Los mdulos sonmedidos y especificados en vatios de potencia pico. Esa es la potencia queproporciona un mdulo a una carga perfectamente adaptada cuando una luzincidente de 1 kW/m2 y un espectro determinado caen sobre l mientras lasclulas se mantienen a 25C. Los mdulos se pagan, en general, respecto a esa

potencia pico, pese a que las condiciones estndar no se dan prcticamente nuncaen las aplicaciones.

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Figura 2. Evolucin de la produccin y el coste del vatio pico

La figura 2 muestra la evolucin de la produccin y el coste del vatio pico en losltimos 30 aos. La curva atiende slo a la tecnologa de silicio cristalino (c-Si)hasta el ao 2000. Las curvas son tpicas de las nuevas tecnologas: Precios altosal principio como causa de una baja produccin y un reparto de costes entre laspocas unidades vendidas. En este perodo slo pueden usarla las aplicaciones

nicho (telecomunicaciones remotas, satlites, estaciones meteorolgicas,aplicaciones militares e incluso programas de desarrollo humano en reas remotasy bombeo de agua). Luego, a medida que aumenta la produccin bajan losprecios, con lo que se ampla el mercado con la aparicin de nuevas aplicaciones,mientras que los precios disminuyen ms lentamente. Una vez se alcanza ciertoprecio, se abre un horizonte de mercado masivo, que ofrece oportunidades a losnuevos inversores para financiar el aumento de la capacidad productiva.

La relacin entre la produccin acumulada en MW y el precio en $/Wp puededescribirse con lo que se denomina curva de experiencia o learning curve. Lacurva de experiencia para la tecnologa de mdulos fotovoltaicos para 30 aos se

muestra en la figura 3. De ella se deduce un factor de experiencia de 0,19, esdecir, que los precios caen un 19% cada vez que se dobla la produccinacumulada. Por tanto, si contina a este ritmo el precio de 1$/Wp se alcanzarapara una produccin acumulada de 105 MWp.

Hay que aclarar que pese a ser un crecimiento espectacular el de los mdulosfotovoltaicos (del 33% anual desde 1995-2000 y del 40% en el siglo XXI), elfactor de experiencia del 19% es bastante mediocre. Por ejemplo, el de lasmemorias de semiconductor es del 32%, si bien para la tecnologa elica es slodel 15%. Siendo as que la tecnologa fotovoltaica no est reduciendo los preciosmuy eficazmente, se piensa que se debe sostener un I+D, que busque ideasinnovadoras capaces de reducir los precios ms all del camino seguro de la curvade experiencia.


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Figura 3. Curva de experiencia para la tecnologa en 30 aos

Un anlisis econmico llevado a cabo por el profesor Antonio Luque en 2002 tratde prever el comportamiento del mercado fotovoltaico combinando la potenciafotovoltaica demandada y la curva de aprendizaje. El modelo ha encajadoperfectamente en los ltimos 6 aos. El parmetro ms importante en la etapa deayudas gubernamentales -que pagan todos los ciudadanos- es el porcentaje delPIB que una sociedad quiere dedicar a desarrollar esta nueva fuente de energa.El profesor Luque concluye que an dedicando el 0.2% del PIB no se alcanzaran,con la tecnologa actual cuya curva de aprendizaje se mueve al 19%, los objetivosde reduccin de emisiones de CO2, definidos por el RIGES scenario en la Cumbrede Ro de 1992. Ese objetivo equivale a obtener un 34% de la electricidad mundialcon fotovoltaica en el ao 2050. El modelo propuesto indica que con la tecnologaactual, sin cambios significativos, estaramos casi 10 veces por debajo de eseobjetivo.

Por ello, resulta claro que deben perseguirse nuevas opciones tecnolgicasrompedoras, que an pudiendo ser caras al comienzo presentan una tasa deaprendizaje alta para poder alcanzar esos objetivos con una dedicacin econmicarazonable.

Cabe recordar que la ayuda al desarrollo de los pases industrializados es del 0,3%de su PIB, de modo que un esfuerzo para garantizar cierta seguridad desuministro elctrico no est fuera de su alcance.

En cualquier caso, la Industria fotovoltaica tiene el potencial de convertirse en unsuministrador importante de energa elctrica en el siglo XXI, reduciendo lastensiones ambientales, permitiendo el desarrollo humano de los ms pobres yasegurando nuestra fuente de electricidad.

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1.4. MITOS SOBRE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

Por confusin, o quizs por inters, se han propagado ciertas ideas sobre laEnerga Solar Fotovoltaica, que por su acusado nivel de repeticin en muchosforos, podran ya recibir la calificacin de mitos. Vamos a revisar algunos de ellospara finalizar este captulo introductorio.

MITO 1. La Energa Solar Fotovoltaica requiere demasiado terreno parasatisfacer una fraccin significativa de las necesidades mundiales

Aunque la radiacin solar es realmente una fuente difusa, la superficie que senecesita para suministrar unos 4 kWh por persona y da es perfectamentetolerable, an suponiendo una prudente eficiencia del 10% de los sistemas

fotovoltaicos. De este modo, obtendramos 0,4 kWh por m2

y da de panel solar(en esos 4 kWh se incluye la energa consumida en fabricar los productos que esapersona compra). Una familia de 4 personas necesitara un rea de 36 m2 parasatisfacer todas sus necesidades elctricas. Imaginando ahora una planta de 1 GW(el tamao de una central nuclear o trmica tpica) necesitaramos 60 km2 depaneles. En el desierto de Almera, con un 50% de la provincia podramos tenercon Energa Solar Fotovoltaica el equivalente a 40 centrales nucleares.

Para obtener toda la energa elctrica consumida en Espaa bastara unasuperficie equivalente a la ocupada por autopistas y carreteras. No parece queexista una posicin general en contra de dedicar ese porcentaje (0,5%) de terreno

a ese fin. Bastara que el pblico fuera tan tolerante con el espacio para la energacomo lo es para con el automvil.

Si se prefiere hablar de zonas desrticas o poco aprovechadas, toda la energaelctrica necesaria en Espaa podra producirse en la mitad de la provincia deAlmera. Y otra comparacin: El rea requerida por la conversin fotovoltaica esslo tres veces mayor que la requerida por una planta nuclear operativaincluyendo el espacio dedicado a la minera del uranio.

El verdadero problema est en cubrir esas superficies con mdulos fotovoltaicos,

que son caros.MITO 2. La Energa Solar Fotovoltaica puede satisfacer todas las necesidadesactuales del planeta si se promulgaran leyes que prohibieran las plantas trmicasy nucleares, imponindose la Energa Solar Fotovoltaica.

An en el caso de convencer a los parlamentos a promulgar esa ley, el problemade la intermitencia de la radiacin solar exige la existencia de generadores debase. El almacenamiento masivo de energa podra resolver el problema, pero nose vislumbran acumuladores a coste suficientemente bajo. Una buena gestin dela red puede permitir una presencia del 20 o 30% de la produccin de fuente

fotovoltaica. Adems, la energa elctrica de origen solar cuesta hoy al menos 4


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veces ms la energa convencional, de modo que se producira una seria einaceptable distorsin de la economa.

