[Música]
Es renovable cualquier proceso que no
altere el equilibrio térmico del planeta,
que no genere residuos irrecuperables,
y cuya velocidad de consumo no sea
superior a la velocidad de regeneración
de la fuente energética y de la materia prima utilizada en el mismo.
En 1889, Joseph John Thompson demostró la existencia
de una partícula subatómica cargada negativamente,
que posteriormente fue conocido como electrón.
Fue diez años más tarde cuando Ernest Rutherford completó el esquema
de la estructura del átomo que definió como un núcleo compuesto
por partículas con cargas positivas,
protones, y cargas neutras, neutrones,
alrededor del cual orbitan a distancias variables los electrones.
El paso de estos electrones en un
conductor es lo que comúnmente llamamos corriente eléctrica.
El efecto fotoeléctrico se refiere al conjunto de
fenómenos eléctricos provocado por la acción de la luz.
El fenómeno fotovoltaico es la emisión de electrones por un material
denominado semiconductor, cuando los rayos luminosos inciden sobre él.
Fue Albert Einstein el primero en proponer una explicación a este hecho,
utilizando el concepto de partícula de
luz, o quantum, conocido hoy como fotón.
Einstein recibió en 1921 el premio Nobel de
Física por la investigación de este fenómeno.
Una de sus aplicaciones son las células y paneles solares,
que utilizan el efecto fotovoltaico para generar directamente
energía eléctrica a partir de la luz del sol.
Esta energía se utilizó en un principio
para suministrar energía eléctrica a los satélites y naves espaciales.
(Música)
Sin que seamos totalmente conscientes de su existencia,
esta tecnología está hoy totalmente integrada en nuestras vidas.
Relojes, calculadoras o farolas son algunos ejemplos de elementos
cotidianos que funcionan gracias al efecto fotoeléctrico.
Los sistemas fotovoltaicos conectados a red lo que permiten es aumentar
la capacidad de la red, aportar energía eléctrica a ella,
y además de esta forma nos tienen un apoyo en mejor calidad en la red.
Sistemas existentes en sistemas fotovoltaicos conectados a red
pueden ser los sistemas institucionales, los sistemas en los colegios,
sistemas de aplicaciones en estaciones de servicio, por ejemplo,
cada vez se ven más de estos sistemas fotovoltaicos
que están consiguiendo que veamos de
forma habitual en todo nuestro entorno
una gran cantidad de aplicaciones en la conexión a red eléctrica.
Dentro de los sistemas conectados a red, en los entornos domésticos
es donde se prevé una mayor evolución futura de estos sistemas como tal.
La ventaja que tienen es que en cualquier
casa que tengamos un tejado disponible, una terraza que tenga una buena
iluminación, se puede montar un pequeño
sistema doméstico que nos dé apoyo a la conexión a red.
Eso tiene un coste inicial, evidentemente, de instalación,
pero al medio o largo plazo, entre los 10, 20, 30 años de duración
de estas instalaciones, nos permite amortizar mucho más que ampliamente
el equipo instalado y además ahorrar un montón de energía eléctrica
para nuestro propio bolsillo porque es ahorro que estamos ejerciendo
como tal y no comprando a la compañía eléctrica.
Así los sistemas, como digo, domésticos, pues tanto en urbanizaciones,
apartamentos, viviendas unifamiliares,
son unas aplicaciones que en el futuro
a corto plazo tienen que tener una mayor expansión.
Dentro de los sistemas fotovoltaicos conectados a red,
los más impactantes visualmente suelen ser los edificios institucionales
o aplicaciones, digamos, de demostración.
Así existen sitios bastante conocidos como son la pérgola que se montó
hace ya unos cuantos años en el Palacio de la Moncloa, aquí en Madrid,
en la residencia del presidente del
gobierno, sitios también institucionales
como son edificios, el edificio de Telefónica en Madrid
en las Tablas, la biblioteca de Mataró en Cataluña.
Existen en España ya del orden de 30, 40, 50 cada vez más, como digo,
instituciones y edificios representativos que están utilizando
estas tecnologías fotovoltaicas para darle un toque sostenible,
un toque, digamos, de futuro y de avance global en el futuro
de las energías aplicadas a la edificación.
Y la gran aplicación reina hoy en día de la energía
fotovoltaica es la gran central conectada a red.
Llevamos ya los últimos tres o cuatro
años, sobre todo en países como Alemania,
Estados Unidos y España, que ya es el segundo país mundial,
en instalaciones grandes conectadas a red, una gran profusión de centrales
siguiendo el concepto de huerta solar,
que se puede ver en cualquier carretera
nuestra a los lados del camino, igual que antes se veían huertas
que producían tomates o cualquier tipo,
digamos, de verduras o de legumbres
o hortaliza o frutales, ahora vemos huertas solares que usando terrenos
normalmente baldíos, aprovechan su zona para obtener energía eléctrica.
Estas huertas son sistemas pequeños o
medianos, entre los 10, 20, 50, 100 kW
hasta los varios megavatios, 10, 20, 50 megavatios, y luego ya existen
ya a partir de ahí los grandes sistemas de conexión a red,
con centrales entre los 10, 20, 50, 100 megavatios, cada día se están
haciendo más grandes, que permiten obtener de forma masiva
una producción eléctrica elevada y ser una de las fuentes que también
está compitiendo por hacerse un camino
dentro de la generación de energía eléctrica
después de la eólica, que es la mayor fuente de energía renovable
hoy en día con integración en la red
española, la segunda es la fotovoltaica
que estamos llegando ya a finales del año 2008 a los 2000 megavatios
de potencia de energía eléctrica conectada a la red.
Esta es una casa solar que participó en un concurso de viviendas
hechas por estudiantes en Estados Unidos,
el concurso se llama Solar de Catlón
y la Universidad Politécnica participó en el año 2005
con un prototipo que pretende ser energéticamente
autosuficiente y utilizar el sentido común
es decir, la casa está diseñada según
principios de arquitectura bioclimática
que quiere decir que utiliza el clima a su favor, utiliza la energía solar
en el interior de la vivienda cuando interesa y no la deja entrar
cuando esa energía tiene demasiado calor asociado.
