Energa solar fotovoltaica

Clula solar monocristalina durante su fabricacin.

Estacin de servicio mvil en Francia que recarga la energa delos coches elctricos mediante energa fotovoltaica.

La energa solar fotovoltaica es una fuente de energaque produce electricidad de origen renovable,[1] obtenidadirectamente a partir de la radiacin solar mediante undispositivo semiconductor denominado clula fotovoltai-ca, o bien mediante una deposicin de metales sobre unsustrato denominada clula solar de pelcula na.[2]

Este tipo de energa se usa para alimentar innumerablesaplicaciones y aparatos autnomos, para abastecer refu-gios o viviendas aisladas de la red elctrica y para pro-ducir electricidad a gran escala a travs de redes de dis-tribucin. Debido a la creciente demanda de energas re-novables, la fabricacin de clulas solares e instalacionesfotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los lti-mos aos.[3] [4] Entre los aos 2001 y 2015 se ha produci-do un crecimiento exponencial de la produccin de ener-ga fotovoltaica, doblndose aproximadamente cada dosaos.[5] La potencia total fotovoltaica instalada en el mun-do (conectada a red) ascenda a 16 GW en 2008, 40 GWen 2010, 100 GW en 2012 y 140 GW en 2013.[6][7][8][9]A nales de 2014, se haban instalado en todo el mundocerca de 180 GW de potencia fotovoltaica.[10]

Gracias a ello la energa solar fotovoltaica se ha converti-do en la tercera fuente de energa renovable ms impor-tante en trminos de capacidad instalada a nivel global,despus de las energas hidroelctrica y elica, y suponeya una fraccin signicativa del mix elctrico en la UninEuropea, cubriendo de media el 3,5 % de la demanda deelectricidad y alcanzando el 7 % en los perodos de mayorproduccin.[11] En algunos pases, como Alemania,[12][13]Italia[14][15] [16][nota 1] o Espaa,[17] alcanza mximos su-periores al 10 %, al igual que en algunos estados soleadosde Estados Unidos, como California.[18] La produccinanual de energa elctrica generada mediante esta fuentede energa a nivel mundial equivala en 2015 a cerca de184 TWh, suciente para abastecer las necesidades ener-gticas de millones de hogares y cubriendo aproximada-mente un 1 % de la demanda mundial de electricidad.[11]

Gracias a los avances tecnolgicos, la sosticacin y laeconoma de escala, el coste de la energa solar fotovol-taica se ha reducido de forma constante desde que se fa-bricaron las primeras clulas solares comerciales,[19] au-mentando a su vez la eciencia, y logrando que su cos-te medio de generacin elctrica sea ya competitivo conlas fuentes de energa convencionales[20] en un crecien-te nmero de regiones geogrcas, alcanzando la paridadde red.[21] [22] [23] Programas de incentivos econmicos,primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fo-tovoltaico y balance neto sin subsidios, han apoyado lainstalacin de la fotovoltaica en un gran nmero de pa-ses, contribuyendo a evitar la emisin de una mayor canti-dad de gases de efecto invernadero.[24] La tasa de retornoenergtico de esta tecnologa, por su parte, es cada vezmayor. Con la tecnologa actual, los paneles fotovoltai-cos recuperan la energa necesaria para su fabricacin enun perodo comprendido entre 6 meses y 1 ao y medio;

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2 1 HISTORIA

teniendo en cuenta que su vida til media es superior a 30aos, producen electricidad limpia durante ms del 95 %de su ciclo de vida. [25]

1 Historia

El fsico francs Alexandre-Edmond Becquerel fue el descubri-dor del efecto fotovoltaico en 1839, fundamental para el desa-rrollo de las clulas fotoelctricas.

El trmino fotovoltaico se comenz a usar en ReinoUnido en el ao 1849.[26] Proviene del griego : phos,que signica luz, y de -voltaico, que proviene del mbi-to de la electricidad, en honor al fsico italiano AlejandroVolta.[nota 2]

El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vezunos diez aos antes, en 1839, por el fsico francsAlexandre-Edmond Becquerel,[27][28] pero la primera c-lula solar no se fabric hasta 1883. Su creador fueCharles Fritts, quien recubri una muestra de seleniosemiconductor con pan de oro para formar la unin. Es-te primitivo dispositivo presentaba una eciencia menordel 1 %, pero demostr de forma prctica que, efec-tivamente, producir electricidad con luz era posible.[29]Los estudios realizados en el siglo XIX por Michael Fa-raday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla y HeinrichHertz sobre induccin electromagntica, fuerzas elctri-

Esquema del campo elctrico creado en una clula fotovoltaicamediante la unin pn entre dos capas de semiconductores dopa-dos.

-e

+hole

P

n

P+

n+

TiPdAg

Si

Aluminum

SiO2Antireection layer

Estructura bsica de una clula solar basada en silicio, y su prin-cipio de funcionamiento.

cas y ondas electromagnticas, y sobre todo los de AlbertEinstein en 1905, proporcionaron la base terica al efectofotoelctrico,[30] que es el fundamento de la conversin deenerga solar a electricidad.

1.1 Principio de funcionamiento

En un semiconductor expuesto a la luz, un fotn de ener-ga arranca un electrn, creando a la vez un hueco en eltomo excitado. Normalmente, el electrn encuentra r-pidamente otro hueco para volver a llenarlo, y la energaproporcionada por el fotn, por tanto, se disipa en formade calor. El principio de una clula fotovoltaica es obli-gar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el ladoopuesto del material en lugar de simplemente recombi-narse en l: as, se producir una diferencia de potencialy por lo tanto tensin entre las dos partes del material,

1.2 Primera clula solar moderna 3

como ocurre en una pila.Para ello, se crea un campo elctrico permanente, a travsde una unin pn, entre dos capas dopadas respectivamen-te, p y n. En las clulas de silicio, que son mayoritaria-mente utilizadas, se encuentran por tanto:

La capa superior de la celda, que se compone de si-licio dopado de tipo n.[nota 3] En esta capa, hay unnmero de electrones libres mayor que en una capade silicio puro, de ah el nombre del dopaje n, nega-tivo. El material permanece elctricamente neutro,ya que tanto los tomos de silicio como los del mate-rial dopante son neutros: pero la red cristalina tieneglobalmente una mayor presencia de electrones queen una red de silicio puro.

La capa inferior de la celda, que se compone de si-licio dopado de tipo p.[nota 4]Esta capa tiene por lotanto una cantidad media de electrones libres me-nor que una capa de silicio puro. Los electrones es-tn ligados a la red cristalina que, en consecuencia,es elctricamente neutra pero presenta huecos, po-sitivos (p). La conduccin elctrica est aseguradapor estos portadores de carga, que se desplazan portodo el material.

En el momento de la creacin de la unin pn, los electro-nes libres de la capa n entran instantneamente en la capap y se recombinan con los huecos en la regin p. Existiras durante toda la vida de la unin, una carga positiva enla regin n a lo largo de la unin (porque faltan electro-nes) y una carga negativa en la regin en p a lo largo de launin (porque los huecos han desaparecido); el conjuntoforma la Zona de Carga de Espacio (ZCE) y existe uncampo elctrico entre las dos, de n hacia p. Este campoelctrico hace de la ZCE un diodo, que solo permite elujo de corriente en una direccin: los electrones pue-den moverse de la regin p a la n, pero no en la direccinopuesta y por el contrario los huecos no pasan ms que den hacia p.En funcionamiento, cuando un fotn arranca un electrna la matriz, creando un electrn libre y un hueco, bajo elefecto de este campo elctrico cada uno va en direccinopuesta: los electrones se acumulan en la regin n (paraconvertirse en polo negativo), mientras que los huecos seacumulan en la regin dopada p (que se convierte en elpolo positivo). Este fenmeno es ms ecaz en la ZCE,donde casi no hay portadores de carga (electrones o hue-cos), ya que son anulados, o en la cercana inmediata ala ZCE: cuando un fotn crea un par electrn-hueco, sesepararon y es improbable que encuentren a su opues-to, pero si la creacin tiene lugar en un sitio ms alejadode la unin, el electrn (convertido en hueco) mantieneuna gran oportunidad para recombinarse antes de llegara la zona n. Pero la ZCE es necesariamente muy delgada,as que no es til dar un gran espesor a la clula.[nota 5]Efectivamente, el grosor de la capa n es muy pequeo, ya

que esta capa slo se necesita bsicamente para crear laZCE que hace funcionar la clula. En cambio, el grosorde la capa p es mayor: depende de un compromiso entrela necesidad de minimizar las recombinaciones electrn-hueco, y por el contrario permitir la captacin del mayornmero de fotones posible, para lo que se requiere ciertomnimo espesor.En resumen, una clula fotovoltaica es el equivalente deun generador de energa a la que se ha aadido un diodo.Para lograr una clula solar prctica, adems es precisoaadir contactos elctricos (que permitan extraer la ener-ga generada), una capa que proteja la clula pero dejepasar la luz, una capa antireectante para garantizar lacorrecta absorcin de los fotones, y otros elementos queaumenten la eciencia del misma.

1.2 Primera clula solar moderna

El ingeniero estadounidense Russell Ohl patent la clulasolar moderna en el ao 1946,[31] aunque otros investiga-dores haban avanzado en su desarrollado con anteriori-dad: el fsico sueco Sven Ason Berglund haba patentadoen 1914 un mtodo que trataba de incrementar la capa-cidad de las clulas fotosensibles, mientras que en 1931,el ingeniero alemn Bruno Lange haba desarrollado unafotoclula usando seleniuro de plata en lugar de xido decobre.[32]

La era moderna de la tecnologa solar no lleg hasta elao 1954, cuando los investigadores estadounidenses Ge-rald Pearson, Calvin S. Fuller y Daryl Chapin, de losLaboratorios Bell,[33] descubrieron de manera acciden-tal que los semiconductores de silicio dopado con ciertasimpurezas eran muy sensibles a la luz. Estos avances con-tribuyeron a la fabricacin de la primera clula solar co-mercial. Emplearon una unin difusa de silicio pn, conuna conversin de la energa solar de aproximadamente6 %, un logro comparado con las clulas de selenio quedifcilmente alcanzaban el 0,5 %.[34][35]

Posteriormente el estadounidense Les Homan, presi-dente de la compaa Homan Electronics, a travs de sudivisin de semiconductores fue uno de los pioneros en lafabricacin y produccin a gran escala de clulas solares.Entre 1954 y 1960, Homan logr mejorar la ecienciade las clulas fotovoltaicas hasta el 14 %, reduciendo loscostes de fabricacin para conseguir un producto que pu-diera ser comercializado.[36]

1.3 Primeras aplicaciones: energa solarespacial

Al principio, las clulas fotovoltaicas se emplearon deforma minoritaria para alimentar elctricamente juguetesy en otros usos menores, dado que el coste de produccinde electricidad mediante estas clulas primitivas era de-masiado elevado: en trminos relativos, una clula que

4 1 HISTORIA

La Estacin Espacial Internacional, que obtiene su energa a tra-vs de paneles fotovoltaicos, fotograada contra la negrura delespacio y la delgada lnea de la atmsfera de la Tierra.