MITO 3. La Energa Solar Fotovoltaica slo puede cubrir mercados especialescomo casas remotas en pases en desarrollo o satlites, nunca ser una Industriaimportante.

La figura 4 muestra la evolucin de los mercados y puede verse que la opcinaislada ha sido desbancada en dos rdenes de magnitud por la conexin a reden slo 10 aos. La Industria crece desde entonces exponencialmente.

Figura 4. Evolucin de diferentes mercados

MITO 4. La Industria fotovoltaica es tan contaminante como las restantesIndustrias de alta tecnologa o energticas, slo que con distintas emisionestxicas.

La imagen verde es tan importante para la Industria fotovoltaica que no se estnescatimando medios para evitar la emisin de contaminantes, los cuales, por otraparte, no son muy distintos de la Industria microelectrnica que ya hizo unesfuerzo de procesado limpio en el pasado.

La fabricacin no ofrece peligro para el pblico, pero es evidente que se va a poneruna enorme cantidad de material (mdulos, soportes, cables, etc.) en elambiente, de modo que la estrategia adoptada por las empresas no ser otra quereciclar los mdulos al final de su vida (aproximadamente 30 aos) y as recuperarmateriales escasos o evitar consumos energticos en el caso de recuperar el

silicio.

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MITO 5. Los mdulos nunca van a recuperar la energa consumida enproducirlos, de modo que constituyen una perdida efectiva de energa.

La prctica actual, con grandes centrales o miles de casas fotovoltaicasconectadas a la red, prueba que los sistemas fotovoltaicos generan energa neta.El concepto energy payback o retorno energtico, que para la Energa SolarFotovoltaica ha sido ampliamente estudiado, se mide como los aos que tarda elsistema en producir la misma energa consumida en su fabricacin. Numerososestudios han llegado a la conclusin que ese tiempo oscila entre 3 y 5 aos parac-Si. Para los mdulos de capa delgada ese perodo es mucho menor, y puesto quelos mdulos e instalaciones pueden durar perfectamente hasta los 30 aos,resulta evidente que son productores netos de energa.

Los concentradores han sido menos estudiados pero dada la mayor eficiencia dela clula estn en las cifras de la capa delgada, compensando su mayor carga deBOS (Balance of System o Resto de Sistema).


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2. LA TECNOLOGA Y LA INDUSTRIA SOLARFOTOVOLTAICA: PRESENTE Y FUTURO

Puesto que el objetivo global de la tecnologa fotovoltaica es producir sistemasfotovoltaicos de bajo coste, es obvio que se precisa algo ms que clulas eficientesy baratas: Se necesita tambin un BOS eficiente y de bajo coste que incluya loselementos de montaje, electrnica de acondicionamiento de potencia, fusibles,cables, acumuladores, seguimiento del sol, etc. Sobre estas reas se ha hechomucha menos I+D que sobre las clulas y los mdulos, de modo que existe unaperspectiva de reduccin de precios y aumento de la fiabilidad notables en elfuturo. Vamos seguidamente a revisar los principales componentes del sistema ysus alternativas presentes y futuras.

2.1. LAS CLULAS SOLARES: CARACTERISTICAS, TIPOS YDESARROLLO

Es el dispositivo en el que se produce la conversin de luz en electricidad graciasa las propiedades de los semiconductores por una parte y a las estructuras (uninpn, heterounin, interfaz slido-electrolito, etc.) que permiten extraer loselectrones excitados de la clula, antes de que vuelvan a su estado de equilibriotrmico, hacia un circuito exterior para que realicen un trabajo.

La clula solar utiliza un haz de fotones a 6000K, es decir, opera como unamquina trmica cuya fuente caliente, la caldera, estuviera a esos 6000K. En unacentral trmica se calienta agua para crear vapor a 900K, y en el caso de lascentrales termosolares, el gas de 6000C se degrada para calentar el agua a 700-800K. Atendiendo al principio de Carnot la eficiencia que se puede conseguir enla superficie de la tierra con el gas de fotones solar sera del 95%. Ciertos efectosde reemisin de fotones dejan esta cifra mxima en el 87%. Para las centralestrmicas esas eficiencias ideales mximas son del 66% y el 60%,respectivamente.

As que el potencial en eficiencia de la conversin fotovoltaica es el mayorimaginable puesto que una caldera de 6000K no es realizable con ningnmaterial1: Todos se funden a menores temperaturas. Por otra parte, el proceso deconversin se realiza sin partes mviles, ni fluidos, ni bombas.

Las clulas ms utilizadas son las realizables en silicio cristalino y silicio multi-cristalino en las que se han realizado una uninpn y contactos en ambas caras.Estas clulas proporcionan aproximadamente 0,5 Voltios y una corriente de 35mA/cm2 cuando son iluminadas por el sol en un da claro a 1000 W/m2 que se

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1 Por confinamiento magntico se pueden conseguir mayores temperaturas en un plasma, evitandoque el fluido caliente toque las paredes del recipiente, tal como se hace en los ensayos sobre fusinnuclear.


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toma como irradiancia de referencia estndar. Ambos materiales utilizan silicioultrapuro como el empleado en la Industria microelectrnica, de cuyos excedentesse ha nutrido la Industria fotovoltaica hasta hoy.

La estructura multicristalina se forma por solidificacin de crisoles de gran tamao(hasta 500 kg) y se diferencia del monocristal en que el tamao del grano es devarios milmetros. Su coste por oblea y su eficiencia son menores, de modo queel precio por vatio pico es prcticamente el mismo. Sin embargo, se tiende a laproduccin creciente de material multicristalino en espera de reducciones realesde coste.

La segunda tecnologa de clulas digna de mencin se agrupa bajo el trminocomn de clulas de capa delgada o thin film solar cells, si bien bajo estadenominacin se engloban tecnologas muy distintas. Las ms notables por susresultados actuales y el desarrollo industrial iniciado son las clulas realizadassobre CdTe (Telururo de Cadmio), a-Si (Silicio amorfo) y Cu(InGa)Se2 (CIGS),ordenadas de menor a mayor eficiencia obtenidas en laboratorio. La principalcaracterstica de la Energa Solar Fotovoltaica de capa delgada es la posibilidad delograr un bajo coste ms que su excelente eficiencia. Su eficiencia rcord siemprefue la mitad que la lograda en silicio monocristalino, hasta el ao 2000 en que sereportaron clulas de CIGS del 19%.

Otra tecnologa es la denominada clulas de silicio pelicular o Si-sheet solarcells, que es un tipo de clula realizado por una sola compaa (Astropower)

consistente en silicio policristalino fabricado al estilo de capa delgada.