Después tenemos bastante superficie de paneles solares fotovoltaicos
para producir toda la electricidad que
necesita, son un total de 8 kilovatios
repartidos un 90% arriba en la cubierta y un 10% aquí en la fachada.
La vivienda tiene todas las comodidades de una vivienda pequeña
pensada para una familia de dos o tres personas, lavadora, secadora,
lavavajillas, nevera, en fin, todos los electrodomésticos e incluso
está diseñada para alimentar un pequeño coche eléctrico.
En total, esta casa puede producir en un día entre dos y tres veces
lo que consume una familia española media.
La vivienda fue diseñada para funcionar aislada de la red eléctrica,
es decir, tiene unas baterías que permiten acumular la energía eléctrica
durante el día y utilizarla por la noche o cuando no haya disponibilidad
procedente de los paneles.
Esta es una característica muy particular del concurso y de hecho
después la hemos adaptado de manera que ahora esta vivienda funciona
conectada a la red, que es una aplicación
que en España hace ya bastantes años
que se está utilizando y de forma que podemos investigar con ella
al tiempo que estamos inyectando energía en
la red de esta escuela de telecomunicación.
La vivienda tiene unos 70 metros cuadrados, un dormitorio, una oficina,
un salón, un comedor, la cocina y el cuarto de baño,
que son los espacios mínimos que teníamos que asegurar.
También tiene un sistema móvil para crear espacios abiertos o cerrarlos
en función de las necesidades de los habitantes.
Además de energía solar fotovoltaica para producir electricidad,
la vivienda tiene 6 metros cuadrados de
colectores solares para agua caliente sanitaria.
Es una aplicación muy eficiente, se les llama
tubos de vacíos, más eficiente que el panel plano
convencional, pero nos pareció interesante
porque también hemos intentado extraer una función arquitectónica
tanto de los paneles térmicos como de los paneles fotovoltaicos,
que cumplan, además de su función energética básica,
que cumplan alguna función en ayuda, en apoyo a la arquitectura.
Las baterías y los equipos inversores
están en la parte de atrás de la casa,
que es la más fresca, de manera que separamos lo que serían
los cuartos de instalaciones de los cuartos o de las
habitaciones de un uso más cotidiano, más social.
(Música)
La manera de producir electricidad a partir de la luz
ha ido evolucionando a lo largo de los años
y las constantes investigaciones mejoran día a día, de forma notable,
el rendimiento de las células fotovoltaicas,
pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo.
El fundamento físico de la célula solar
tiene su origen en el efecto fotovoltaico o fotoeléctrico.
Fotovoltaico no significa otra cosa que
convertir la luz del sol directamente a voltios.
Fue identificado por Bécqueret en 1839.
Se produce al incidir la radiación solar
sobre un tipo de materiales denominados semiconductores.
Al incidir los fotones en estos materiales,
denominados como hemos dicho semiconductores,
se produce un desorden caótico en el interior de los mismos,
del cual vamos a ser capaces de sacar electricidad.
Sabemos que el átomo, en su constitución más básica,
está constituido por electrones y por protones.
Los protones se encuentran en el núcleo
y los electrones se están girando en órbitas alrededor del núcleo.
El número de protones es exactamente igual al número de electrones.
Se ha observado que el número máximo de
electrones que puede tener el átomo en cada capa
responde a una expresión que es 2N2, de tal forma que en la primera capa,
el átomo, el número de electrones que tiene,
son 2 por 1 al cuadrado, lo que equivale a 2 electrones.
En su segunda capa, el átomo tiene 2 por 2,
puesto que es el número de la segunda
capa, al cuadrado serían 8 electrones.
En la tercera capa tendría 3 electrones,
que al cuadrado son 9,
que por 2 son 18 electrones, y así sucesivamente.
Atendiendo a la carga eléctrica que tienen los átomos,
estos se pueden clasificar en positivos, negativos o neutros.
Si por ejemplo observamos el átomo de litio,
vemos que en principio tiene 3 protones en el núcleo
y 3 electrones en sus órbitas, es un átomo neutro.
Pero si por cualquier razón somos capaces de desprender un electrón,
que como veremos luego será de su última órbita,
este átomo de litio se va a quedar cargado
positivamente al perder un electrón.
Si este electrón va a asociarse a otro átomo de litio cercano,
ya este átomo de litio, que en principio era
neutro, va a quedar cargado negativamente.
Tenemos que diferenciar también
entre átomos estables y átomos inestables.
Un átomo es estable cuando tiene completa su última capa,
según la expresión que hemos comentado antes de 2N2.
Completa o al menos 8 electrones en ella.
Así, por ejemplo, el átomo de litio antes mencionado
es un átomo claramente inestable, puesto que no tiene su segunda capa,
que en este caso es la última completa.
Debería tener 8 electrones en su última capa y solo tiene 1.
Por lo tanto, estamos ante un átomo inestable
que con gran facilidad va a desprenderse de ese electrón,
de la última capa, la segunda, para convertirse en
un átomo estable, de tal forma que su ya última capa,
que será la primera, tendrá 2 electrones, pero es una capa completa.
Otro átomo inestable, pero por razón
contraria a la anterior, es el átomo de flúor.
El átomo de flúor ocupa el lugar número 9
en el sistema periódico de los elementos.
¿Esto qué significa?
Que tiene 2 electrones en su primera capa
y le quedan 7 hasta 9 para su segunda capa.
Esta capa está incompleta.
El átomo de flúor va a intentar completar su última capa.
En este caso, le resulta más fácil
atraer a un electrón para completar su última capa
que desprenderse de 7 para que su última capa,
que ya sería la primera, quede completa.
Los átomos, al igual que las personas, tienden a ocupar
lugares estables, tendemos a ser estables en la vida,
y para ello, además, al igual que nosotros,
tienden a hacerlo con el mínimo esfuerzo,
utilizando la mínima energía.