Detalle de los paneles solares fotovoltaicos de la Estacin Espa-cial Internacional.

produjera un vatio de energa mediante luz solar podacostar 250 dlares, en comparacin con los 2 o 3 dlaresque costaba un vatio procedente de una central termo-elctrica de carbn.Las clulas fotovoltaicas fueron rescatadas del olvido gra-cias a la carrera espacial y a la sugerencia de utilizarlas enuno de los primeros satlites puestos en rbita alrededorde la Tierra. La Unin Sovitica lanz su primer satliteespacial en el ao 1957, y Estados Unidos le seguira unao despus. La primera nave espacial que us panelessolares fue el satlite norteamericano Vanguard 1, lanza-do en marzo de 1958 (hoy en da el satlite ms antiguoan en rbita). En el diseo de ste se usaron clulas sola-res creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado porla compaa Homan Electronics.[37] El sistema fotovol-taico le permiti seguir transmitiendo durante siete aosmientras que las bateras qumicas se agotaron en slo 20das.[38]

En 1959, Estados Unidos lanz el Explorer 6. Este satlitellevaba instalada una serie de mdulos solares, soportadosen unas estructuras externas similares a unas alas, forma-dos por 9600 clulas solares de la empresa Homan.[36]Este tipo de dispositivos se convirti posteriormente enuna caracterstica comn de muchos satlites. Haba cier-

to escepticismo inicial sobre el funcionamiento del siste-ma, pero en la prctica las clulas solares demostraronser un gran xito, y pronto se incorporaron al diseo denuevos satlites.Pocos aos despus, en 1962, el Telstar se convirti enel primer satlite de comunicaciones equipado con clu-las solares, capaces de proporcionar una potencia de 14W.[39] Este hito gener un gran inters en la produccin ylanzamiento de satlites geoestacionarios para el desarro-llo de las comunicaciones, en los que la energa proven-dra de un dispositivo de captacin de la luz solar. Fue undesarrollo crucial que estimul la investigacin por par-te de algunos gobiernos y que impuls la mejora de lospaneles fotovoltaicos.[40] Gradualmente, la industria es-pacial se decant por el uso de clulas solares de arseniurode galio (GaAs), debido a su mayor eciencia frente a lasclulas de silicio. En 1970 la primera clula solar con he-teroestructura de arseniuro de galio y altamente ecientese desarroll en la Unin Sovitica por Zhors Alrov ysu equipo de investigacin.[41][42]

A partir de 1971, las estaciones espaciales soviticas delprograma Salyut fueron los primeros complejos orbitalestripulados en obtener su energa a partir de clulas so-lares, acopladas en estructuras a los laterales del mduloorbital,[43] al igual que la estacin norteamericana Skylab,pocos aos despus.[44]

En la dcada de 1970, tras la primera crisis del petr-leo, el Departamento de Energa de los Estados Unidosy la agencia espacial NASA iniciaron el estudio del con-cepto de energa solar en el espacio, que ambicionaba elabastecimiento energtico terrestre mediante satlites es-paciales. En 1979 propusieron una ota de satlites en r-bita geoestacionaria, cada uno de los cuales medira 5 x10 km y producira entre 5 y 10 GW. La construccinimplicaba la creacin de una gran factora espacial don-de trabajaran continuamente cientos de astronautas. Estegigantismo era tpico de una poca en la que se proyec-taba la creacin de grandes ciudades espaciales. Dejandoaparte las dicultades tcnicas, la propuesta fue desecha-da en 1981 por implicar un coste disparatado.[45]A me-diados de la dcada de 1980, con el petrleo de nuevo enprecios bajos, el programa fue cancelado.[46]

No obstante, las aplicaciones fotovoltaicas en los satli-tes espaciales continuaron su desarrollo. La produccinde equipos de deposicin qumica de metales por vapo-res orgnicos o MOCVD (Metal Organic Chemical VaporDeposition)[47] no se desarroll hasta la dcada de 1980,limitando la capacidad de las compaas en la manufac-tura de clulas solares de arseniuro de galio. La primeracompaa que manufactur paneles solares en cantidadesindustriales, a partir de uniones simples de GaAs, con unaeciencia del 17% en AM0 (Air Mass Zero), fue la nor-teamericana Applied Solar Energy Corporation (ASEC).Las clulas de doble unin comenzaron su produccin encantidades industriales por ASEC en 1989, de maneraaccidental, como consecuencia de un cambio del GaAs

1.5 Reduccin de precios 5

sobre los sustratos de GaAs, a GaAs sobre sustratos degermanio.La tecnologa fotovoltaica, si bien no es la nica que seutiliza, sigue predominando a principios del siglo XXI enlos satlites de rbita terrestre.[48] Por ejemplo, las sondasMagallanes, Mars Global Surveyor y Mars Observer, dela NASA, usaron paneles fotovoltaicos,[49][50][51] as co-mo el Telescopio espacial Hubble,[52] en rbita alrededorde la Tierra. La Estacin Espacial Internacional, tambinen rbita terrestre, est dotada de grandes sistemas foto-voltaicos que alimentan todo el complejo espacial,[53][54]al igual que en su da la estacin espacial Mir.[55] Otrosvehculos espaciales que utilizan la energa fotovoltaicapara abastecerse son la sonda Mars Reconnaissance Or-biter,[56] Spirit y Opportunity, los robots de la NASA enMarte.[57][58]

Ilustracin de la sonda Mars Reconnaissance Orbi-ter, equipada con paneles solares, en la rbita deMarte.

Imagen artstica de la sonda espacial Juno, equipa-da con mdulos fotovoltaicos, orbitando el planetaJpiter.

Representacin artstica de la sonda MESSENGERen rbita de Mercurio.

El telescopio espacial Hubble, equipado con pane-les solares, es puesto en rbita desde la bodega deltransbordador Discovery en 1990.

La nave Rosetta, lanzada en 2004 en rbita hacia uncometa tan lejano del Sol como el planeta Jpiter (5,25AU), dispone tambin de paneles solares;[59] anterior-mente, el uso ms lejano de la energa solar espacial habasido el de la sonda Stardust,[60] a 2 AU. La energa foto-voltaica se ha empleado tambin con xito en la misineuropea no tripulada a la Luna, SMART-1, proporcio-nando energa a su propulsor de efecto Hall.[61] La sondaespacial Juno ser la primera misin a Jpiter en usar pa-neles fotovoltaicos en lugar de un generador termoelctri-co de radioistopos, tradicionalmente usados en las mi-siones espaciales al exterior del Sistema Solar.[62] Actual-mente se est estudiando el potencial de la fotovoltaicapara equipar las naves espaciales que orbiten ms all deJpiter.[63]

1.4 Primeras aplicaciones terrestresDesde su aparicin en la industria aeroespacial, dondese ha convertido en el medio ms able para suministrarenerga elctrica en los vehculos espaciales,[64] la ener-ga solar fotovoltaica ha desarrollado un gran nmero deaplicaciones terrestres. La primera instalacin comercialde este tipo se realiz en 1966, en el faro de la isla Oga-mi (Japn), permitiendo sustituir el uso de gas de antor-cha por una fuente elctrica renovable y autosuciente.

Las aplicaciones aisladas de la red elctrica supusieron uno delos primeros usos terrestres de la energa solar fotovoltaica, con-tribuyendo en gran medida a su desarrollo. En la imagen, farode Noup Head en Reino Unido.

Se trat del primer faro del mundo alimentado medianteenerga solar fotovoltaica, y fue crucial para demostrar laviabilidad y el potencial de esta fuente de energa.[65]

Las mejoras se produjeron de forma lenta durante las si-guientes dos dcadas, y el nico uso generalizado se pro-dujo en las aplicaciones espaciales, en las que su relacinpotencia a peso era mayor que la de cualquier otra tecno-loga competidora. Sin embargo, este xito tambin fuela razn de su lento crecimiento: el mercado aeroespa-cial estaba dispuesto a pagar cualquier precio para ob-tener las mejores clulas posibles, por lo que no habaninguna razn para invertir en soluciones de menor costosi esto reduca la eciencia. En su lugar, el precio de lasclulas era determinado en gran medida por la industriade los semiconductores; su migracin hacia la tecnologade circuitos integrados en la dcada de 1960 dio lugar ala disponibilidad de lingotes ms grandes a precios rela-tivamente inferiores. Al caer su precio, el precio de lasclulas fotovoltaicas resultantes descendi en igual medi-da. Sin embargo, la reduccin de costes asociada a estacreciente popularizacin de la energa fotovoltaica fue li-mitada, y en 1970 el coste de las clulas solares todavase estimaba en 100 dlares por vatio ($/Wp).[66]

1.5 Reduccin de precios

A nales de la dcada de 1960, el qumico industrial esta-dounidense Elliot Berman estaba investigando un nuevomtodo para la produccin de la materia prima de silicio apartir de un proceso en cinta. Sin embargo, encontr esca-so inters en su proyecto y no pudo obtener la nanciacinnecesaria para su desarrollo. Ms tarde, en un encuentrocasual, fue presentado a un equipo de la compaa petro-lera Exxon que estaban buscando proyectos estratgicosa 30 aos vista. El grupo haba llegado a la conclusinde que la energa elctrica sera mucho ms costosa en elao 2000, y consideraba que este aumento de precio hara

6 1 HISTORIA

Uno de los pioneros del desarrollo de la tecnologa fotovoltaicapara uso terrestre, Elliot Berman, prueba diferentes mdulos fo-tovoltaicos manufacturados por su compaa, Solar Power Cor-poration, a comienzos de los aos 1970.

ms atractivas a las nuevas fuentes de energa alternati-vas, siendo la energa solar la ms interesante entre estas.En 1969, Berman se uni al laboratorio de Exxon en Lin-den, Nueva Jersey, denominado Solar Power Corporation(SPC).[66]

Su esfuerzo fue dirigido en primer lugar a analizar el mer-cado potencial para identicar los posibles usos que exis-tan para este nuevo producto, y rpidamente descubrique si el coste por vatio se redujera desde los 100 $/Wpa cerca de 20 $/Wp surgira una importante demanda.Consciente de que el concepto del silicio en cinta po-dra tardar aos en desarrollarse, el equipo comenz abuscar maneras de reducir el precio a 20 $/Wp usandomateriales existentes. La constatacin de que las clulasexistentes se basaban en el proceso estndar de fabrica-cin de semiconductores supuso un primer avance, inclu-so aunque no se tratara de un material ideal. El procesocomenzaba con la formacin de un lingote de silicio, quese cortaba transversalmente en discos llamados obleas.Posteriormente se realizaba el pulido de las obleas y, acontinuacin, para su uso como clulas, se dotaba de unrecubrimiento con una capa anti reectante. Berman sedio cuenta de que las obleas de corte basto ya tenan depor s una supercie frontal anti reectante perfectamen-te vlida, y mediante la impresin de los electrodos di-rectamente sobre esta supercie, se eliminaron dos pasosimportantes en el proceso de fabricacin de clulas.[66]

Su equipo tambin explor otras formas de mejorar elmontaje de las clulas en matrices, eliminando los cos-tosos materiales y el cableado manual utilizado hasta en-tonces en aplicaciones espaciales. Su solucin consisti enutilizar circuitos impresos en la parte posterior, plsticoacrlico en la parte frontal, y pegamento de silicona entreambos, embutiendo las clulas. Berman se dio cuenta deque el silicio ya existente en el mercado ya era sucien-temente bueno para su uso en clulas solares. Las pe-queas imperfecciones que podan arruinar un lingote desilicio (o una oblea individual) para su uso en electrnica,tendran poco efecto en aplicaciones solares. Las clu-

las fotovoltaicas podan fabricarse a partir del materialdesechado por el mercado de la electrnica, lo que trae-ra como consecuencia una gran mejora de su precio.[66]

Poniendo en prctica todos estos cambios, la empresa co-menz a comprar a muy bajo coste silicio rechazado afabricantes ya existentes. Mediante el uso de las obleasms grandes disponibles, lo que reduca la cantidad decableado para un rea de panel dado, y empaquetndolasen paneles con sus nuevos mtodos, en 1973 SPC esta-ba produciendo paneles a 10 $/Wp y vendindolos a 20$/Wp, disminuyendo el precio de los mdulos fotovoltai-cos a una quinta parte en slo dos aos.[66]

1.6 El mercado de la navegacin martima

Boya martima operada por la Administracin Nacional Oce-nica y Atmosfrica (NOAA) de Estados Unidos.

