Tecnología Fotovoltaica

Tecnología Fotovoltaica:Presente y Futuro

Curso de Energías RenovablesSantander, 21 al 24 de Febrero de 2005

Javier de la Lastra OlanoDirector General

SunTechnics Cantabria Energía Solar, S.L.

Iker San SebastiánIngeniero de Proyectos

SunTechnics Técnicas Solares, S.L.

“Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro”

Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005

SunTechnics como parte del Grupo Conergy (Alemania)

Desarrollo de Proyectos Integración de Sistemas Mayoristas Productos

• Emplazamientos

• Mod. de participación

• Fondos de Inversión

• Administración

• Proyectos financieros

• Fotovoltaica

• Eólica

• Planificación

• Desarrollo

• Realización

• Venta directa

• Franquicia

• Fotovoltaica

• Térmica

• Compras

• Logística

• Almacenaje

• Distribución

• Comercialización

• Fotovoltaica

• Sistemas híbridos

• Desarrollo

• Producción

• Investigación

• OEM

• Logística

• Sistemas de soporte• Comp. Eléctricos• Fotovoltaica• Térmica



Instalaciones para todas las necesidades

Pequeñas InstalacionesPequeñas Instalaciones Parques SolaresParques Solares

3 – 20 kWpDiseñadas a medida

Viviendas Unifamiliares

100 kW - 4 MWpSuperfícies Grandes

Accionistas e inversores

20 kWp - 1MWpGrandes superfíciesde tejado

GranjasPolígonos Industriales

SolucionesArquitectónicasSoluciones

Arquitectónicas

Tejados y FachadasObra nueva / reformas

Edificios de usogeneralInstituciones Públicas

Proyectos para PYMESProyectos para PYMES



SunTechnics: Red de Distribución Internacional

Red de Asociados: 127 distribuidos en Alemania, Luxemburgo, Suiza, Austria, España y Portugal

SunTechnics Alemania

Central en HamburgoDesde 199680 Asociados

SunTechnics Alemania

Central en HamburgoDesde 199680 Asociados

SunTechnics Austria

Central en VienaDesde 19966 Asoiciados

SunTechnics Austria

Central en VienaDesde 19966 Asoiciados

SunTechnics Suiza

Central en KüsnachtDesde 19988 Asociados

SunTechnics Suiza

Central en KüsnachtDesde 19988 Asociados

SunTechnics España

Central en MadridDesde el 200033 Asociados

SunTechnics España

Central en MadridDesde el 200033 Asociados

SunTechnics Portugal

Central en LisboaApertura 2005

SunTechnics Portugal

Central en LisboaApertura 2005



SunTechnics: Líder del Mercado Europeo en Distribución de SolucionesGlobales para Energía Solar Fotovoltaica

en MWp41

1 72

5

70

10 140

10270

35

0

50

100

150

200

250

300

350

2000 2001 2002 2003 2004

SunTechnics

Resto del mercado



Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas

¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?

DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red

La Tecnología fotovoltaica

Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro

La célula A-300Módulos STM 200/210 F

Aplicaciones e instalaciones de referencia

Índice



484,2710,2410.2378.9181,1482050

376,7610,6510.6468.6001,2382040

267,5010,6110.6098.1301,3052030

167,409,099.0937.5401,2062020

81,877,927.9156.8301,1592010

6,916,916.9086.1301,1272000

GtCGtCacumuladosacumulados

GtCGtCanualesanuales

Toneladas de Toneladas de carbcarbóón (MM)n (MM)

HABITANTEHABITANTES (MM)S (MM)

Toneladas de Toneladas de carbcarbóón n perpercapitacapita

Escenario mundial

PREVISIÓN DE EMISIONES CO2 HASTA 2050 (IEA)

IEA, escenario optimista



El futuro de la energía solar

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060

Por definir

Energía geotérmica

Energía solar

Nueva biomasa

Energía eólicaEnergía hidráulicaBiomasa trad.

Energía nuclearGas natural

Petróleo

Carbón

En

erg

ías

ren

ovab

les

Exajoules*

+ 230 %










Índice




Definición:

Energia Solar es la energía radiante producida en el Sol comoresultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, queinteractúan con la atmósfera y la superficie terrestres.

Tipos de sistemas:Sietemas aisladosSistemas conectados a red



Sistema fotovoltaico aislado

Composición de un sistema fotovoltaico aislado

Reguladorde carga

=~ (

~230V

Los sistemas aislados permiten el abastecimiento autónomo de electricidad y se configurande acuerdo con su aplicación



Sistema Fotovoltaico conectado a red

1

2

3

4

5

9

8

7

6

10

Campo Solar formado por módulos solares

Bastidor de montaje

Líneas de conexión de módulos

Caja de conexión

Linea principal de corriente continua

Interruptor DC

Inversor

Linea de Red

Contador de inyección

Caja de protecciones de la finca

Red pública

Contador de consumo

Conexión equipotencial

11

12

13

Los tamaños de los distintos elementos no son proporcionales a la realidad

PAS=

1

2

3

4

5

678

9

1311

12

10

XConsumidores










Índice



La célula solar, el panel o módulo solar, y el generador solar

Célula solar Panel o módulo Generador solarCélula solar Panel o módulo Generador solarCélula solar Panel o módulo Generador solar