Veamos ahora los cuerpos conductores y los cuerpos aislantes.
Analicemos para ello el átomo de cobre.
El átomo de cobre ocupa el lugar número 29
en el sistema periódico de los elementos.
Y según la expresión que hemos comentado antes
del número de electrones que va en cada capa, 2N2,
para el cobre, en su última capa, sólo le queda un electrón.
Al quedarle únicamente un electrón,
el cobre es claramente conductor.
Va a tender con gran facilidad a desprenderse de ese electrón.
Le resulta mucho más cómodo desprenderse de ese último electrón
a atraer 7 electrones para tener como
mínimo 8 electrones para hacerse estable.
De este modo, si conectamos a un material de cobre un potencial positivo,
éste atraerá al electrón de la última capa del átomo más próximo a él,
quien a su vez, al quedarse cargado positivamente,
atraerá al electrón vecino y así consecutivamente.
De tal forma que estamos produciendo un desplazamiento de electrones
que da lugar a lo que conocemos como corriente eléctrica.
Abordemos ahora el tema de los semiconductores
intrínsecos, el silicio o el germanio.
¿Qué pasa, por ejemplo, con el silicio?
El silicio ocupa el número 14
en el sistema periódico de los elementos.
¿Esto qué quiere decir?
Que tiene 2 en su primera capa, que tiene 8 en su segunda capa,
y ya van 10 y hasta 14, solo le quedan 4 para su última capa.
Luego el silicio, en su última capa de valencia, tiene 4 electrones.
No es un átomo estable porque no tiene 8 o no la
tiene completa, pero tampoco es un átomo inestable
porque está justo en el medio, digamos.
Le cuesta el mismo trabajo desprenderse de esos 4
que atraer a otros 4.
Por eso se le llama un cuerpo semiconductor.
Los semiconductores se van a agrupar entre sí
formando una estructura cristalina con un enlace
que se llama covalente, de tal forma que cada átomo,
en este caso, por ejemplo, de silicio, va a tener alrededor suyo
otros 4 átomos de silicio, compartiendo electrones 2 a 2,
de tal forma que ya a cada uno de ellos les van a quedar 8 electrones
en su última capa y van a constituir una estructura estable.
Esta estructura corresponde a un semiconductor intrínseco
que para electrónica y para el tema que nos está ocupando
de paneles fotovoltaicos, a nosotros no nos sirve.
A nosotros los que nos sirven son los semiconductores extrínsecos.
¿Qué es un semiconductor extrínseco?
Cuando en esa estructura cristalina que tenemos formada por átomos,
muchos átomos de silicio, somos capaces de inyectar,
somos capaces de meter átomos
de otro elemento, del lugar que tenga 4
electrones de valencia en su última capa,
que tenga 3 electrones de valencia en su última capa,
o que tenga 5 electrones de valencia en su última capa,
uno de más o uno de menos, estaremos en el caso
de los semiconductores extrínsecos.
Veamos el semiconductor extrínseco tipo N.
El semiconductor extrínseco tipo N es cuando inyectamos elementos
en una minoría con respecto a los que tenemos de
silicio, elementos, por ejemplo, de antimonio.
El antimonio tiene 5 electrones en su última órbita.
Se van a asociar, se van a acoplar,
se van a emparejar con el resto de átomos de silicio,
pero a cada unión le va a sobrar un electrón, porque se comparten 2 a 2
y va con el de silicio para poder compartir 4
de los 5 que tiene y otro electrón se va a quedar suelto.
A esto decimos que es un electrón libre,
que tenemos un electrón libre en la estructura.
La estructura como tal sigue siendo eléctricamente neutra,
¿por qué? Porque los 5 electrones que tiene en la última órbita
el antimonio, están correspondidos con los
electrones que tiene en el núcleo el antimonio.
O sea, que como tal la estructura es eléctricamente neutra.
Lo que pasa es que hay unos electrones libres que vamos
a ver enseguida qué es lo que va a ocurrir con ellos.
Otro semiconductor es el semiconductor
extrínseco tipo P.
Si en lugar de inyectar
a la estructura que teníamos de silicio
el elemento que hemos dicho anteriormente,
el antimonio, le inyectamos por ejemplo boro, que tiene 3 electrones
en su última órbita, entonces también van a intentar casarse, asociarse
y meterse en esa estructura los átomos de boro.
De tal forma que compartiendo 2 a 2,
como los de silicio tienen 4
para compartir y los de boro solo tienen 3,
van a compartir 3 pero va a quedar un hueco.
Va a quedar uno que no se va a poder compartir
y a eso le llamamos un hueco y por eso a esta estructura
se la va a llamar semiconductor extrínseco tipo P.
El semiconductor extrínseco tipo P tiene
unos portadores mayoritarios que van a ser
huecos, mientras que
el semiconductor extrínseco tipo N va a tener unos portadores
mayoritarios que van a ser electrones.
¿Qué ocurre si unimos el semiconductor
tipo P con el semiconductor tipo N?
Pues lo que va a ocurrir es que debido
a una ley de difusión, los electrones
del semiconductor extrínseco tipo N van a
tender a querer pasar hacia el semiconductor
tipo P y los huecos
del semiconductor tipo P mayoritarios van a tender
a querer pasar hacia el semiconductor tipo N.
Se van a encontrar en una zona que llamamos de unión
y al encontrarse un electrón y un hueco se anula el
efecto de ambos, quedando ahí una barrera
que llamamos una barrera de potencial y impidiendo que
siga habiendo recombinación de electrones y huecos.
La zona P, que en principio era neutra, al haber
perdido el exceso de portadores mayoritarios
nos va a quedar cargada negativamente, mientras
que la zona N que también al principio era neutra
al haber perdido los electrones que tenía
como mayoritarios se va a quedar cargada positivamente.
Luego tenemos
que dentro de esa unión se nos ha quedado cargada, la zona P es
de carga negativa, mientras que la zona N es de carga positiva.