Por ltimo, estn las clulas ms eficientes jams logradas, denominadas clulasmultiunin y que son, en realidad, varias clulas de distintos materialesconstruidas monolticamente, es decir, en un solo monocristal continuo. Se haalcanzado con ellas una eficiencia de 40,7% bajo luz concentrada. Estas clulas,intrnsecamente caras, se usan en el espacio y ahora han bajado a la tierra paraser utilizadas con sistemas de concentracin para generacin en plantasconectadas a red. Varias compaas estn industrializando estas clulas y losconcentradores para satisfacer los primeros contratos mundiales, promovidos porel ISFOC (Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentracin) en Puertollano,

como primer paso para demostrar su eficiencia y operacin en campo.

La figura 5 muestra la fantstica evolucin de la eficiencia (rcords de laboratorio)de cada tecnologa en los ltimos 30 aos -los aos de existencia de la energasolar fotovoltaica-. Asimismo, demuestra que hay muchas tecnologas conposibilidades de lograr altas eficiencias. Pese a todo, vemos en la figura 6 que el90% de los mdulos producidos en el mundo son de c-Si o multi c-Si y hay unincremento del silicio policristalino pelicular (Si-sheet).

Cerca del 10% restante de las ventas se centra en a-Si o a-Si/a-SiGe, es decir, en

clulas de silicio amorfo o silicio-germanio amorfos. El restante 1% es para CIGS,CdTe y concentradores. Estas tres ltimas tecnologas estn siendoindustrializadas y pueden despegar en unos 3-5 aos.


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Figura 5. Evolucin de la eficiencia de las diferentes tecnologas

La importancia de la eficiencia del dispositivo frente a la reduccin de coste de laclula solar, es que al aumentar aqulla disminuye proporcionalmente la superficiede colector (vidrio, encapsulante), soportes, terreno, cables, transporte,instalacin, etc. Como cifra mgica se suele decir que ninguna tecnologa coneficiencia menor del 10% tiene sentido en ningn nicho de aplicacin frente a las

dems.

Figura 6. % de produccin de diferentes tecnologas

Por ltimo nos preguntamos quines fabrican los mdulos fotovoltaicos. Lafigura 7 responde a esta pregunta agrupando los productores en tres reas del

mundo: Europa, Japn y USA y resto del mundo (ROW o Rest of World). La escalaes logartmica y muestra un crecimiento del 20 al 30%. En 2001 se tuvo uncrecimiento del 36,5 y hoy se crece al 40%. La explosin del mercado se produjo

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en 1998 con la promulgacin de ayudas gubernamentales en Europa y Japn, enbuena medida espoleadas por el compromiso de reducir las emisiones de CO2suscritas en el Protocolo de Kyoto.

Figura 7. Principales productores de mdulos fotovoltaicos

La produccin europea actual est hoy dominada por Alemania, seguida deEspaa. En 2001, Espaa era lder y muy por detrs se hallaban Francia, Italia yHolanda. En el grfico no se indica el lugar de destino final de los paneles: El 70%

de los paneles de USA y el 80% de los espaoles se exportan.

En la figura 8 se muestran las 10 compaas lderes de venta en 2001:

Figura 8. Empresas lderes en 2001


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0 10 20 30 40 50 60 70 80

PRODUCCIN DE MDULOS AO 2001 [MWp]

SHARP

BP SOLAR

KYOCERA

SIEMES & SHELL

ASTROPOWER

RWE (ASE)

ISOFOTN

SANYO

MITSUBISHI

PHOTOWATT


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2.2. LA TECNOLOGA DE REFERENCIA: CELULAS DE SILICIOCRISTALINO

Su xito diferencial se basa en la abundancia del material en la corteza terrestrey en el conocimiento previo que se tiene del mismo desde 1960 por el esfuerzoinversor en relacin a su uso en la microelectrnica. Desde el punto de vistafotovoltaico el valor de su banda prohibida (1,1 eV) es muy adecuado para laconversin de la luz solar en electricidad. Al ser un semiconductor de bandaindirecta se necesita un espesor notable (>=100 micras) para absorber la luz perosu fragilidad determina que las clulas solares se construyan sobre obleas de 300micras.

Para que los electrones elevados a la banda de conduccin no vuelvan a la banda

de valencia, antes de que podamos sacarlos para realizar un trabajo, se necesitaque el material til sea de una gran pureza y de gran perfeccin estructural, poreso se emplea un material de calidad microelectrnica y obleas monocristalinas.Tambin es vlido obtener obleas con cristales grandes, de varios mm.

En el proceso de cortado de los monocristales o multicristales se pierde muchomaterial. Una de las vas de abaratamiento ms recientes consiste en obtener yprocesar obleas de 150 micras. Para obviar el proceso de corte de las obleas apartir de las barras monocristalinas o multicristalinas, se han desarrolladoprocedimientos que permiten obtener, directamente desde el bao de siliciofundido cintas planas continuas, aunque su extraccin y enfriamiento para obtenerla calidad estructural necesaria es lenta y crtica.

El reparto de costes de un mdulo basado en clulas de silicio se muestra en lafigura 9:

Figura 9. Reparto de costes de un mdulo de silicio

Recientemente se han reportado algunas ventas de hasta 2,6 $/Wp si bien las hay

muy por encima de este precio a causa de la circunstancial escasez de silicio delos dos ltimos aos (2005-2006).

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Fabricacin dela clula 10% Silicio puro

policristalino 23 %

Crecimientocristalino 23 %

Corte enoblea 19%

Oblea desilicio 65%

Ensamblajemdulo 25%


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Los intentos de obtener un polisilicio ms barato chocan con el hecho de que slorepresenta el 23% del coste (ver figura 9), de modo que si el polisilicio ms baratorebajara la eficiencia final podra ser contraproducente porque aumentaran los

costes restantes que representan el 77%.

Si extendemos esta consideracin al sistema fotovoltaico completo, ya instalado,vemos que el peso total del material es slo del 10%, de modo que el impacto delprecio del poli-silicio es todava bajo.

En el laboratorio se han obtenido clulas de Si del 25% con estructuras casiideales. Sin embargo, con los procesos de fabricacin establecidos por la Industriase tienen hasta el 15% para silicio monocristalino y 13% para multicristalino. Enlos mdulos se reducen a 14 y 12%, respectivamente.

El enorme margen de eficiencia entre el producto industrial actual y los resultadosdel laboratorio sugiere que van a aparecer nuevos procesos capaces de alcanzarel nivel de 18-20% (BP Solar y Sanyo ofrecen ya clulas del 17 y 18% enproduccin).

Con todo, la clave de una produccin rentable reside en el rendimiento deproduccin, esto es el porcentaje de obleas que acaban convirtindose en clulassolares. Esta cifra es del 95%. Muchas tecnologas supuestamente baratasfracasan en este aspecto al obtener un alto nivel de rechazo o rotura.

