Energía solar
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Energía solar
La planta termosolar de 150 MW Andasol es una planta comer- cial de discos parabólicos, localizada en España. Esta planta uti- liza un sistema de tanques con sales fundidas para almacenar el calor generado por la radiación solar de forma que pueda seguir generando electricidad durante la noche.[1]
pasivas o activas según cómo capturan, convierten y dis- tribuyen la energía solar. Las tecnologías activas inclu- yen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores solar tér- micos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasi- vas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.
En 2011, la Agencia Internacional de la Energía se ex- presó así: “El desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aún más importante, independientemente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los pre- cios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globa- les. De esta manera, los costes para su incentivo y desa- rrollo deben ser considerados inversiones; deben ser rea- lizadas de forma correcta y ampliamente difundidas”.[2]
La fuente de energía solar más desarrollada en la actuali- dad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fo- tovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.[3]
Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovol- taica se ha reducido de forma constante desde que se fa-
[4]
Viviendas sostenibles alimentadas mediante energía solar foto-
bricaron las primeras células solares comerciales,
au-
voltaica en el barrio solar de Vauban (Friburgo, Alemania).
mentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de ge-
neración eléctrica ya es competitivo con las energías no
[5]
La energía solar es una energía renovable, obtenida a
renovables
en un creciente número de regiones geográ-
[6][7]
partir del aprovechamiento de la radiación electromag-
ficas, alcanzando la paridad de red.
Otras tecnologías
nética procedente del Sol.
La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprove- chada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovol- taicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo trans- formarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que po- drían ayudar a resolver algunos de los problemas más ur- gentes que afronta la humanidad.[2]
Las diferentes tecnologías solares se pueden clasificar en
solares, como la energía solar termoeléctrica está redu-
ciendo sus costes también de forma considerable.
1 Energía proveniente del Sol
La Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entran- te (insolación) desde la capa más alta de la atmósfera.[8] Aproximadamente el 30 % regresa al espacio, mientras que las nubes, los océanos y las masas terrestres absorben la restante. El espectro electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre lo ocupa principalmente la luz visi-
1
Incoming
Solar
Reflected by atmosphere
Reflected by clouds
Reflected by earth's surface
Radiated to space from atmosphere
Radiated from earth to space
nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para
174 PW
10 35 7 111 10
33
Absorbed by
su utilización, mientras que no es posible concentrar la
luz difusa que proviene de todas las direcciones.
La irradiancia directa normal (o perpendicular a los ra- yos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de
atomosphere
12
Conduction
and 40 rising air
26 Radiation absorbed
by atmosphere
Latent heat in water vapor
constante solar y tiene un valor medio de 1366 W/m² (que
corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395
W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).
La radiación absorbida por los océanos, las nubes, el aire y las masas de tierra incrementan la temperatura de éstas.
89 PW absorbed by land and oceans
Aproximadamente la mitad de la energía proveniente del Sol al- canza la superficie terrestre.
La instalación de centrales de energía solar en las zonas marca- das en el mapa podría proveer algo más que la energía actual- mente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de con- versión energética del 8 %), incluyendo la proveniente de calor, energía eléctrica, combustibles fósiles, etcétera. Los colores indi- can la radiación solar promedio entre 1991 y 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).
ble y los rangos de infrarrojos con una pequeña parte de radiación ultravioleta. [9]
La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. En condiciones de radiación aceptables, la poten- cia equivale aproximadamente a 1000 W/m² en la super- ficie terrestre. Esta potencia se denomina irradiancia. Nó- tese que en términos globales prácticamente toda la radia- ción recibida es reemitida al espacio (de lo contrario se produciría un calentamiento abrupto). Sin embargo, exis- te una diferencia notable entre la radiación recibida y la emitida.
La radiación es aprovechable en sus componentes direc- tos y difusos, o en la suma de ambos. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexio- nes o refracciones intermedias. La bóveda celeste diurna emite la radiación difusa debido a los múltiples fenóme- nos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las
El aire calentado es el que contiene agua evaporada que
asciende de los océanos, y también en parte de los con-
tinentes, causando circulación atmosférica o convección.
Cuando el aire asciende a las capas altas, donde la tem-
peratura es baja, va disminuyendo su temperatura has-
ta que el vapor de agua se condensa formando nubes.
El calor latente de la condensación del agua amplifica
la convección, produciendo fenómenos como el viento,
borrascas y anticiclones. [10] La energía solar absorbida
por los océanos y masas terrestres mantiene la superficie
a 14 °C.[11] Para la fotosíntesis de las plantas verdes la
energía solar se convierte en energía química, que produ-
ce alimento, madera y biomasa, de la cual derivan tam-
bién los combustibles fósiles.[12]
Se estima que la energía total que absorben la atmósfera, los océanos y los continentes puede ser de 3 850 000 exajulios por año.[13] En 2002, esta energía en un segundo equivalía al consumo global mundial de energía durante un año.[18][19] La fotosíntesis captura aproximadamente
3000 EJ por año en biomasa, lo que representa solo el
0,08 % de la energía recibida por la Tierra.[15] La canti-
dad de energía solar recibida anual es tan vasta que equi-
vale aproximadamente al doble de toda la energía pro-
ducida jamás por otras fuentes de energía no renovable
como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas natural.