Por lo tanto va a existir una diferencia de potencial
en la zona de unión.
La tensión que aparece en la zona de unión P-N se llama
barrera de potencial y es esta barrera precisamente
la que impide que siga habiendo una recombinación
la que hace que se pare el proceso
de transferencias de electrones y huecos.
Esta barrera de potencial en el caso de silicio suele ser de 0,2 voltios
y en el caso de germanio de 0,5 voltios.
Ahora, si nosotros colocamos esta unión que tenemos
N-P, mirando el N hacia la parte del Sol, somos capaces
de hacer un circuito con ella a través de unos
conectores para poder conectar unos cables
tanto por la parte superior como por la inferior
y cerramos un circuito
a oscuras no pasaría absolutamente nada, pero cuando tengamos la luz
solar, los fotones de la radiación solar van a
romper esta barrera de potencial, van a hacer
que se puedan seguir, mientras haya luz, evidentemente, que se pueda
seguir esa recombinación de electrones
van a salir en este caso los electrones por el
circuito exterior y vamos a tener una corriente eléctrica. En definitiva
estos son los fundamentos de la célula
solar fotovoltaica.
(Música)
Las placas y paneles fotovoltaicos
son solo una pequeña parte de los elementos necesarios
para aprovechar la electricidad generada por el Sol.
Otros dispositivos técnicos son necesarios
para conformar las instalaciones eléctricas.
Se les denomina subsistemas.
Las instalaciones fotovoltaicas se pueden dividir o en ellas
se pueden distinguir tres subsistemas de los que vamos a hablar.
Por un lado lo que es el generador fotovoltaico
que está compuesto por los paneles
otro subsistema es el acondicionador de carga
que es toda la parte eléctrica o electrónica que
permite utilizar la electricidad bien de forma
en forma de corriente continua o bien en forma de corriente alterna y si
no es almacenada de energía está la batería y el sistema de acumulación.
El generador fotovoltaico es el subsistema principal de una instalación
fotovoltaica y está compuesta por los paneles que agrupan las células
esos paneles se conectan en serie en paralelo para tener la potencia
que necesitamos tanto en tensión como en corriente.
El objetivo del panel evidentemente es captar la máxima
radiación solar, es decir la mayor parte o toda la energía
del sol que llega a la superficie de los paneles que sea captada
y eso va a depender de parámetros de diseño, parámetros geográficos
y de la posición del sol
esos son los tres parámetros que se tienen que tener
en cuenta a la hora de diseñar el generador fotovoltaico.
La posición del sol se determina a través
de la altura y el azimut, la altura es porque sabemos que
la posición del sol va cambiando a lo largo del día
a lo largo de las horas del día y de un
día a otro a lo largo del año el sol va cambiando
pero siempre tiene una posición que se puede
calcular perfectamente en cada instante.
Esa posición se define mediante
dos parámetros, la altura solar que es la altura
que hay desde el horizonte hasta donde está el sol y el azimut
que es la desviación que tiene con el sur geográfico.
Entonces y eso es perfectamente conocido
el siguiente punto a tener en cuenta a la hora
de hacer el diseño de la instalación fotovoltaica
del generador fotovoltaico es el clima y el lugar.
Hay aspectos que son climatológicos como la existencia
de nubes y la temperatura porque como ya se
ha comentado antes pues bueno la temperatura influye de forma
significativa en la producción de las células
y evidentemente o por lo tanto en la producción de los paneles
y de la existencia de las nubes es decir si estamos
en una zona donde hay cierta tendencia a nubes pues
sabemos que vamos a tener una menor radiación
vamos a producir menos energía solar.
Eso hay que tenerlo en cuenta.
Y luego el tercer aspecto que hay que tener
muy presente a la hora de hacer el diseño de la instalación
solar es la inclinación que hay, la inclinación
relativa que hay entre el sol y el panel fotovoltaico
porque como hemos dicho una cosa es donde está el sol
el posicionamiento solar y luego otra es
la inclinación que tiene el panel porque lo deseable es que
constantemente el panel fuera perpendicular al sol.
Yo creo que todos tenemos esa idea que
hemos visto prácticamente cuando estás por ejemplo en la playa que
si estás perpendicular, mirando de forma perpendicular al sol
notas que te da más calor mientras que si
estás tumbado o estás oblicuo respecto a
la radiación directa solar pues tienes menos
de alguna manera absorbes menos sol.
Pues bueno, esto también pasa con el panel, es decir, en una instalación
fotovoltaica el generador fotovoltaico debería en todo
momento ir siguiendo al sol de tal manera
que fuera perpendicular, que la superficie del
panel sea perpendicular a la posición del sol.
Esto da lugar a a lo que se llama el seguimiento
solar, es decir, los paneles pueden ser fijos, pueden
tener seguimiento en un eje o seguimiento en dos ejes.
Los sistemas fijos son pues esos paneles que tienen
una inclinación fija, son los sistemas más simples pero tienen
en contrapartida que son los que aprovechan
menos la radiación solar, los que captan
una menor radiación.
El seguimiento de un eje son
sistemas en los que se va siguiendo
normalmente el sol de este a oeste, tienen una
inclinación fija pero mediante un motor
constantemente se va ajustando su posición
para estar, para seguir lo más posible
al sol, teniendo en cuenta que esa inclinación es
fija. Son sistemas más caros porque ya se está moviendo
todo el panel, todo el sistema de paneles se está moviendo en un eje
y es, como digo, es más complejo, es más caro, pero tiene
la ventaja de que se capta mayor.
Y el sistema, digamos, ideal sería el seguimiento de dos ejes.
Si hemos dicho que la posición del sol se
podía determinar mediante dos parámetros, pues
con dos movimientos o un movimiento en
dos ejes, podríamos estar garantizando,
se puede garantizar que en todo momento
la superficie del panel es perpendicular a la posición del sol.
