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Energia Solar Luis
Guia de Trabajo 1, Parametros de las celdas solares.pdf
Este tipo de energa se usa para alimentar innumerables
aplicaciones y aparatos autnomos, para abastecer refugios o viviendas aisladas de la red elctrica y para producir electricidad a gran escala a travs de redes de distribucin. Debido a la creciente demanda de energas renovables, la fabricacin de clulas solares e instalaciones
fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los ltimos aos.[3] [4] Entre los aos 2001 y 2015 se ha producido un crecimiento exponencial de la produccin de energa fotovoltaica, doblndose aproximadamente cada dos
aos.[5] La potencia total fotovoltaica instalada en el mundo (conectada a red) ascenda a 16 GW en 2008, 40 GW
en 2010, 100 GW en 2012 y 140 GW en 2013.[6][7][8][9]
A nales de 2014, se haban instalado en todo el mundo
cerca de 180 GW de potencia fotovoltaica.[10]
Gracias a ello la energa solar fotovoltaica se ha convertido en la tercera fuente de energa renovable ms importante en trminos de capacidad instalada a nivel global,
despus de las energas hidroelctrica y elica, y supone
ya una fraccin signicativa del mix elctrico en la Unin
Europea, cubriendo de media el 3,5 % de la demanda de
electricidad y alcanzando el 7 % en los perodos de mayor
produccin.[11] En algunos pases, como Alemania,[12][13]
Italia[14][15] [16][nota 1] o Espaa,[17] alcanza mximos superiores al 10 %, al igual que en algunos estados soleados
de Estados Unidos, como California.[18] La produccin
anual de energa elctrica generada mediante esta fuente
de energa a nivel mundial equivala en 2015 a cerca de
184 TWh, suciente para abastecer las necesidades energticas de millones de hogares y cubriendo aproximadamente un 1 % de la demanda mundial de electricidad.[11]
Gracias a los avances tecnolgicos, la sosticacin y la
economa de escala, el coste de la energa solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras clulas solares comerciales,[19] aumentando a su vez la eciencia, y logrando que su coste medio de generacin elctrica sea ya competitivo con
las fuentes de energa convencionales[20] en un creciente nmero de regiones geogrcas, alcanzando la paridad
de red.[21] [22] [23] Programas de incentivos econmicos,
primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fotovoltaico y balance neto sin subsidios, han apoyado la
instalacin de la fotovoltaica en un gran nmero de pases, contribuyendo a evitar la emisin de una mayor cantidad de gases de efecto invernadero.[24] La tasa de retorno
energtico de esta tecnologa, por su parte, es cada vez
mayor. Con la tecnologa actual, los paneles fotovoltaicos recuperan la energa necesaria para su fabricacin en
un perodo comprendido entre 6 meses y 1 ao y medio;
Estacin de servicio mvil en Francia que recarga la energa de
los coches elctricos mediante energa fotovoltaica.
La energa solar fotovoltaica es una fuente de energa
que produce electricidad de origen renovable,[1] obtenida
directamente a partir de la radiacin solar mediante un
dispositivo semiconductor denominado clula fotovoltaica, o bien mediante una deposicin de metales sobre un
sustrato denominada clula solar de pelcula na.[2]
teniendo en cuenta que su vida til media es superior a 30
aos, producen electricidad limpia durante ms del 95 %
de su ciclo de vida. [25]
Esquema del campo elctrico creado en una clula fotovoltaica
mediante la unin pn entre dos capas de semiconductores dopados.
Antireection layer
El fsico francs Alexandre-Edmond Becquerel fue el descubridor del efecto fotovoltaico en 1839, fundamental para el desarrollo de las clulas fotoelctricas.
Estructura bsica de una clula solar basada en silicio, y su principio de funcionamiento.
cas y ondas electromagnticas, y sobre todo los de Albert
El trmino fotovoltaico se comenz a usar en Reino
Einstein en 1905, proporcionaron la base terica al efecto
Unido en el ao 1849.[26] Proviene del griego : phos,
fotoelctrico,[30] que es el fundamento de la conversin de
que signica luz, y de -voltaico, que proviene del mbienerga solar a electricidad.
to de la electricidad, en honor al fsico italiano Alejandro
Volta.[nota 2]
El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez
unos diez aos antes, en 1839, por el fsico francs
Alexandre-Edmond Becquerel,[27][28] pero la primera clula solar no se fabric hasta 1883. Su creador fue
Charles Fritts, quien recubri una muestra de selenio
semiconductor con pan de oro para formar la unin. Este primitivo dispositivo presentaba una eciencia menor
del 1 %, pero demostr de forma prctica que, efectivamente, producir electricidad con luz era posible.[29]
Los estudios realizados en el siglo XIX por Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nikola Tesla y Heinrich
Hertz sobre induccin electromagntica, fuerzas elctri-
En un semiconductor expuesto a la luz, un fotn de energa arranca un electrn, creando a la vez un hueco en el
tomo excitado. Normalmente, el electrn encuentra rpidamente otro hueco para volver a llenarlo, y la energa
proporcionada por el fotn, por tanto, se disipa en forma
de calor. El principio de una clula fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado
opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en l: as, se producir una diferencia de potencial
y por lo tanto tensin entre las dos partes del material,
Primera clula solar moderna
como ocurre en una pila.
que esta capa slo se necesita bsicamente para crear la
Para ello, se crea un campo elctrico permanente, a travs ZCE que hace funcionar la clula. En cambio, el grosor
de una unin pn, entre dos capas dopadas respectivamen- de la capa p es mayor: depende de un compromiso entre
te, p y n. En las clulas de silicio, que son mayoritaria- la necesidad de minimizar las recombinaciones electrnhueco, y por el contrario permitir la captacin del mayor
mente utilizadas, se encuentran por tanto:
nmero de fotones posible, para lo que se requiere cierto
mnimo espesor.
La capa superior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo n.[nota 3] En esta capa, hay un En resumen, una clula fotovoltaica es el equivalente de
nmero de electrones libres mayor que en una capa un generador de energa a la que se ha aadido un diodo.
de silicio puro, de ah el nombre del dopaje n, nega- Para lograr una clula solar prctica, adems es preciso
tivo. El material permanece elctricamente neutro, aadir contactos elctricos (que permitan extraer la enerya que tanto los tomos de silicio como los del mate- ga generada), una capa que proteja la clula pero deje
rial dopante son neutros: pero la red cristalina tiene pasar la luz, una capa antireectante para garantizar la
globalmente una mayor presencia de electrones que correcta absorcin de los fotones, y otros elementos que
aumenten la eciencia del misma.
en una red de silicio puro.
La capa inferior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo p.[nota 4] Esta capa tiene por lo
tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro. Los electrones estn ligados a la red cristalina que, en consecuencia,
es elctricamente neutra pero presenta huecos, positivos (p). La conduccin elctrica est asegurada
por estos portadores de carga, que se desplazan por
1.2 Primera clula solar moderna
El ingeniero estadounidense Russell Ohl patent la clula
solar moderna en el ao 1946,[31] aunque otros investigadores haban avanzado en su desarrollado con anterioridad: el fsico sueco Sven Ason Berglund haba patentado
en 1914 un mtodo que trataba de incrementar la capacidad de las clulas fotosensibles, mientras que en 1931,
el ingeniero alemn Bruno Lange haba desarrollado una
fotoclula usando seleniuro de plata en lugar de xido de
En el momento de la creacin de la unin pn, los electro- cobre.[32]
nes libres de la capa n entran instantneamente en la capa
p y se recombinan con los huecos en la regin p. Existir La era moderna de la tecnologa solar no lleg hasta el
as durante toda la vida de la unin, una carga positiva en ao 1954, cuando los investigadores estadounidenses Gela regin n a lo largo de la unin (porque faltan electro- rald Pearson, Calvin S. Fuller y Daryl Chapin, de los
descubrieron de manera accidennes) y una carga negativa en la regin en p a lo largo de la Laboratorios Bell,
de silicio dopado con ciertas
unin (porque los huecos han desaparecido); el conjunto
a la luz. Estos avances conforma la Zona de Carga de Espacio (ZCE) y existe un
la primera clula solar cocampo elctrico entre las dos, de n hacia p. Este campo
difusa de silicio pn, con
elctrico hace de la ZCE un diodo, que solo permite el
ujo de corriente en una direccin: los electrones pue6
de selenio que
den moverse de la regin p a la n, pero no en la direccin
opuesta y por el contrario los huecos no pasan ms que de
n hacia p.
Posteriormente el estadounidense Les Homan, presiEn funcionamiento, cuando un fotn arranca un electrn dente de la compaa Homan Electronics, a travs de su
a la matriz, creando un electrn libre y un hueco, bajo el divisin de semiconductores fue uno de los pioneros en la
efecto de este campo elctrico cada uno va en direccin fabricacin y produccin a gran escala de clulas solares.
opuesta: los electrones se acumulan en la regin n (para Entre 1954 y 1960, Homan logr mejorar la eciencia
convertirse en polo negativo), mientras que los huecos se de las clulas fotovoltaicas hasta el 14 %, reduciendo los
acumulan en la regin dopada p (que se convierte en el costes de fabricacin para conseguir un producto que pu[36]
polo positivo). Este fenmeno es ms ecaz en la ZCE, diera ser comercializado.
donde casi no hay portadores de carga (electrones o huecos), ya que son anulados, o en la cercana inmediata a
la ZCE: cuando un fotn crea un par electrn-hueco, se 1.3 Primeras aplicaciones: energa solar
separaron y es improbable que encuentren a su opuesto, pero si la creacin tiene lugar en un sitio ms alejado
de la unin, el electrn (convertido en hueco) mantiene Al principio, las clulas fotovoltaicas se emplearon de
una gran oportunidad para recombinarse antes de llegar forma minoritaria para alimentar elctricamente juguetes
a la zona n. Pero la ZCE es necesariamente muy delgada, y en otros usos menores, dado que el coste de produccin
as que no es til dar un gran espesor a la clula.[nota 5] de electricidad mediante estas clulas primitivas era deEfectivamente, el grosor de la capa n es muy pequeo, ya masiado elevado: en trminos relativos, una clula que
to escepticismo inicial sobre el funcionamiento del sistema, pero en la prctica las clulas solares demostraron
ser un gran xito, y pronto se incorporaron al diseo de
nuevos satlites.
La Estacin Espacial Internacional, que obtiene su energa a travs de paneles fotovoltaicos, fotograada contra la negrura del
espacio y la delgada lnea de la atmsfera de la Tierra.