SPC comenz a contactar con las compaas fabricantesde boyas de navegacin ofrecindoles el producto, pero seencontr con una situacin curiosa. La principal empresadel sector era Automatic Power, un fabricante de baterasdesechables. Al darse cuenta de que las clulas solarespodan comerse parte del negocio y los benecios que elsector de bateras le produca, Automatic Power comprun prototipo solar de Homan Electronics para terminararrinconndolo. Al ver que no haba inters por parte deAutomatic Power, SPC se volvi entonces a Tideland Sig-nal, otra compaa suministradora de bateras formadapor ex-gerentes de Automatic Power.[66] Tideland presen-t en el mercado una boya alimentada mediante energafotovoltaica y pronto estaba arruinando el negocio de Au-tomatic Power.El momento no poda ser ms adecuado, el rpido au-mento en el nmero de plataformas petrolferas en alta

7mar y dems instalaciones de carga produjo un enormemercado entre las compaas petroleras. Como Tidelandhaba tenido xito, Automatic Power comenz entonces aprocurarse su propio suministro de paneles solares foto-voltaicos. Encontraron a Bill Yerkes, de Solar Power In-ternational (SPI) en California, que estaba buscando unmercado donde vender su producto. SPI pronto fue adqui-rida por uno de sus clientes ms importantes, el gigantepetrolero ARCO, formando ARCO Solar. La fbrica deARCO Solar en Camarillo (California) fue la primera de-dicada a la construccin de paneles solares, y estuvo enfuncionamiento continuo desde su compra por ARCO en1977 hasta 2011 cuando fue cerrada por la empresa So-larWorld.[66]

Esta situacin se combin con la crisis del petrleo de1973. Las compaas petroleras disponan ahora de in-gentes fondos debido a sus enormes ingresos durante lacrisis, pero tambin eran muy conscientes de que su xitofuturo dependera de alguna otra fuente de energa. Enlos aos siguientes, las grandes compaas petroleras co-menzaron la creacin de una serie de empresas de ener-ga solar, y fueron durante dcadas los mayores produc-tores de paneles solares. Las compaas ARCO, Exxon,Shell, Amoco (ms tarde adquirida por BP) y Mobil man-tuvieron grandes divisiones solares durante las dcadas de1970 y 1980. Las empresas de tecnologa tambin reali-zaron importantes inversiones, incluyendo General Elec-tric, Motorola, IBM, Tyco y RCA.[67]

1.7 Perfeccionando la tecnologa

Vehculo elctrico propulsado mediante energa fotovoltaica,vencedor del South African Solar Challenge.

En las dcadas transcurridas desde los avances de Ber-man, las mejoras han reducido los costes de produccinpor debajo de 1 $/Wp, con precios menores de 2 $/Wppara todo el sistema fotovoltaico. El precio del resto deelementos de una instalacin fotovoltaica supone ahoraun mayor coste que los propios paneles.[68]

A medida que la industria de los semiconductores sedesarroll hacia lingotes cada vez ms grandes, los equi-pos ms antiguos quedaron disponibles a precios reduci-dos. Las clulas crecieron en tamao cuando estos equi-

pos antiguos se hicieron disponibles en el mercado exce-dentario. Los primeros paneles de ARCO Solar se equi-paban con clulas de 2 a 4 pulgadas (51 a 100 mm) dedimetro. Los paneles en la dcada de 1990 y principiosde 2000 incorporaban generalmente clulas de 5 pulga-das (125 mm), y desde el ao 2008 casi todos los nue-vos paneles utilizan clulas de 6 pulgadas (150 mm).[69]Tambin la introduccin generalizada de los televisoresde pantalla plana a nales de la dcada de 1990 y princi-pios de 2000 llev a una amplia disponibilidad de gran-des lminas de vidrio de alta calidad, que se utilizan en laparte frontal de los paneles.[70]

En trminos de las propias clulas, slo ha habido uncambio importante. Durante la dcada de 1990, las clu-las de polisilicio se hicieron cada vez ms populares.[69]Estas clulas ofrecen menos eciencia que aquellas demonosilicio, pero se cultivan en grandes cubas que re-ducen en gran medida el coste de produccin.[69] A me-diados de la dcada de 2000, el polisilicio dominaba enel mercado de paneles de bajo coste.[69]

2 Aplicaciones de la energa solarfotovoltaica

Repetidor de telecomunicaciones alimentado mediante panelessolares. En lugares de difcil acceso, la energa fotovoltaica per-mite abastecer energa elctrica de forma prctica y competitiva.

La produccin industrial a gran escala de paneles fotovol-taicos despeg en la dcada de 1980, y entre sus mltiplesusos se pueden destacar:

2.1 Telecomunicaciones y sealizacinLa energa solar fotovoltaica es ideal para aplicacionesde telecomunicaciones, entre las que se encuentran porejemplo las centrales locales de telefona, antenas de radioy televisin, estaciones repetidoras de microondas y otrostipos de enlaces de comunicacin electrnicos. Esto esdebido a que, en la mayora de las aplicaciones de teleco-municaciones, se utilizan bateras de almacenamiento y la

8 2 APLICACIONES DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA

Parqumetro abastecido mediante energa solar fotovoltaica, enEdimburgo, Reino Unido.

Calculadora solar bsica Sharp.

instalacin elctrica se realiza normalmente en corrientecontinua (DC). En terrenos accidentados y montaosos,las seales de radio y televisin pueden verse interferi-das o reejadas debido al terreno ondulado. En estos em-plazamientos, se instalan transmisores de baja potencia(LPT) para recibir y retransmitir la seal entre la pobla-cin local.[71]

Las clulas fotovoltaicas tambin se utilizan para alimen-tar sistemas de comunicaciones de emergencia, por ejem-

Refugio de montaa alimentado mediante energa fotovoltaica,en el Parque nacional de Aigestortes y Lago de San Mauricio(Pirineos, Espaa).

plo en los postes de SOS (Telfonos de emergencia) en ca-rreteras, sealizacin ferroviaria, balizamiento para pro-teccin aeronutica, estaciones meteorolgicas o siste-mas de vigilancia de datos ambientales y de calidad delagua.[66]

2.2 Dispositivos aislados

La reduccin en el consumo energtico de los circuitosintegrados, hizo posible a nales de la dcada de 1970el uso de clulas solares como fuente de electricidad encalculadoras, tales como la Royal Solar 1, Sharp EL-8026o Teal Photon.[72]

Tambin otros dispositivos jos que utilizan la energa fo-tovoltaica han visto aumentar su uso en las ltimas dca-das, en lugares donde el coste de conexin a la red elctri-ca o el uso de pilas desechables es prohibitivamente caro.Estas aplicaciones incluyen por ejemplo las lmparas so-lares, bombas de agua, parqumetros,[73][74] telfonos deemergencia, compactadores de basura,[75] seales de tr-co temporales o permanentes, estaciones de carga[76][77]o sistemas remotos de vigilancia.

2.3 Electricacin rural

En entornos aislados, donde se requiere poca potenciaelctrica y el acceso a la red es difcil, las placas foto-voltaicas se emplean como alternativa econmicamenteviable desde hace dcadas. Para comprender la impor-tancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta queaproximadamente una cuarta parte de la poblacin mun-dial todava no tiene acceso a la energa elctrica.[78]

En los pases en desarrollo, muchos pueblos se encuen-tran situados en reas remotas, a varios kilmetros de lared elctrica ms prxima. Debido a ello, se est incor-porando la energa fotovoltaica de forma creciente paraproporcionar suministro elctrico a viviendas o instala-

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2.5 Sistemas hbridos solar-disel 9

ciones mdicas en reas rurales. Por ejemplo, en lugaresremotos de India un programa de iluminacin rural haprovisto iluminacin mediante lmparas LED alimenta-das con energa solar para sustituir a las lmparas de que-roseno. El precio de las lmparas solares era aproximada-mente el mismo que el coste del suministro de querosenodurante unos pocos meses.[79] Cuba y otros pases de La-tinoamrica estn trabajando para proporcionar energafotovoltaica en zonas alejadas del suministro de energaelctrica convencional.[80] Estas son reas en las que losbenecios sociales y econmicos para la poblacin localofrecen una excelente razn para instalar paneles fotovol-taicos, aunque normalmente este tipo de iniciativas se hanvisto relegadas a puntuales esfuerzos humanitarios.[81]

2.4 Sistemas de bombeo

Los sistemas de bombeo fotovoltaico pueden utilizarse para pro-porcionar agua en sistemas de riego, agua potable en comunida-des aisladas o abrevaderos para el ganado.

Tambin se emplea la fotovoltaica para alimentar instala-ciones de bombeo para sistemas de riego, agua potable enreas rurales y abrevaderos para el ganado,[82][83] o parasistemas de desalinizacin de agua.[66]

Los sistemas de bombeo fotovoltaico (al igual que losalimentados mediante energa elica) son muy tiles alldonde no es posible acceder a la red general de electrici-dad o bien supone un precio prohibitivo.[84] Su coste esgeneralmente ms econmico debido a sus menores cos-tes de operacin y mantenimiento, y presentan un menorimpacto ambiental que los sistemas de bombeo alimenta-dos mediante motores de combustin interna, que tienenadems una menor abilidad.[85][86]

Las bombas utilizadas pueden ser tanto de corriente alter-na (AC) como corriente continua (DC). Normalmente seemplean motores de corriente continua para pequeas ymedianas aplicaciones de hasta 3 kW de potencia, mien-tras que para aplicaciones ms grandes se utilizan moto-res de corriente alterna acoplados a un inversor que trans-forma para su uso la corriente continua procedente de lospaneles fotovoltaicos. Esto permite dimensionar sistemasdesde 0,15 kW hasta ms de 55 kW de potencia, que pue-den ser empleados para abastecer complejos sistemas de

irrigacin o almacenamiento de agua.[87][88]

2.5 Sistemas hbridos solar-diselDebido al descenso de costes de la energa solar foto-voltaica, se est extendiendo asimismo el uso de siste-mas hbridos solar-disel, que combinan esta energa congeneradores disel para producir electricidad de formacontinua y estable.[89] Este tipo de instalaciones estnequipadas normalmente con equipos auxiliares, tales co-mo bateras y sistemas especiales de control para lograren todo momento la estabilidad del suministro elctricodel sistema.[90]

Debido a su viabilidad econmica (el transporte de di-sel al punto de consumo suele ser costoso) en muchoscasos se sustituyen antiguos generadores por fotovoltai-ca, mientras que las nuevas instalaciones hbridas se di-sean de tal manera que permiten utilizar el recurso so-lar siempre que est disponible, minimizando el uso delos generadores, disminuyendo as el impacto ambien-tal de la generacin elctrica en comunidades remotas yen instalaciones que no estn conectadas a la red elc-trica. Un ejemplo de ello lo constituyen las empresasmineras,[89][91] cuyas explotaciones se encuentran nor-malmente en campo abierto, alejadas de los grandes n-cleos de poblacin. En estos casos, el uso combinado dela fotovoltaica permite disminuir en gran medida la de-pendencia del combustible disel, permitiendo ahorros dehasta el 70% en el coste de la energa.[92]

Este tipo de sistemas tambin puede utilizarse en combi-nacin con otras fuentes de generacin de energa reno-vable, tales como la energa elica.[93]

2.6 Transporte y navegacin martima

Equipo del Nuna 3, vehculo solar competidor en el World SolarChallenge.