Son los sistemas que permiten captar la mayor radiación posible
pero son los sistemas más complicados, tanto en mantenimiento
como en construcción, porque se necesita un doble
sistema de motores que vayan moviendo toda la estructura
y sobre todo que sean lo suficientemente robustos
para mantener la estructura fija orientada
al sol en condiciones por ejemplo de viento.
Para de alguna manera ir teniendo algunos números, hay que decir
que la radiación sobre una superficie horizontal en España
a nivel del mar, el valor medio es un kilovatio metro cuadrado.
Entonces como ya se comentó antes, si las células
comerciales tienen aproximadamente un rendimiento del 15
la instalación, pues todo lo que se pierda
termina siendo un 11%, sabemos que por cada metro
de superficie horizontal que tengamos, superficie
plana, un panel está produciendo aproximadamente 110 vatios 120 vatios.
¿Esta cantidad de energía es suficiente o no es suficiente?
Es la que hay, entonces según la aplicación
a veces es necesario tener que almacenarlo
imaginemos una aplicación aislada
en la que su consumo va a ser por la noche la energía
eléctrica se produce y se tiene que consumir en el
instante, es difícil almacenarla, no se puede almacenar
si queremos que haya
esa dilación
entre el momento en el que se produce y el momento en el que se consume
habrá que almacenarla, la forma es mediante
baterías, mediante acumuladores ese es el segundo sistema
o subsistema de una aplicación fotovoltaica en la que sea necesario
almacenar energía, las baterías las baterías están formadas
mediante celdas de 2 voltios aproximadamente y con
distintas capacidades en amperios hora que se van poniendo
en serie hasta que se obtiene la tensión
correspondiente a la salida del panel fotovoltaico, la idea más
habitual y que posiblemente muchos hayan visto en pequeñas
instalaciones aisladas, pues son baterías de coche
y baterías de camión, eso sería una batería
las baterías se definen como los elementos vivos
de la instalación fotovoltaica en el sentido de que
tienen unos ciclos horarios de carga y de descarga
y que por lo tanto terminan siendo los elementos más críticos
desde el punto de vista de duración y mantenimiento, son los elementos
de cualquier instalación fotovoltaica que más hay que vigilar
y que más se van a cambiar a lo largo de la vida de la instalación
es importante en las instalaciones, cuando se enseñan
las instalaciones, tener en cuenta qué tipo de baterías vamos a utilizar
y eso depende mucho de la aplicación y de la
y del rango de potencias con el que trabajemos
las baterías en las aplicaciones fotovoltaicas
normalmente son de níquel-cadmión
y de plomo ácido
las más normales las de plomo ácido tienen la gran ventaja
de que son más económicas tienen la mayor ventaja de su precio
pero también por contra, tienen la desventaja
de que ocupan más volumen, tienen más peso por capacidad, por amperio
por amperiora y evidentemente tienen más
mantenimiento son baterías que normalmente
si son abiertas, pues hay que ir rellenando el electrolito
hay que mantenerla y tienen que estar en lugares ventilados
porque en los procesos de carga y descarga
se produce hidrógeno que si no está
ventilado podría dar lugar a explosiones
la de níquel-cadmio, por el contrario
son más caras son un poco más pequeñas pero tienen
la gran ventaja de que no tienen mantenimiento
para mantener el nivel de carga de las baterías
y de descarga es importante
estar constantemente vigilándolo
porque la vida de la batería depende de esos ciclos
de carga y descarga, para ello están los reguladores, son unos sistemas
electrónicos, bien en serie o bien en paralelo
que vigilan la batería y evitan eso, que se
descargue excesivamente o que se sobrecargue
con la energía que recibe desde el generador fotovoltaico
y el último subsistema que tenemos en cualquier
instalación fotovoltaica es el acondicionador de potencia
es decir, por un lado hemos generado energía eléctrica mediante
el generador fotovoltaico, mediante esa
energía que recibíamos del sol, los
paneles nos producen energía eléctrica en forma continua, si es necesario
almacenarla hemos hablado de ese subsistema de acumulación
de las baterías y reguladores, y ahora nos queda
la parte final, el consumir esa energía
ese consumo de energía se tiene que hacer de acuerdo
con el tipo de carga, si la carga es de pequeña
tensión y es continua, pues casi directamente
la salida de la batería nos permitiría
consumir y alimentar, no sé, por ejemplo
una serie de bombillas o cualquier
otro tipo de carga, un pequeño motorcito
de corriente continua, si por el contrario
lo que queremos o lo que necesitamos en nuestra
instalación es corriente alterna, pues necesitaremos
adaptar o transformar esa corriente continua en corriente alterna
el elemento que lo hace se llama inversor
es un elemento que en la entrada tiene corriente
continua, que vendría del generador fotovoltaico o de las baterías
y a la salida, a las cargas tiene corriente alterna de forma senoidal, si
según sean los requisitos de la carga, pues los acondicionadores
esos acondicionadores, esos inversores
pues podrán ser más simples, es decir, si no
importa que la forma senoidal, pues no sea exactamente senoidal y
el contenido de armónicos, pues no
es un problema para el tipo de carga puede ser un circuito electrónico
relativamente simple o si se requiere una forma de onda muy
buena, prácticamente senoidal, con un bajo
contenido de armónicos, lo que ocurre por ejemplo
cuando se quiere inyectar esa energía en la red eléctrica, pues son
elementos mucho más sofisticados de electrónica de potencia, que
tienen que convertir esa energía en energía
alterna, pues con las condiciones de frecuencia
y de contenido de armónicos adecuado para que lo consuma la red.
España es uno de los países de la Unión Europea
con mayor número de horas de insolación al año
un factor que ha permitido la proliferación de diversos
tipos de instalaciones fotovoltaicas entre las que destacan
las huertas solares.