En la figura 10 puede observarse la estructura de una clula solar y de un mdulo:

Figura 10. Esquema de una clula solar y de un mdulo fotovoltaico


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2.3. EL RESTO DEL SISTEMA (BALANCE OF SYSTEM BOS)

Un sistema fotovoltaico consiste en ms cosas que slo mdulos fotovoltaicos quecontienen las clulas. Requiere otros elementos que se conocen genricamentecomo BOS. Lo constituyen, tpicamente, el acumulador electroqumico en caso dealgunos sistemas aislados de la red, la unidad de control y el inversor (equipoelectrnico), la estructura mecnica de soporte, el cableado elctrico y losdispositivos de proteccin (fusibles, tomas de tierra e interruptores).

El reparto de costes de una instalacin aislada con acumulacin, se muestra en lafigura 11. Vemos que los mdulos representan aproximadamente un cuarto delcoste total, siendo el coste de las bateras superior al de los mdulos, sobre todosi se incluye la reposicin peridica durante 20 aos de operacin. As pues,

aunque los mdulos fueran gratis, slo reduciramos el coste de las estacionesaisladas en un 25%. Afortunadamente, muchas aplicaciones no necesitanacumuladores (bombeo de agua, riego, conexin a red) y estn libres de estacarga econmica.

Figura 11. Reparto de costes en una instalacin aislada

Brevemente diremos que las bateras ms usadas y ms convenientes son las deplomo-cido para aplicaciones estacionarias o de descarga profunda. staspermiten, a diferencia de las usadas en el automvil, una descarga porcentualmuy importante y funcionan eficientemente durante mucho tiempo, hasta 10 12aos si son mantenidas adecuadamente.

Un elemento imprescindible para mantener las bateras en buen estado es elregulador de carga, un equipo electrnico que impide la sobrecarga y evita lasobredescarga. En los sistemas hbridos tipo generador disel-fotovoltaico oelico-fotovoltaico, se utiliza un sofisticado sistema de control para conectar unou otro sistema segn lo planificado, y tambin para priorizar las cargas

manteniendo activas las esenciales en caso de escasez.

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Los inversores, en las instalaciones domsticas aisladas, convierten la energaelctrica continua en alterna para permitir el uso de electrodomsticosconvencionales; en la conexin a red el inversor no slo convierte la energa

continua en alterna sino que adapta la carga a la mxima potencia disponible enel generador fotovoltaico la cual, obviamente vara con la irradiancia incidente ycon la temperatura de las clulas. Ambas acciones se realizan en tiempo real yadems el inversor realiza servicios de supervisin, alarma de aislamiento,medidas de potencia, y en un futuro prximo la deteccin de mdulos en estadode mal funcionamiento. Si bien el coste del inversor es elevado como correspondea un equipo electrnico de produccin limitada, se espera que pueda reducirsesustancialmente. Sin embargo, la estructura mecnica de soporte ser el segundoelemento de coste, despus de los mdulos, y ser adems difcil de reducir.

La figura 12 muestra la distribucin de costes de construccin de una gran plantafotovoltaica conectada a la red con dos tecnologas de futuro (para dentro de 3-5aos aproximadamente), una con mdulos planos de capa delgada CIS y otra conconcentradores y clulas de silicio operando a 500 soles.

Figura 12. Reparto de costes en una instalacin conectada

La figura 13 muestra la influencia de la eficiencia en el precio para las distintastecnologas disponibles, aunque no todas en el mismo tramo de energa. Lascurvas se han dibujado hasta los mximos valores de eficiencia esperables paracada tecnologa en los prximos 10-15 aos.

Por ltimo, mostramos la Tabla 2 en la que se calcula el coste de la energafotovoltaica producida por varias tecnologas. En ella se incluyen losconcentradores de futuro, aunque ahora ya se estn industrializando en Europa,Asia y USA. Vemos que, en el mejor de los casos, el coste de la fotovoltaica es el

doble del actual precio medio de la electricidad, pero este precio puede seratractivo para las compaas elctricas porque la Energa Solar Fotovoltaica puedecubrir el suministro durante los picos de demanda (coincidentes con el sol tanto


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en la Industria como en el aire acondicionado) en los cuales los costes deproduccin convencionales son mucho mayores que 5c$/kWh. Adems los preciosde la electricidad convencional tienden a subir y la reduccin de emisiones de CO2

se consigue con esta energa.

Figura 13. Eficiencia versus precio para diferentes tecnologas

Tabla 2. Coste de la energa fotovoltaica para varias tecnologas

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2.4. LA INDUSTRIA FOTOVOLTAICA

Con este nombre se tiende a identificar al conjunto de compaas que producenclulas solares o mdulos fotovoltaicos. Tambin estn en el subsector fotovoltaicolas firmas que fabrican equipos de produccin especficos para la Industriafotovoltaica, desde el procesado de obleas a la fabricacin y verificacin de losmdulos con simuladores y sistemas de adquisicin de datos.

Por tanto, el subsector fotovoltaico lo constituyen compaas industriales y deservicios que proporcionan multitud de elementos: Soportes metlicos especiales,obra civil, proteccin contra rayos, bateras, reguladores de carga con panelesfotovoltaicos, inversores, equipos de medida y control, unidades de control delseguimiento, aparellaje elctrico, televigilancia para seguridad personal y bienes,

telemedida, bases de datos en internet, WiFi para control de equipos deseguimiento, medida e interruptores, equipos en Baja y Media Tensin,televigilancia de parmetros crticos, como el aislamiento y la suciedad ,telemantenimiento, teletarificacin y en el futuro, regulacin por red de pequeasredes distribuidas (varios caseros, pueblos pequeos, etc). La Industriafotovoltaica mundial mueve ahora ms de 7000 M$ anuales, y cada ao crece un30%. (se vende ms potencia pero los precios van bajando)

Muy distintas fuentes prevn una penetracin del mercado de hasta 25-30% de laelectricidad mundial en 2050 procedente de fuente fotovoltaica. Eso representapara una eficiencia media de 20% que se producirn 200 GWp al ao. Para tener

idea del volumen diremos que si se montan sobre sistemas de seguimiento harnfalta unos 10 millones de seguidores al ao, lo que sita la Industria fotovoltaicaal nivel del sector del automvil.


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3. PERSPECTIVA GENERAL DE LAS APLICACIONESFOTOVOLTAICAS

3.1 APLICACIONES DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

El carcter modular de los generadores fotovoltaicos implica que se puedenconstituir sistemas de suministro de energa elctrica en un amplsimo rango depotencia.

Aunque la Energa Solar Fotovoltaica se considera una forma cara de producirenerga es, muy a menudo, en aplicaciones aisladas de la red, la solucin mseconmica de suministro elctrico. El crecimiento del mercado mundial indica que

la electricidad solar ha penetrado en muchas reas en las que es econmicamenteviable. Adems, el crecimiento rapidsimo de los sistemas conectados a la red seha hecho atractivo para particulares, compaas y gobiernos que desean contribuiral establecimiento de un sistema de suministro elctrico ms benigno con el medioambiente. En la figura 14 se muestra el crecimiento del mercado desde 1980.

Figura 14. Evolucin del mercado fotovoltaico

Es interesante sealar que actualmente el 89% de los mdulos estn conectadosa la red. Esto incluye los sistemas instalados en los tejados de las casas (solucin

mayoritaria en Japn y Alemania) y grandes centrales (solucin mayoritaria enEspaa).