Pocos aos despus, en 1962, el Telstar se convirti en
el primer satlite de comunicaciones equipado con clulas solares, capaces de proporcionar una potencia de 14
W.[39] Este hito gener un gran inters en la produccin y
lanzamiento de satlites geoestacionarios para el desarrollo de las comunicaciones, en los que la energa provendra de un dispositivo de captacin de la luz solar. Fue un
desarrollo crucial que estimul la investigacin por parte de algunos gobiernos y que impuls la mejora de los
paneles fotovoltaicos.[40] Gradualmente, la industria espacial se decant por el uso de clulas solares de arseniuro
de galio (GaAs), debido a su mayor eciencia frente a las
clulas de silicio. En 1970 la primera clula solar con heteroestructura de arseniuro de galio y altamente eciente
se desarroll en la Unin Sovitica por Zhors Alrov y
su equipo de investigacin.[41][42]
A partir de 1971, las estaciones espaciales soviticas del
programa Salyut fueron los primeros complejos orbitales
tripulados en obtener su energa a partir de clulas solares, acopladas en estructuras a los laterales del mdulo
orbital,[43] al igual que la estacin norteamericana Skylab,
pocos aos despus.[44]
produjera un vatio de energa mediante luz solar poda
costar 250 dlares, en comparacin con los 2 o 3 dlares
que costaba un vatio procedente de una central termoelctrica de carbn.
Las clulas fotovoltaicas fueron rescatadas del olvido gracias a la carrera espacial y a la sugerencia de utilizarlas en
uno de los primeros satlites puestos en rbita alrededor
de la Tierra. La Unin Sovitica lanz su primer satlite
espacial en el ao 1957, y Estados Unidos le seguira un
ao despus. La primera nave espacial que us paneles
solares fue el satlite norteamericano Vanguard 1, lanzado en marzo de 1958 (hoy en da el satlite ms antiguo
an en rbita). En el diseo de ste se usaron clulas solares creadas por Peter Iles en un esfuerzo encabezado por
la compaa Homan Electronics.[37] El sistema fotovoltaico le permiti seguir transmitiendo durante siete aos
mientras que las bateras qumicas se agotaron en slo 20
das.[38]
En 1959, Estados Unidos lanz el Explorer 6. Este satlite
llevaba instalada una serie de mdulos solares, soportados
en unas estructuras externas similares a unas alas, formados por 9600 clulas solares de la empresa Homan.[36]
Este tipo de dispositivos se convirti posteriormente en
una caracterstica comn de muchos satlites. Haba cier-
En la dcada de 1970, tras la primera crisis del petrleo, el Departamento de Energa de los Estados Unidos
y la agencia espacial NASA iniciaron el estudio del concepto de energa solar en el espacio, que ambicionaba el
abastecimiento energtico terrestre mediante satlites espaciales. En 1979 propusieron una ota de satlites en rbita geoestacionaria, cada uno de los cuales medira 5 x
10 km y producira entre 5 y 10 GW. La construccin
implicaba la creacin de una gran factora espacial donde trabajaran continuamente cientos de astronautas. Este
gigantismo era tpico de una poca en la que se proyectaba la creacin de grandes ciudades espaciales. Dejando
aparte las dicultades tcnicas, la propuesta fue desechada en 1981 por implicar un coste disparatado.[45] A mediados de la dcada de 1980, con el petrleo de nuevo en
precios bajos, el programa fue cancelado.[46]
No obstante, las aplicaciones fotovoltaicas en los satlites espaciales continuaron su desarrollo. La produccin
de equipos de deposicin qumica de metales por vapores orgnicos o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)[47] no se desarroll hasta la dcada de 1980,
limitando la capacidad de las compaas en la manufactura de clulas solares de arseniuro de galio. La primera
compaa que manufactur paneles solares en cantidades
industriales, a partir de uniones simples de GaAs, con una
eciencia del 17% en AM0 (Air Mass Zero), fue la norteamericana Applied Solar Energy Corporation (ASEC).
Las clulas de doble unin comenzaron su produccin en
cantidades industriales por ASEC en 1989, de manera
accidental, como consecuencia de un cambio del GaAs
Reduccin de precios
sobre los sustratos de GaAs, a GaAs sobre sustratos de
La tecnologa fotovoltaica, si bien no es la nica que se
utiliza, sigue predominando a principios del siglo XXI en
los satlites de rbita terrestre.[48] Por ejemplo, las sondas
Magallanes, Mars Global Surveyor y Mars Observer, de
la NASA, usaron paneles fotovoltaicos,[49][50][51] as como el Telescopio espacial Hubble,[52] en rbita alrededor
de la Tierra. La Estacin Espacial Internacional, tambin
en rbita terrestre, est dotada de grandes sistemas fotovoltaicos que alimentan todo el complejo espacial,[53][54]
al igual que en su da la estacin espacial Mir.[55] Otros
vehculos espaciales que utilizan la energa fotovoltaica
para abastecerse son la sonda Mars Reconnaissance Orbiter,[56] Spirit y Opportunity, los robots de la NASA en Las aplicaciones aisladas de la red elctrica supusieron uno de
los primeros usos terrestres de la energa solar fotovoltaica, conMarte.[57][58]
tribuyendo en gran medida a su desarrollo. En la imagen, faro
de Noup Head en Reino Unido.
Ilustracin de la sonda Mars Reconnaissance Orbiter, equipada con paneles solares, en la rbita de
Se trat del primer faro del mundo alimentado mediante
energa solar fotovoltaica, y fue crucial para demostrar la
Imagen artstica de la sonda espacial Juno, equipaviabilidad y el potencial de esta fuente de energa.[65]
da con mdulos fotovoltaicos, orbitando el planeta
Las mejoras se produjeron de forma lenta durante las siJpiter.
guientes dos dcadas, y el nico uso generalizado se pro Representacin artstica de la sonda MESSENGER dujo en las aplicaciones espaciales, en las que su relacin
en rbita de Mercurio.
potencia a peso era mayor que la de cualquier otra tecnologa competidora. Sin embargo, este xito tambin fue
El telescopio espacial Hubble, equipado con panela razn de su lento crecimiento: el mercado aeroespales solares, es puesto en rbita desde la bodega del
cial estaba dispuesto a pagar cualquier precio para obtransbordador Discovery en 1990.
tener las mejores clulas posibles, por lo que no haba
ninguna razn para invertir en soluciones de menor costo
La nave Rosetta, lanzada en 2004 en rbita hacia un si esto reduca la eciencia. En su lugar, el precio de las
cometa tan lejano del Sol como el planeta Jpiter (5,25 clulas era determinado en gran medida por la industria
AU), dispone tambin de paneles solares;[59] anterior- de los semiconductores; su migracin hacia la tecnologa
mente, el uso ms lejano de la energa solar espacial haba de circuitos integrados en la dcada de 1960 dio lugar a
sido el de la sonda Stardust,[60] a 2 AU. La energa foto- la disponibilidad de lingotes ms grandes a precios relavoltaica se ha empleado tambin con xito en la misin tivamente inferiores. Al caer su precio, el precio de las
europea no tripulada a la Luna, SMART-1, proporcio- clulas fotovoltaicas resultantes descendi en igual medinando energa a su propulsor de efecto Hall.[61] La sonda da. Sin embargo, la reduccin de costes asociada a esta
espacial Juno ser la primera misin a Jpiter en usar pa- creciente popularizacin de la energa fotovoltaica fue lineles fotovoltaicos en lugar de un generador termoelctri- mitada, y en 1970 el coste de las clulas solares todava
co de radioistopos, tradicionalmente usados en las mi- se estimaba en 100 dlares por vatio ($/Wp).[66]
siones espaciales al exterior del Sistema Solar.[62] Actualmente se est estudiando el potencial de la fotovoltaica
para equipar las naves espaciales que orbiten ms all de
1.5 Reduccin de precios
Jpiter.[63]
Desde su aparicin en la industria aeroespacial, donde
se ha convertido en el medio ms able para suministrar
energa elctrica en los vehculos espaciales,[64] la energa solar fotovoltaica ha desarrollado un gran nmero de
aplicaciones terrestres. La primera instalacin comercial
de este tipo se realiz en 1966, en el faro de la isla Ogami (Japn), permitiendo sustituir el uso de gas de antorcha por una fuente elctrica renovable y autosuciente.
A nales de la dcada de 1960, el qumico industrial estadounidense Elliot Berman estaba investigando un nuevo
mtodo para la produccin de la materia prima de silicio a
partir de un proceso en cinta. Sin embargo, encontr escaso inters en su proyecto y no pudo obtener la nanciacin
necesaria para su desarrollo. Ms tarde, en un encuentro
casual, fue presentado a un equipo de la compaa petrolera Exxon que estaban buscando proyectos estratgicos
a 30 aos vista. El grupo haba llegado a la conclusin
de que la energa elctrica sera mucho ms costosa en el
ao 2000, y consideraba que este aumento de precio hara
las fotovoltaicas podan fabricarse a partir del material
desechado por el mercado de la electrnica, lo que traera como consecuencia una gran mejora de su precio.[66]
Poniendo en prctica todos estos cambios, la empresa comenz a comprar a muy bajo coste silicio rechazado a
fabricantes ya existentes. Mediante el uso de las obleas
ms grandes disponibles, lo que reduca la cantidad de
cableado para un rea de panel dado, y empaquetndolas
en paneles con sus nuevos mtodos, en 1973 SPC estaba produciendo paneles a 10 $/Wp y vendindolos a 20
$/Wp, disminuyendo el precio de los mdulos fotovoltaicos a una quinta parte en slo dos aos.[66]
Uno de los pioneros del desarrollo de la tecnologa fotovoltaica
para uso terrestre, Elliot Berman, prueba diferentes mdulos fotovoltaicos manufacturados por su compaa, Solar Power Corporation, a comienzos de los aos 1970.
1.6 El mercado de la navegacin martima
ms atractivas a las nuevas fuentes de energa alternativas, siendo la energa solar la ms interesante entre estas.
En 1969, Berman se uni al laboratorio de Exxon en Linden, Nueva Jersey, denominado Solar Power Corporation
(SPC).[66]
Su esfuerzo fue dirigido en primer lugar a analizar el mercado potencial para identicar los posibles usos que existan para este nuevo producto, y rpidamente descubri
que si el coste por vatio se redujera desde los 100 $/Wp
a cerca de 20 $/Wp surgira una importante demanda.
Consciente de que el concepto del silicio en cinta podra tardar aos en desarrollarse, el equipo comenz a
buscar maneras de reducir el precio a 20 $/Wp usando
materiales existentes. La constatacin de que las clulas
existentes se basaban en el proceso estndar de fabricacin de semiconductores supuso un primer avance, incluso aunque no se tratara de un material ideal. El proceso
comenzaba con la formacin de un lingote de silicio, que
se cortaba transversalmente en discos llamados obleas.