Estamos en la huerta solar Monte Alto de
Milagro Navarra es una extensión importante
de 50 hectáreas, por lo tanto la visión que tenemos ahora es muy parcial
es una agrupación de propietarios, esta huerta solar
tiene 750 propietarios tiene una potencia de
7,5 MW nominales y de 15, perdón de 9 MW pico el
concepto de la huerta solar es precisamente este
este es el fundamento, que son una inversión diversificada
son múltiples propietarios que comparten un terreno, que comparten
una tecnología, que comparten unos servicios y que los propietarios
en definitiva, de lo único que se preocupan es de estar orgullosos
de haber invertido en energías renovables
de haber invertido en energía solar y por lo tanto,
de que a su vez esta inversión les sea rentable
es una inversión rentable, les llega su facturación a casa
y van amortizando la inversión que han hecho, que en la mayoría
de los casos, o en casi la totalidad ha sido
siempre financiada desde el punto de vista
eléctrico y desde el punto de vista del sistema eléctrico la instalación
es una unidad, como decía de 7,5 MW nominales
que está conectada a la red y que va
a convertirse en una subestación próxima que construimos en su día
La energía solar fotovoltaica tiene por objetivo desbancar
a las fuentes de energía contaminantes
que son las más usuales en la actualidad por este motivo
las legislaciones de los distintos países avanzan con pasos firmes
para regular la aplicación de la energía solar
en el caso de España, la primera medida
ha sido el código técnico de edificación
Las reglamentaciones de los países de la Unión Europea
incorporan dos tipos de reglamentación en el ámbito del ahorro de energía
por un lado están las directivas
que son comunes
a todos esos países y que tienen
como objetivo regular el ahorro energético de los productos
que se intercambian entre los distintos
países por ejemplo, lavadoras, frigoríficos
televisiones las otras reglamentaciones se refieren a instalaciones
las instalaciones como elementos fijos
que son, no tienen libre circulación entre los
países y por tanto tienen un tratamiento diferente
en el caso de las directivas, básicamente se trata de verificar que
el consumo de energía que tienen los aparatos
y equipos es adecuado o suficientemente bajo
tanto desde el punto de vista de uso
como desde el punto de vista del régimen
que conocemos por stand-by o parado, en
cambio en el caso de las instalaciones
las directivas o los reglamentos en este caso establecen algo diferente
tienen por un lado como objetivo establecer como se construyen
o se diseñan esas instalaciones para conseguir que sean suficientemente
eficientes y por otro lado tienen el objetivo de determinar que sistemas
de energías renovables deben instalarse
obligatoriamente en determinadas o en determinados casos
el código técnico de la edificación
es una de las reglamentaciones que afecta
a las instalaciones y que establecen la obligatoriedad
de poner en determinados edificios instalaciones solares fotovoltaicas
el código técnico de la edificación en su sección H5
establece la obligatoriedad de que determinados
edificios que tienen una superficie mínima, incorporen equipos de
generación fotovoltaica estos sistemas fotovoltaicos
están regulados dentro de esa sección de
modo y manera que en función de la superficie
se establece una potencia mínima a instalar
también en función de como esté
localizado el edificio y a que uso se destine, se establecen
factores que aumentan o disminuyen esa potencia mínima a instalar en cada
uno de los establecimientos, ejemplos de ellos son supermercados
centros de ocio, gimnasios naves industriales todo ello en la idea de
incorporar más y más la energía fotovoltaica en superficies en donde las
placas solares tienen posibilidad de instalarse con una cierta
facilidad, el código técnico obviamente impone
estas potencias mínimas en la idea de desarrollar y promover
el uso de energía fotovoltaica
en los edificios más emblemáticos de cualquier ciudad, el código
técnico de la edificación también establece las pérdidas máximas
que se pueden producir en una instalación, no solo la potencia mínima
a instalar y también indica los métodos de cálculo y los parámetros
que hay que utilizar para evitar que la forma de cálculo
lleve a discrepancias entre los valores
que se obtienen en unos lugares o en otros
incluso el código técnico de la edificación establece unas
medidas mínimas de mantenimiento que garanticen que a lo largo
de la vida útil de esta instalación la instalación va a tener el mejor
de los usos y el mejor de los rendimientos.
Como conclusión, podemos decir que el código técnico de la edificación
es una de las reglamentaciones ejemplo de otras muchas
que están preparándose en el ámbito de la
Unión Europea y por supuesto también en España
que tienden o promueven la eficiencia energética y el desarrollo del uso
de sistemas renovables, de energía renovable.
Hace dos años que comenzó a estar en
vigor el código técnico de la edificación.
Es una legislación en la que España es pionera y por
primera vez establece la obligatoriedad de hacer
instalaciones fotovoltaicas en los edificios.
No es aplicable a cualquier tipo de edificio sino a grandes edificios
como hospitales, hoteles, naves, centros de ocio y
el tamaño de la instalación depende de donde esté ubicada en España.
Por tanto, se ha dado un gran paso en la introducción
de la energía solar en la edificación hacia edificios sostenibles
porque pasan de ser no usuarios de energía
sino también productores de energía.
La obligatoriedad del código hace que se establezcan distintas
potencias dependiendo de que la instalación esté en el norte o en el sur
de España, es decir, se adecua al grado de recurso
que tenemos y también a la superficie que tiene el edificio.
Por tanto, se busca
el que se haga un mismo esfuerzo dependiendo de donde
se sitúe el edificio y así haremos instalaciones
mayores en el sur y menores en el norte de España.
Las instalaciones pueden estar conectadas a red y por tanto
tendrían la rentabilidad que cualquier
instalación que se haga como una inversión en un edificio conectado a red
o también pueden estar simplemente pensadas
para autoconsumir la energía que producen.
En cualquier caso
suponen una inversión muy pequeña respecto a la inversión
total del edificio que se puede situar entre el 0,15 y el 0,75% y se
trata de una inversión que en cualquier caso
es rentable, ya que obtenemos unos ingresos o
una disminución de nuestra factura energética.
En el periodo 2007- 2010 se van a hacer
aproximadamente 90 megavatios fotovoltaicos
por aplicación del código técnico.