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2

2005

2002

1090

1091

1092

1093

1094

1095

1096

1097

1098

1099

1000

1001

1002

1003

1004

1005

1006

1007

1008

1009

2005

2001

2003

2004

1840

70

250

1.400 MWp

1.400

1.200

1.000

800

600

400

200

0

Aplicaciones de consumoAplicaciones conectadas Aplicaciones aisladas


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La ingeniera de aplicaciones ha sido capaz de introducir la electricidad solarfotovoltaica en los sectores que se presentan en la figura 15:


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SISTEMAS AISLADOS

SISTEMAS

CONECTADOS A RED

APLICACIONES DECONSUMO

INTERIOR EXTERIOR TELECOMUNICACIONES

BALANZASELCTRICAS

DISPOSITIVOS CARGA SEALES DE TRFICO ALUMBRADO

CALCULADORAS FUENTES TELEMTICA SUMINISTRO A

VIVIENDAS

RELOJES LINTERNAS PANTALLA SUMINISTRO A

POBLADOS

TELFONOSMVILES

LUCES DEJARDN

LUCES PARANAVEGACIN PURIFICACIN

DEL AGUA

HERRAMIENTASELCTRICAS

VENTILACINEN COCHES

PROTECCINCATDICA RIEGO

BARCOS

MOTORIZACINREMOTA ALUMBRADO

RESTAURANTESY HOTELES ESCUELAS

REFRIGERACINVACUNAS

TEJADOS EMPRESASPBLICAS

FORMACINESCUELAS

COLECTIVO DEPROPIETARIOS

INTEGRACIN

FACHADA

PANTALLAS

SONORAS

APLICACIONESINDUSTRIALES

DESCENTRALIZADOS CENTRALIZADOS

APLICACIONESREMOTAS

Figura 15. Aplicacin de la Energa Solar Fotovoltaica


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3.2. SISTEMAS AISLADOS

Como se puede ver en el cuadro de la figura 15 las aplicaciones aisladas de laEnerga Solar Fotovoltaica son numerosas y no dejan de aparecer otras nuevas.Casi todas suelen requerir almacenamiento elctrico, salvo algunas quealmacenan de otra forma, por ejemplo, llenando balsas con agua bombeada porun sistema fotovoltaico o hbrido fotovoltaico-elico. Este es un mercadocreciente, y es posible que alguna aplicacin nueva pueda hacerle crecerexponencialmente (por ejemplo, la sustitucin de los generadores disel cuandoel precio resulte favorable y se intensifique el crdito para la compra inicial delsistema fotovoltaico).

La electrificacin rural se ha convertido en un mercado creciente en los ltimos

aos. La imposibilidad de extender la red a casas y aldeas remotas y lacorrespondiente inaccesibilidad de energa elctrica para 2000 millones depersonas ha determinado la iniciacin de programas de electrificacin rural enmuchos pases (Marruecos tiene que electrificar todos los pueblos en 2010), lo querepresenta 200000 casas alimentadas con Energa Solar Fotovoltaica.

Se contempla como muy adecuado establecer pequeas redes de potencia yvender la energa a los usuarios, de modo que se centralice el mantenimiento delas bateras, etc. Estos sistemas requieren muchos elementos de control propiosde las TICs para repartir y controlar las prioridades en casos de escasez ysobreabundancia.

Con Energa Solar Fotovoltaica van alimentarse decenas de miles de repetidoresde telecomunicacin que por su ubicacin (alto de cerros y colinas) encuentran enesta tecnologa la mejor solucin desde el punto de vista tcnico y econmico.

En los pases en va de desarrollo las redes no sern probablemente iguales quelas desarrolladas en el siglo XX en los pases industrializados, basadas en grandescentrales de base y largas redes de distribucin. En aqullos se contempla unmodelo de red distribuido sobre el que se impondr una red de comunicacionespara optimizar el control del flujo. As pues, esas redes sern intensivas en el uso

de las TICs, ms de lo que son las redes elctricas actuales. La figura 16 ilustraeste concepto de futuro.

3.3. SISTEMAS CONECTADOS A LA RED

Un sistema conectado a red se compone, fundamentalmente, de los mdulosfotovoltaicos que integran el generador fotovoltaico, el inversor que convierte lacorriente continua de los paneles en alterna y la inyecta en la red y por ltimo, elcontador de energa inyectada a la red. Estos sistemas tienen remunerada lageneracin de esta energa limpia y permiten que con la expansin del mercado

los precios puedan ir bajando. Dado que los mdulos fotovoltaicos son dispositivosde alta fiabilidad, el elemento que requiere ms atencin tcnica es el inversor.

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Figura 16. Evolucin previsible de las redes fotovoltaicas aisladas

En las grandes plantas conectadas a la red, que es el modelo mayoritario enEspaa, las inversiones son suficientemente grandes (superiores a los 10 M, demedia) como para que la instrumentacin y el empleo de las TICs en supervisiny mantenimiento se incluya en ella sin excesivas limitaciones. El diseo tcnico yeconmico de estos proyectos es de la mayor importancia para lograr larentabilidad esperada. Puesto que la fuente solar no va a fallar, el riesgo reside enun mal diseo o una mala planificacin, por lo que es fundamental contar conprofesionales conocedores del conjunto de aspectos que rodean esta nuevatecnologa.

Es importante sealar que denominamos grandes a plantas que rondan los1020 MW, valores de potencia pico que por comparacin con las plantasconvencionales resultan ser 100 veces menores. La modularidad de la EnergaSolar Fotovoltaica es una de sus ventajas caractersticas porque reducir eltransporte de energa y las prdidas asociadas. En Espaa, las prdidas detransporte de energa elctrica son del 10-15%.

Otra notable realidad es que la conversin directa de energa luminosa en elctricarompe el esquema de generacin normalmente ligado a los procesos trmicos,mecnicos o termo-mecnicos.

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4. EL INGENIERO DE TELECOMUNICACIN Y LAENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

Aunque el efecto fotovoltaico fue descubierto por Alexandre-Edmond Becquerel en1839 y Albert Einstein aportara en 1905 la explicacin terica del descubrimiento,la primera clula solar con una eficiencia aprovechable no se invent hasta 1954por los investigadores de los Laboratorios Bell, D.M. Chaplin, C.S. Fuller, y G.L.Pearson.

Resulta obvio que las atribuciones profesionales de los Ingenieros espaoles(Industriales y Telecomunicacin, concretamente), publicadas en la Gaceta deMadrid en los aos 30 no podan prever ninguna actividad relacionada con esta

forma de generacin de energa elctrica que, a diferencia de las dems, no utilizapartes mviles sino, simplemente, materiales semiconductores estticos delmismo tipo de los empleados en microelectrnica.

