10ºCongreso Nacional del Medio Ambiente (Conama10) 2010...IES:1979-2009 G. Sala –CONAMA 10, 22-26 Nov 2010, Madrid 10ºCongreso Nacional del Medio Ambiente (Conama10) ST-16. Innovación

IES:1979-2009

G. Sala – CONAMA 10, 22-26 Nov 2010, Madrid

10º Congreso Nacional del Medio Ambiente (Conama 10)

ST-16. Innovación y nuevas tecnologías en ahorro, eficiencia energética y

energías renovables

24 de noviembre de 2010

Presente y futuro de la energía solar fotovoltaica

Gabriel Sala

Instituto de Energía Solar- Universidad Politécnica de Madrid

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Gabriel Sala

Instituto de Energía SolarUniversidad Politécnica de Madrid

Presente y Futuro de la Presente y Futuro de la EnergEnergíía Solar Fotovoltaicaa Solar Fotovoltaica

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30 años desarrollando

la E .S. Fotovoltaica

Madrid, 22-26 Noviembre 2010

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Genera electricidad directamente, sin partes móviles ni procesos intermedios. Muy modular : 1W a MW.Las células solares son los dispositivos que realizan la conversión.

La energLa energíía solar fotovoltaica y la ca solar fotovoltaica y la céélula lula solarsolar

• La célula Fotovoltaica es un dispositivo

electrónico semiconductor el que se produce el

efecto fotovoltaico

• Sus electrones absorben los fotones de la luz

aumentando su energía y manteniéndose en el

estado “alto” un cierto tiempo.

• Para que este tiempo sea suficiente los

materiales deben ser muy puros y

estructuralmente perfectos:

• El FV es aun caro, pero va serlo siempre?

Soluciones Mejoras a corto en curva de aprendizajeTrayendo nuevos efectos físicos al FV

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TecnologTecnologíías actuales y emergentes as actuales y emergentes

Silicio Monocristalino

ηηηη = 13-17%45% del Mercado

Silicio Multicristalino


Silicio Amorfo

ηηηη = 7%7% del Mercado

Thin Films (CIGS, CIS, CdTe)


III-V Multiunión en CPV

ηηηη = 27% con células del 40%0.04 % del Mercado

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FabricaciFabricacióónn de de mmóódulosdulos

tabs strings

Interconexión del módulo laminado

células tedlar

vidrio EVA

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Total MWp 9.51

Individual investors 752

Sistemas FV conectados a la red:Sistemas FV conectados a la red:renovable, simplicidad y negocio socialrenovable, simplicidad y negocio social

• Modalidad causante del crecimiento del FV en Europa y en España

• La idea es que cada uno de nosotros puede ser generador de energía eléctrica en su casa, en su parcela o a través de una asociación en una planta FV relativamente grande si no se tiene espacio en casa.

• Y cobramos por la energía “verde” producida


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Curva de aprendizaje de la tecnologCurva de aprendizaje de la tecnologíía de a de Silicio FV actualSilicio FV actual

• Coeficientes de la curva de aprendizaje:

•FV 19% (demasiado bajo)

•Memorias semiconductor 32%

• 105 (100GW) >>(200B€)

• >> 0.7 % World PIB)

Module price

[US$/W

]

100

Cumulative module production [MW]

1

10

100

101 102 103 104

y = 31 * x-0.3

Progress ratio = 0.811977

19851998

2001


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RenovaliaRenovalia: Planta de 47MW, Puertollano: Planta de 47MW, Puertollano


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Parque Solar en JaParque Solar en Jaéén, Espan, Españñaa

Situación: Jaén , España

Seguidores 906 Potencia 2.1 Mwp

Módulos 10600 Producción 4000000kWh/año

Area 150000 m2 Fecha

finalización

Julio 2008


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• En 2003, la central de Garoña produjo 3.739 GWh ...


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Mercado Europea hasta 2013 con ayuda Mercado Europea hasta 2013 con ayuda ppúúblicablica


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EvoluciEvolucióón en Alemanian en Alemania

Voluntad

popular

alta


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EvoluciEvolucióón en USAn en USA

Acción pública

muy

importante


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EvoluciEvolucióón en Espan en Españñaa

Futura acción

pública pequeña,

caída abrupta,


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Capacidad Productiva mundial: Capacidad Productiva mundial: Si vs. Capa delgadaSi vs. Capa delgada


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Mercado mundial total y por regionesMercado mundial total y por regiones


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Competitividad FV: 2010 Competitividad FV: 2010 -- 20302030EvoluciEvolucióón del precio de n del precio de kWhkWh FV en relaciFV en relacióón al n al kWhkWh (punta y base) de las redes el(punta y base) de las redes elééctricasctricas


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EvoluciEvolucióón de la Competitividad de la ESF n de la Competitividad de la ESF por zonas en Europapor zonas en Europa


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2.502.552.602.652.702.752.802.852.902.953.003.05