Esto va a suponer un ahorro en emisiones de CO2
que anualmente se estiman unas 60.000 toneladas año
y solo es el principio de lo que puede suponer una línea de edificios
sostenibles en el que la energía solar
va a jugar un papel bastante importante.
Las instalaciones que se hagan como aplicación
del código técnico tienen la ventaja de que están pensadas
con el conjunto del edificio cuando se genera la idea
de edificio, por tanto están integradas arquitectónicamente
y pensadas para que el edificio y la instalación no sean
dos entes separados, como viene siendo generalmente hasta ahora,
sino que la instalación desde el principio forma parte del
concepto y la estructura del edificio.
La unidad de energía solar fotovoltaica del CIEMAT tiene como objetivo
reducir costes y aumentar el rendimiento
de todos los componentes del sistema fotovoltaico.
Para ello tenemos varias líneas de trabajo, una línea de trabajo
en módulos de silicio amorfo, otra de tecnologías de silicio depositado
y además líneas de trabajo relacionadas con todo el sistema fotovoltaico,
tanto la caracterización de células como módulos, como campos de paneles,
los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios,
la caracterización del resto de los componentes,
los sistemas fotovoltaicos aislados, esto
fundamentalmente en colaboración con países
en vía de desarrollo para aplicaciones profesionales
y también la evaluación y caracterización de plantas fotovoltaicas.
Como ya sabemos todos, la energía solar fotovoltaica ha sufrido
un gran incremento en los últimos años, concretamente
en España, durante el año 2007 ha aumentado la producción en un 200%.
Esto lo que implica es que han aparecido en el escenario
nuevos actores, tales como pequeñas empresas, centros tecnológicos
o grupos de investigación que cada vez nos demandan más sistemas
de medida, la realización de ensayos y el asesoramiento.
Este asesoramiento requerido por estas empresas
nos ha obligado a aumentar nuestras capacidades de ensayos y también
aumentar la calidad de los ensayos que realizamos.
Por otro lado, los ensayos no solo son requeridos
por estas pequeñas empresas que han entrado
hace poco en el sector, sino también en colaboración
con centros de investigación europeos e internacionales, con los que
realizamos esfuerzos conjuntos para aumentar
la fiabilidad de los sistemas fotovoltaicos.
Aquí podríamos mencionar, por ejemplo,
los estudios que se están realizando en relación
con la producción energética de los módulos fotovoltaicos.
Cuando nosotros pasamos de una célula
hasta un campo de paneles, hay una serie
de factores intermedios que intervienen
que hacen que la potencia o la energía
producida por el campo no sea igual
a la suma de las células. Es decir, primero
yo asocio las células en un módulo y
luego yo asocio los módulos en un campo.
A la hora de evaluar la producción
del campo, pues yo tengo que tener en cuenta por un lado, los efectos
ambientales, como pueden ser las variaciones
de irradiancia y de temperatura, pero además otra serie de efectos
como son los efectos posibles de degradación, el efecto
del polvo, funcionamiento a baja irradiancia o simplemente
las pérdidas por desacoplo de los módulos.
En ese sentido, se está realizando un esfuerzo muy grande
y conjunto entre muchos centros de investigación
y empresas del sector, tanto nacionales como europeos, para
llegar a una normativa que establezca los criterios en los que
ha de definirse la producción energética de módulos fotovoltaicos.
Esto ha de ser tanto para los módulos
convencionales de silicio monocristalino
que son los que tradicionalmente se utilizaban,
como para todas estas nuevas tecnologías
que están ahora mismo abriéndose en mercado
y de las cuales podemos mostrar algunos ejemplos en esta terraza.
Tenemos módulos de silicio monocristalino,
policristalino, de lámina delgada, de telururo de cadmio, de cis,
de módulos con contactos posteriores, en fin, una gran variedad
de módulos para los cuales es necesario tener tipificados los ensayos
de manera que estos sean homogéneos en todos los centros europeos.
Además, se puede destacar también, se está realizando
un esfuerzo en la investigación de módulos en concentración
por un lado a nivel de demostración se está probando la viabilidad
de la concentración en panel plano mediante espejos y también
se está realizando un esfuerzo grande en concentración
elevada, en una concentración de 100, 200 o incluso 400 por.
En este tipo de sistema se concentra la luz solar mediante el éndice
de Fresnel, de manera que la cantidad de energía
que llega a la célula solar sería la energía del sol
pero multiplicada ya sea por 100, 200, 400 o incluso 1000 por.
Las empresas de la industria fotovoltaica han conseguido unas importantes
cifras de negocio, gracias al espectacular
crecimiento de la producción solar en nuestro país.
Así, durante el último año, se logró hasta 1000 megavatios de potencia
generada, una cantidad que sobrepasó las expectativas del gobierno.
Es por eso que el Ejecutivo ha tomado medidas para racionar
la producción y ha promulgado el Real Decreto 1578/2008
de 26 de septiembre recientemente aprobado por las Cortes.
El motivo de la aparición de este decreto de 1548/2008
se debe a que en el año 2007 se produjo una burbuja en lo que
aumentó el 200% la producción de potencia por respeto
a la del año anterior. Esto, lógicamente,
disparó totalmente las previsiones que el gobierno tenía establecidas,
ya que se ha superado incluso el límite
que se había puesto para el año 2010.
Esto ha supuesto modificar este año 2010
cuya nueva cifra va a arcilar entre aproximadamente 3000 megavatios y en
2020 llegaremos a una cifra de 10.
000 megavatios.
Esto quiere decir que se ha parado
la remuneración.
La remuneración, la tarifación ha pasado de ser de 44
centímetros de euro por kilovatio a 32.
Esto supone una bajada sustancial,
pero sustancial también en el sentido
de la retribución, ya que hasta ahora
la retribución que teníamos era
del orden del 7 al 8%, ya con esta bajada de tarifa que ha supuesto un
27%, se va a quedar entre un 5 y un 6.
Esto, lógicamente, va a beneficiar a otras
energías renovables como la eólica, por ejemplo.