Aunque la fotovoltaica todava no se utiliza de forma ge-

10 3 COMPONENTES DE UNA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA

neralizada para proporcionar traccin en el transporte,se est utilizando cada vez en mayor medida para pro-porcionar energa auxiliar en barcos y automviles. Al-gunos vehculos estn equipados con aire acondicionadoalimentado mediante paneles fotovoltaicos para limitarla temperatura interior en los das calurosos,[94] mien-tras que otros prototipos hbridos los utilizan para re-cargar sus bateras sin necesidad de conectarse a la redelctrica.[95][96] Se ha demostrado sobradamente la posi-bilidad prctica de disear y fabricar vehculos propul-sados mediante energa solar, as como barcos[97][98] yaviones,[99] siendo considerado el transporte rodado elms viable para la fotovoltaica.[100]

El Solar Impulse es un proyecto dedicado al desarrollo deun avin propulsado nicamente mediante energa solarfotovoltaica. El prototipo puede volar durante el da pro-pulsado por las clulas solares que cubren sus alas, a lavez que carga las bateras que le permiten mantenerse enel aire durante la noche.[101][102]

La energa solar tambin se utiliza de forma habitual enfaros, boyas y balizas de navegacin martima, vehculosde recreo, sistemas de carga para los acumuladores elc-tricos de los barcos, y sistemas de proteccin catdica.[66]La recarga de vehculos elctricos est cobrando cada vezmayor importancia.[100]

2.7 Fotovoltaica integrada en edicios

Marquesina solar situada en el aparcamiento de la UniversidadAutnoma de Madrid (Madrid, Espaa).

Muchas instalaciones fotovoltaicas se encuentran a menu-do situadas en los edicios: normalmente se sitan sobreun tejado ya existente, o bien se integran en elementos dela propia estructura del edicio, como tragaluces, clara-boyas o fachadas.[103]

Alternativamente, un sistema fotovoltaico tambin puedeser emplazado fsicamente separado del edicio, pero co-nectado a la instalacin elctrica del mismo para suminis-trar energa. En 2010, ms del 80% de los 9000 MW defotovoltaica que Alemania tena en funcionamiento porentonces, se haban instalado sobre tejados.[104]

La fotovoltaica integrada en edicios (BIPV, en sus si-glas en ingls) se est incorporando de forma cada vezms creciente como fuente de energa elctrica princi-

Proyecto BIPV ISSOL en la estacin de ferrocarril Gare TGV dePerpignan, Francia.

pal o secundaria en los nuevos edicios domsticos eindustriales,[105] e incluso en otros elementos arquitect-nicos, como por ejemplo puentes.[106] Las tejas con clu-las fotovoltaicas integradas son tambin bastante comu-nes en este tipo de integracin.Segn un estudio publicado en 2011, el uso de imgenestrmicas ha demostrado que los paneles solares, siempreque exista una brecha abierta por la que el aire pueda cir-cular entre los paneles y el techo, proporcionan un efectode refrigeracin pasiva en los edicios durante el da yadems ayudan a mantener el calor acumulado durante lanoche.[107]

2.8 Fotovoltaica de conexin a red

Una de las principales aplicaciones de la energa solarfotovoltaica ms desarrollada en los ltimos aos, con-siste en las centrales conectadas a red para suministroelctrico,[108] as como los sistemas de autoconsumo fo-tovoltaico, de potencia generalmente menor, pero igual-mente conectados a la red elctrica.

3 Componentes de una planta solarfotovoltaica

Una planta solar fotovoltaica cuenta con distintos ele-mentos que permiten su funcionamiento, como son lospaneles fotovoltaicos para la captacin de la radiacin so-lar, y los inversores para la transformacin de la corrientecontinua en corriente alterna.[109] Existen otros, los msimportantes se mencionan a continuacin:

3.1 Paneles solares fotovoltaicosGeneralmente, un mdulo o panel fotovoltaico consisteen una asociacin de clulas, encapsulada en dos capas deEVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lmina frontal devidrio y una capa posterior de un polmero termoplstico

3.3 Seguidores solares 11

Clula fotovoltaica

(frecuentemente se emplea el tedlar) u otra lmina decristal cuando se desea obtener mdulos con algn gradode transparencia.[110] Muy frecuentemente este conjuntoes enmarcado en una estructura de aluminio anodizadocon el objetivo de aumentar la resistencia mecnica delconjunto y facilitar el anclaje del mdulo a las estructu-ras de soporte.[110]

Las clulas ms comnmente empleadas en los panelesfotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres sub-categoras:

Las clulas de silicio monocristalino estn constitui-das por un nico cristal de silicio, normalmente ma-nufacturado mediante el proceso Czochralski.[111]Este tipo de clulas presenta un color azul oscurouniforme.

Las clulas de silicio policristalino (tambin llama-do multicristalino) estn constituidas por un con-junto de cristales de silicio, lo que explica quesu rendimiento sea algo inferior al de las clulasmonocristalinas.[69] Se caracterizan por un colorazul ms intenso.

Las clulas de silicio amorfo. Son menos ecientesque las clulas de silicio cristalino pero tambin me-nos costosas. Este tipo de clulas es, por ejemplo, elque se emplea en aplicaciones solares como relojeso calculadoras.[112]

3.2 InversoresLa corriente elctrica continua que proporcionan losmdulos fotovoltaicos se puede transformar en corrientealterna mediante un aparato electrnico llamadoinversor[109] e inyectar en la red elctrica (para venta deenerga) o bien en la red interior (para autoconsumo).El proceso, simplicado, sera el siguiente:

Un inversor solar instalado en una planta de conexin a red enSpeyer, Alemania.

Se genera la energa a bajas tensiones (380-800 V)y en corriente continua.

Se transforma con un inversor en corriente alterna. En plantas de potencia inferior a 100 kW se inyecta

la energa directamente a la red de distribucin enbaja tensin (400 V en trifsico o 230 V en mono-fsico).

Y para potencias superiores a los 100 kW se utili-za un transformador para elevar la energa a mediatensin (15 25 kV) y se inyecta en las redes detransporte para su posterior suministro.

3.3 Seguidores solares

Planta solar situada en la Base de la Fuerza Area Nellis(Nevada, Estados Unidos). Estos paneles siguen el recorrido delSol sobre un eje.

El uso de seguidores a uno o dos ejes permite aumentarconsiderablemente la produccin solar, en torno al 30%para los primeros y un 6% adicional para los segundos,en lugares de elevada radiacin directa.[113][114]

Los seguidores solares son bastante comunes en aplica-ciones fotovoltaicas.[115] Existen de varios tipos:

12 3 COMPONENTES DE UNA PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA

En dos ejes: la supercie se mantiene siempre per-pendicular al Sol.

En un eje polar: la supercie gira sobre un eje orien-tado al sur e inclinado un ngulo igual a la latitud.El giro se ajusta para que la normal a la superciecoincida en todo momento con el meridiano terres-tre que contiene al Sol.

En un eje azimutal: la supercie gira sobre un ejevertical, el ngulo de la supercie es constante eigual a la latitud. El giro se ajusta para que la nor-mal a la supercie coincida en todo momento con elmeridiano local que contiene al Sol.

En un eje horizontal: la supercie gira en un eje ho-rizontal y orientado en direccin norte-sur. El girose ajusta para que la normal a la supercie coinci-da en todo momento con el meridiano terrestre quecontiene al Sol.

3.4 Cableado

Conectores de un panel solar, utilizados para transportar lacorriente continua generada por el mismo hasta el inversor, don-de se transforma generalmente en corriente alterna para su pos-terior utilizacin.

Es el elemento que transporta la energa elctrica desde sugeneracin, para su posterior distribucin y transporte. Sudimensionamiento viene determinado por el criterio msrestrictivo entre la mxima cada de tensin admisible y laintensidad mxima admisible. Aumentar las secciones deconductor que se obtienen como resultado de los clculostericos aporta ventajas aadidas como:

Lneas ms descargadas, lo que prolonga la vida tilde los cables.

Posibilidad de aumento de potencia de la planta sincambiar el conductor.

Mejor respuesta a posibles cortocircuitos. Mejora del performance ratio (PR) de la instalacin.

3.5 Plantas de concentracin fotovoltaica

Seguidor solar dotado con paneles de concentracin fotovoltaica,capaz de producir 53 kW. A su lado se encuentra el vehculoelctrico Tesla Roadster, permitiendo apreciar su escala.

Otro tipo de tecnologa en las plantas fotovoltaicas sonlas que utilizan una tecnologa de concentracin llama-da CPV por sus siglas en ingls (Concentrated Photovol-taics)[116] para maximizar la energa solar recibida porla instalacin, al igual que en una central trmica so-lar. Las instalaciones de concentracin fotovoltaica se si-tan en emplazamientos de alta irradiacin solar directa,como son los pases a ambas riberas del Mediterrneo,Australia, Estados Unidos, China, Sudfrica, Mxico, etc.Hasta el ao 2006 estas tecnologas formaban parte delmbito de investigacin, pero en los ltimos aos se hanpuesto en marcha instalaciones de mayor tamao co-mo la de ISFOC (Instituto de Sistemas Solares Foto-voltaicos de Concentracin) en Puertollano (Castilla LaMancha) con 3 MW suministrando electricidad a la redelctrica.[117][118][119]

La idea bsica de la concentracin fotovoltaica es la susti-tucin de material semiconductor por material reectan-te o refractante (ms barato). El grado de concentracinpuede alcanzar un factor de 1000,[116] de tal modo que,dada la pequea supercie de clula solar empleada, sepuede utilizar la tecnologa ms eciente (triple unin,por ejemplo). Por otro lado, el sistema ptico introduceun factor de prdidas que hace recuperar menos radiacinque la fotovoltaica plana. Esto, unido a la elevada preci-sin de los sistemas de seguimiento, constituye la princi-pal barrera a resolver por la tecnologa de concentracin.Recientemente se ha anunciado el desarrollo de plantasde grandes dimensiones (por encima de 1 MW).[120] Lasplantas de concentracin fotovoltaica utilizan un seguidorde doble eje para posibilitar un mximo aprovechamientodel recurso solar durante todo el da.

4.1 Alemania 13

Mapamundi de radiacin solar. Los pequeos puntos en el mapamuestran el rea total de fotovoltaica necesaria para cubrir lademanda mundial de energa usando paneles solares con unaeciencia del 8%.

Potencia fotovoltaica mundial instalada hasta 2013, en megava-tios (MW), expresada por regin.[121]

4 El desarrollo de la energa solarfotovoltaica en el mundo

Histricamente, los Estados Unidos lideraron la instala-cin de energa fotovoltaica desde sus inicios hasta 1997,cuando fueron alcanzados por Japn, que mantuvo el li-derato hasta que Alemania la sobrepas en 2005, man-teniendo esa posicin desde entonces. A comienzos de2014 Alemania es, junto a Italia, Japn, China y Esta-dos Unidos, uno de los pases donde la fotovoltaica estexperimentando un crecimiento ms vertiginoso.