Posteriormente se realizaba el pulido de las obleas y, a
continuacin, para su uso como clulas, se dotaba de un
recubrimiento con una capa anti reectante. Berman se
dio cuenta de que las obleas de corte basto ya tenan de
por s una supercie frontal anti reectante perfectamente vlida, y mediante la impresin de los electrodos directamente sobre esta supercie, se eliminaron dos pasos
importantes en el proceso de fabricacin de clulas.[66]
Boya martima operada por la Administracin Nacional Ocenica y Atmosfrica (NOAA) de Estados Unidos.
SPC comenz a contactar con las compaas fabricantes
de boyas de navegacin ofrecindoles el producto, pero se
encontr con una situacin curiosa. La principal empresa
del sector era Automatic Power, un fabricante de bateras
desechables. Al darse cuenta de que las clulas solares
podan comerse parte del negocio y los benecios que el
sector de bateras le produca, Automatic Power compr
un prototipo solar de Homan Electronics para terminar
arrinconndolo. Al ver que no haba inters por parte de
Automatic Power, SPC se volvi entonces a Tideland Signal, otra compaa suministradora de bateras formada
por ex-gerentes de Automatic Power.[66] Tideland present en el mercado una boya alimentada mediante energa
fotovoltaica y pronto estaba arruinando el negocio de Automatic Power.
Su equipo tambin explor otras formas de mejorar el
montaje de las clulas en matrices, eliminando los costosos materiales y el cableado manual utilizado hasta entonces en aplicaciones espaciales. Su solucin consisti en
utilizar circuitos impresos en la parte posterior, plstico
acrlico en la parte frontal, y pegamento de silicona entre
ambos, embutiendo las clulas. Berman se dio cuenta de
que el silicio ya existente en el mercado ya era sucientemente bueno para su uso en clulas solares. Las pequeas imperfecciones que podan arruinar un lingote de
silicio (o una oblea individual) para su uso en electrnica, El momento no poda ser ms adecuado, el rpido autendran poco efecto en aplicaciones solares. Las clu- mento en el nmero de plataformas petrolferas en alta
mar y dems instalaciones de carga produjo un enorme
mercado entre las compaas petroleras. Como Tideland
haba tenido xito, Automatic Power comenz entonces a
procurarse su propio suministro de paneles solares fotovoltaicos. Encontraron a Bill Yerkes, de Solar Power International (SPI) en California, que estaba buscando un
mercado donde vender su producto. SPI pronto fue adquirida por uno de sus clientes ms importantes, el gigante
petrolero ARCO, formando ARCO Solar. La fbrica de
ARCO Solar en Camarillo (California) fue la primera dedicada a la construccin de paneles solares, y estuvo en
funcionamiento continuo desde su compra por ARCO en
1977 hasta 2011 cuando fue cerrada por la empresa SolarWorld.[66]
Esta situacin se combin con la crisis del petrleo de
1973. Las compaas petroleras disponan ahora de ingentes fondos debido a sus enormes ingresos durante la
crisis, pero tambin eran muy conscientes de que su xito
futuro dependera de alguna otra fuente de energa. En
los aos siguientes, las grandes compaas petroleras comenzaron la creacin de una serie de empresas de energa solar, y fueron durante dcadas los mayores productores de paneles solares. Las compaas ARCO, Exxon,
Shell, Amoco (ms tarde adquirida por BP) y Mobil mantuvieron grandes divisiones solares durante las dcadas de
1970 y 1980. Las empresas de tecnologa tambin realizaron importantes inversiones, incluyendo General Electric, Motorola, IBM, Tyco y RCA.[67]
pos antiguos se hicieron disponibles en el mercado excedentario. Los primeros paneles de ARCO Solar se equipaban con clulas de 2 a 4 pulgadas (51 a 100 mm) de
dimetro. Los paneles en la dcada de 1990 y principios
de 2000 incorporaban generalmente clulas de 5 pulgadas (125 mm), y desde el ao 2008 casi todos los nuevos paneles utilizan clulas de 6 pulgadas (150 mm).[69]
Tambin la introduccin generalizada de los televisores
de pantalla plana a nales de la dcada de 1990 y principios de 2000 llev a una amplia disponibilidad de grandes lminas de vidrio de alta calidad, que se utilizan en la
parte frontal de los paneles.[70]
En trminos de las propias clulas, slo ha habido un
cambio importante. Durante la dcada de 1990, las clulas de polisilicio se hicieron cada vez ms populares.[69]
Estas clulas ofrecen menos eciencia que aquellas de
monosilicio, pero se cultivan en grandes cubas que reducen en gran medida el coste de produccin.[69] A mediados de la dcada de 2000, el polisilicio dominaba en
el mercado de paneles de bajo coste.[69]
2 Aplicaciones de la energa solar
Perfeccionando la tecnologa
Repetidor de telecomunicaciones alimentado mediante paneles
solares. En lugares de difcil acceso, la energa fotovoltaica permite abastecer energa elctrica de forma prctica y competitiva.
Vehculo elctrico propulsado mediante energa fotovoltaica,
vencedor del South African Solar Challenge.
En las dcadas transcurridas desde los avances de Berman, las mejoras han reducido los costes de produccin
por debajo de 1 $/Wp, con precios menores de 2 $/Wp
para todo el sistema fotovoltaico. El precio del resto de
elementos de una instalacin fotovoltaica supone ahora
un mayor coste que los propios paneles.[68]
A medida que la industria de los semiconductores se
desarroll hacia lingotes cada vez ms grandes, los equipos ms antiguos quedaron disponibles a precios reducidos. Las clulas crecieron en tamao cuando estos equi-
La produccin industrial a gran escala de paneles fotovoltaicos despeg en la dcada de 1980, y entre sus mltiples
usos se pueden destacar:
2.1 Telecomunicaciones y sealizacin
La energa solar fotovoltaica es ideal para aplicaciones
de telecomunicaciones, entre las que se encuentran por
ejemplo las centrales locales de telefona, antenas de radio
y televisin, estaciones repetidoras de microondas y otros
tipos de enlaces de comunicacin electrnicos. Esto es
debido a que, en la mayora de las aplicaciones de telecomunicaciones, se utilizan bateras de almacenamiento y la
APLICACIONES DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
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 carreteras, sealizacin ferroviaria, balizamiento para proteccin aeronutica, estaciones meteorolgicas o sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del
agua.[66]
Parqumetro abastecido mediante energa solar fotovoltaica, en
La reduccin en el consumo energtico de los circuitos
integrados, hizo posible a nales de la dcada de 1970
el uso de clulas solares como fuente de electricidad en
calculadoras, tales como la Royal Solar 1, Sharp EL-8026
o Teal Photon.[72]
Tambin otros dispositivos jos que utilizan la energa fotovoltaica han visto aumentar su uso en las ltimas dcadas, en lugares donde el coste de conexin a la red elctrica o el uso de pilas desechables es prohibitivamente caro.
Estas aplicaciones incluyen por ejemplo las lmparas solares, bombas de agua, parqumetros,[73][74] telfonos de
emergencia, compactadores de basura,[75] seales de trco temporales o permanentes, estaciones de carga[76][77]
o sistemas remotos de vigilancia.
2.3 Electricacin rural
Calculadora solar bsica Sharp.
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia
elctrica y el acceso a la red es difcil, las placas fotovoltaicas se emplean como alternativa econmicamente
viable desde hace dcadas. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que
aproximadamente una cuarta parte de la poblacin mundial todava no tiene acceso a la energa elctrica.[78]
instalacin elctrica se realiza normalmente en corriente
continua (DC). En terrenos accidentados y montaosos,
las seales de radio y televisin pueden verse interferidas o reejadas debido al terreno ondulado. En estos emplazamientos, se instalan transmisores de baja potencia En los pases en desarrollo, muchos pueblos se encuen(LPT) para recibir y retransmitir la seal entre la pobla- tran situados en reas remotas, a varios kilmetros de la
cin local.[71]
red elctrica ms prxima. Debido a ello, se est incorLas clulas fotovoltaicas tambin se utilizan para alimen- porando la energa fotovoltaica de forma creciente para
tar sistemas de comunicaciones de emergencia, por ejem- proporcionar suministro elctrico a viviendas o instala-
Sistemas hbridos solar-disel
ciones mdicas en reas rurales. Por ejemplo, en lugares
remotos de India un programa de iluminacin rural ha
provisto iluminacin mediante lmparas LED alimentadas con energa solar para sustituir a las lmparas de queroseno. El precio de las lmparas solares era aproximadamente el mismo que el coste del suministro de queroseno
durante unos pocos meses.[79] Cuba y otros pases de Latinoamrica estn trabajando para proporcionar energa
fotovoltaica en zonas alejadas del suministro de energa
elctrica convencional.[80] Estas son reas en las que los
benecios sociales y econmicos para la poblacin local
ofrecen una excelente razn para instalar paneles fotovoltaicos, aunque normalmente este tipo de iniciativas se han
visto relegadas a puntuales esfuerzos humanitarios.[81]
irrigacin o almacenamiento de agua.[87][88]
2.5 Sistemas hbridos solar-disel
Debido al descenso de costes de la energa solar fotovoltaica, se est extendiendo asimismo el uso de sistemas hbridos solar-disel, que combinan esta energa con
generadores disel para producir electricidad de forma
continua y estable.[89] Este tipo de instalaciones estn
equipadas normalmente con equipos auxiliares, tales como bateras y sistemas especiales de control para lograr
en todo momento la estabilidad del suministro elctrico
del sistema.[90]
Debido a su viabilidad econmica (el transporte de disel al punto de consumo suele ser costoso) en muchos
casos se sustituyen antiguos generadores por fotovoltaica, mientras que las nuevas instalaciones hbridas se disean de tal manera que permiten utilizar el recurso solar siempre que est disponible, minimizando el uso de
los generadores, disminuyendo as el impacto ambiental de la generacin elctrica en comunidades remotas y
en instalaciones que no estn conectadas a la red elctrica. Un ejemplo de ello lo constituyen las empresas
mineras,[89][91] cuyas explotaciones se encuentran normalmente en campo abierto, alejadas de los grandes ncleos de poblacin. En estos casos, el uso combinado de
la fotovoltaica permite disminuir en gran medida la dependencia del combustible disel, permitiendo ahorros de
hasta el 70% en el coste de la energa.[92]
Este tipo de sistemas tambin puede utilizarse en combinacin con otras fuentes de generacin de energa renovable, tales como la energa elica.[93]
Tambin se emplea la fotovoltaica para alimentar instalaciones de bombeo para sistemas de riego, agua potable en 2.6
reas rurales y abrevaderos para el ganado,[82][83] o para
sistemas de desalinizacin de agua.[66]
Transporte y navegacin martima
Los sistemas de bombeo fotovoltaico (al igual que los
alimentados mediante energa elica) son muy tiles all
donde no es posible acceder a la red general de electricidad o bien supone un precio prohibitivo.[84] Su coste es
generalmente ms econmico debido a sus menores costes de operacin y mantenimiento, y presentan un menor
impacto ambiental que los sistemas de bombeo alimentados mediante motores de combustin interna, que tienen
adems una menor abilidad.[85][86]
Las bombas utilizadas pueden ser tanto de corriente alterna (AC) como corriente continua (DC). Normalmente se
emplean motores de corriente continua para pequeas y
medianas aplicaciones de hasta 3 kW de potencia, mientras que para aplicaciones ms grandes se utilizan motores de corriente alterna acoplados a un inversor que transforma para su uso la corriente continua procedente de los Equipo del Nuna 3, vehculo solar competidor en el World Solar
paneles fotovoltaicos. Esto permite dimensionar sistemas Challenge.