2 Tecnología y usos de la energía solar
Clasificación por tecnologías y su correspondiente uso más general:
• Energía solar activa: para uso de baja temperatura (entre 35 °C y 60 °C), se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300 °C; y de alta tempe- ratura, llega a alcanzar los 2000 °C. Esta última, se consigue al incidir los rayos solares en espejos, que van dirigidos a un reflector que lleva a los rayos a un punto concreto. También puede ser por centrales de torre y por espejos parabólicos.
3
• Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos. 3 Energía solar pasiva
• Energía solar térmica: Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y ca-
lefacción.
• Energía solar fotovoltaica: Es usada para produ- cir electricidad mediante placas de semiconductores
que se alteran con la radiación solar.
• Energía solar termoeléctrica: Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencio-
nal a partir de un fluido calentado a alta temperatura
(aceite térmico).
• Energía solar híbrida: Combina la energía solar con
otra energía. Según la energía con la que se combine
es una hibridación:
• Renovable: biomasa, energía eólica.[20]
• No renovable: Combustible fósil.
• Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.
• Solúcar PS10 es una planta solar termoeléctrica por tecnología de torre, la primera en el mundo explo- tada comercialmente.
• La central solar de torre central del “Solar Two” de
El Proyecto Solar.
• Discos parabólicos utilizados en una central solar térmica situada en el desierto de Mojave (California, Estados Unidos).
• Marquesina fotovoltaica situada en el aparcamien- to de la Universidad Autónoma de Madrid (Madrid, España).
• Cubierta fotovoltaica en el Estadio Nacional de Kaohsiung, sede de los Juegos Mundiales de 2009 (World Games 2009) en Kaohsiung (Taiwán).
• La Estación Espacial Internacional (ISS) está ali- mentada mediante un gran conjunto de paneles so- lartes fotovoltaicos.
• El telescopio espacial Hubble, equipado con pane- les solares, es puesto en órbita desde la bodega del transbordador Discovery en 1990.
• El ganador de la edición 2009 del Global Green Cha- llenge, el “Tokai Challenger”, del Solar Car Team de la Universidad de Tokai (Japón).
• El Helios, prototipo de avión solar no tripulado desa- rrollado por la NASA, en vuelo.
• El avión solar tripulado Solar Impulse, preparado pa- ra el despegue.
El Instituto de Tecnología de la Universidad de Darmstadt en
Alemania ganó la edición de 2007 del Solar Decathlon en
Washington D. C. con esta casa con tecnología solar pasiva, di-
señada específicamente para climas subtropicales húmedos.[21]
La tecnología solar pasiva es el conjunto de técnicas dirigidas al aprovechamiento de la energía solar de for- ma directa, sin transformarla en otro tipo de energía, pa- ra su utilización inmediata o para su almacenamiento sin la necesidad de sistemas mecánicos ni aporte externo de energía, aunque puede ser complementada por ellos, por ejemplo para su regulación.
La tecnología solar pasiva incluye sistemas con ganancia directa e indirecta para el calentamiento de espacios, sis- temas de calentamiento de agua basados en termosifón, el uso de masa térmica y de materiales con cambio de fase para suavizar las oscilaciones de la temperatura del aire, cocinas solares, chimeneas solares para mejorar la ventilación natural y el propio abrigo de la tierra.
La arquitectura bioclimática es la aplicación de este prin- cipio al diseño de edificaciones. La energía no se apro- vecha por medio de captadores industrializados, sino que son los propios elementos constructivos los que absorben la energía de día y la redistribuyen por la noche.
4 Energía solar térmica
La energía solar térmica (o energía termosolar) consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para produ- cir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al con- sumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales.
Los colectores de energía solar térmica están clasificados como colectores de baja, media y alta temperatura:
B
D F+ E C
G- A
Primera casa solar moderna, creada en 1939 por el Instituto Tec- nológico de Massachusetts en Estados Unidos. Empleaba un sis- tema acumulador térmico para lograr el calentamiento a lo largo de todo el año.
• Colectores de baja temperatura. Proveen calor útil a temperaturas menores de 65 °C mediante ab- sorbedores metálicos o no metálicos para aplicacio- nes tales como calentamiento de piscinas, calenta- miento doméstico de agua para baño y, en general, para todas aquellas actividades industriales en las que el calor de proceso no es mayor de 60 °C, por ejemplo la pasteurización, el lavado textil, etc.