4.1 AlemaniaAlemania es uno de los lderes mundiales en la instala-cin de energa fotovoltaica, con una potencia instaladaa principios de 2015 superior a los 38 gigavatios (GW).Slo en 2011, Alemania instal cerca de 7,5 GW,[122] yla fotovoltaica produjo 18 TWh de electricidad, el 3%del total consumido en el pas.[123][13]

El mercado fotovoltaico en Alemania ha crecido consi-derablemente desde principios del siglo XXI gracias ala creacin de una tarifa regulada para la produccin de

energa renovable, que fue introducida por la GermanRenewable Energy Act, ley publicada el ao 2000. Des-de entonces, el coste de las instalaciones fotovoltaicas hadescendido ms del 50% en cinco aos, desde 2006.[124]Alemania se ha marcado el objetivo de producir el 35%de la electricidad mediante energas renovables en 2020y alcanzar el 100% en 2050.[125]

En 2012, las tarifas introducidas costaban a Alemaniaunos 14 000 millones de euros por ao, tanto para lasinstalaciones elicas como solares. Este coste es reparti-do entre todos los contribuyentes mediante un sobrecostede 3,6 cntimos de por kWh[126] (aproximadamente el15% del coste total de la electricidad para el consumidordomstico).[127]

La considerable potencia instalada en Alemania ha prota-gonizado varios rcords durante los ltimos aos. Duran-te dos das consecutivos de mayo de 2012, por ejemplo,las plantas solares fotovoltaicas instaladas en el pas pro-dujeron 22 000 MWh en la hora del medioda, lo queequivale a la potencia de generacin de veinte centralesnucleares trabajando a plena capacidad.[128][nota 6] Alema-nia pulveriz este rcord el 21 de julio de 2013, con unapotencia instantnea de 24 GW a medioda.[129][130] De-bido al carcter altamente distribuido de la fotovoltai-ca alemana, aproximadamente 1,31,4 millones de pe-queos sistemas fotovoltaicos contribuyeron a esta nue-va marca. Aproximadamente el 90% de los paneles sola-res instalados en Alemania se encuentran situados sobretejado.[131]

En junio de 2014, la fotovoltaica alemana volvi a batirrcords durante varios das, al producir hasta el 50,6% detoda la demanda elctrica durante un solo da, y superarel anterior rcord de potencia instantnea hasta los 24,24GW.[132][133][134]

A comienzos de verano de 2011, el Gobierno alemnanunci que el esquema actual de tarifas reguladas con-cluira cuando la potencia instalada alcanzase los 52 GW.Cuando esto suceda, Alemania aplicar un nuevo esque-ma de tarifas de inyeccin cuyos detalles no se conocentodava.[135]

No obstante, consciente de que el almacenamiento deenerga mediante bateras es indispensable para el des-pliegue masivo de renovables como la energa elica ola fotovoltaica, dada su intermitencia, el 1 de mayo de2013 Alemania puso en marcha un nuevo programa deayudas para incentivar sistemas fotovoltaicos con bate-ras de almacenamiento.[136] De esta manera, se nanciaa las instalaciones fotovoltaicas menores de 30 kW queinstalen bateras y acumulen electricidad, con 660 eurospor cada kW de almacenamiento de batera. El programaest dotado con 25 millones de euros anuales repartidosen 2013 y 2014, y de esta forma se logra disponer dela energa cuando el recurso no est disponible no hayaviento o sea de noche,[136] adems de facilitar la estabi-lidad del sistema elctrico.[137]

14 4 EL DESARROLLO DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO

4.2 China

China Photovoltaics Cumulative Capacity

Cum

ulat

ive

Capa

city

(Meg

awat

ts)

Year

20000

15000

10000

5000

02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

19 24 42 52 6270 80 100 140 300

800

3300

7000

18800

Capacidad fotovoltaica total instalada en China entre 2000 y2013.

1995 2000 2005 2010 2015Year

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Mar

ket s

hare

ChinaTaiwanJapanMalaysiaGermanyUnited States

Market Share of Photovoltaic Cells

Cuota demercado de los principales pases productores de clulasfotovoltaicas entre 1995 y 2013.

La energa fotovoltaica se ha convertido en una de las ma-yores industrias de la Repblica Popular China. El pasasitico cuenta con unas 400 empresas fotovoltaicas, en-tre las que destacan Suntech y Yingli. En 2014 producaapoximadamente la mitad de los productos fotovoltaicosque se fabrican en el mundo (China y Taiwan juntos su-man ms del 60% de cuota). La produccin de paneles yclulas fotovoltaicas en China se ha incrementado nota-blemente durante la ltima dcada: en 2001 mantena unacuota inferior al 1% del mercado mundial, mientras quepor las mismas fechas, Japn y Estados Unidos sumabanms del 70% de la produccin mundial. Sin embargo, latendencia se ha invertido y en la actualidad China superaampliamente al resto de productores.Tambin la instalacin de energa fotovoltaica se ha desa-rrollado espectacularmente en el pas asitico en aos re-cientes, superando incluso las previsiones iniciales. Deacuerdo a los planes desvelados en 2007 por la Comi-sin para la Reforma y el Desarrollo Nacional del pas,la potencia instalada en el pas deba crecer hasta los 1800MW en 2020.[138] En 2009, Wang Zhongying, un ocial

de la Comisin, mencion en una conferencia solar enShanghai que este plan poda ser superado ampliamente,llegando incluso a los 10 GW en 2020.[138] En mayo de2011, la Asamblea Popular Nacional de China estableci5 GW como el objetivo mnimo ocial para 2015, jandoel objetivo a largo plazo en 2030 GW para 2020.[139]

A nales de 2011 China dobl su potencia fotovoltaicainstalada respecto al ao anterior, hasta alcanzar los 2900MW. Este incremento en la potencia instalada se debi,principalmente, a un crecimiento en el nmero de insta-laciones residenciales. Asimismo, la tarifa de inyeccinbaj hasta 0,80 yuanes por kWh, lo que signic llegaral mismo nivel de las tarifas aplicables a las plantas decarbn.[140]

Batiendo todas las previsiones, China aadi 5 GW deenerga fotovoltaica en 2012, llevando la potencia to-tal instalada en el pas hasta un total de ms de 8000MW,[141][142] y segn las previsiones tena previsto ins-talar hasta 6,8 GW adicionales ms en 2013, superandoampliamente la barrera de los 10 GW.[143] Pulverizandode nuevo todas las estimaciones,[144][145] a comienzos de2014 se hizo pblico que China contaba ya con cerca de20 GW de potencia fotovoltaica, tras instalar 12 GW alo largo de 2013,[146][147] con previsiones adicionales deaadir hasta 14 GW ms durante 2014.[148]

Debido a tan rpido crecimiento, las autoridades chinasse han visto obligadas a revaluar en varias ocasiones suobjetivo de potencia fotovoltaica para 2015, establecidoen 40 GW. La potencia total instalada en China puedecrecer hasta los 70 GW en 2017, de acuerdo a los ltimosplanes de la comisin reguladora del pas.[149] Este pro-gresivo aumento indica que seguramente la previsin para2020 tambin se ver incrementada, seguramente hasta100 GW.[150]

Este crecimiento reeja el abrupto descenso de costes dela energa fotovoltaica, que actualmente comienza a seruna opcin ms barata que otras fuentes de energa, tantoa precios minoristas como comerciales. Fuentes del go-bierno chino han armado que la fotovoltaica presentarprecios ms competitivos que el carbn y el gas (aportan-do adems una mayor independencia energtica) a nalesde esta dcada.[150]

La capacidad de produccin de paneles solares chinosprcticamente se cuadruplic entre los aos 2009 y 2011,superando incluso la demanda mundial. Como resultado,la Unin Europea acus a la industria china de estar reali-zando dumping, es decir vendiendo sus paneles a preciospor debajo de coste, imponiendo aranceles a la importa-cin de este material.[151][152]

4.3 Japn

La energa fotovoltaica en Japn, se ha expandido rpi-damente desde la dcada de 1990. El pas es uno de loslderes en la fabricacin de mdulos fotovoltaicos y se en-

4.5 Italia 15

cuentra entre los primeros puestos en trminos de poten-cia instalada, con ms de 23 GW a nales de 2014, la ma-yor parte conectada a red.[153][154][155] La irradiacin enJapn es ptima, situndose entre 4,3 y 4,8 kWhmda,convirtindolo en un pas idneo para el desarrollo de estetipo de energa.La venta de mdulos fotovoltaicos para proyectos comer-ciales ha crecido rpidamente tras la introduccin porparte del Gobierno japons en julio de 2012 de una tarifapara el incentivo de la fotovoltaica tras el accidente nu-clear de Fukushima y la paralizacin de la mayora de lascentrales nucleares que tiene el pas.Slo durante el primer semestre de 2012, se vendieronmdulos por un equivalente de 1072 MW, segn se des-prende de los datos de la Asociacin Japonesa de Ener-ga Fotovoltaica (Japan Photovoltaic Energy Association,JPA).[156] La mayora de ese volumen (738 MW), proce-de de fabricantes locales, entre los que destacan Kyocera,Sharp Corporation, Mitsubishi o Sanyo, mientras que 335MW fueron importados. Tradicionalmente, el mercadofotovoltaico ha estado muy desplazado al segmento resi-dencial, copando hasta el 97% de la capacidad instala-da en todo el pas hasta 2012.[157] Aunque esta tendenciase est invirtiendo, todava ms del 75% de las clulas ymdulos vendidos en Japn a principios de 2012 tuvie-ron como destino proyectos residenciales, mientras quecerca del 9% se emplearon en instalaciones fotovoltaicascomerciales.[158]

En 2014, potencia fotovoltaica instalada alcanz en Ja-pn su record histrico con 10 GW, comparados con los7 GW instalados en 2013. A nales de 2014, la poten-cia total fotovoltaica instalada en el pas se situaba entorno a los 23 GW, que contribuan aproximadamente enun 2,5% a la demanda elctrica del pas.[11] La previsinapunta a que el mercado fotovoltaico japons crecer aunms en los prximos aos, aadiendo slo en 2015 otros10,4 GW ms.[159]

4.4 Estados Unidos

Estados Unidos es desde 2010 uno de los pases con ma-yor actividad en el mercado fotovoltaico, y cuenta con nu-merosas plantas de conexin a red. A principios de 2015,Estados Unidos super los 20 GW de potencia fotovol-taica instalada, tras instalar 8 GW slo en 2014.[160]

Aunque Estados Unidos no mantiene una poltica ener-gtica nacional uniforme en todo el pas en lo referente afotovoltaica, muchos estados han jado individualmenteobjetivos en materia de energas renovables, incluyendoen esta planicacin a la energa solar en diferentes pro-porciones. En este sentido, el gobernador de CaliforniaJerry Brown ha rmado una legislacin requiriendo queel 33% de la electricidad del estado se genere medianteenergas renovables a nales de 2020.[161]