Esta novedosa forma de generar energa elctrica sugiere que deberanreplantearse los requisitos de conocimiento tcnico-prctico que han estadoligados a la generacin de energa elctrica tradicional con mquinasconvencionales clsicas, la mayora fruto de la fsica del siglo XIX, es decir,calderas, transporte e intercambio de calor, turbinas de vapor, hidroelctricas,etc., y sustituirlas por los requisitos derivados de la tecnologa fotovoltaica, ligadaa la fsica del siglo XX (mecnica cuntica, fotoelectricidad, semiconductores), y

abierta, por tanto, a una variedad mayor de perfiles profesionales que las clsicas.

Tampoco las modificaciones posteriores sobre las atribuciones, definidas en losaos 70 pudieron prever la aparicin de una Industria fotovoltaica terrestreimportante. Por tanto, los Ingenieros de todo el mundo, de un amplio margen deespecialidades, se acercan a esta nueva forma de generacin de energa con elbagaje que les confiere su capacidad general para abordar proyectos complejos,amn de su vocacin para propiciar el progreso de la sociedad a travs de laredaccin y ejecucin de los mismos.

Resulta curioso, a la vez que natural, comprobar que las clulas solares modernasnacieron en el Laboratorio de una compaa telefnica (Bell Telephone) comoconsecuencia de los trabajos sobre dispositivos semiconductores llevados a caboen ese Laboratorio -ocho aos antes, ah se haba descubierto el Transistor-.

Con la distancia correspondiente, en Espaa las primeras actividades sobre clulassolares se llevaron a cabo en el Laboratorio de Semiconductores de la ETSI deTelecomunicacin de la Universidad Politcnica de Madrid de la que sali, comospin-off la primera compaa espaola fabricante de clulas y mdulosfotovoltaicos, germen de la Industria fotovoltaica espaola. El Laboratorio deSemiconductores, hoy convertido en Instituto de Energa solar, sito en la ETSI de

Telecomunicacin de la citada Escuela sigue proporcionando profesionalesespecializados en Energa Solar Fotovoltaica a industrias, institutos y compaasgestoras de grandes proyectos fotovoltaicos.

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En estos momentos, y se prev que sea as durante una dcada, puede existir undficit de especialistas en Energa Solar Fotovoltaica debido al crecimiento tanrpido de la Industria y el mercado, por cuanto pocas carreras han incorporado

seriamente en sus planes de estudio asignaturas sobre el tema. La ETSIT de laUPM fue pionera en este campo impartiendo una asignatura desde 1994 (EnergaSolar). Otras Escuelas de Telecomunicacin han seguido el ejemplo.

Con independencia de estos hechos histricos circunstanciales y del buenconocimiento sobre dispositivos semiconductores, el Ingeniero deTelecomunicacin es un profesional perfectamente cualificado para realizar todaslas actuaciones tcnicas de gestin y de modelado de negocio de alto nivel,relacionadas con las instalaciones de aprovechamiento de la Energa SolarFotovoltaica, poseyendo la aptitud tcnica, cualificacin profesional y facultad parala realizacin de proyectos en el entorno fotovoltaico. Son muchos los escenariosde actuacin profesional en los que se puede intervenir, destacando entre ellos:

- Fabricacin de dispositivos, materiales y sistemas.- Diseo de Plantas de Generacin y Direccin de Obra.- Redaccin de Normas Tcnicas y Planificacin.- Inspeccin y Peritacin.- Redaccin de Proyectos.


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5. LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA Y LAS TICS

Si hay dos sectores que marquen el proceso de desarrollo y el grado de bienestarde una sociedad esos son el energtico y el de las TICs. Como se ha comentadoen la introduccin, al igual que el acceso a la electricidad es un indicador deldesarrollo humano, la brecha digital (acceso desigual a las TICs o Tecnologasde la Informacin y las Comunicaciones en el mundo) tambin es un ndice dereferencia en el estudio del desarrollo de los pases. Las TICs son un aspecto msde las inequidades sociales, econmicas y de poder existentes en los pases.

La Energa Solar Fotovoltaica integrada junto a las TICs favorece los procesos dedesarrollo de los pases ms pobres. As, una forma de aminorar y/o acabar con

la brecha digital es dar acceso a Internet en las regiones en vas de desarrollo,facilitando la presencia de fuentes de energa confiables mediante la Energa SolarFotovoltaica. Adems, las TICs facilitan la labor de ONGs, gobiernos locales,entidades privadas y comunidades privadas. Los sectores fotovoltaicos y el de lasTICs pueden complementarse, y en las zonas geogrficas ms desfavorecidasdeben coexistir y se precisan el uno al otro en muchas ocasiones.

En los pases desarrollados, la introduccin de las Tecnologas de la Informacin yde las Comunicaciones (TICs) ha implicado un cambio en la sociedad en general.La denominada Sociedad de la Informacin crece a un ritmo muy elevado,especialmente en el mbito cientfico y en la organizacin y gestin empresarial,repercutiendo de manera muy positiva en los modelos de produccin y en larealidad econmica.

Las TICs pueden mejorar y agilizar los procesos de produccin del sectorfotovoltaico contribuyendo a la economa de escala en la fabricacin dedispositivos fotovoltaicos, facilitando las tareas de diseo y optimizando lasmedidas y el control de la calidad.

Atenindonos a las instalaciones solares fotovoltaicas de conexin a red paraventa de la electricidad producida a la compaa elctrica, las TICs pueden

desempear un papel importante en la gestin, control y seguridad de stas.Entre los diversos servicios prestados, todos crticos para la explotacin, seencuentran la videovigilancia antirrobo, anti-intrusin y el control de todosaquellos parmetros decisivos en la produccin de las instalaciones,especialmente en aqullas de gran extensin. Tradicionalmente, el servicio devigilancia humano era la opcin comnmente ms empleada. Las TICs mejoraneste servicio de vigilancia, y pueden sustituirlo. Asimismo, la posibilidad degestin remota y telemonitorizacin de la produccin que brinda la tecnologa,sita a las TICs en una posicin estratgica, con un valor aadido fundamental eimprescindible para una gestin slida y rigurosa de este tipo de instalaciones.Ms adelante se enumeran los sistemas complementarios, basados en las TICs,

que pueden proyectarse en instalaciones solares fotovoltaicas.

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En instalaciones aisladas de red, las TICs pueden proporcionar un valor aadidoal control y verificacin de la produccin. En estos casos, la produccin se empleapara el autoconsumo, por lo que es necesario examinar todas aquellas variables

de las que depende la produccin para prevenir potenciales fallos de suministroelctrico. En muchas de las aplicaciones en las que se emplean estasinstalaciones, es necesaria una alimentacin continua (instalaciones detelecomunicacin, sealizacin,), siendo precisas fuentes de alimentacinalternativas, tipo bateras, que garanticen el abastecimiento. El mantenimiento ycontrol de estas fuentes de alimentacin secundarias mediante soluciones TICsconstituye otro de los campos de actividad.

Queda, por tanto, manifiesto el valor aadido que las Tecnologas de laInformacin y la Comunicacin pueden proporcionar en el sector fotovoltaico.