• Colectores de temperatura media. Son los dispo- sitivos que concentran la radiación solar para entre- gar calor útil a mayor temperatura, usualmente en- tre los 100 y 300 °C. En esta categoría se tiene a los concentradores estacionarios y a los canales parabó- licos, todos ellos efectúan la concentración mediante espejos dirigidos hacia un receptor de menor tama- ño. Tienen el inconveniente de trabajar solamente con la componente directa de la radiación solar por lo que su utilización queda restringida a zonas de al- ta insolación.
• Colectores de alta temperatura. Existen en tres ti- pos diferentes: los colectores de plato parabólico, la nueva generación de canal parabólico y los sistemas de torre central. Operan a temperaturas superiores a los 500 °C y se usan para generar electricidad (elec- tricidad termosolar) y transmitirla a la red eléctrica; en algunos países estos sistemas son operados por productores independientes y se instalan en regiones donde las posibilidades de días nublados son remo- tas o escasas.
4.1 Energía solar térmica de baja tempe- ratura
Una instalación solar térmica de baja temperatura está formada por captadores solares, un circuito primario y secundario, intercambiador de calor, acumulador, vaso
Generación de agua caliente con una instalación de circuito ce- rrado.
Dos colectores solares planos, instalados en un tejado.
de expansión y tuberías. Si el sistema funciona mediante termosifón será la diferencia de densidad por cambio de temperatura la que moverá el fluido. Si el sistema es for- zado, entonces será necesario además dotar al sistema de una bomba de circulación y un sistema de control.
Los captadores solares son los elementos que capturan la radiación solar y la convierten en energía térmica, en calor. Como captadores solares se conocen los de placa plana, los de tubos de vacío y los captadores absorbedores sin protección ni aislamiento. Los sistemas de captación planes (o de placa plana) con cubierta de vidrio son los comunes mayoritariamente en la producción de agua ca- liente sanitaria ACS. El vidrio deja pasar los rayos del Sol, estos calientan unos tubos metálicos que transmiten el calor al líquido de dentro. Los tubos son de color oscu- ro, ya que las superficies oscuras calientan más.
El vidrio que cubre el captador no sólo protege la instala- ción sino que también permite conservar el calor produ- ciendo un efecto invernadero que mejora el rendimiento del captador.
Están formados de una carcasa de aluminio cerrada y re- sistente a ambientes marinos, un marco de aluminio, una junta perimetral libre de siliconas, aislante térmico (nor- malmente lana de roca), cubierta de vidrio solar de alta transparencia, y finalmente por tubos soldados que con- ducen el fluido portador de calor hacia el interior y el ex- terior del captador.
Los colectores solares se componen de los siguientes ele-
mentos:
• Cubierta: Es transparente, puede estar presente o no. Generalmente es de vidrio aunque también se utilizan de plástico ya que es menos caro y maneja- ble, pero debe ser un plástico especial. Su función es minimizar las pérdidas por convección y radiación y por eso debe tener una transmitancia solar lo más alta posible.
• Canal de aire: Es un espacio (vacío o no) que sepa- ra la cubierta de la placa absorbente. Su espesor se calculará teniendo en cuenta para equilibrar las pér- didas por convección y las altas temperaturas que se pueden producir si es demasiado estrecho.
• Placa absorbente: La placa absorbente es el ele- mento que absorbe la energía solar y la transmite al líquido que circula por las tuberías. La principal característica de la placa es que tiene que tener una gran absorción solar y una emisión térmica reduci- da. Como los materiales comunes no cumplen con este requisito, se utilizan materiales combinados pa- ra obtener la mejor relación absorción / emisión.
• Tubos o conductos: Los tubos están tocando (a ve- ces soldadas) la placa absorbente para que el inter- cambio de energía sea lo más grande posible. Por los tubos circula el líquido que se calentará e irá hacia el tanque de acumulación.
• Capa aislante: La finalidad de la capa aislante es recubrir el sistema para evitar y minimizar pérdidas. Para que el aislamiento sea el mejor posible, el ma- terial aislante deberá tener una baja conductividad térmica.
4.2 Energía solar térmica de media tempe- ratura
Las instalaciones de temperatura media pueden usar va- rios diseños, los diseños más comunes son: glicol a pre- sión, drenaje trasero, sistemas de lote y sistemas más nue- vos de baja presión tolerantes al congelamiento que usan tuberías de polímero que contienen agua con bombeo fo- tovoltaico. Los estándares europeos e internacionales es- tán siendo revisados para incluir las innovaciones en di- seño y la operación de colectores de temperatura media. Las innovaciones operacionales incluyen la operación de “colectores permanentemente húmedos”. Esta técnica re- duce o incluso elimina la ocurrencia de tensiones de no flujo de alta temperatura conocidas como estancamiento, las que reducen la vida esperada de estos colectores.