Vamos a analizar un poco las novedades que este decreto presenta
y lo primero que tenemos que decir
que este gobierno ha hecho una clasificación
de tipos, creando un tipo 1 y un tipo 2, el tipo 1
referente a los edificios y el tipo 2 referente al suelo, favoreciendo
siempre los edificios porque se considera que
se producen menos pérdidas en la red y además
desde el punto de vista medioambiental
el suelo se aprovecha para otras actividades.
El tipo 2 a su vez se divide en dos subtipos,
subtipo 1 y subtipo 2
que corresponde a potencias mayores de
20 megavatios o menores de 20 megavatios.
Esto, lógicamente, va a afectar a la tarifación.
Por lo tanto, esta tarifa de
36 euros corresponderá al suelo y
la de 32 y 34 para los subtipos 1 y 2
intentando siempre favorecer las unidades pequeñas de producción.
Como conclusión, podemos ver
que esta burbuja que se creó en el año 2007, con
esto se va a intentar, lógicamente, que vaya desapareciendo y se regule
de una forma más normal
todo el proceso de fabricación de producción
de energía potencial de la fotovoltaica.
La energía fotovoltaica es una energía limpia, fácil de utilizar,
es inagotable
y además tiene una ventaja con respecto
al resto de las tecnologías renovables
en que se puede producir en cualquier sitio. Por lo tanto,
esa ventaja, ya sea para instalaciones pequeñas
o para instalaciones grandes, nos va a
llevar a que sea una energía distribuida y que donde se genere, se pueda
consumir cualquier casa, cualquier instalación, cualquier edificio,
en este caso, o lo que se haga en el campo.
Evidentemente, la energía fotovoltaica tiene un reto y es el de colaborar
con que las energías renovables tengan como cumplimiento ese
objetivo del 20% de energía primaria que se ha establecido
en la Unión Europea y con ello contribuir a
que haya menos gases de efecto invernadero
y menos consumo de combustibles fósiles.
La energía fotovoltaica tiene un reto dentro de lo que va a ser a futuro
en el mundo, que para 2050
más o menos está previsto que el 50% de las energías
sean renovables y de ese 50%
la mitad será solar, tanto fotovoltaica como en este caso termosolar.
Por lo tanto, deberemos aprovechar esas ventajas
que tenemos con la energía fotovoltaica.
La salida en España recientemente del nuevo Real Decreto
1578 ha introducido una serie de variaciones en la regulación
que provocan que el ritmo que se tenía hasta ahora
que era aproximadamente en el año 2008 de 1.
000-1.200 MW construidos
se vaya a disminuir hasta los 500
de tope que están establecidos
e incluso que la tarifa desde la tarifa
existente anteriormente a la de ahora
se van a producir unas disminuciones más o menos del 30%.
Eso va a limitar el sector
y va a hacer que también haya en este caso menos puestos de trabajo
y se van a construir esas menos instalaciones
de las que estamos hablando en este caso.
La energía fotovoltaica es una inversión de futuro.
Tenemos que tener en cuenta que más o menos hacia el 2015
la energía fotovoltaica según vaya disminuyendo la tarifa
podrá converger hacia lo que es el precio
de la tarifa doméstica ahora mismo en España.
En ese momento cualquier persona cualquier fábrica
que tenga una superficie en el tejado le costará el mismo dinero
comprarle esa energía en este caso a la distribuidora
o al transportista o hacerse su propia instalación
sacándole con ello además una rentabilidad adicional
a esa inversión. Independientemente de esto, en ese entorno 2015-2016
es posible también que todos los costes
originados por las instalaciones fotovoltaicas, cuando llegue
esa época, los retornos que haya tenido hacia el gobierno
en base a tasas en base a lo que va a ser el propio precio del CO2 o la
sustitución en este caso que es el precio del gas, lleguemos
a devolver a la sociedad todos los gastos
que hayamos originado desde el inicio
de estas instalaciones.
Si se cumplen las expectativas de disminuciones
de costes de las instalaciones fotovoltaicas y con ello las disminuciones
de la tarifa previstas en este caso por el gobierno está más o menos
la senda que está prevista hasta el 2020 nos va a dar una cantidad
de instalaciones en ese momento de unos 10 gigavatios más o menos.
Por lo tanto, desde la Asociación de la Industria Fotovoltaica
creemos que esa cantidad que en un principio parece ser
una buena cifra para llegar a ese
establecimiento de tarifas que quiere el gobierno
podría ser todavía el de los 20 gigavatios
que desde la Asociación estamos promulgando más.
Para poder inyectar a las redes la cantidad de
energía que estamos hablando desde aquí al
2020 necesitamos precisamente que en aras
a esa capacidad como energía distribuida que tiene la energía
fotovoltaica, que se hagan colaboraciones entre lo
que van a ser las administraciones, tanto central
como autonómica y en este caso distribuidoras transportistas
y en unión con lo que es la propia industria y como no
con la sociedad, poder hacer que esas pequeñas instalaciones
se vayan integrando paulatinamente en la red y que toda la energía
se pueda introducir de una forma correcta
disminuyendo esas pérdidas de la red.
La energía eléctrica es un elemento clave para
mejorar la calidad de vida y seguir progresando.
Sin embargo, cuando se generan mediante
combustibles fósiles la emisión de CO2
en la atmósfera influye negativamente sobre el medio ambiente.
Las centrales nucleares por su parte producen residuos
radioactivos que tardan siglos antes de
ser inocuos para el hombre y la naturaleza.
En cambio, las llamadas energías verdes, definidas como limpias
e inagotables, tienen un impacto mínimo sobre nuestro entorno.
Entre ellas destaca la solar fotovoltaica,
que por la facilidad de su implantación,
por la conversión directa de la radiación solar en electricidad
y por su distribución cercana a los centros de consumo, la convierte
en una energía idónea para un mundo que demanda cada día más energía
segura y respetuosa con el medio ambiente
para así contribuir a un desarrollo sostenible.
[Música]