desde 0,15 kW hasta ms de 55 kW de potencia, que pueden ser empleados para abastecer complejos sistemas de Aunque la fotovoltaica todava no se utiliza de forma ge-
neralizada para proporcionar traccin en el transporte,
se est utilizando cada vez en mayor medida para proporcionar energa auxiliar en barcos y automviles. Algunos vehculos estn equipados con aire acondicionado
alimentado mediante paneles fotovoltaicos para limitar
la temperatura interior en los das calurosos,[94] mientras que otros prototipos hbridos los utilizan para recargar sus bateras sin necesidad de conectarse a la red
elctrica.[95][96] Se ha demostrado sobradamente la posibilidad prctica de disear y fabricar vehculos propulsados mediante energa solar, as como barcos[97][98] y
aviones,[99] siendo considerado el transporte rodado el
ms viable para la fotovoltaica.[100]
El Solar Impulse es un proyecto dedicado al desarrollo de
un avin propulsado nicamente mediante energa solar
fotovoltaica. El prototipo puede volar durante el da propulsado por las clulas solares que cubren sus alas, a la
vez que carga las bateras que le permiten mantenerse en
el aire durante la noche.[101][102]
Proyecto BIPV ISSOL en la estacin de ferrocarril Gare TGV de
pal o secundaria en los nuevos edicios domsticos e
industriales,[105] e incluso en otros elementos arquitectnicos, como por ejemplo puentes.[106] Las tejas con clulas fotovoltaicas integradas son tambin bastante comuLa energa solar tambin se utiliza de forma habitual en nes en este tipo de integracin.
faros, boyas y balizas de navegacin martima, vehculos
de recreo, sistemas de carga para los acumuladores elc- Segn un estudio publicado en 2011, el uso de imgenes
tricos de los barcos, y sistemas de proteccin catdica.[66] trmicas ha demostrado que los paneles solares, siempre
La recarga de vehculos elctricos est cobrando cada vez que exista una brecha abierta por la que el aire pueda circular entre los paneles y el techo, proporcionan un efecto
mayor importancia.[100]
de refrigeracin pasiva en los edicios durante el da y
adems ayudan a mantener el calor acumulado durante la
2.7 Fotovoltaica integrada en edicios
noche.[107]
2.8 Fotovoltaica de conexin a red
Una de las principales aplicaciones de la energa solar
fotovoltaica ms desarrollada en los ltimos aos, consiste en las centrales conectadas a red para suministro
elctrico,[108] as como los sistemas de autoconsumo fotovoltaico, de potencia generalmente menor, pero igualmente conectados a la red elctrica.
Marquesina solar situada en el aparcamiento de la Universidad
Autnoma de Madrid (Madrid, Espaa).
3 Componentes de una planta solar
Muchas instalaciones fotovoltaicas se encuentran a menudo situadas en los edicios: normalmente se sitan sobre
un tejado ya existente, o bien se integran en elementos de
la propia estructura del edicio, como tragaluces, claraboyas o fachadas.[103]
Una planta solar fotovoltaica cuenta con distintos elementos que permiten su funcionamiento, como son los
paneles fotovoltaicos para la captacin de la radiacin solar, y los inversores para la transformacin de la corriente
continua en corriente alterna.[109] Existen otros, los ms
Alternativamente, un sistema fotovoltaico tambin puede
importantes se mencionan a continuacin:
ser emplazado fsicamente separado del edicio, pero conectado a la instalacin elctrica del mismo para suministrar energa. En 2010, ms del 80% de los 9000 MW de
fotovoltaica que Alemania tena en funcionamiento por
entonces, se haban instalado sobre tejados.[104]
Generalmente, un mdulo o panel fotovoltaico consiste
La fotovoltaica integrada en edicios (BIPV, en sus si- en una asociacin de clulas, encapsulada en dos capas de
glas en ingls) se est incorporando de forma cada vez EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una lmina frontal de
ms creciente como fuente de energa elctrica princi- vidrio y una capa posterior de un polmero termoplstico
Un inversor solar instalado en una planta de conexin a red en
Speyer, Alemania.
(frecuentemente se emplea el tedlar) u otra lmina de
cristal cuando se desea obtener mdulos con algn grado
de transparencia.[110] Muy frecuentemente este conjunto
es enmarcado en una estructura de aluminio anodizado
con el objetivo de aumentar la resistencia mecnica del
conjunto y facilitar el anclaje del mdulo a las estructuras de soporte.[110]
Las clulas ms comnmente empleadas en los paneles
fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres subcategoras:
Se genera la energa a bajas tensiones (380-800 V)
y en corriente continua.
En plantas de potencia inferior a 100 kW se inyecta
la energa directamente a la red de distribucin en
baja tensin (400 V en trifsico o 230 V en monofsico).
Y para potencias superiores a los 100 kW se utiliza un transformador para elevar la energa a media
tensin (15 25 kV) y se inyecta en las redes de
transporte para su posterior suministro.
Las clulas de silicio monocristalino estn constituidas por un nico cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski.[111] 3.3
Este tipo de clulas presenta un color azul oscuro
Las clulas de silicio policristalino (tambin llamado multicristalino) estn constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que
su rendimiento sea algo inferior al de las clulas
monocristalinas.[69] Se caracterizan por un color
azul ms intenso.
Las clulas de silicio amorfo. Son menos ecientes
que las clulas de silicio cristalino pero tambin menos costosas. Este tipo de clulas es, por ejemplo, el
que se emplea en aplicaciones solares como relojes
o calculadoras.[112]
La corriente elctrica continua que proporcionan los
mdulos fotovoltaicos se puede transformar en corriente
alterna mediante un aparato electrnico llamado
inversor[109] e inyectar en la red elctrica (para venta de
energa) o bien en la red interior (para autoconsumo).
El proceso, simplicado, sera el siguiente:
Planta solar situada en la Base de la Fuerza Area Nellis
(Nevada, Estados Unidos). Estos paneles siguen el recorrido del
Sol sobre un eje.
El uso de seguidores a uno o dos ejes permite aumentar
considerablemente 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 aplicaciones fotovoltaicas.[115] Existen de varios tipos:
En dos ejes: la supercie se mantiene siempre per- 3.5
pendicular al Sol.
Plantas de concentracin fotovoltaica
En un eje polar: la supercie gira sobre un eje orientado al sur e inclinado un ngulo igual a la latitud.
El giro se ajusta para que la normal a la supercie
coincida en todo momento con el meridiano terrestre que contiene al Sol.
En un eje azimutal: la supercie gira sobre un eje
vertical, el ngulo de la supercie es constante e
igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la supercie coincida en todo momento con el
meridiano local que contiene al Sol.
En un eje horizontal: la supercie gira en un eje horizontal y orientado en direccin norte-sur. El giro
se ajusta para que la normal a la supercie coincida en todo momento con el meridiano terrestre que
contiene al Sol.
Conectores de un panel solar, utilizados para transportar la
corriente continua generada por el mismo hasta el inversor, donde se transforma generalmente en corriente alterna para su posterior utilizacin.
Es el elemento que transporta la energa elctrica desde su
generacin, para su posterior distribucin y transporte. Su
dimensionamiento viene determinado por el criterio ms
restrictivo entre la mxima cada de tensin admisible y la
intensidad mxima admisible. Aumentar las secciones de
conductor que se obtienen como resultado de los clculos
tericos aporta ventajas aadidas como:
Seguidor solar dotado con paneles de concentracin fotovoltaica,
capaz de producir 53 kW. A su lado se encuentra el vehculo
elctrico Tesla Roadster, permitiendo apreciar su escala.
Otro tipo de tecnologa en las plantas fotovoltaicas son
las que utilizan una tecnologa de concentracin llamada CPV por sus siglas en ingls (Concentrated Photovoltaics)[116] para maximizar la energa solar recibida por
la instalacin, al igual que en una central trmica solar. Las instalaciones de concentracin fotovoltaica se sitan 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 del
mbito de investigacin, pero en los ltimos aos se han
puesto en marcha instalaciones de mayor tamao como la de ISFOC (Instituto de Sistemas Solares Fotovoltaicos de Concentracin) en Puertollano (Castilla La
Mancha) con 3 MW suministrando electricidad a la red
elctrica.[117][118][119]
La idea bsica de la concentracin fotovoltaica es la sustitucin de material semiconductor por material reectante o refractante (ms barato). El grado de concentracin
puede alcanzar un factor de 1000,[116] de tal modo que,
dada la pequea supercie de clula solar empleada, se
puede utilizar la tecnologa ms eciente (triple unin,
por ejemplo). Por otro lado, el sistema ptico introduce
un factor de prdidas que hace recuperar menos radiacin
Lneas ms descargadas, lo que prolonga la vida til que la fotovoltaica plana. Esto, unido a la elevada precisin de los sistemas de seguimiento, constituye la princide los cables.
pal barrera a resolver por la tecnologa de concentracin.
Posibilidad de aumento de potencia de la planta sin
Recientemente se ha anunciado el desarrollo de plantas
cambiar el conductor.
de grandes dimensiones (por encima de 1 MW).[120] Las
plantas de concentracin fotovoltaica utilizan un seguidor
de doble eje para posibilitar un mximo aprovechamiento
Mejora del performance ratio (PR) de la instalacin. del recurso solar durante todo el da.
energa renovable, que fue introducida por la German
Renewable Energy Act, ley publicada el ao 2000. Desde entonces, el coste de las instalaciones fotovoltaicas ha
descendido ms del 50% en cinco aos, desde 2006.[124]
y alcanzar el 100% en 2050.[125]
Mapamundi de radiacin solar. Los pequeos puntos en el mapa
muestran el rea total de fotovoltaica necesaria para cubrir la
demanda mundial de energa usando paneles solares con una
eciencia del 8%.