5.1. SISTEMAS COMPLEMENTARIOS

La situacin estratgica del sector ha provocado que muchos particulares se hayanconvertido en empresarios fotovoltaicos. La alta demanda actual de panelessolares, la inversin econmica inicial y los largos perodos de amortizacin hacennecesario la supervisin y el control de las instalaciones mediante solucionesmodulares y sencillas.

El anlisis de rentabilidad y viabilidad econmica de las instalaciones fotovoltaicas,

particularmente las de gran tamao, debe considerar la necesidad de lamonitorizacin de las mismas y medidas de seguridad para garantizar laproduccin de Energa Solar Fotovoltaica. En el caso de robos o fallos defuncionamiento, el prejuicio es doble en las instalaciones conectadas a red, ya queaade a la reparacin de los daos, la falta de produccin de energa elctrica. Lascondiciones meteorolgicas, efectos provocados por fenmenos naturales(desprendimientos, corrimientos de tierras,) y el mal funcionamiento de algunosde los componentes pueden tambin afectar a la correcta explotacin de lainstalacin. A esto se une que muchos de los inversores pagan la instalacin conla energa producida.

Como medida de contingencia, para minimizar estos efectos, la mayora de lascompaas aseguradoras recomiendan que las instalaciones tengan un mnimo demedidas de seguridad, al menos estar valladas. Para que el seguro cubra losgastos ante prdidas de beneficios se exigen alarmas, videovigilancia,telemonitorizacin de equiposEn general, existen dos tipos de seguro ante laprdida de produccin:

Seguro de prdida de das de produccin. Estas plizas cubren los das que lainstalacin no inyecte corriente a la red.

Seguro de produccin mnima. Es el menos empleado ya que la evaluacin de

la produccin es compleja, dependiendo de la tipologa, materiales,distribucin, zona geogrfica,


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Las medidas especficas de seguridad para garantizar la integridad del sistemadependen del tipo y del tamao de la instalacin. En las instalaciones realizadassobre suelo rstico es recomendable una adecuada proteccin perimetral. Las

Tecnologas de la Informacin pueden mejorar esta proteccin, siendo posible unagestin remota, el envo de alarmas as como un telecontrol de la produccinenergtica. En las instalaciones sobre suelo, denominadas, denominadasfrecuentemente huertas solares, adems del control, la seguridad y proteccinse une la necesidad de propocionar los datos particulares de cada propietario.

En el caso de instalaciones aisladas de red, existen unos sistemas denominadosgestores de consumo, destinados a realizar un reparto apropiado de electricidadproducida en funcin de consumos estimados.

Con independencia de estos sucesos circunstanciales (robos, vandalismo,), lossistemas complementarios que se presentan deberan constituirse en partegenrica de una planta e indisolublemente ligados a sta. Si bien es cierto que elgrado de implantacin de estos sistemas an es bajo, seguramente en un futuroprximo su grado implantacin ser elevado. La monitorizacin analtica de lossistemas fotovoltaicos es una prctica recomendada debido a que soninstalaciones de media-alta potencia, y no implican un sobrecoste excesivo sobreel precio final de la instalacin. A continuacin, se presentan algunos de lossistemas complementarios que pueden incluirse en una instalacin fotovoltaica,especialmente en las de gran extensin.

Subsistema de Circuito Cerrado de Televisin (CCTV) Subsistema de Deteccin de Intrusin y robo

Subsistema de Proteccin contra Incendios

Subsistema Meteorolgico

Subsistema Telemtrico de Control de la Instalacin

Asimismo, los sistemas de seguridad no pueden actuar como proteccin por ssolos, por lo que ser necesario un adecuado cerramiento perimetral. Adems, unsistema de interfona entre el centro de control, con interfonos distribuidos portoda la instalacin ayudar al personal de vigilancia.

5.1.1.SUBSISTEMA DE CIRCUITO CERRADO DE TELEVISIN

La incorporacin de un circuito cerrado de televisin es un elementoimprescindible no slo para la seguridad sino tambin para el control delfuncionamiento y de las condiciones ambientales, permitiendo visualizar lospuntos crticos de la instalacin y el almacenamiento de las imgenes registradas.Se consiguen una serie de ventajas:

- reducir el personal de vigilancia

- aminorar los riesgos fsicos para dicho personal

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- disuadir al posible agresor, al sentirse vigilado

- verificar al instante la causa de una alarma

- identificar al intruso.

Un sistema de CCTV se compone de:

Elementos captadores de imagenSon las cmaras y los accesorios que las complementan (objetivos, carcasas deproteccin, soportes y posicionadores, etc.). Las cmaras transforman unaimagen ptica en una seal elctrica. Segn la tecnologa de generacin deimagen las cmaras pueden dividirse en CCD (Dispositivo de Acoplamiento deCarga) y CMOS (Semiconductor de xido Metlico Complementario). Atendiendoal mbito de utilizacin las cmaras pueden ser fijas, domo, o fijas minidomo. Las

cmaras domo son cmaras mviles instaladas en una burbuja que impide verhacia donde se est enfocando. Las cmaras fijas minidomo son cmaras fijascuya zona de vigilancia es fija pero presentan el aspecto externo de una cmaradomo. Existen otro tipo de cmaras como las microcmaras o las camufladas.

El mecanismo de Pan/Tilt/Zoom permite rotar e inclinar la cmara y tener unobjetivo con distancia focal variable en una direccin especfica. Las plataformaselectromecnicas que soportan esta herramienta estn disponibles para diferentespesos, para lugares internos o externos, etc. Pueden operar en modo manual oautomtico.

Matriz de vdeoSu funcin es distribuir las seales de vdeo procedentes de las cmaras hacia lassalidas de monitor.

Elementos reproductores y registradores de imagenLos grabadores digitales de vdeo (DVR) permiten la visualizacin mediante laconexin de PCs. La capacidad de almacenamiento depender del nmero decmaras, del tipo de compresin, de la calidad de las imgenes y de si lagrabacin es permanente o se realiza por eventos.

Elementos transmisores de la seal de videoLos elementos a emplear son lneas de transmisin y amplificadores de lnea. Laslneas de transmisin deben tener la capacidad suficiente para el transporte deuna seal de vdeo. Para la transmisin de vdeo el cable coaxial es el msempleado aunque la utilizacin de fibra ptica se est extendiendo por suscaractersticas superiores. Los amplificadores de lnea se utilizan para compensarlas prdidas.

VideosensoresSon dispositivos detectores de movimiento de vdeo, que analizan las variacionesde la seal de vdeo, permitiendo determinar si se ha producido algn

movimiento.


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Los actuales sistemas digitales de video inteligente han dado un salto de calidady van sustituyendo a los sistemas analgicos tradicionales. La introduccin de lascmaras digitales posibilita el diseo de sistemas 100% digitales. El desarrollo de

cmaras trmicas para vigilancia perimetral en condiciones de ausencia o bajailuminacin est suponiendo un hito en la evolucin de estos dispositivos.