Un informe privado[162] recoge que la energa solar foto-

voltaica se ha expandido rpidamente durante los ltimos8 aos, creciendo a una media del 40% cada ao. Graciasa esta tendencia, el coste del kWh producido medianteenerga fotovoltaica se ha visto enormemente reducido,mientras que el coste de la electricidad generada median-te combustibles fsiles no ha dejado de incrementar. Co-mo resultado, el informe concluye que la fotovoltaica al-canzar la paridad de red frente a las fuentes de energaconvencionales en muchas regiones de Estados Unidos en2015. Pero para alcanzar una cuota en el mercado energ-tico del 10%, prosigue el informe, las compaas fotovol-taicas necesitarn estilizar aun ms las instalaciones, deforma que la energa solar se convierta en una tecnologadirectamente enchufable (plug-and-play). Es decir, quesea sencillo adquirir los componentes de cada sistema ysu interconexin sea simple, al igual que su conexin a lared.[162]

Actualmente la mayora de las instalaciones son conecta-das a red y utilizan sistemas de balance neto que permitenel consumo de electricidad nocturno de energa generadadurante el da. Nueva Jersey lidera los Estados con la leyde balance neto menos restrictiva,[163] mientras Califor-nia lidera el nmero total de hogares con energa solar.Muchos de ellos fueron instalados durante la iniciativamillion solar roof (un milln de tejados solares).[164]

La tendencia y el ritmo de crecimiento actuales indicanque en los prximos aos se construirn un gran nme-ro de plantas fotovoltaicas en el sur y suroeste del pas,donde el terreno disponible es abundante, en los soleadosdesiertos de California, Nevada y Arizona. Las empre-sas estn adquiriendo cada vez en mayor medida grandessupercies en estas zonas, con la intencin de construirmayores plantas a gran escala.[165]

4.5 ItaliaItalia se encuentra entre los primeros pases productoresde electricidad procedente de energa fotovoltaica. En di-ciembre de 2012, la potencia total instalada se acercabaa los 17 GW, suponiendo una produccin tan importanteque varias centrales de gas operaban a mitad de su po-tencial durante el da. El sector ha llegado a proporcionartrabajo a unas 100 000 personas, especialmente en el sec-tor del diseo e instalacin de dichas plantas solares.[166]

La energa total producida mediante fotovoltaica alcanzen 2011 los 10 730 GWh,[167] cerca de un 3,2% del totalde la demanda de electricidad (332,3 TWh).[168] Mien-tras que durante 2012, la produccin fotovoltaica propor-cion el 5,6% del total de la energa consumida en el pasdurante el ao.[14] El crecimiento ha sido exponencial: lapotencia instalada se triplic en 2010 y se cuadruplic en2011.La fotovoltaica en Italia ha alcanzado estas cifras graciasal programa de incentivos llamado Conto Energia.[169] Es-te programa contaba con un presupuesto total de 6700millones de , alcanzado dicho lmite el Gobierno ha de-

16 4 EL DESARROLLO DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO

jado de incentivar las nuevas instalaciones, al haberse al-canzado la paridad de red. Un informe publicado en 2013por el Deutsche Bank conclua que efectivamente la pari-dad de red se haba alcanzado en Italia y otros pases delmundo.[170]

Desde el pasado agosto de 2012 est vigente una nuevalegislacin que obliga a registrar todas las plantas supe-riores a 12 kW; las de potencia menor (fotovoltaica detejado en residencias) estn exentas de registro.[171]

4.6 Otros mercados

Fachada fotovoltaica en el edicio MNACTEC (Tarrasa,Espaa).

4.6.1 Espaa

Espaa es uno de los pases de Europa con mayor irradia-cin anual.[48] Esto hace que la energa solar sea en estepas ms rentable que en otros. Regiones como el nortede Espaa, que generalmente se consideran poco adecua-das para la energa fotovoltaica, reciben ms irradiacinanual que la media en Alemania, pas que mantiene desdehace aos el liderazgo en la promocin de la energa solarfotovoltaica.[48]

Desde principios de la dcada de 2000, en concordan-cia con las medidas de apoyo a las energas renovablesque se estaban llevando a cabo en el resto de Europa, seaprobaron leyes que establecieron las condiciones tcni-cas y administrativas, y que supusieron el inicio de unlento despegue de la fotovoltaica en Espaa. En 2004, elgobierno espaol elimin las barreras econmicas parala conexin de las energas renovables a la red elctrica.El Real Decreto 436/2004 igual las condiciones para suproduccin a gran escala, y garantiz su venta medianteprimas a la generacin.[172]

Gracias a esta regulacin, y el posterior RD661/2007,[173] Espaa fue en el ao 2008 uno delos pases con ms potencia fotovoltaica instalada delmundo, con 2708 MW instalados en un slo ao. Sinembargo, posteriores modicaciones en la legislacin del

sector[174] ralentizaron la construccin de nuevas plantasfotovoltaicas, de tal forma que en 2009 se instalarontan slo 19 MW, en 2010, 420 MW, y en 2011 seinstalaron 354 MW, correspondiendo al 2% del total dela Unin Europea.[12] A principios de 2012, el Gobiernoespaol aprob un Real Decreto Ley por el que separaliz la instalacin de nuevas centrales fotovoltaicasy dems energas renovables.[175] A nales de 2014 lapotencia fotovoltaica instalada en Espaa ascenda a4672 MW.[176]

En trminos de produccin energtica, en 2010 la energafotovoltaica cubri en Espaa aproximadamente el 2%de la generacin de electricidad, mientras que en 2011y 2012 represent el 2,9%, y en 2013 el 3,1% de la ge-neracin elctrica segn datos del operador, Red Elctri-ca.[177][178][179]

4.6.2 Latinoamrica

En Latinoamrica, la fotovoltaica ha comenzado a despe-gar en los ltimos aos. Se ha propuesto la construccinde un buen nmero de plantas solares en diversos pases,a lo largo de toda la regin, con proyectos incluso porencima de 100 MW en Chile.[180]

Mxico tiene un enorme potencial en lo que respecta aenerga solar.[181][182] Un 70% de su territorio presentauna irradiacin superior a 4,5 kWh/m/da, lo que lo con-vierte en un pas muy soleado, e implica que utilizando latecnologa fotovoltaica actual, una planta solar de 25 kmen cualquier lugar del estado de Chihuahua o el desiertode Sonora (que ocupara el 0,01% de la supercie de M-xico) podra proporcionar toda la electricidad demanda-da por el pas.[183]

Mxico de hecho ya lidera la produccin solar en Latinoa-mrica. Una planta fotovoltaica de 46,8 MW se encuen-tra en construccin en Puerto Libertad (Sonora).[184]Laplanta, originalmente diseada para albergar 39 MW,se ampli para permitir la generacin de 106 728 000kWh/ao.[185] Otro proyecto de 30 MW se encuentra enconstruccin en La Paz (Baja California Sur). Una vezcompletado, proporcionar electricidad a unas 160 000viviendas.[183]

Se espera que Mxico experimente un mayor crecimientoen los prximos aos, con el n de alcanzar el objetivode cubrir el 35% de su demanda energtica a partir deenergas renovables en 2024, segn una ley aprobada porel gobierno mexicano en 2012.[186][187] A comienzos de2014, Mxico tena previstos proyectos fotovoltaicos poruna potencia de 300 MW, de los cuales aproximadamente100 MW comenzaron a desarrollarse durante el ltimotrimestre de 2013.[188]

Otros pases sudamericanos han comenzado a instalarplantas fotovoltaicas a gran escala, entre ellos Chile yPer.[189] Chile inaugur en junio de 2014 una centralfotovoltaica de 100 MW, que se convirti en la mayor

4.6 Otros mercados 17

realizada hasta la fecha en Latinoamrica.[190] El elevadoprecio de la electricidad y los altos niveles de radiacinque existen en el norte de Chile, han promovido la apertu-ra de un importante mercado libre de subsidios.[191] Brasilen cambio est experimentando un crecimiento ms len-to del sector, en parte debido a la elevada generacin me-diante energa hidrulica en el pas,[192] aunque el estadode Minas Gerais lidera el esfuerzo, tras la aprobacin porparte del gobierno brasileo de una fbrica de clulas ypaneles fotovoltaicos en dicha regin.[193][192]

4.6.3 Canad

La planta solar fotovoltaica Sarnia, cercana a Ontario, eraa nales de 2010 la ms grande del mundo, con una ca-pacidad instalada de 80 MW,[194] hasta que fue superadapor otras en China, India y Estados Unidos. Esta plan-ta cubre aproximadamente 96 hectreas, y contiene cer-ca de 1,3 millones de mdulos de capa na. Su genera-cin anual de energa se estima en 120 000 MWh, que sifueran producidos por una planta de carbn convencionalimplicaran la emisin a la atmsfera de 39 000 toneladasde CO2 cada ao.Muchas regiones de Canad se encuentran escasamentepobladas y son difciles de acceder, pero no gozan de unacceso ptimo a la radiacin solar debido a las elevadaslatitudes en la mayor parte del pas. La tecnologa foto-voltaica se usa cada vez con mayor frecuencia en apli-caciones aisladas, generalmente para alimentar viviendasen lugares remotos, equipos de telecomunicaciones, esta-ciones de control de oleoductos y aparatos de navegacin.El mercado canadiense ha crecido rpido en los ltimosaos, y existen numerosas compaas que fabrican pane-les solares, equipos, sistema de bombeo solar y sistemasde iluminacin fotovoltaica.[195]

Uno de los usos ms importantes de la energa solar foto-voltaica se encuentra en las regiones ms septentrionalesdel pas, cuyos asentamientos dependen en gran medidade instalaciones disel para generar electricidad. Desdemediados de la dcada de 1970, el gobierno federal yla industria ha apoyado el desarrollo de tecnologas fo-tovoltaicas para dichas comunidades. Algunos de estosesfuerzos se han centrado en el uso de sistemas hbridosque proporcionan energa 24 horas al da, utilizando laenerga fotovoltaica cuando la radiacin solar lo permi-te, en combinacin con otras formas de generacin deenerga.[195]

4.6.4 Grecia

A nales de septiembre de 2013, la capacidad fotovoltaicatotal instalada en Grecia haba alcanzado 2523 MW, delos que 987 MW se haban instalado durante el perodocomprendido entre enero y septiembre de 2013, a pesarde la grave crisis nanciera que sufre el pas.[196] Se esperaque la energa producida mediante fotovoltaica cubra el

7% del consumo griego de electricidad en 2014.[197]

4.6.5 India

Objetivos del programa solar establecido por el gobierno en laIndia, hasta 2022.