Potencia fotovoltaica mundial instalada hasta 2013, en megavatios (MW), expresada por regin.[121]
El desarrollo de la energa solar
En 2012, las tarifas introducidas costaban a Alemania
unos 14 000 millones de euros por ao, tanto para las
instalaciones elicas como solares. Este coste es repartido entre todos los contribuyentes mediante un sobrecoste
de 3,6 cntimos de por kWh[126] (aproximadamente el
15% del coste total de la electricidad para el consumidor
domstico).[127]
La considerable potencia instalada en Alemania ha protagonizado varios rcords durante los ltimos aos. Durante dos das consecutivos de mayo de 2012, por ejemplo,
las plantas solares fotovoltaicas instaladas en el pas produjeron 22 000 MWh en la hora del medioda, lo que
equivale a la potencia de generacin de veinte centrales
nucleares trabajando a plena capacidad.[128][nota 6] Alemania pulveriz este rcord el 21 de julio de 2013, con una
potencia instantnea de 24 GW a medioda.[129][130] Debido al carcter altamente distribuido de la fotovoltaica alemana, aproximadamente 1,31,4 millones de pequeos sistemas fotovoltaicos contribuyeron a esta nueva marca. Aproximadamente el 90% de los paneles solares instalados en Alemania se encuentran situados sobre
tejado.[131]
En junio de 2014, la fotovoltaica alemana volvi a batir
rcords durante varios das, al producir hasta el 50,6% de
toda la demanda elctrica durante un solo da, y superar
el anterior rcord de potencia instantnea hasta los 24,24
GW.[132][133][134]
A comienzos de verano de 2011, el Gobierno alemn
anunci que el esquema actual de tarifas reguladas conHistricamente, los Estados Unidos lideraron la instala- cluira cuando la potencia instalada alcanzase los 52 GW.
cin de energa fotovoltaica desde sus inicios hasta 1997, Cuando esto suceda, Alemania aplicar un nuevo esquecuando fueron alcanzados por Japn, que mantuvo el li- ma de tarifas de inyeccin cuyos detalles no se conocen
derato hasta que Alemania la sobrepas en 2005, man- todava.[135]
teniendo esa posicin desde entonces. A comienzos de
2014 Alemania es, junto a Italia, Japn, China y Esta- No obstante, consciente de que el almacenamiento de
dos Unidos, uno de los pases donde la fotovoltaica est energa mediante bateras es indispensable para el despliegue masivo de renovables como la energa elica o
experimentando un crecimiento ms vertiginoso.
la fotovoltaica, dada su intermitencia, el 1 de mayo de
2013 Alemania puso en marcha un nuevo programa de
ayudas para incentivar sistemas fotovoltaicos con bate4.1 Alemania
ras de almacenamiento.[136] De esta manera, se nancia
Alemania es uno de los lderes mundiales en la instala- a las instalaciones fotovoltaicas menores de 30 kW que
cin de energa fotovoltaica, con una potencia instalada instalen bateras y acumulen electricidad, con 660 euros
a principios de 2015 superior a los 38 gigavatios (GW). por cada kW de almacenamiento de batera. El programa
Slo en 2011, Alemania instal cerca de 7,5 GW,[122] y est dotado con 25 millones de euros anuales repartidos
la fotovoltaica produjo 18 TWh de electricidad, el 3% en 2013 y 2014, y de esta forma se logra disponer de
la energa cuando el recurso no est disponible no haya
del total consumido en el pas.[123][13]
viento o sea de noche,[136] adems de facilitar la estabiEl mercado fotovoltaico en Alemania ha crecido consilidad del sistema elctrico.[137]
derablemente desde principios del siglo XXI gracias a
la creacin de una tarifa regulada para la produccin de
4 EL DESARROLLO DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO
China Photovoltaics Cumulative Capacity
Cumulative Capacity (Megawatts)
de la Comisin, mencion en una conferencia solar en
Shanghai que este plan poda ser superado ampliamente,
llegando incluso a los 10 GW en 2020.[138] En mayo de
2011, la Asamblea Popular Nacional de China estableci
5 GW como el objetivo mnimo ocial para 2015, jando
el objetivo a largo plazo en 2030 GW para 2020.[139]
Capacidad fotovoltaica total instalada en China entre 2000 y
Market Share of Photovoltaic Cells
Cuota de mercado de los principales pases productores de clulas
fotovoltaicas entre 1995 y 2013.
La energa fotovoltaica se ha convertido en una de las mayores industrias de la Repblica Popular China. El pas
asitico cuenta con unas 400 empresas fotovoltaicas, entre las que destacan Suntech y Yingli. En 2014 produca
apoximadamente la mitad de los productos fotovoltaicos
que se fabrican en el mundo (China y Taiwan juntos suman ms del 60% de cuota). La produccin de paneles y
clulas fotovoltaicas en China se ha incrementado notablemente durante la ltima dcada: en 2001 mantena una
cuota inferior al 1% del mercado mundial, mientras que
por las mismas fechas, Japn y Estados Unidos sumaban
ms del 70% de la produccin mundial. Sin embargo, la
tendencia se ha invertido y en la actualidad China supera
ampliamente al resto de productores.
Tambin la instalacin de energa fotovoltaica se ha desarrollado espectacularmente en el pas asitico en aos recientes, superando incluso las previsiones iniciales. De
acuerdo a los planes desvelados en 2007 por la Comisin para la Reforma y el Desarrollo Nacional del pas,
la potencia instalada en el pas deba crecer hasta los 1800
MW en 2020.[138] En 2009, Wang Zhongying, un ocial
A nales de 2011 China dobl su potencia fotovoltaica
instalada respecto al ao anterior, hasta alcanzar los 2900
MW. Este incremento en la potencia instalada se debi,
principalmente, a un crecimiento en el nmero de instalaciones residenciales. Asimismo, la tarifa de inyeccin
baj hasta 0,80 yuanes por kWh, lo que signic llegar
al mismo nivel de las tarifas aplicables a las plantas de
carbn.[140]
Batiendo todas las previsiones, China aadi 5 GW de
energa fotovoltaica en 2012, llevando la potencia total instalada en el pas hasta un total de ms de 8000
MW,[141][142] y segn las previsiones tena previsto instalar hasta 6,8 GW adicionales ms en 2013, superando
ampliamente la barrera de los 10 GW.[143] Pulverizando
de nuevo todas las estimaciones,[144][145] a comienzos de
2014 se hizo pblico que China contaba ya con cerca de
20 GW de potencia fotovoltaica, tras instalar 12 GW a
lo largo de 2013,[146][147] con previsiones adicionales de
aadir hasta 14 GW ms durante 2014.[148]
Debido a tan rpido crecimiento, las autoridades chinas
se han visto obligadas a revaluar en varias ocasiones su
objetivo de potencia fotovoltaica para 2015, establecido
en 40 GW. La potencia total instalada en China puede
crecer hasta los 70 GW en 2017, de acuerdo a los ltimos
planes de la comisin reguladora del pas.[149] Este progresivo aumento indica que seguramente la previsin para
2020 tambin se ver incrementada, seguramente hasta
100 GW.[150]
Este crecimiento reeja el abrupto descenso de costes de
la energa fotovoltaica, que actualmente comienza a ser
una opcin ms barata que otras fuentes de energa, tanto
a precios minoristas como comerciales. Fuentes del gobierno chino han armado que la fotovoltaica presentar
precios ms competitivos que el carbn y el gas (aportando adems una mayor independencia energtica) a nales
de esta dcada.[150]
La capacidad de produccin de paneles solares chinos
prcticamente 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 realizando dumping, es decir vendiendo sus paneles a precios
por debajo de coste, imponiendo aranceles a la importacin de este material.[151][152]
4.3 Japn
La energa fotovoltaica en Japn, se ha expandido rpidamente desde la dcada de 1990. El pas es uno de los
lderes en la fabricacin de mdulos fotovoltaicos y se en-
cuentra entre los primeros puestos en trminos de potencia instalada, con ms de 23 GW a nales de 2014, la mayor parte conectada a red.[153][154][155] La irradiacin en
Japn es ptima, situndose entre 4,3 y 4,8 kWhmda,
convirtindolo en un pas idneo para el desarrollo de este
tipo de energa.
La venta de mdulos fotovoltaicos para proyectos comerciales ha crecido rpidamente tras la introduccin por
parte del Gobierno japons en julio de 2012 de una tarifa
para el incentivo de la fotovoltaica tras el accidente nuclear de Fukushima y la paralizacin de la mayora de las
centrales nucleares que tiene el pas.
Slo durante el primer semestre de 2012, se vendieron
mdulos por un equivalente de 1072 MW, segn se desprende de los datos de la Asociacin Japonesa de Energa Fotovoltaica (Japan Photovoltaic Energy Association,
JPA).[156] La mayora de ese volumen (738 MW), procede de fabricantes locales, entre los que destacan Kyocera,
Sharp Corporation, Mitsubishi o Sanyo, mientras que 335
MW fueron importados. Tradicionalmente, el mercado
fotovoltaico ha estado muy desplazado al segmento residencial, copando hasta el 97% de la capacidad instalada en todo el pas hasta 2012.[157] Aunque esta tendencia
se est invirtiendo, todava ms del 75% de las clulas y
mdulos vendidos en Japn a principios de 2012 tuvieron como destino proyectos residenciales, mientras que
cerca del 9% se emplearon en instalaciones fotovoltaicas
comerciales.[158]
voltaica se ha expandido rpidamente durante los ltimos
8 aos, creciendo a una media del 40% cada ao. Gracias
a esta tendencia, el coste del kWh producido mediante
energa fotovoltaica se ha visto enormemente reducido,
mientras que el coste de la electricidad generada mediante combustibles fsiles no ha dejado de incrementar. Como resultado, el informe concluye que la fotovoltaica alcanzar la paridad de red frente a las fuentes de energa
convencionales en muchas regiones de Estados Unidos en
2015. Pero para alcanzar una cuota en el mercado energtico del 10%, prosigue el informe, las compaas fotovoltaicas necesitarn estilizar aun ms las instalaciones, de
forma que la energa solar se convierta en una tecnologa
directamente enchufable (plug-and-play). Es decir, que
sea sencillo adquirir los componentes de cada sistema y
su interconexin sea simple, al igual que su conexin a la
red.[162]
Actualmente la mayora de las instalaciones son conectadas a red y utilizan sistemas de balance neto que permiten
el consumo de electricidad nocturno de energa generada
durante el da. Nueva Jersey lidera los Estados con la ley
de balance neto menos restrictiva,[163] mientras California lidera el nmero total de hogares con energa solar.
Muchos de ellos fueron instalados durante la iniciativa
million solar roof (un milln de tejados solares).[164]
La tendencia y el ritmo de crecimiento actuales indican
que en los prximos aos se construirn un gran nmero de plantas fotovoltaicas en el sur y suroeste del pas,
donde el terreno disponible es abundante, en los soleados
desiertos de California, Nevada y Arizona. Las empresas estn adquiriendo cada vez en mayor medida grandes
supercies en estas zonas, con la intencin de construir
mayores plantas a gran escala.[165]
En 2014, potencia fotovoltaica instalada alcanz en Japn su record histrico con 10 GW, comparados con los
7 GW instalados en 2013. A nales de 2014, la potencia total fotovoltaica instalada en el pas se situaba en
torno a los 23 GW, que contribuan aproximadamente en
un 2,5% a la demanda elctrica del pas.[11] La previsin
apunta a que el mercado fotovoltaico japons crecer aun
ms en los prximos aos, aadiendo slo en 2015 otros
10,4 GW ms.