Principios básicos, funcionamiento y componentes



Las células solares de silicio cristalino: El presente

Visión global de la tecnología de células solares

Tecnología Rendimiento Laboratorio / Serie

Estatus Precio Comentario

Silicio monocristalino

24% 13 – 18% 3 – 5 Euro/Wp

Silicio policristalino

18% 12 – 16% 3 – 5 Euro/Wp

Aplicación de potencia acreditada

Silicio amorfo 12% 8%

Producción industrial 2,5 – 6

Euro/Wp Potencia poco estable

GaAs 25% 17% Series reducidas

? Sólo en la astronáutica

Telururo de cadmio (CdTe)

16% 9% Producción piloto

?

CIS 18% 11% Producción piloto

?

Gran potencial de reducción de costes



Grados máximos de eficiencia de las células

Grados de eficienciaactuales

Si Cristalino 15% - 20%

CIS 12%

a-Si tripple 9%



Estructura de una célula solar de silicio

Electrodonegativo

Electrodopositivo

Silicio condotación p

Capa límite

Silicio condotación n

está compuesta por una capa de electrodos negativos y una capa de electrodos positivos.

La energía luminosa se transforma directamente en corriente eléctrica.



El módulo: Optimización de la potencia alcanzada

Tensión eléctrica

Intensidad,potencia

MaximumPowerPoint

Tensión nominal (UMPP)

Corriente nominal (IMPP)

Diagrama de corriente

Diagrama depotencia

Tensión a circuito abierto (Uoc)

Corriente de cortocircuito (Isc)

Un panel alcanza su nivel de potencia máxima, cuando se opera en el punto de corriente máxima (MPP) y mediante la adaptación de la carga



Curvas características reales

Cor

rient

e Grado de luminosidad

Cuanto más alta sea la temperatura,

menor será la tensión.

Cuanta más luminosidad,

mayor corriente.

Tensión Tensión

-10°C

70°C

Cor

rient

e

25%

50%

75%

100%MPP



La curva I-V como curva inversa de diodo

STC Standard Test Condition25°C Temperatura de Célula1000 W/m22 m/sec Velocidad del vientoAir Mass (AM) 1,5

MPP Maximum Power Pointcuando VxI = maxima

El inversor define el punto MPP enGrado de eficiencia estáticoGrado de eficiencia dinámico



El inversor: Funciones y tipos

Los inversores convierten la corriente continua generada en corriente alternaapta para ser inyectada a la red

Funciones:

Conversión e inyección de la corriente eléctrica solarFuncionamiento de los módulos en el punto óptimoComprobación de contactos a tierra o cortocircuitos en la instalaciónControl de la red de generaciónEventualmente, registro de la energía generada

Modelos básicos:

Inversor central (todos los paneles están conectados a un inversor)Inversor de conexión en serie (hasta 40 paneles se conectan en serie al inversor)



Perfil de potencia del inversor

Curva de rendimiento del inversor Distribución de la energía irradiadasegún areas de potencia

0

1

2

3

4

5

6

7

50 150 250 350 450 550 650 750 850 950

Ámbito de potencia en W/m²C

ontri

buci

ón e

nerg

étic

a en

%

0102030405060708090

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Potencia en % de la potencia nominal AC

Ren

dim

ient

o en

%

Adaptación óptima para el aprovechamiento de toda la energía diaria



El sistema fotovoltaico

1 kWp necesita aproximadamente 8 m2

1000 Wp producen de media al año 1350 kWhSur de España 1500 kWh Irradiación 1700 kWh/m2Norte de España 1100 kWh Irradiación 1300 kWh/m2

Inclinación 28° óptimaInclinación 90° aprox. 30% menos producción



Producción en función de la Orientación e Inclinación

Para obtener un 95% de la producción máxima la orientación y la inclinación pueden variar de SurEste a SurOeste y de 10 a 40ºrespectivamente.










Índice



Células monocristalinas



Corte



Superficie antes de la corrosión



Células monocristalinas

Célula monocristalina tratada

Luz



Células con contacto

Células con contacto frontal



Soldadura de cadenas de células

Contacto posterior



Conexión

Mesa de conexión



Laminación

El laminador posee2 cámaras de vacío

CalentamientoVacíoPrensado



Medición de potencia

FlasheadoFogonazo de 1000 W/m2Recorrido de la curva I-V en 10 mseg



Colores de la célula

Células de colorazul y negroposeen el gradode eficienciamás alto



Ancho: 1500 mmLargo: 2500 mmDistancia cadenas za 1.5 –10 mmDistancia células zb 1.5 – x mmDistancia al marco rb > 15 mmDistancia al marco ra > 20 mm