India est densamente poblada y tiene tambin una granirradiacin solar, lo que hace del pas uno de los mejorescandidatos para el desarrollo de la fotovoltaica. De mo-mento se han propuesto algunos proyectos a gran escala,y un rea de 35 000 km2 en el desierto de Thar se ha re-servado para proyectos solares, sucientes para generarentre 700 GW y 2100 GW.En julio de 2009, India desvel un programa de 19 000millones de dlares para producir 20 GW de energa so-lar para 2020.[198] Bajo este plan, el uso de instalacio-nes solares y sus aplicaciones sera obligatorio en todoslos edicios gubernamentales, al igual que en hospitalesy hoteles.[199]

De acuerdo a un informe de 2011, India se encuentra an-te un conjunto de factores coadyuvantes que permitirla adopcin de la fotovoltaica a un ritmo frentico du-rante los prximos 5 aos y posteriormente. La cadaen el precio de los paneles fotovoltaicos, principalmentede China pero tambin de Estados Unidos, ha coincidi-do con un incremento del precio de la electricidad en laIndia. El apoyo del gobierno y la abundancia del recursosolar han ayudado a impulsar la adopcin de la tecnolo-ga solar, pero seguramente se haya necesitado tambinotro factor importante. India, como economa en vasde desarrollo con una emergente clase media, se enfrentaahora a una escasez de energa elctrica que en ocasionesllega a suponer entre el 10 y el 13% de las necesidadesdiarias.[200]

El parque solar Charanka, de 214 MW (uno de los ma-yores del mundo) fue puesto en servicio en abril de 2012,junto a un total de 605 MW en la regin de Gujarat,

18 5 PLANTAS FOTOVOLTAICAS DE CONEXIN A RED

representando dos tercios de toda la potencia fotovol-taica instalada en el pas.[201] La construccin de otrosgrandes parques solares ha sido anunciada en el estadode Rajasthan.[202] Tambin el parque solar de DhirubhaiAmbani, de 40 MW, fue inaugurado en 2012.[203]

4.6.6 Oceana

Tokelau, un archipilago ubicado en el ocano Pacco,se convirti en 2013 en el primer pas del mundo en obte-ner toda la electricidad que necesita del Sol.[204] El pas loforman unos 125 islotes que abarcan un rea de 10 km2y cuenta con cerca de 1500 habitantes.[205] La situacingeogrca del archipilago hace que el uso de combusti-bles fsiles sea comparativamente mucho ms caro y di-fcil de mantener que un sistema fotovoltaico.La instalacin de Tokelau es un ejemplo del que ya han to-mado nota otros pases de Oceana. De hecho, las vecinasIslas Cook y el archipilago de Tuvalu tambin pretendenabastecerse completamente a partir de energas renova-bles para el ao 2020.[204]

4.7 Evolucin temporalEn la siguiente tabla se muestra el detalle de la potenciamundial instalada, desglosada por cada pas, desde el ao2000 hasta 2014:

4.8 Previsin a largo plazo

Potencia fotovoltaica instalada en el mundo, en GW. Datos his-tricos hasta 2013 y previsin hasta 2018.[121]

El informe de 2014 de la European Photovoltaic IndustryAssociation (EPIA) estimaba que la potencia fotovoltaicainstalada crecera entre 35 y 52 GW en 2014. Se esperaque China tome el liderato frente a Alemania para con-vertirse en el mayor productor de energa fotovoltaica en2016. Para 2018, se estima que la potencia total instala-da se habr duplicado (escenario moderado de 320 GW)o incluso triplicado (escenario optimista de 430 GW) enmenos de 5 aos. EPIA tambin calcula que la energafotovoltaica cubrir entre un 10 y un 15% de la demandade Europa en 2030.Un informe conjunto de EPIA y Greenpeace publica-do en 2010 muestra que para el ao 2030, un total

de 1845 GW fotovoltaicos podran generar aproximada-mente 2646 TWh/ao de electricidad en todo el mundo.Combinado con medidas de eciencia energtica, esta ci-fra representara cubrir el consumo de casi un 10% de lapoblacin mundial. Para el ao 2050, se estima que msdel 20% de la electricidad mundial podra ser cubiertopor la energa fotovoltaica.[12]

5 Plantas fotovoltaicas de conexina red

Parque solar Lauingen Energy Park, de 25,7 MW en Suabia(Baviera, Alemania)

Parque solar en Waldpolenz, Alemania

En Europa y en el resto del mundo se han construi-do un gran nmero de centrales fotovoltaicas a granescala.[108] En febrero de 2015, las plantas fotovoltaicasms grandes del mundo eran, de acuerdo a su capacidadde produccin:[108]

A principios de 2015, la mayor planta solar fotovol-taica del mundo, Topaz Solar Farm, tiene una poten-cia de 550 MW y se encuentra en California (EstadosUnidos).[237] La planta Desert Sunlight Solar Farm en Ri-verside County, tambin en California, tiene asimismouna potencia de 550 MW.[238] El proyecto Blythe SolarPower consiste en una planta fotovoltaica de 500 MW,

UserResaltado

19

situada igualmente en Riverside County, cuya construc-cin est prevista prximamente.[239]

Hay otras muchas plantas de gran escala en construccin.El proyecto Solar Star, previsto para nales de 2015 enCalifornia, alcanzar los 579 MW.[240] El McCoy SolarEnergy Project,[241][242] en Estados Unidos, tendr unapotencia de 750 MW una vez completado.[243] En losltimos aos, se ha propuesto la construccin de variasplantas de potencias superiores a los 1000 MW en dife-rentes lugares del mundo. La planta Quaid-e-Azam So-lar Park, situada en Pakistn y cuya primera fase ya seencuentra operativa con 100 MW,[244][245][246] tiene pre-visto ampliar su capacidad hasta los 1500 MW.[247] LosEmiratos rabes Unidos planean tambin la construc-cin de una planta de 1000 MW.[248][249][250] El OrdosSolar Project,[251] situado en China, alcanzar los 2000MW.[252] El proyecto Westlands Solar Park tiene una ca-pacidad prevista de 2700 MW,[253] a ser completado envarias fases.En lo que respecta a instalaciones sobre cubierta, en ju-nio de 2008 General Motors anunci la construccin dela que hasta hoy sigue siendo la mayor planta de ener-ga fotovoltaica sobre techo del mundo en Figueruelas(Zaragoza), con una supercie de 183 000 metros cua-drados, cuenta con 11,8 MW de potencia.[254][nota 7]

6 Autoconsumo y balance neto

Instalacin fotovoltaica sobre tejado en una residencia de Boston(Massachusetts, Estados Unidos).

El autoconsumo fotovoltaico consiste en la produccin in-dividual a pequea escala de electricidad para el propioconsumo, a travs de paneles fotovoltaicos. Ello se pue-de complementar con el balance neto. Este esquema deproduccin, que permite compensar el consumo elctri-co mediante lo generado por una instalacin fotovoltaicaen momentos de menor consumo, ya ha sido implanta-do con xito en muchos pases. Fue propuesto en Espaapor la Asociacin de la Industria Fotovoltaica (ASIF) parapromover la electricidad renovable sin necesidad de apo-yo econmico adicional,[255] y estuvo en fase de proyectopor el IDAE.[256] Posteriormente se recogi en el Plan de

Ejemplo de integracin de la energa solar fotovoltaica sobre eltejado de una vivienda.

Energas Renovables 2011-2020,[257] pero todava no hasido regulado.Sin embargo, en los ltimos aos, debido al creciente au-ge de pequeas instalaciones de energa renovable, el au-toconsumo con balance neto ha comenzado a ser reguladoen diversos pases del mundo, siendo una realidad en pa-ses como Alemania, Italia, Dinamarca, Japn, Australia,Estados Unidos, Canad y Mxico, entre otros.Entre las ventajas del autoconsumo respecto al consumode la red se encuentran las siguientes:

Con el abaratamiento de los sistemas de autoconsu-mo y el encarecimiento de las tarifas elctricas, cadavez es ms rentable que uno mismo produzca su pro-pia electricidad.[22]

Se reduce la dependencia de las compaas elctri-cas.

Los sistemas de autoconsumo fotovoltaicos utilizanla energa solar, una fuente gratuita, inagotable, lim-pia y respetuosa con el medioambiente.

Se genera un sistema distribuido de generacin elc-trica que reduce la necesidad de invertir en nuevasredes y reduce las prdidas de energa por el trans-porte de la electricidad a travs de la red.[258]

Se reduce la dependencia energtica del pas con elexterior.

Se evitan problemas para abastecer toda la demandaen hora punta, conocidos por los cortes de electrici-dad y subidas de tensin.

Se minimiza el impacto de las instalaciones elctri-cas en su entorno.

En el caso del autoconsumo fotovoltaico, el tiempo de re-torno de la inversin se calcula en base a cunta electri-cidad se deja de consumir de la red, debido al empleo depaneles fotovoltaicos.

20 7 EFICIENCIA Y COSTOS

Por ejemplo, en Alemania, con precios de la electricidaden 0,25 /kWh y una insolacin de 900 kWh/kW, unainstalacin de 1 kWp ahorra unos 225 al ao, lo quecon unos costes de instalacin de 1700 /kWp signicaque el sistema se amortizar en menos de 7 aos.[259] Estacifra es an menor en pases como Espaa, con una irra-diacin superior a la existente en el norte del continenteeuropeo.[48]

7 Eciencia y costos

Cronologa de las eciencias de conversin logradas en clulassolares fotovoltaicas (fuente: National Renewable Energy Labo-ratory de Estados Unidos)

Evolucin del precio de las clulas fotovoltaicas de silicio cris-talino (en $/Wp) entre 1977 y 2014 (fuente: Bloomberg NewEnergy Finance)[260]

Las eciencias de las clulas solares varan entre el 6%de aquellas basadas en silicio amorfo hasta el 46% de lasclulas multiunin.[261][262] Las eciencias de conversinde las clulas solares que se utilizan en los mdulos fo-tovoltaicos comerciales (de silicio monocristalino o poli-cristalino) se encuentran en torno al 14-22%.[263][264]

El coste de las clulas solares de silicio cristalino ha des-cendido desde 76,67 $/Wp en 1977 hasta aproximada-mente 0,36 $/Wp en 2014.[265][260] Esta tendencia siguela llamada ley de Swanson, una prediccin similar a laconocida Ley de Moore, que establece que los precios de

los mdulos solares descienden un 20% cada vez que seduplica la capacidad de la industria fotovoltaica.[266]

En 2014, el precio de los mdulos solares se haba reduci-do en un 80% desde el verano de 2008,[267][268] colocandoa la energa solar por primera vez en una posicin ven-tajosa respecto al precio de la electricidad pagado por elconsumidor en un buen nmero de regiones soleadas.[269]En este sentido, el coste medio de generacin elctricade la energa solar fotovoltaica es ya competitivo con elde las fuentes convencionales de energa en una crecientelista de pases,[270] particularmente cuando se considerala hora de generacin de dicha energa, ya que la electri-cidad es usualmente ms cara durante el da.[271] Se haproducido una dura competencia en la cadena de produc-cin, y asimismo se esperan mayores cadas del coste dela energa fotovoltaica en los prximos aos, lo que su-pone una creciente amenaza al dominio de las fuentes degeneracin basadas en las energas fsiles.[272] Conformepasa el tiempo, las tecnologas de generacin renovableson generalmente ms baratas,[273][274] mientras que lasenergas fsiles se vuelven ms caras:

Cuanto ms desciende el coste de la energasolar fotovoltaica, ms favorablemente compi-te con las fuentes de energa convencionales,y ms atractiva es para los usuarios de elec-tricidad en todo el mundo. La fotovoltaica apequea escala puede utilizarse en Californiaa precios de $100/MWh ($0,10/kWh) por de-bajo de la mayora de otros tipos de genera-cin, incluso aquellos que funcionan mediantegas natural de bajo coste. Menores costes enlos mdulos fotovoltaicos tambin suponen unestmulo en la demanda de consumidores parti-culares, para los que el coste de la fotovoltaicase compara ya favorablemente al de los preciosnales de la energa elctrica convencional.[275]

En 2011, el coste de la fotovoltaica haba cado bastantepor debajo del de la energa nuclear,[276] y se espera quesiga cayendo:[277]

Para instalaciones a gran escala, ya se hanalcanzado precios por debajo de 1 $/Vatio.Por ejemplo, en abril de 2012 se public unprecio de mdulos fotovoltaicos a 0,60 Eu-ros/Vatio (0,78 $/Vatio) en un acuerdo marcode 5 aos.[278] En algunas regiones, la energafotovoltaica ha alcanzado la paridad de red, quese dene cuando los costes de produccin fo-tovoltaica se encuentran al mismo nivel, o pordebajo, de los precios de electricidad que pagael consumidor nal (aunque en la mayor partede las ocasiones todava por encima de los cos-tes de generacin en las centrales de carbn ogas, sin contar con la distribucin y otros cos-tes inducidos). La energa fotovoltaica se ge-nera durante un perodo del da muy cercano al