Italia se encuentra entre los primeros pases productores
de electricidad procedente de energa fotovoltaica. En diciembre de 2012, la potencia total instalada se acercaba
a los 17 GW, suponiendo una produccin tan importante
que varias centrales de gas operaban a mitad de su poEstados Unidos es desde 2010 uno de los pases con ma- tencial durante el da. El sector ha llegado a proporcionar
yor actividad en el mercado fotovoltaico, y cuenta con nu- trabajo a unas 100 000 personas, especialmente en el secmerosas plantas de conexin a red. A principios de 2015, tor del diseo e instalacin de dichas plantas solares.[166]
Estados Unidos super los 20 GW de potencia fotovol- La energa total producida mediante fotovoltaica alcanz
taica instalada, tras instalar 8 GW slo en 2014.[160]
en 2011 los 10 730 GWh,[167] cerca de un 3,2% del total
Aunque Estados Unidos no mantiene una poltica energtica nacional uniforme en todo el pas en lo referente a
fotovoltaica, muchos estados han jado individualmente
objetivos en materia de energas renovables, incluyendo
en esta planicacin a la energa solar en diferentes proporciones. En este sentido, el gobernador de California
Jerry Brown ha rmado una legislacin requiriendo que
el 33% de la electricidad del estado se genere mediante
energas renovables a nales de 2020.[161]
Un informe privado[162]
de la demanda de electricidad (332,3 TWh).[168] Mientras que durante 2012, la produccin fotovoltaica proporcion el 5,6% del total de la energa consumida en el pas
durante el ao.[14] El crecimiento ha sido exponencial: la
potencia instalada se triplic en 2010 y se cuadruplic en
La fotovoltaica en Italia ha alcanzado estas cifras gracias
al programa de incentivos llamado Conto Energia.[169] Este programa contaba con un presupuesto total de 6700
recoge que la energa solar foto- millones de , alcanzado dicho lmite el Gobierno ha de-
sector[174] ralentizaron la construccin de nuevas plantas
fotovoltaicas, de tal forma que en 2009 se instalaron
tan slo 19 MW, en 2010, 420 MW, y en 2011 se
instalaron 354 MW, correspondiendo al 2% del total de
la Unin Europea.[12] A principios de 2012, el Gobierno
Desde el pasado agosto de 2012 est vigente una nueva espaol aprob un Real Decreto Ley por el que se
legislacin que obliga a registrar todas las plantas supe- paraliz la instalacin de nuevas
A nales de 2014 la
riores a 12 kW; las de potencia menor (fotovoltaica de
potencia fotovoltaica instalada en Espaa ascenda a
tejado en residencias) estn exentas de registro.
4672 MW.[176]
jado de incentivar las nuevas instalaciones, al haberse alcanzado la paridad de red. Un informe publicado en 2013
por el Deutsche Bank conclua que efectivamente la paridad de red se haba alcanzado en Italia y otros pases del
mundo.[170]
En trminos de produccin energtica, en 2010 la energa
fotovoltaica cubri en Espaa aproximadamente el 2%
de la generacin de electricidad, mientras que en 2011
y 2012 represent el 2,9%, y en 2013 el 3,1% de la generacin elctrica segn datos del operador, Red Elctrica.[177][178][179]
4.6.2 Latinoamrica
En Latinoamrica, la fotovoltaica ha comenzado a despegar en los ltimos aos. Se ha propuesto la construccin
de un buen nmero de plantas solares en diversos pases,
a lo largo de toda la regin, con proyectos incluso por
encima de 100 MW en Chile.[180]
Mxico tiene un enorme potencial en lo que respecta a
energa solar.[181][182] Un 70% de su territorio presenta
una irradiacin superior a 4,5 kWh/m/da, lo que lo convierte en un pas muy soleado, e implica que utilizando la
tecnologa fotovoltaica actual, una planta solar de 25 km
en cualquier lugar del estado de Chihuahua o el desierto
4.6.1 Espaa
de Sonora (que ocupara el 0,01% de la supercie de Mtoda la electricidad demandaEspaa es uno de los pases de Europa con mayor irradia- xico) podra proporcionar
cin anual.[48] Esto hace que la energa solar sea en este
pas ms rentable que en otros. Regiones como el norte Mxico de hecho ya lidera la produccin solar en Latinoade Espaa, que generalmente se consideran poco adecua- mrica. Una planta fotovoltaica de 46,8 MW se encuendas para la energa fotovoltaica, reciben ms irradiacin tra en construccin en Puerto Libertad (Sonora).[184] La
anual que la media en Alemania, pas que mantiene desde planta, originalmente diseada para albergar 39 MW,
hace aos el liderazgo en la promocin de la energa solar se ampli para permitir la generacin de 106 728 000
fotovoltaica.[48]
kWh/ao.[185] Otro proyecto de 30 MW se encuentra en
Desde principios de la dcada de 2000, en concordan- construccin en La Paz (Baja California Sur). Una vez
completado, proporcionar electricidad a unas 160 000
cia con las medidas de apoyo a las energas renovables
que se estaban llevando a cabo en el resto de Europa, se viviendas.
Fachada fotovoltaica en el edicio MNACTEC (Tarrasa,
Se espera que Mxico experimente un mayor crecimiento
en los prximos aos, con el n de alcanzar el objetivo
de cubrir el 35% de su demanda energtica a partir de
energas renovables en 2024, segn una ley aprobada por
el gobierno mexicano en 2012.[186][187] A comienzos de
2014, Mxico tena previstos proyectos fotovoltaicos por
una potencia de 300 MW, de los cuales aproximadamente
100 MW comenzaron a desarrollarse durante el ltimo
Gracias a esta regulacin, y el posterior RD trimestre de 2013.
661/2007,[173] Espaa fue en el ao 2008 uno de Otros pases sudamericanos han comenzado a instalar
los pases con ms potencia fotovoltaica instalada del plantas fotovoltaicas a gran escala, entre ellos Chile y
mundo, con 2708 MW instalados en un slo ao. Sin Per.[189] Chile inaugur en junio de 2014 una central
embargo, posteriores modicaciones en la legislacin del fotovoltaica de 100 MW, que se convirti en la mayor
aprobaron leyes que establecieron las condiciones tcnicas y administrativas, y que supusieron el inicio de un
lento despegue de la fotovoltaica en Espaa. En 2004, el
gobierno espaol elimin las barreras econmicas para
la conexin de las energas renovables a la red elctrica.
El Real Decreto 436/2004 igual las condiciones para su
produccin a gran escala, y garantiz su venta mediante
primas a la generacin.[172]
realizada hasta la fecha en Latinoamrica.[190] El elevado 7% del consumo griego de electricidad en 2014.[197]
precio de la electricidad y los altos niveles de radiacin
que existen en el norte de Chile, han promovido la apertura de un importante mercado libre de subsidios.[191] Brasil 4.6.5 India
en cambio est experimentando un crecimiento ms lento del sector, en parte debido a la elevada generacin mediante energa hidrulica en el pas,[192] aunque el estado
de Minas Gerais lidera el esfuerzo, tras la aprobacin por
parte del gobierno brasileo de una fbrica de clulas y
paneles fotovoltaicos en dicha regin.[193][192]
La planta solar fotovoltaica Sarnia, cercana a Ontario, era
a nales de 2010 la ms grande del mundo, con una capacidad instalada de 80 MW,[194] hasta que fue superada
por otras en China, India y Estados Unidos. Esta planta cubre aproximadamente 96 hectreas, y contiene cerca de 1,3 millones de mdulos de capa na. Su generacin anual de energa se estima en 120 000 MWh, que si
fueran producidos por una planta de carbn convencional
implicaran la emisin a la atmsfera de 39 000 toneladas
de CO2 cada ao.
Muchas regiones de Canad se encuentran escasamente
pobladas y son difciles de acceder, pero no gozan de un
acceso ptimo a la radiacin solar debido a las elevadas
latitudes en la mayor parte del pas. La tecnologa fotovoltaica se usa cada vez con mayor frecuencia en aplicaciones aisladas, generalmente para alimentar viviendas
en lugares remotos, equipos de telecomunicaciones, estaciones de control de oleoductos y aparatos de navegacin.
El mercado canadiense ha crecido rpido en los ltimos
aos, y existen numerosas compaas que fabrican paneles solares, equipos, sistema de bombeo solar y sistemas
de iluminacin fotovoltaica.[195]
Objetivos del programa solar establecido por el gobierno en la
India, hasta 2022.
India est densamente poblada y tiene tambin una gran
irradiacin solar, lo que hace del pas uno de los mejores
candidatos para el desarrollo de la fotovoltaica. De momento se han propuesto algunos proyectos a gran escala,
y un rea de 35 000 km2 en el desierto de Thar se ha reservado para proyectos solares, sucientes para generar
entre 700 GW y 2100 GW.
En julio de 2009, India desvel un programa de 19 000
millones de dlares para producir 20 GW de energa solar para 2020.[198] Bajo este plan, el uso de instalacioUno de los usos ms importantes de la energa solar foto- nes solares y sus aplicaciones sera obligatorio en todos
voltaica se encuentra en las regiones ms septentrionales los edicios gubernamentales, al igual que en hospitales
del pas, cuyos asentamientos dependen en gran medida y hoteles.[199]
de instalaciones disel para generar electricidad. Desde
De acuerdo a un informe de 2011, India se encuentra anmediados de la dcada de 1970, el gobierno federal y
te un conjunto de factores coadyuvantes que permitir
la industria ha apoyado el desarrollo de tecnologas fola adopcin de la fotovoltaica a un ritmo frentico dutovoltaicas para dichas comunidades. Algunos de estos
rante los prximos 5 aos y posteriormente. La cada
esfuerzos se han centrado en el uso de sistemas hbridos
en el precio de los paneles fotovoltaicos, principalmente
que proporcionan energa 24 horas al da, utilizando la
de China pero tambin de Estados Unidos, ha coincidienerga fotovoltaica cuando la radiacin solar lo permido con un incremento del precio de la electricidad en la
te, en combinacin con otras formas de generacin de
India. El apoyo del gobierno y la abundancia del recurso
energa.[195]
solar han ayudado a impulsar la adopcin de la tecnologa solar, pero seguramente se haya necesitado tambin
otro factor importante. India, como economa en vas
4.6.4 Grecia
de desarrollo con una emergente clase media, se enfrenta
A nales de septiembre de 2013, la capacidad fotovoltaica ahora a una escasez de energa elctrica que en ocasiones
entre el 10 y el 13% de las necesidades
total instalada en Grecia haba alcanzado 2523 MW, de llega a suponer
los que 987 MW se haban instalado durante el perodo
comprendido entre enero y septiembre de 2013, a pesar El parque solar Charanka, de 214 MW (uno de los made la grave crisis nanciera que sufre el pas.[196] Se espera yores del mundo) fue puesto en servicio en abril de 2012,
que la energa producida mediante fotovoltaica cubra el junto a un total de 605 MW en la regin de Gujarat,
representando dos tercios de toda la potencia fotovoltaica instalada en el pas.[201] La construccin de otros
grandes parques solares ha sido anunciada en el estado
de Rajasthan.[202] Tambin el parque solar de Dhirubhai
Ambani, de 40 MW, fue inaugurado en 2012.[203]
Tokelau, un archipilago ubicado en el ocano Pacco,
se convirti en 2013 en el primer pas del mundo en obtener toda la electricidad que necesita del Sol.[204] El pas lo
forman unos 125 islotes que abarcan un rea de 10 km2
y cuenta con cerca de 1500 habitantes.[205] La situacin
geogrca del archipilago hace que el uso de combustibles fsiles sea comparativamente mucho ms caro y difcil de mantener que un sistema fotovoltaico.