3.303.253.203.153.10

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

17

18Calendar week

EUR/Wp

Japan(Japan) 10 Per. moving averageGermany(Germany) 10 Per. moving averageEurope(Europe) 10 Per. moving average

China

3

2

2.30

EvoluciEvolucióón de los precios de mercado de mn de los precios de mercado de móódulos dulos FV desde Oct. 2008 a abril 2009 (en EUR/FV desde Oct. 2008 a abril 2009 (en EUR/WpWp))


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Multiplicidad de tecnologMultiplicidad de tecnologíías en FVas en FV

0 5 10 15 20 25Eficiencia módulo (%)

Pre

cio

del m

ódul

o(€

/Wp)

1

2

3

4

0

c-Si

tf-Si

& CIGSS

new concepts

2005

2010

2020

>2030

OSC

technolo

gy famil

iestechnology generations

tf-Si = thin-film siliconCIGSS = copper-indium/gallium-selenium/sulfurc-Si = wafer-typecrystalline siliconX-tech = concentrator technologyOSC = “organic”solar cellsnew concepts = advanced versions of existing technologies & new conversion principles

X-tech

commercial

Beyond SQ limit

Bounded to SQ limit


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CIGS CIGS ThinThin Film PV Film PV cellcell

SEM picture of cross section of PV cell

Picture: ZSW

TCO/ZnO

Absorber/CIGS

Back contact/Mo

Substrate/glass


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Fachada Solar, mFachada Solar, móódulos CIS, 85 dulos CIS, 85 kWPkWP, , ShellShell--Solar (AVANCIS)Solar (AVANCIS)


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CCéélulaslulas solaressolares multiunimultiunióónn: Un : Un grangran avanceavance

•Una célula solar multiuniónes una pila de célulassolares de una sola banda. La célula “1” situada encimatiene la banda más ancha de todas ellas. El resto de lascélulas están ordenadas porancho de bandadecreciente. Cada una de ellas absorbe aquellosfotones cuya energía estáen el margen de su anchode banda y la célula queestá enfrente.

• 41,7 % alcanzado in Lab. Con células MJ metamórficas

(Límite teórico: 87%)

En un sistema real: 28%

Combina filtrado y generación!


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CPV comercial : CPV comercial : GuascorGuascor FotFotóón, n, ConcentrixConcentrix

• Hay un mercado natural (9 MW) en España

• suministrado por Guascor Fotón con

• Silicio de alta efficiencia (25 %) a 300X

• Prototipo de Guascor• en UPM

Concetrix concelulas III-Vmulti-unión,

Modulo 27%

Planta 0.9 MW Guascor Fotón


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63.2 %

0,71 eV

1,24 eV 1,95 eV

CCéélulaslulas de de bandabanda intemediaintemedia

W Shockley & HJ Queisser,

J. Appl. Phys. 32 510 (1961)

A. Luque & A. Martí, Phys.

Rev. Lett. 78 5014 (1997)


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El Futuro en EspaEl Futuro en Españña:a:Coste social de la tarifa especialCoste social de la tarifa especial

• Ayer en el BOE: de 0,32€/kW.h se pasa a 17,6 €/kW.h

• Difícilmente rentable si no se reduce el papeleo, qu e representa un tercio del coste y se permite la instalac ión el suelo, la mas barata.

• Creciendo a 500 GW/año con 10% reducción : coste en 10 años : 700M€ /año = 0,05% PIB NO SE HA DECIDIDO ASI

• Se habría desarrollado una nueva fuente competitiva, autónoma, limpia, etc. YA NO

• España podría seguir colocada en la revolución sostenible, si se suavizan las restricciones administrativas a las Instalaciones FV.


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ConclusionesConclusiones

• FV se está convirtiendo en una rama industrial muyimportante. En el siglo XXI sera una fuente importante en % de electricidad.

• Está muy cerca la revolución en la estructura de la industria de purificación del silicio

• El silicio quizás será la tecnología dominante para la transición desde tarifas subvencionadas a tarifas de red.

• En el mercado completo de electricidad aparecerán nuevastecnologías: Los concentradores serán probablementenecesarios con células multiunión y nuevos conceptos de alta eficiencia


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Gracias por su atención !

www.ies.upm.es

EUCLIDES –THERMIE CPV Power Plant (1998)


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Los Los mercadosmercados fotovoltaicosfotovoltaicos crecencrecenexplosivamenteexplosivamente

Dots: several sources: mainly Paul Maycock, PV news years successive andPhoton International, March 2004

Lines: high and low forecasts in the model of A. Luque Progress in Photovoltaics9 (2001) 303

Previsión: FV sumistrará un % importante de la energíaa mediados del siglo XXI

0

200

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1800

1970 1980 1990 2000 2010Year

Wor

ld v

olum

e of

sal

es (

MW

p). Average yearly growth between 1996-2004

Photovoltaics: 33.4%

Semiconductors: 6.2%

In 2004: PV is 1.7% of semiconductors

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