21

pico de demanda (lo precede) en sistemas elc-tricos que hacen gran uso del aire acondiciona-do. Ms generalmente, es evidente que, con unprecio de carbn de 50 $/tonelada, que eleva elprecio de las plantas de carbn a 5 cent./kWh,la energa fotovoltaica ser competitiva en lamayor parte de los pases. El precio a la ba-ja de los mdulos fotovoltaicos se ha reeja-do rpidamente en un creciente nmero de ins-talaciones, acumulando en todo 2011 unos 23GW instalados ese ao. Aunque se espera cier-ta consolidacin en 2012, debido a recortes enel apoyo econmico en los importantes merca-dos de Alemania e Italia, el fuerte crecimientomuy probablemente continuar durante el res-to de la dcada. De hecho, ya en un estudio semencionaba que la inversin total en energasrenovables en 2011 haba superado las inver-siones en la generacin elctrica basada en elcarbn.[277]

La tendencia es que los precios disminuyan an ms conel tiempo una vez que los componentes fotovoltaicos hanentrado en una clara y directa fase industrial.[279][280] Anales de 2012, el precio medio de los mdulos fotovol-taicos haba cado a 0,50 $/Wp, y las previsiones apuntanque su precio seguir reducindose hasta los 0,36 $/Wpen 2017.[281]

Una instalacin fotovoltaica puede operar durante 30aos o ms[282] con escaso mantenimiento o intervencintras su puesta en marcha, por lo que tras el coste de inver-sin inicial necesario para construir una instalacin foto-voltaica, sus costes de operacin son muy bajos en com-paracin con el resto de fuentes energticas existentes.

7.1 Energa fotovoltaica de capa na oThin lm

Laminados fotovoltaicos de capa na siendo instalados sobre untejado.

Otra alternativa de bajo coste a las clulas de siliciocristalino es la energa fotovoltaica de capa o pelcu-la na que est basada en las clulas solares de tercera

Cuota de mercado de las diferentes tecnologas fotovoltaicas:Se observa la predominancia de las clulas de silicio. En 2010,la cuota de la tecnologa de capa delgada cay un 30% debidoal crecimiento de las ms ecientes tecnologas de silicio mono ypolicristalinas que dominan el mercado (estn representadas enazul claro e intenso).[283]

generacin.[284] Consisten en una clula solar que se fa-brica mediante el depsito de una o ms capas delgadas(pelcula delgada) de material fotovoltaico en un sustrato.Las clulas solares de pelcula delgada suelen clasicarsesegn el material fotovoltaico utilizado:

Silicio amorfo (a-Si) y otros silicios de pelcula del-gada (TF-Si)[285]

Teluro de cadmio (CdTe)[286]

Cobre indio galio y seleniuro (CIS o CIGS)[287]

Clulas solares sensibilizadas por colorante(DSC)[288] y otras clulas solares orgnicas.[289]

La Conferencia Internacional Energa Solar de Bajo Cos-to de Sevilla, realizada en febrero de 2009, fue el primerescaparate en Espaa de las mismas.[290] Esta tecnologacaus grandes expectativas en sus inicios. Sin embargo,la fuerte cada en el precio de las clulas y los mdulos desilicio policristalino desde nales de 2011 ha provocadoque algunos fabricantes de capa na se hayan visto obli-gados a abandonar el mercado, mientras que otros hanvisto muy reducidos sus benecios.[291]

8 Benecio medioambientalLa cantidad de energa solar que alcanza a la supercie te-rrestre es enorme, cerca de 122 petavatios (PW), y equi-vale a casi 10 000 veces ms que los 13 TW consumidospor la humanidad en 2005.[292] Esta abundancia sugie-re que no pasar mucho tiempo antes de que la energasolar se convierta en la principal fuente de energa de lahumanidad.[293] Adicionalmente, la generacin elctrica

22 8 BENEFICIO MEDIOAMBIENTAL

El Presidente de Estados Unidos Barack Obama pronuncia undiscurso durante la inauguracin de una planta solar fotovoltai-ca, en mayo de 2009.

mediante fotovoltaica presenta la mayor densidad energ-tica (una media global de 170 W/m2) de todas las ener-gas renovables.[292]

A diferencia de las tecnologas de generacin de ener-ga basadas en combustibles fsiles, la energa solar fo-tovoltaica no produce ningn tipo de emisiones nocivasdurante su funcionamiento, aunque la produccin de lospaneles fotovoltaicos presenta tambin un cierto impactoambiental. Los residuos nales generados durante la fasede produccin de los componentes, as como las emisio-nes de las factoras, pueden gestionarse mediante contro-les de contaminacin ya existentes. Durante los ltimosaos tambin se han desarrollado tecnologas de recicla-je para gestionar los diferentes elementos fotovoltaicos alnalizar su vida til,[294] y se estn llevando a cabo pro-gramas para incrementar el reciclaje entre los producto-res fotovoltaicos.[295]

8.1 Emisiones de gases de efecto inverna-dero

Las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largodel ciclo de vida para la fotovoltaica son cercanas a los46 g/kWh, pudiendo reducirse incluso hasta 15 g/kWhen un futuro prximo.[296] En comparacin, un planta degas de ciclo combinado emite entre 400-599 g/kWh,[297]un planta de gasoil 893 g/kWh,[297] una planta de carbn915-994 g/kWh[298] o con tecnologa de captura de car-bono unos 200 g/kWh (excluyendo las emisiones duran-te la extraccin y el transporte de carbn), y una plantade energa geotrmica de alta temperatura, entre 91-122g/kWh.[297] La intensidad de las emisiones para el ciclode vida de la energa hidrulica, elica y la energa nu-clear es menor que la de la energa fotovoltaica, segn losdatos publicados por el IPCC en 2011.[297]

Al igual que todas las fuentes de energa cuyas emisionesdependen principalmente de las fases de construccin ytransporte, la transicin hacia una economa de bajo car-bono podra reducir an ms las emisiones de dixido de

carbono durante la fabricacin de los dispositivos solares.Un sistema fotovoltaico de 1 kW de potencia ahorra lacombustin de aproximadamente 77 kg (170 libras) decarbn, evita la emisin a la atmsfera de unos 136 kg(300 libras) de dixido de carbono, y ahorra mensual-mente el uso de unos 400 litros (105 galones) de agua.[299]

8.2 Reciclaje de mdulos fotovoltaicos

Al nalizar su vida til, la mayor parte de los panelesfotovoltaicos puede ser tratada. Gracias a las innovacio-nes tecnolgicas que se han desarrollado en los ltimosaos, se puede recuperar hasta el 95% de ciertos mate-riales semiconductores y el vidrio, as como grandes can-tidades de metales ferrosos y no ferrosos utilizados en losmdulos.[300] Algunas empresas privadas[301] y organiza-ciones sin nes de lucro, como por ejemplo PV CYCLEen la Unin Europea, estn trabajando en las operacio-nes de recogida y reciclaje de paneles al nal de su vidatil.[302]

Dos de las soluciones de reciclaje ms comunes son:

Paneles de silicio: Los marcos de aluminio y las ca-jas de conexin son desmantelados manualmente alcomienzo del proceso. El panel se tritura y las di-ferentes fracciones se separan: vidrio, plsticos ymetales.[303] Es posible recuperar ms de 80% delpeso entrante[304] y, por ejemplo, el cristal mixto ex-trado es fcilmente aceptado por las industrias dela espuma de vidrio y del aislamiento. Este proce-so puede ser realizado por los recicladores de vidrioplano ya que la morfologa y composicin de un pa-nel fotovoltaico es similar al cristal plano utilizadoen la industria de la construccin y del automvil.

Paneles de otros materiales: Hoy en da se cuentacon tecnologas especcas para el reciclaje de pa-neles fotovoltaicos que no contienen silicio, algu-nas tcnicas utilizan baos qumicos para separar losdiferentes materiales semiconductores.[305] Para lospaneles de teluro de cadmio, el proceso de reciclajeempieza por aplastar el mdulo y, posteriormente,separar las diferentes partes. Este proceso de reci-claje est diseado para recuperar hasta un 90% delvidrio y 95% de los materiales semiconductores.[306]En los ltimos aos, algunas empresas privadas hanpuesto en marcha instalaciones de reciclaje a escalacomercial.[307]

Desde 2010 se celebra una conferencia anual en Euro-pa que rene a productores, recicladores e investigadorespara debatir el futuro del reciclaje de mdulos fotovoltai-cos. En 2012 tuvo lugar en Madrid.[308][309]

23

9 Vase tambin

Portal:Energa. Contenido relacionado conEnerga.

Portal:Ecologa. Contenido relacionado conEcologa.

Autoconsumo Balance neto Clula fotoelctrica Clula solar de pelcula na Central trmica solar Efecto fotoelctrico Electricidad renovable Energas renovables en la Unin Europea Energa solar en Espaa Energa solar trmica Fotovoltaica integrada en edicios Huerta solar Instituto de Energa Solar en la Universidad Politc-

nica de Madrid Mercado elctrico de Espaa Panel fotovoltaico Red elctrica inteligente

10 Notas[1] La fotovoltaica abasteci el 8,4 % de la demanda elctri-

ca en Italia en agosto de 2012. El operador de red italianoTerna SpA inform de que, en el mes de agosto de 2012,el 8,4 % de la demanda elctrica del pas se abasteci conelectricidad producida por sistemas fotovoltaicos. Los in-formes mensuales de Terna sobre el sistema elctrico delpas arrojaron que la potencia generada por fuentes foto-voltaicas aument desde los 1 501 gigavatios hora gene-rados en agosto de 2011 hasta los 2 240 gigavatios horaalcanzados en agosto de 2012, lo que supone un aumentodel 49,2 %. Fuente: Terna SpA

[2] El fsico Alejandro Volta tambin proporciona el trminovoltio a la unidad de medida de la diferencia de potencialen el Sistema Internacional de medidas.

[3] Una pequea proporcin de tomos de silicio se sustituyepor un elemento de valencia superior en la tabla peridica,es decir, que tiene ms electrones en su capa de valenciaque el silicio. El silicio tiene 4 electrones en su capa devalencia: se pueden utilizar elementos del columna 15, porejemplo, fsforo.

[4] Por un elemento de valencia menor que el silicio. Puedeser boro (B) u otro elemento de la columna 13.

[5] Sin embargo, se le puede dar una forma ondulada, paraaumentar la supercie activa.

[6] Y estas cifras siguen creciendo: debido al incremento de lapotencia fotovoltaica instalada en el pas, de enero a sep-tiembre de 2012 el 6,1% de la demanda de electricidadalemana fue cubierta con energa producida por sistemasfotovoltaicos, segn la Asociacin alemana de las indus-trias energticas e hdricas (BDEW).

[7] En el proyecto colaboraron la Comunidad de Aragn, laempresa francesa Veolia Environnement y el grupo esta-dounidense Clairvoyant Energy.

11 Referencias[1] Joshua Pearce, Photovoltaics - A Path to Sustainable Fu-

tures, Futures 34 (7), 663-674, 2002. open access

[2] How Thin-lm Solar Cells Work (en ingls). How stuworks.com. Consultado el 20 de febrero de 2013.

[3] Regional PV Markets: Europe (en