5.1.2. SUBSISTEMA DE PROTECCIN CONTRA INCENDIOS

Si bien lo ms habitual es instalar un sistema de extincin de incendios a base deextintores, pueden incluirse sistemas de deteccin. Los sistemas automticos dedeteccin de incendios generan una secuencia de eventos como parte del plan dealarma de la central de incendios. Normalmente, este tipo de sistemas secomplementa con un sistema manual de alarma (pulsadores de accin y sirena)

que envan la seal en caso de ser activados manualmente.

Un sistema de deteccin de incendios se compone, bsicamente, de elementosdetectores de incendio, central de control de incendios y los elementos detransmisin de la alarma (sirenas acsticas, avisadores luminosos, marcadorestelefnicos, etc.). Es conveniente que la deteccin de incendios se realice de formaindependiente en cada compartimento de las instalaciones: Sala deltransformador, sala del inversor, sala del sistema central de los sistemascomplementarios.

El panel de control compara continuamente el estado de los detectores con suestado terico en el entorno donde se encuentran. Los detectores detectan elfuego a travs de algunos de los fenmenos que le acompaan. Los detectoresms empleados son:

Detector de gases de combustinDetectan humos visibles o invisibles. Estos detectores poseen dos cmarasionizantes por un elemento radiactivo. Si los gases de combustin penetran,provocan una pequea variacin de tensin entre las dos cmaras que genera laseal de alarma.

Detector ptico de humosBasados en la absorcin de luz y la difusin de la luz por los humos. El polvoperjudica su funcionamiento. Se fundamentan en el grado de opacidad del aire.

Detector de temperaturaLos ms antiguos son de temperatura fija. Actualmente, los ms empleados sonlos termovelocimtricos que miden la velocidad de incremento de la temperatura.

Detector de radiacionesDetectan las radiaciones infrarrojas o ultravioleta de las llamas.

En general, los detectores de humos son ms rpidos que los de temperatura yaque estos ltimos precisan que el fuego haya generado el suficiente calor comopara detectarlo.

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La extincin automtica se realizar con un gas especfico, con una batera decilindros acorde a las necesidades de la instalacin y tuberas de distribucin ypodr ser gestionable remotamente. El sistema cumplir la normativa contra

incendios NFPA (National Fire Protection Association).

5.1.3. SUBSISTEMA DE DETECCIN DE INTRUSIN Y ROBO

Permite proteger una instalacin mediante la transmisin de una seal de alarmaa una central receptora (CRA), activacin de sirenas, etc. Lo habitual es realizarun diseo de seguridad perimetral y de interior. En general, el sistema constarde los siguientes equipos:

Central receptora de alarmas (CRA)La central receptora de alarmas monitoriza y controla en todo momento elcorrecto funcionamiento del sistema. Su funcin es la recepcin de todas lasseales emitidas por los diferentes elementos.

Barreras de cobertura perimetralTpicamente, son barreras de infrarrojos compuestas de emisores de infrarrojo yreceptores de infrarrojo. Se genera una seal de alarma cuando la barrerainvisible se corta. Estos sistemas producen gran cantidad de falsos positivos enzonas a la intemperie, causadas principalmente por agentes biolgicos (hojas,animales,). Las tcnicas ms innovadoras utilizan complejas rutinas de

discriminacin para diferenciar la presencia humana del resto de elementos. Otrofactor a considerar son las inclemencias meteorolgicas, especialmente lacondensacin, opaca al infrarrojo, que puede afectar al sistema y provocar cortesen las barreras. Otra posibilidad es la instalacin de barreras de microondas obarreras lser. Las barreras de microondas se fundamentan en el enlace entre unemisor y un receptor, a travs de un campo de ondas electromagnticas. Alinterrumpirse el enlace entre el emisor y el receptor se produce la indicacin dealarma.

Detectores de golpes y vibracionesSe emplean en las verjas y vallados para maximizar la seguridad. Los ms

recientes usan tcnicas avanzadas de microprocesado digital para el anlisis de lafrecuencia, energa, amplitud y duracin de la seal. Para una correctadiscriminacin de los ataques verdaderos y las vibraciones causadas poractividades regulares, se examinan en detalle los parmetros del evento. Elevento debe estar por encima del nivel medido de ruido constante y la duracindebe ser limitada.

Detectores magnticosLas modificaciones de un campo magntico son asimiladas a intentos de intrusin.

Deteccin por videosensoresVer apartado 5.1.1


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Asimismo, la incorporacin de detectores volumtricos permite captar elmovimiento en su campo de actuacin.

Es importante resaltar que los detectores no detectan la presencia de intrusos,sino perturbaciones en el ambiente que se asocian a la presencia de un intruso enbase a criterios establecidos.

5.1.4. SUBSISTEMA METEOROLGICO

ste es uno de los subsistemas ms empleados. Las condiciones climatolgicaspueden afectar a la correcta explotacin de los sistemas fotovoltaicos. Lasestaciones meteorolgicas automticas obtienen datos de parmetrosmeteorolgicos como condiciones lumnicas, temperatura, humedad relativa delaire, condiciones anemomtricas (velocidad y direccin del viento), lluvia, etc. Laestacin meteorolgica es un sistema modular. La adquisicin de los datos serealiza a travs de diferentes sondas y equipos:

Sonda anemomtricaCada vez ms utilizada debido a la instalacin de estructura de seguimiento.

Sonda piranomtricaMide la radiacin global sobre un plano.

PirhelimetroMide la irradiancia directa, la que viene directamente del disco solar. Se empleaen plantas con tecnologa de concentracin.

EspectrmetroMide la irradiancia solar global a distintas longitudes de onda.

Clula solar calibradaMediante el uso de una clula solar pueden obtenerse datos de la irradiacin solar,ya que sta producir, en cortocircuito, una corriente proporcional a la irradiacin.Es un dispositivo sencillo, barato y muy usado.

Sonda de temperaturaEn general se emplean sensores de temperatura, que basan su funcionamiento enlas variaciones de resistencia que experimentan en funcin de la temperatura.Normalmente, se emplean una o ms PT-100 (de platino) tipo lenteja acopladasa mdulos para medir temperatura de clula, y una PT-100 de ambiente paramedir temperatura ambiente. Suele estar siempre presente.

Sonda de humedad

Sonda pluviomtricaLos datos se tratan y almacenan en la estacin de adquisicin de datos. Para unagestin adecuada de los datos se emplea la suite informtica disponible con la

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estacin, permitiendo un tratamiento grfico y numrico de las lecturas, tantomediciones instantneas como mediciones horarias. Asimismo, la generacin deuna base de datos permite la consulta de datos, comparacin de parmetros y la

edicin de informes.

5.1.5. SISTEMA TELEMTRICO DE CONTROL DE LAS INSTALACIONES

La centralizacin y gestin de todos los datos corre a cargo del sistematelemtrico de control de la instalacin, que centraliza todos los datos en algnservidor alojado en un edificio de control que se dispondr para tal uso. Lainfraestructura est compuesta por redes de datos locales para lascomunicaciones de datos e imgenes, interconexin de las diferentes redes lo

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