Un disco solar parabólico que concentra la radiación solar so- bre un elemento calefactor de un motor Stirling. Toda la unidad actúa como un seguidor solar.
La central térmica solar PS20, de 20 MW, produce electrici- dad a partir del Sol, utilizando 1255 espejos móviles llamados helióstatos; se encuentra junto a la central solar PS10, de 11 MW
4.3 Energía solar térmica de alta tempera- tura
Las temperaturas inferiores a 95 grados celsius son sufi- cientes para calefacción de espacios, en ese caso general- mente se usan colectores planos del tipo no concentrado- res. Debido a las relativamente altas pérdidas de calor a través del cristal, los colectores planos no logran alcanzar mucho más de 200 °C incluso cuando el fluido de transfe- rencia está estancado. Tales temperaturas son demasiado bajas para ser usadas en la conversión eficiente en elec- tricidad.
La eficiencia de los motores térmicos se incrementa con la temperatura de la fuente de calor. Para lograr esto en las plantas de energía termal, la radiación solar es con- centrada por medio de espejos o lentes para lograr altas temperaturas mediante una técnica llamada electricidad solar de concentración (en inglés: Concentrated Solar Po- wer, CSP). El efecto práctico de las mayores eficiencias
es la reducción del tamaño de los colectores de la planta y del uso de terreno por unidad de energía generada, redu- ciendo el impacto ambiental de una central de potencia así como su costo.
A medida de que la temperatura aumenta, diferentes for- mas de conversión se vuelven prácticas. Hasta 600 °C, las turbinas de vapor, la tecnología estándar, tienen una efi- ciencia de hasta 41 %, Por sobre los 600 °C, las turbinas de gas pueden ser más eficientes. Las temperaturas más altas son problemáticas y se necesitan diferentes materia- les y técnicas. Uno propuesta para temperaturas muy altas es usar sales de fluoruro líquidas operando a temperaturas de entre 700 °C a 800 °C, que utilizan sistemas de turbi- nas de etapas múltiples para lograr eficiencias termales de
50 % o más.[22] Las temperaturas más altas de operación le permiten a la planta usar intercambiadores de calor se- cos de alta temperatura para su escape termal, reduciendo el uso de agua de la planta, siendo esto crítico para que las centrales ubicadas en desiertos sean prácticas. Tam- bién las altas temperaturas hacen que el almacenamiento de calor sea más eficiente, ya que se almacenan más watts- horas por unidad de fluido.
Dado que una planta de electricidad solar de concentra- ción (CSP) primero genera calor, puede almacenar dicho calor antes de convertirlo en electricidad. Con la actual tecnología, el almacenamiento de calor es mucho más ba- rato que el almacenamiento de electricidad. De esta for- ma, una planta CSP pude producir electricidad durante el día y la noche. Si la ubicación de la planta CSP tiene una radiación solar predecible, entonces la planta se convierte en una central confiable de generación de energía.
4.4 Acumulación e intercambio de calor
El almacenamiento de calor permite que las centrales so- lares termales puedan producir electricidad durante las horas del día sin luz solar o por la noche. Esto permi- te el uso de la energía solar en la generación de carga base así como para la generación de potencia de punta, con el potencial de reemplazar a las centrales que usan combustibles fósiles. Adicionalmente, la utilización de los acumuladores reduce el coste de la electricidad ge- nerada con este tipo de centrales solares.
El calor es transferido a un medio de almacenamiento ter- mal en un depósito aislado durante las horas con luz solar y es recuperado para la generación de electricidad en la noche. Los medios de almacenamiento termal incluyen vapor presurizado, hormigón, una variedad de materiales con cambio de fase, y sales fundidas tales como calcio, sodio y nitrato de potasio.[23][24]
5 Energía solar fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica consiste en la obtención de electricidad[25] obtenida directamente a partir de la
Instalación de paneles solares en New Hampshire, Estados Uni- dos.
Instalación solar fotovoltaica en Oregón, Estados Unidos.
La planta fotovoltaica Westmill Solar Park, en el Sudeste de In- glaterra.
radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una de- posición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.[26]
5.1 Paneles solares fotovoltaicos
Un panel fotovoltaico consiste en una asociación de cé- lulas, encapsulada en dos capas de EVA (etileno-vinilo- acetato), entre una lámina frontal de vidrio y una ca-
pa posterior de un polímero termoplástico (normalmente tedlar).[27] Este conjunto es enmarcado en una estructu- ra de aluminio con el objetivo de aumentar la resistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclaje del módulo a las estructuras de soporte.[27]
Las células más comúnmente empleadas en los paneles fotovoltaicos son de silicio, y se puede dividir en tres sub- categorías:
• Las células de silicio monocristalino están consti- tuidas por un único cristal de silicio, normalmente manufacturado mediante el proceso Czochralski.[28] Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
• Las células de silicio policristalino (también llama- do multicristalino) están constituidas por un con- junto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas.[29] Se caracterizan por un color azul más intenso.
• Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también me- nos costosas. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.[30]
ha avanzado considerablemente en los últimos años.[33] [34] Alemania es, junto a Japón, China y Estados Unidos, uno de los países donde la fotovoltaica está experimen- tando un crecimiento más vertiginoso. A finales de 2013, se habían instalado en todo el mundo cerca de 140 GW de potencia fotovoltaica,[35] convirtiendo a la fotovoltaica en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y eólica.
La considerable potencia instalada en Alemania (35 GW en 2014) ha protagonizado varios récords durante los últimos años. Durante dos días consecutivos de mayo de 2012, por ejemplo, las plantas fotovoltaicas instala- das en este país produjeron 22 000 MWh en la hora del mediodía, lo que equivale a la potencia de gene- ración de veinte centrales nucleares trabajando a plena capacidad.[36][nota 1]
Potencia fotovoltaica instalada en el mundo, en GW. Datos his-
[37]
El parámetro estandarizado para clasificar la potencia de un panel fotovoltaico se denomina potencia pico, y se co- rresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:
• Radiación de 1000 W/m²
• Temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).
Los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica de si- licio policristalino oscilan entre el 14 %−20 %. Para cé- lulas de silicio monocristalino, los valores oscilan en el 15
%−21 %.[31][32] Los más altos se consiguen con los co- lectores solares térmicos a baja temperatura (que puede alcanzar un 70 % de rendimiento en la transferencia de energía solar a térmica).
Los paneles solares fotovoltaicos no producen calor que se pueda reaprovechar -aunque hay líneas de investiga- ción sobre paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente. Sin embargo, son muy apropiados para proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica, instalaciones sen- cillas en azoteas y de autoconsumo fotovoltaico.
5.2 Desarrollo de la energía solar fotovol- taica en el mundo
Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas
tóricos hasta 2013 y previsión hasta 2018.
La energía solar fotovoltaica se usaba tradicionalmente desde su popularización a finales de los años 1970 para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abas- tecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica, pero so- bre todo, de forma creciente durante los últimos años,[38] para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, bien mediante inyección a la red o para autoconsumo doméstico.
5.3 Autoconsumo fotovoltaico y paridad de red
El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el pro- pio consumo, a través de los paneles solares. Ello se pue- de complementar con el balance neto. Este esquema de producción, que permite compensar el consumo eléctri- co mediante lo generado por una instalación fotovoltaica en momentos de menor consumo, ya ha sido implanta- do con éxito en muchos países. Fue propuesto en Espa- ña por la asociación fotovoltaica ASIF para promover la electricidad renovable sin necesidad de apoyo económico adicional.[39] El balance neto estuvo en fase de proyecto por el IDAE.[40] y ha sido recogido en el Plan de Energías Renovables 2011-2020[41] y el Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.[42]
Para incentivar el desarrollo de la tecnología con miras a alcanzar la paridad de red -igualar el precio de obtención de la energía al de otras fuentes más económicas en la actualidad-, existen primas a la producción, que garanti- zan un precio fijo de compra por parte de la red eléctrica. Es el caso de Alemania, Italia o España. Este esquema de incentivos ya ha dado sus frutos, logrando que los costes de la energía fotovoltaica se sitúen por debajo del pre- cio de venta de la electricidad tradicional en un número creciente de regiones.
5.4 La energía del futuro
Según informes de Greenpeace, la fotovoltaica podrá su- ministrar electricidad a dos tercios de la población mun- dial en 2030.[43] Y según un estudio publicado en 2007 por el Consejo Mundial de Energía, para el año 2100 el
70 % de la energía consumida será de origen solar.[44]
Por otro lado, algunos países, como es el caso de Tokelau, un archipiélago ubicado en el océano Pacífico, no cuen- tan con mix eléctrico, ya que obtenen toda la electricidad que necesitan del sol.[45] El país lo forman unos 125 is- lotes que abarcan un área de 10 km² y cuenta con cerca de 1.500 habitantes.[46] La situación geográfica del archi- piélago hace que el uso de combustibles fósiles sea com- parativamente mucho más caro y difícil de mantener que un sistema fotovoltaico.
La instalación de Tokelau es un ejemplo del que ya han to- mado nota otros países de Oceanía. De hecho, las vecinas Islas Cook y el archipiélago de Tuvalu también pretenden abastecerse completamente a partir de energías renova- bles para el año 2020.[45]
• Pérgola Fotovoltaica del Fórum de las Culturas de
Barcelona (2004).