PLANTAS FOTOVOLTAICAS DE CONEXIN A RED
de 1845 GW fotovoltaicos podran generar aproximadamente 2646 TWh/ao de electricidad en todo el mundo.
Combinado con medidas de eciencia energtica, esta cifra representara cubrir el consumo de casi un 10% de la
poblacin mundial. Para el ao 2050, se estima que ms
del 20% de la electricidad mundial podra ser cubierto
por la energa fotovoltaica.[12]
5 Plantas fotovoltaicas de conexin
La instalacin de Tokelau es un ejemplo del que ya han tomado nota otros pases de Oceana. De hecho, las vecinas
Islas Cook y el archipilago de Tuvalu tambin pretenden
abastecerse completamente a partir de energas renovables para el ao 2020.[204]
Evolucin temporal
En la siguiente tabla se muestra el detalle de la potencia
mundial instalada, desglosada por cada pas, desde el ao
Parque solar Lauingen Energy Park, de 25,7 MW en Suabia
2000 hasta 2014:
Previsin a largo plazo
Potencia fotovoltaica instalada en el mundo, en GW. Datos histricos hasta 2013 y previsin hasta 2018.[121]
El informe de 2014 de la European Photovoltaic Industry
Association (EPIA) estimaba que la potencia fotovoltaica
instalada crecera entre 35 y 52 GW en 2014. Se espera
que China tome el liderato frente a Alemania para convertirse en el mayor productor de energa fotovoltaica en
2016. Para 2018, se estima que la potencia total instalada se habr duplicado (escenario moderado de 320 GW)
o incluso triplicado (escenario optimista de 430 GW) en
menos de 5 aos. EPIA tambin calcula que la energa
fotovoltaica cubrir entre un 10 y un 15% de la demanda
de Europa en 2030.
En Europa y en el resto del mundo se han construido un gran nmero de centrales fotovoltaicas a gran
escala.[108] En febrero de 2015, las plantas fotovoltaicas
ms grandes del mundo eran, de acuerdo a su capacidad
de produccin:[108]
A principios de 2015, la mayor planta solar fotovoltaica del mundo, Topaz Solar Farm, tiene una potencia de 550 MW y se encuentra en California (Estados
Unidos).[237] La planta Desert Sunlight Solar Farm en Riverside County, tambin en California, tiene asimismo
Un informe conjunto de EPIA y Greenpeace publica- una potencia de 550 MW.[238] El proyecto Blythe Solar
do en 2010 muestra que para el ao 2030, un total Power consiste en una planta fotovoltaica de 500 MW,
situada igualmente en Riverside County, cuya construccin est prevista prximamente.[239]
Hay otras muchas plantas de gran escala en construccin.
El proyecto Solar Star, previsto para nales de 2015 en
California, alcanzar los 579 MW.[240] El McCoy Solar
Energy Project,[241][242] en Estados Unidos, tendr una
potencia de 750 MW una vez completado.[243] En los
ltimos aos, se ha propuesto la construccin de varias
plantas de potencias superiores a los 1000 MW en diferentes lugares del mundo. La planta Quaid-e-Azam Solar Park, situada en Pakistn y cuya primera fase ya se
encuentra operativa con 100 MW,[244][245][246] tiene previsto ampliar su capacidad hasta los 1500 MW.[247] Los
Emiratos rabes Unidos planean tambin la construccin de una planta de 1000 MW.[248][249][250] El Ordos
Solar Project,[251] situado en China, alcanzar los 2000
MW.[252] El proyecto Westlands Solar Park tiene una capacidad prevista de 2700 MW,[253] a ser completado en
Ejemplo de integracin de la energa solar fotovoltaica sobre el
tejado de una vivienda.
Energas Renovables 2011-2020,[257] pero todava no ha
sido regulado.
Sin embargo, en los ltimos aos, debido al creciente auge de pequeas instalaciones de energa renovable, el autoconsumo con balance neto ha comenzado a ser regulado
en diversos pases del mundo, siendo una realidad en pases como Alemania, Italia, Dinamarca, Japn, Australia,
Estados Unidos, Canad y Mxico, entre otros.
En lo que respecta a instalaciones sobre cubierta, en junio de 2008 General Motors anunci la construccin de
la que hasta hoy sigue siendo la mayor planta de energa fotovoltaica sobre techo del mundo en Figueruelas
(Zaragoza), con una supercie de 183 000 metros cuaEntre las ventajas del autoconsumo respecto al consumo
drados, cuenta con 11,8 MW de potencia.[254][nota 7]
de la red se encuentran las siguientes:
Con el abaratamiento de los sistemas de autoconsumo y el encarecimiento de las tarifas elctricas, cada
vez es ms rentable que uno mismo produzca su propia electricidad.[22]
Los sistemas de autoconsumo fotovoltaicos utilizan
la energa solar, una fuente gratuita, inagotable, limpia y respetuosa con el medioambiente.
Se genera un sistema distribuido de generacin elctrica que reduce la necesidad de invertir en nuevas
redes y reduce las prdidas de energa por el transporte de la electricidad a travs de la red.[258]
Instalacin fotovoltaica sobre tejado en una residencia de Boston
(Massachusetts, Estados Unidos).
El autoconsumo fotovoltaico consiste en la produccin individual a pequea escala de electricidad para el propio
consumo, a travs de paneles fotovoltaicos. Ello se puede complementar con el balance neto. Este esquema de
produccin, que permite compensar el consumo elctrico mediante lo generado por una instalacin fotovoltaica
en momentos de menor consumo, ya ha sido implantado con xito en muchos pases. Fue propuesto en Espaa
por la Asociacin de la Industria Fotovoltaica (ASIF) para
promover la electricidad renovable sin necesidad de apoyo econmico adicional,[255] y estuvo en fase de proyecto
por el IDAE.[256] Posteriormente se recogi en el Plan de
Se reduce la dependencia energtica del pas con el
Se evitan problemas para abastecer toda la demanda
en hora punta, conocidos por los cortes de electricidad y subidas de tensin.
En el caso del autoconsumo fotovoltaico, el tiempo de retorno de la inversin se calcula en base a cunta electricidad se deja de consumir de la red, debido al empleo de
Por ejemplo, en Alemania, con precios de la electricidad
en 0,25 /kWh y una insolacin de 900 kWh/kW, una
instalacin de 1 kWp ahorra unos 225 al ao, lo que
con unos costes de instalacin de 1700 /kWp signica
que el sistema se amortizar en menos de 7 aos.[259] Esta
cifra es an menor en pases como Espaa, con una irradiacin superior a la existente en el norte del continente
europeo.[48]
Eciencia y costos
Cronologa de las eciencias de conversin logradas en clulas
solares fotovoltaicas (fuente: National Renewable Energy Laboratory de Estados Unidos)
los mdulos solares descienden un 20% cada vez que se
duplica la capacidad de la industria fotovoltaica.[266]
En 2014, el precio de los mdulos solares se haba reducido en un 80% desde el verano de 2008,[267][268] colocando
a la energa solar por primera vez en una posicin ventajosa respecto al precio de la electricidad pagado por el
consumidor en un buen nmero de regiones soleadas.[269]
En este sentido, el coste medio de generacin elctrica
de la energa solar fotovoltaica es ya competitivo con el
de las fuentes convencionales de energa en una creciente
lista de pases,[270] particularmente cuando se considera
la hora de generacin de dicha energa, ya que la electricidad es usualmente ms cara durante el da.[271] Se ha
producido una dura competencia en la cadena de produccin, y asimismo se esperan mayores cadas del coste de
la energa fotovoltaica en los prximos aos, lo que supone una creciente amenaza al dominio de las fuentes de
generacin basadas en las energas fsiles.[272] Conforme
pasa el tiempo, las tecnologas de generacin renovable
son generalmente ms baratas,[273][274] mientras que las
energas fsiles se vuelven ms caras:
Cuanto ms desciende el coste de la energa
solar fotovoltaica, ms favorablemente compite con las fuentes de energa convencionales,
y ms atractiva es para los usuarios de electricidad en todo el mundo. La fotovoltaica a
pequea escala puede utilizarse en California
a precios de $100/MWh ($0,10/kWh) por debajo de la mayora de otros tipos de generacin, incluso aquellos que funcionan mediante
gas natural de bajo coste. Menores costes en
los mdulos fotovoltaicos tambin suponen un
estmulo en la demanda de consumidores particulares, para los que el coste de la fotovoltaica
se compara ya favorablemente al de los precios
nales de la energa elctrica convencional.[275]
En 2011, el coste de la fotovoltaica haba cado bastante
por debajo del de la energa nuclear,[276] y se espera que
siga cayendo:[277]
Evolucin del precio de las clulas fotovoltaicas de silicio cristalino (en $/Wp) entre 1977 y 2014 (fuente: Bloomberg New
Energy Finance)[260]
Las eciencias de las clulas solares varan entre el 6%
de aquellas basadas en silicio amorfo hasta el 46% de las
clulas multiunin.[261][262] Las eciencias de conversin
de las clulas solares que se utilizan en los mdulos fotovoltaicos comerciales (de silicio monocristalino o policristalino) se encuentran en torno al 14-22%.[263][264]
El coste de las clulas solares de silicio cristalino ha descendido desde 76,67 $/Wp en 1977 hasta aproximadamente 0,36 $/Wp en 2014.[265][260] Esta tendencia sigue
la llamada ley de Swanson, una prediccin similar a la
conocida Ley de Moore, que establece que los precios de
Para instalaciones a gran escala, ya se han
alcanzado precios por debajo de 1 $/Vatio.