ra

rbzb

za

b

a

Layout del módulo



Tamaños de células

103 x 103 mm 125 x 125 mm 203 x 203 mm90 Wp 80 Wp 75 Wp










Índice



Nuevos módulos SunTechnics: Tecnología espacial

STM 200 F STM 210 F



Célula solar A-300



Producción en serie de la célula A-300

+–+

+–

–

Superficie tratada

PN

N

PPOblea de silicio monocristalino de 250 µ de grosor

Contactos al dorso



La célula de los records

Eficiencia: > 20 %

Tamaño 148.9 cm2

Voc 678 mVJsc 39.5 mA/cm2

FF 0.803



Nº 1 entre los módulos

16,8% módulo



Características del STM 210 F

STM 210 F … el módulo para aplicaciones de potencia máxima

• Potencia 210Wp (-0%/+3%)• Isc5,7A Uoc47,8V Imp5,3A Ump40,0V• Las células: más de 20% de eficiencia• 25 años garantía del rendimiento (80%)• 10 años garantía de producto• Marco de aluminio anodizado• Cristal de 4mm• Film de TEDLAR en blanco• Enchufes MC, cable Radox, Caja de Tyco• Medidas: 1560 x 800 x 42 mm³• Fabricado en Alemania



Características del STM 200 F

STM 200 F … el módulo para aplicaciones estéticas

• Potencia 200Wp (-0%/+3%)• Isc5,7A Uoc47,8V Imp5,0A Ump40,0V• Las células: más de 20% de eficiencia• 25 años garantía del rendimiento (80%)• 10 años garantía de producto• Marco de aluminio anodizado• Cristal de 4mm• Film de TEDLAR negro• Enchufes MC, cable Radox, Caja de Tyco• Medidas: 1560 x 800 x 42 mm³• Fabricado en Alemania



Comparación de eficiencias

Vista general de eficiencias de módulos

170

175

180

185

190

195

200

205

210

215

220

225

14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5Gross Module Efficiency (%)

Rat

ed P

ower

(wat

ts)

SunTechnics

Sharp

BP Solar

Sanyo

RWE

IBC (Q-cells)

STM 200 F

STM 210 F



Coeficente de temperatura

Reducción de rendimiento: -0.38 %/°C(en función de la temperatura)

0.450

0.500

0.550

0.600

0.650

0.700

0 20 40 60 80

Temperature (ºC)

Ope

n C

ircui

t Vol

tage

(V)

SunPower cell-1.87 mV/ ºC

Conventional cell-2.2 mV/ ºC



SPECTRAL RESPONSEE

xter

nal Q

uant

um E

ffici

ency

, %

0

20

40

60

80

100

AM 1.5 global spectrum

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

Conventional Cell

Célula SunPower



Características del producto

• Eficiencia más alta:• + Watios/ m²• - gastos de estructura y mano de obra

• Coeficente de temperatura más bajo

• Excelentes prestaciones con baja radiación(rápida activación de la célula)

• Aprovechamiento de un espectro de luz másamplio



Instalación piloto en la NASA (5 kWp)



Sistema piloto de SunTechnics

• En Landshut (Alemania) para comprobar la producción adicionalpor: – Coeficiente de temperatura bajo– Prestaciones excelentes con baja radiación– Espectro de luz útil más amplio

• Comparación directa entre módulos STM 210 y módulospolicristalinos comunes

• Medición y seguimiento de los datos por sistema de monitorización

Instalación de un sistema piloto de SunTechnics en el sur de Alemania con módulos STM 200 F



La tecnología del futuro










Índice



Térmica y fotovoltaica combinados



Módulos que sustituyen a tejas de pizarra



Tejas solares



Instalación SunTechnics AlterSun, Barcelona: 94 kWp

588 módulos C160 P

Inversor Solarmax 100

Soporte para tejado plano



Instalación SunTechnics ENERSOL, Alicante: 94 kWp

588 módulos C160 P

Inversor Solarmax 100

Soporte STG 65 paratejado inclinado



Instalaciones de Referencia: Proyectos Especiales



Instalación SunTechnics: Células Verdes en Tübingen (Alemania)



SunTechnics AlterSun, 60 kWp: Integración en fachada (Barcelona)

400 módulos C160 P

Inversores STW4600

Integración en fachada



Casa de la Juventud de San Sebastián de los Reyes, Madrid: 61,5 kWp

Módulos Conergy C 123 P

Inversores SMA SWR 2500

Integración en fachada



Centro de Innovación Fennel, Alemania: 302 kWp

Módulos SF115

Inversores Solarmax 100

Soporte: desarrollo especial



Simulador de vuelo, Suiza: 120 kWp

Soporte invisible: desarrollo SunTechnics



Instalaciones de Referencia: Grandes Proyectos



Parque Solar SunTechnics: 4 MW Hemau (Alemania)

Municipio Hemau, Alemania

40 instalaciones: un total de 4 MWp

Puesta en marcha: diciembre 2002

Rendimiento anual: 3.786 MWh

Ahorro CO2: 71.000 t



Gracias por su atención

Tecnología Fotovoltaica

Documents

Transcript of Tecnología Fotovoltaica