• Proyecto PV Soundless Freising, en una autopista de
Alemania.
• Parque solar fotovoltaico en Bruhrain, Alemania.
• Módulos solares de capa fina, en una planta del La- boratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos.
5.5 Balance neto y costes
El autoconsumo fotovoltaico consiste en la producción individual a pequeña escala de electricidad para el pro- pio consumo, a través de equipos de electricidad reno- vable (paneles solares fotovoltaicos, aerogenerador) al- gunos de ellos autoinstalables. Se puede complementar con el balance neto en las instalaciones autónomas o bien facilitar la independencia energética (instalaciones desconectadas).[47][48]
Instalación fotovoltaica sobre tejado en una residencia de Boston
(Massachusetts, Estados Unidos).
Ejemplo de integración de la energía solar fotovoltaica sobre el tejado de una vivienda.
El balance neto permite verter a la red eléctrica el exceso producido por un sistema de autoconsumo con la finali- dad de poder hacer uso de ese exceso en otro momento. De esta forma, la compañía eléctrica que proporcione la electricidad cuando la demanda sea superior a la produc- ción del sistema de autoconsumo, descontará en el consu- mo de la red de la factura, los excesos vertidos a la misma.
En los últimos años, debido al creciente auge de peque- ñas instalaciones de energía renovable, el autoconsumo con balance neto ha comenzado a ser regulado en diver- sos países del mundo, siendo una realidad en países como Alemania, Italia, Dinamarca, Japón, Australia, Estados Unidos, Canadá y México, entre otros, debido en parte a la constante bajada de coste de los módulos fotovoltai- cos.
En 2013, el precio de los módulos solares se había redu- cido en un 80 % en 5 años, colocando a la energía so- lar por primera vez en una posición competitiva con el precio de la electricidad pagado por el consumidor en un buen número de países soleados. El coste medio de gene- ración eléctrica de la energía solar fotovoltaica es ya com- petitivo con el de las fuentes convencionales de energía en una creciente lista de países,[49] particularmente cuan- do se considera la hora de generación de dicha energía, ya que la electricidad es usualmente más cara durante el día.[50] Se ha producido una dura competencia en la cade-
na de producción, y asimismo se esperan mayores caídas del coste de la energía fotovoltaica en los próximos años, lo que supone una creciente amenaza al dominio de las fuentes de generación basadas en las energías fósiles.[51] Conforme pasa el tiempo, las tecnologías de generación renovable son generalmente más baratas,[52][53] mientras que las energías fósiles se vuelven más caras:
Cuanto más desciende el coste de la energía solar fotovoltaica, más favorablemente compi- te con las fuentes de energía convencionales, y más atractiva es para los usuarios de elec- tricidad en todo el mundo. La fotovoltaica a pequeña escala puede utilizarse en California a precios de $100/MWh ($0,10/kWh) por de- bajo de la mayoría de otros tipos de genera- ción, incluso aquellos que funcionan mediante gas natural de bajo coste. Menores costes en los módulos fotovoltaicos también suponen un estímulo en la demanda de consumidores parti- culares, para los que el coste de la fotovoltaica se compara ya favorablemente al de los precios finales de la energía eléctrica convencional.[54]
En 2011, el coste de la fotovoltaica había caído bastante por debajo del de la energía nuclear, y se espera que siga cayendo:[55]
Para instalaciones a gran escala, ya se han alcanzado precios por debajo de 1 $/Vatio. Por ejemplo, en abril de 2012 se publicó un precio de módulos fotovoltaicos a 0,60 Eu- ros/Vatio (0,78 $/Vatio) en un acuerdo marco de 5 años.[56] En algunas regiones, la energía fotovoltaica ha alcanzado la paridad de red, que se define cuando los costes de producción fo- tovoltaica se encuentran al mismo nivel, o por debajo, de los precios de electricidad que paga el consumidor final (aunque en la mayor parte de las ocasiones todavía por encima de los cos- tes de generación en las centrales de carbón o gas, sin contar con la distribución y otros cos- tes inducidos). La energía fotovoltaica se ge- nera durante un período del día muy cercano al pico de demanda (lo precede) en sistemas eléc- tricos que hacen gran uso del aire acondiciona- do. Más generalmente, es evidente que, con un precio de carbón de 50 $/tonelada, que eleva el precio de las plantas de carbón a 5 cent./kWh, la energía fotovoltaica será competitiva en la mayor parte de los países. El precio a la ba- ja de los módulos fotovoltaicos se ha refleja- do rápidamente en un creciente número de ins- talaciones, acumulando en todo 2011 unos 23
GW instalados ese año. Aunque se espera cier- ta consolidación en 2012, debido a recortes en el apoyo económico en los importantes merca- dos de Alemania e Italia, el fuerte crecimiento
muy probablemente continuará durante el res- to de la década. De hecho, ya en un estudio se mencionaba que la inversión total en energías renovables en 2011 había superado las inver- siones en la generación eléctrica basada en el carbón.[55]
La tendencia es que los precios disminuyan aún más con el tiempo una vez que los componentes fotovoltaicos han entrado en una clara y directa fase industrial.[57]
6 Centros de investigación sobre la energía solar
• Centro de Investigaciones Energéticas, Medioam- bientales y Tecnológicas (CIEMAT).