Por ejemplo, en abril de 2012 se public un
precio de mdulos fotovoltaicos a 0,60 Euros/Vatio (0,78 $/Vatio) en un acuerdo marco
de 5 aos.[278] En algunas regiones, la energa
fotovoltaica ha alcanzado la paridad de red, que
se dene cuando los costes de produccin fotovoltaica se encuentran al mismo nivel, o por
debajo, de los precios de electricidad que paga
el consumidor nal (aunque en la mayor parte
de las ocasiones todava por encima de los costes de generacin en las centrales de carbn o
gas, sin contar con la distribucin y otros costes inducidos). La energa fotovoltaica se genera durante un perodo del da muy cercano al
pico de demanda (lo precede) en sistemas elctricos que hacen gran uso del aire acondicionado. Ms generalmente, es evidente que, con un
precio de carbn de 50 $/tonelada, que eleva el
precio de las plantas de carbn a 5 cent./kWh,
la energa fotovoltaica ser competitiva en la
mayor parte de los pases. El precio a la baja de los mdulos fotovoltaicos se ha reejado rpidamente en un creciente nmero de instalaciones, acumulando en todo 2011 unos 23
GW instalados ese ao. Aunque se espera cierta consolidacin en 2012, debido a recortes en
el apoyo econmico en los importantes mercados de Alemania e Italia, el fuerte crecimiento
muy probablemente continuar durante el resto de la dcada. De hecho, ya en un estudio se
mencionaba que la inversin total en energas
renovables en 2011 haba superado las inversiones en la generacin elctrica basada en el
carbn.[277]
La tendencia es que los precios disminuyan an ms con
el tiempo una vez que los componentes fotovoltaicos han
entrado en una clara y directa fase industrial.[279][280] A
nales de 2012, el precio medio de los mdulos fotovoltaicos haba cado a 0,50 $/Wp, y las previsiones apuntan
que su precio seguir reducindose hasta los 0,36 $/Wp
en 2017.[281]
Una instalacin fotovoltaica puede operar durante 30
aos o ms[282] con escaso mantenimiento o intervencin
tras su puesta en marcha, por lo que tras el coste de inversin inicial necesario para construir una instalacin fotovoltaica, sus costes de operacin son muy bajos en comparacin con el resto de fuentes energticas existentes.
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% debido
al crecimiento de las ms ecientes tecnologas de silicio mono y
policristalinas que dominan el mercado (estn representadas en
azul claro e intenso).[283]
generacin.[284] Consisten en una clula solar que se fabrica mediante el depsito de una o ms capas delgadas
(pelcula delgada) de material fotovoltaico en un sustrato.
Las clulas solares de pelcula delgada suelen clasicarse
segn el material fotovoltaico utilizado:
Silicio amorfo (a-Si) y otros silicios de pelcula delgada (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]
Energa fotovoltaica de capa na o
La Conferencia Internacional Energa Solar de Bajo Costo de Sevilla, realizada en febrero de 2009, fue el primer
escaparate en Espaa de las mismas.[290] Esta tecnologa
caus grandes expectativas en sus inicios. Sin embargo,
la fuerte cada en el precio de las clulas y los mdulos de
silicio policristalino desde nales de 2011 ha provocado
que algunos fabricantes de capa na se hayan visto obligados a abandonar el mercado, mientras que otros han
visto muy reducidos sus benecios.[291]
8 Benecio medioambiental
La cantidad de energa solar que alcanza a la supercie teLaminados fotovoltaicos de capa na siendo instalados sobre un rrestre es enorme, cerca de 122 petavatios (PW), y equivale a casi 10 000 veces ms que los 13 TW consumidos
por la humanidad en 2005.[292] Esta abundancia sugieOtra alternativa de bajo coste a las clulas de silicio re que no pasar mucho tiempo antes de que la energa
cristalino es la energa fotovoltaica de capa o pelcu- solar se convierta en la principal fuente de energa de la
la na que est basada en las clulas solares de tercera humanidad.[293] Adicionalmente, la generacin elctrica
carbono durante la fabricacin de los dispositivos solares.
Un sistema fotovoltaico de 1 kW de potencia ahorra la
combustin de aproximadamente 77 kg (170 libras) de
carbn, evita la emisin a la atmsfera de unos 136 kg
(300 libras) de dixido de carbono, y ahorra mensualmente el uso de unos 400 litros (105 galones) de agua.[299]
8.2 Reciclaje de mdulos fotovoltaicos
El Presidente de Estados Unidos Barack Obama pronuncia un
discurso durante la inauguracin de una planta solar fotovoltaica, en mayo de 2009.
mediante fotovoltaica presenta la mayor densidad energtica (una media global de 170 W/m2 ) de todas las energas renovables.[292]
Al nalizar su vida til, la mayor parte de los paneles
fotovoltaicos puede ser tratada. Gracias a las innovaciones tecnolgicas que se han desarrollado en los ltimos
aos, se puede recuperar hasta el 95% de ciertos materiales semiconductores y el vidrio, as como grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos utilizados en los
mdulos.[300] Algunas empresas privadas[301] y organizaciones sin nes de lucro, como por ejemplo PV CYCLE
en la Unin Europea, estn trabajando en las operaciones de recogida y reciclaje de paneles al nal de su vida
til.[302]
A diferencia de las tecnologas de generacin de energa basadas en combustibles fsiles, la energa solar fotovoltaica no produce ningn tipo de emisiones nocivas Dos de las soluciones de reciclaje ms comunes son:
durante su funcionamiento, aunque la produccin de los
paneles fotovoltaicos presenta tambin un cierto impacto
ambiental. Los residuos nales generados durante la fase
Paneles de silicio: Los marcos de aluminio y las cade produccin de los componentes, as como las emisiojas de conexin son desmantelados manualmente al
nes de las factoras, pueden gestionarse mediante controcomienzo del proceso. El panel se tritura y las diles de contaminacin ya existentes. Durante los ltimos
ferentes fracciones se separan: vidrio, plsticos y
aos tambin se han desarrollado tecnologas de reciclametales.[303] Es posible recuperar ms de 80% del
je para gestionar los diferentes elementos fotovoltaicos al
peso entrante[304] y, por ejemplo, el cristal mixto ex[294]
nalizar su vida til,
y se estn llevando a cabo protrado es fcilmente aceptado por las industrias de
gramas para incrementar el reciclaje entre los productola espuma de vidrio y del aislamiento. Este proceres fotovoltaicos.[295]
so puede ser realizado por los recicladores de vidrio
plano ya que la morfologa y composicin de un panel fotovoltaico es similar al cristal plano utilizado
8.1 Emisiones de gases de efecto invernaen la industria de la construccin y del automvil.
Las emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo
del ciclo de vida para la fotovoltaica son cercanas a los
46 g/kWh, pudiendo reducirse incluso hasta 15 g/kWh
en un futuro prximo.[296] En comparacin, un planta de
gas de ciclo combinado emite entre 400-599 g/kWh,[297]
un planta de gasoil 893 g/kWh,[297] una planta de carbn
915-994 g/kWh[298] o con tecnologa de captura de carbono unos 200 g/kWh (excluyendo las emisiones durante la extraccin y el transporte de carbn), y una planta
de energa geotrmica de alta temperatura, entre 91-122
g/kWh.[297] La intensidad de las emisiones para el ciclo
de vida de la energa hidrulica, elica y la energa nuclear es menor que la de la energa fotovoltaica, segn los
datos publicados por el IPCC en 2011.[297]
Al igual que todas las fuentes de energa cuyas emisiones
dependen principalmente de las fases de construccin y
transporte, la transicin hacia una economa de bajo carbono podra reducir an ms las emisiones de dixido de
Paneles de otros materiales: Hoy en da se cuenta
con tecnologas especcas para el reciclaje de paneles fotovoltaicos que no contienen silicio, algunas tcnicas utilizan baos qumicos para separar los
diferentes materiales semiconductores.[305] Para los
paneles de teluro de cadmio, el proceso de reciclaje
empieza por aplastar el mdulo y, posteriormente,
separar las diferentes partes. Este proceso de reciclaje est diseado para recuperar hasta un 90% del
vidrio y 95% de los materiales semiconductores.[306]
En los ltimos aos, algunas empresas privadas han
puesto en marcha instalaciones de reciclaje a escala
comercial.[307]
Desde 2010 se celebra una conferencia anual en Europa que rene a productores, recicladores e investigadores
para debatir el futuro del reciclaje de mdulos fotovoltaicos. En 2012 tuvo lugar en Madrid.[308][309]
[4] Por un elemento de valencia menor que el silicio. Puede
ser boro (B) u otro elemento de la columna 13.
Portal:Energa. Contenido relacionado con
[5] Sin embargo, se le puede dar una forma ondulada, para
aumentar la supercie activa.
Portal:Ecologa. Contenido relacionado con
Clula solar de pelcula na
[6] Y estas cifras siguen creciendo: debido al incremento de la
potencia fotovoltaica instalada en el pas, de enero a septiembre de 2012 el 6,1% de la demanda de electricidad
alemana fue cubierta con energa producida por sistemas
fotovoltaicos, segn la Asociacin alemana de las industrias energticas e hdricas (BDEW).
[7] En el proyecto colaboraron la Comunidad de Aragn, la
empresa francesa Veolia Environnement y el grupo estadounidense Clairvoyant Energy.
Central trmica solar
Energas renovables en la Unin Europea
Energa solar en Espaa
Fotovoltaica integrada en edicios
Instituto de Energa Solar en la Universidad Politcnica de Madrid
Mercado elctrico de Espaa
Red elctrica inteligente
[1] La fotovoltaica abasteci el 8,4 % de la demanda elctrica en Italia en agosto de 2012. El operador de red italiano
Terna SpA inform de que, en el mes de agosto de 2012,
el 8,4 % de la demanda elctrica del pas se abasteci con
electricidad producida por sistemas fotovoltaicos. Los informes mensuales de Terna sobre el sistema elctrico del
pas arrojaron que la potencia generada por fuentes fotovoltaicas aument desde los 1 501 gigavatios hora generados en agosto de 2011 hasta los 2 240 gigavatios hora
alcanzados en agosto de 2012, lo que supone un aumento
del 49,2 %. Fuente: Terna SpA
[2] El fsico Alejandro Volta tambin proporciona el trmino
voltio a la unidad de medida de la diferencia de potencial
en el Sistema Internacional de medidas.
[3] Una pequea proporcin de tomos de silicio se sustituye
por un elemento de valencia superior en la tabla peridica,
es decir, que tiene ms electrones en su capa de valencia
que el silicio. El silicio tiene 4 electrones en su capa de
valencia: se pueden utilizar elementos del columna 15, por
ejemplo, fsforo.
[1] Joshua Pearce, Photovoltaics - A Path to Sustainable Futures, Futures 34 (7), 663-674, 2002. open access
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[13] La produccin fotovoltaica en Alemania cubri un 6%
de la demanda de electricidad en los primeros 9 meses de
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