• Instituto de Energía Solar, de la Universidad Poli- técnica de Madrid.
• Photovoltaic Institute Berlin en Alemania.
• Institut für Solare Energiesysteme ISE en Alemania.
• National Renewable Energy Laboratory NREL en
Estados Unidos.
7 Asociaciones
• ISES – Sociedad Internacional de Energía Solar.
• ASADES – Asociación Argentina de Energías Re- novables y Ambiente.
• Página web de UNEF (Unión Española Fotovoltai- ca), la principal asociación del sector fotovoltaico en España.
• Unidades didácticas educativas para escolares sobre la energía solar.
• ANES – Asociación Nacional de Energía Solar de
México.
• Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica
(EPIA).
8 Véase también
• Portal:Energía. Contenido relacionado con
Energía.
• Portal:Ecología. Contenido relacionado con
Ecología.
• Autoconsumo fotovoltaico
• Balance neto
• Calentador solar
• Célula solar de película fina
• Centro de Investigaciones Energéticas, Medioam- bientales y Tecnológicas
• Cocina solar
• Colector solar
• Constante solar
• EERE
• Energía alternativa
• Energía solar en España
• Energía solar en los Estados Unidos
• Energía solar espacial
• Energía solar fotovoltaica
• Energías renovables en Alemania
• Frío solar
• Protocolo de Kioto sobre el cambio climático
• Radiación solar
• Refrigeración por absorción
• Suelo radiante
• Temperatura sol-aire
• Vehículo solar
9 Notas
[1] Y estas cifras siguen creciendo: debido al incremento de la potencia fotovoltaica instalada en el país, de enero a sep- tiembre de 2012 el 6,1 % de la demanda de electricidad alemana fue cubierta con energía producida por sistemas fotovoltaicos, según la Asociación alemana de las indus- trias energéticas e hídricas (BDEW).
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[6] El estudio PV Grid Parity Monitor pone de manifiesto que la paridad de red fotovoltaica ya empieza a ser una realidad
[7] Cuando las placas fotovoltaicas son más baratas que la red eléctrica
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[41] pg.44 Plan de Energías Renovables 2011-2020 (IDAE) [42] Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que
se regula la conexión a red de instalaciones de producción
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[57] El precio de los paneles fotovoltaicos disminuye un 50 % en un solo año (y como afectará esto a los coches eléctri- cos)
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• PVGIS. Cálculo preciso de la radiación solar y del rendimiento de plantas fotovoltaicas.
• Base de Datos Atlas Global para Solar y Eólica de
IRENA.
• Día Solar Europeo. Campaña apoyada por la Co- misión Europea, cuyo propósito es promocionar la energía solar y darla a conocer al gran público.
• Instituto de Energía Solar de la Universidad Politéc- nica de Madrid.
• International Solar Energy Society (en inglés).
12.1 Energía solar térmica
• Federación Industrial Termosolar de Europa (ES- TIF).
• Asociación Solar de la Industria Térmica (ASIT).
• Calefacción, aire acondicionado y refrigeración so- lar.
12.2 Energía solar fotovoltaica
• Unidades didácticas educativas para escolares sobre la energía fotovoltaica.
• Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar
(ISE) (en inglés).
• Smaller, cheaper, faster: Does Moore’s law apply to solar cells? Artículo de la revista Scientific American sobre el coste de las células solares (en inglés).
12.3 Revistas técnicas y científicas
• Progress in Photovoltaics (en inglés).
• Solar Energy (en inglés).
• Energías renovables.
• Era solar.
• Revista Photon International.
13
13 Texto e imágenes de origen, colaboradores y licencias
13.1 Texto
• Energía solar Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar?oldid=83040142 Colaboradores: Youssefsan, Zeno Gantner, Mac, 4lex, Sabbut, Moriel, Hashar, Togo~eswiki, Forza4, Triku, Sms, Tostadora, Tano4595, Felipealvarez, Beagle~eswiki, Joselarrucea, PeiT, Wricardoh, Dianai, Rondador, Arrt-932, Elsenyor, Papix, Rutrus, Petronas, Xuankar, Airunp, Emijrp, Juan2035, Rembiapo poh- yiete (bot), LP, Magister Mathematicae, RobotQuistnix, Unf, Yrbot, Amadís, Varano, Maleiva, Vitamine, YurikBot, Wiki-Bot, Echani, Gaijin, KnightRider, The Photographer, C-3POrao, Santiperez, Txo, Banfield, Bcoto, Maldoror, Cheveri, Czajko, Jarke, Alfredobi, Sigma- nexus6, BOTpolicia, CEM-bot, Laura Fiorucci, JMCC1, -jem-, Ignacio Icke, Jumanji~eswiki, Retama, Baiji, Roberpl, Karshan, Davius, Wikisol, Antur, Julimortx, Montgomery, FrancoGG, Thijs!bot, Leonudio, Alvaro qc, Mahadeva, Yeza, RoyFocker, IrwinSantos, Mario modesto, PhJ, Botones, Isha, Chuck es dios, Hanjin, JAnDbot, Maor X, TArea, DerHexer, Ingolll, Muro de Aguas, Gaius iulius caesar, Gsrdzl, CommonsDelinker, TXiKiBoT, Humberto, Netito777, Mjsoto, Rei-bot, Fixertool, ZrzlKing, Nioger, Chabbot, Idioma-bot, Pólux, AchedDamiman, AlnoktaBOT, VolkovBot, Snakeyes, Technopat, Erfil, Kaidok2001, Risoto2000, Matdrodes, Elabra sanchez, DJ Nietzs- che, Lucien leGrey, Luis1970, AlleborgoBot, 3coma14, Muro Bot, Jebba, Gerakibot, SieBot, Mushii, Aitorzubiaurre, PaintBot, Ensada, Carmin, Obelix83, Marianela43, Cobalttempest, Cacatuavolante, Bigsus-bot, BOTarate, Mel 23, Furado, BuenaGente, Belb, Mafores, Thel- madatter, Tirithel, Jarisleif, Javierito92, HUB, Machucho2007, Jlnieto, Nicop, PatriSGijon, Quijav, McMalamute, Eduardosalg, Veon, Fa- nattiq, Leonpolanco, Gallowolf, Alecs.bot, Soulshine, Petruss, Chingados, Poco a poco, Alexbot, Oximoron2007, Tirant~eswiki, Raulshc, Açipni-Lovrij, Alexenergy, Ravave, SilvonenBot, Camilo, UA31, MARC912374, AVBOT, David0811, LucienBOT, MastiBot, Angel GN, MarcoAurelio, Ambil, Diegusjaimes, Davidgutierrezalvarez, DumZiBoT, Mcmartin, Teles, Greenny, Arjuno3, Lampsako, Luckas-bot, Daviid82, NACLE, Peter75~eswiki, Jotterbot, Akhran, Abarrera, Saecsaenergia, Letxau, Isabelh, Nixón, DirlBot, Javiermares, Iago Pilla- do, SuperBraulio13, Manuelt15, Xqbot, Simeón el Loco, Jkbw, MerlLinkBot, Dossier2, Freddycus, Ricardogpn, Nopetro~eswiki, Oscares, Igna, Noventamilcientoveinticinco, Botarel, Panderine!, Ordenador.cl, Pipenacho, BOTirithel, TiriBOT, Hprmedina, Grajimgar, Tobe- Bot, Halfdrag, FAL56, Seba321dinator, SMSSOLAR, Leugim1972, Pownerus, PatruBOT, CVBOT, Caiman7, Houseremix007, Jbur777, Olivares86, Aseretto, Foundling, Loserup, Edslov, EmausBot, Savh, AVIADOR, Gaby turunen, J. A. Gélvez, Herero, Ilenoxkaos, Gri- llitus, Nudecline, Hoo man, Rubpe19, El Ayudante, Jcaraballo, Culosucio, MadriCR, INDISECT, WikitanvirBot, Diamondland, Lotje, Vicoexport, Rufflos, Metrónomo, ScRiiNteR, Antonorsi, MerlIwBot, Aitoreiz, Lrgonzalez, Satanás va de retro, SolarSoft, Sebrev, Owne- der, Alex&seba, MetroBot, Radd94, Elvisor, Ralgisbot, MaKiNeoH, Legobot, Ivanretro, Balles2601, Tam info, Pauandpau, AVIADOR- bot, JacobRodrigues, Pedritobllakero1239797869, Gordas69, Adriash, Roberto Vergara Carbajal, Secreto2014, Jalv1980, Jarould, Matiia, Egis57, BenjaBot, JuanCalamidad, Johnkbl, Catalina sra. schmidt, Ivan vazquez plascencia, Chamila8, Naomivr, Lectorina, RubitoSanz y Anónimos: 657
13.2 Imágenes
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Association” from PDF report Global Market Outlook for Photovoltaics 2014-2018”, page 42.
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14 13 TEXTO E IMÁGENES DE ORIGEN, COLABORADORES Y LICENCIAS
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