Nuestra forma habitual de comunicarnos (teléfono móvil) y, cada vez más, de desplazarnos (patinetes, vehículos eléctricos, híbridos, etc.) depende del adecuado funcionamiento del elemento que proporciona la energía necesaria para el funcionamiento de todos los dispositivos indicados: la batería recargable.
Con este post comienzo una serie que dedicaré a las baterías recargables. En este primero, describiré qué son y en qué se basan esta clase de baterías.
Tras más de tres años con el Real Decreto 900/2015 en vigor, que ha supuesto la paralización del sector fotovoltaico en España y tras la entrada en vigor del nuevo Real Decreto 15/2018, el panorama de las instalaciones de autoconsumo de energía eléctrica obtenida mediante paneles fotovoltaicos se modifica sustancialmente. En este post voy a hacer un breve resumen de qué novedades incorpora, centrándome exclusivamente en lo que afecta al autoconsumo de energía, ya que el Real Decreto (en lo que sigue, RD) también aborda otras cuestiones (pobreza energética, bono social, etc.) en las que no entraré aquí.
En los últimos meses, y en especial en el pasado mes de septiembre, hemos visto cómo el precio de la luz sube y sube y sube… Esta vez se han invocado razones relacionadas con el precio de los derechos de las emisiones de CO2 y con la falta de viento, que ha impedido disponer en ese período de generación eólica apreciable. Y ahí está una de las posibilidades que tenemos para frenar esta escalada a largo plazo: apostar por las energías renovables. Aquí apunto algunas razones que justificarían esta transición energética.
En la gráfica siguiente se muestra el precio medio de la electricidad negociado en el mercado mayorista durante los últimos cuatro años, así como el grado de participación de las energías renovables mes a mes:
La energía eléctrica se puede obtener a partir de diferentes fuentes de energía primaria (carbón, gas, uranio, viento, sol…). Sea cual sea el combustible utilizado, no toda la energía contenida en él se transforma en energía eléctrica, ya que una gran parte se pierde como calor disipado en el propio proceso de producción de la electricidad.
En el caso de los combustibles no renovables (los fósiles y el uranio), la fracción de energía que se transforma en energía eléctrica varía según el combustible que sea y la tecnología que se aplique, pero por término medio, alrededor del 35 % de la energía presente en el combustible primario se transforma en energía eléctrica, así que la eficiencia energética es del 35 %. Esto significa que para producir una unidad de energía eléctrica se necesitan unas 3 unidades de energía de combustible no renovable. Es decir, dos de cada tres unidades de energía consumida lo hacen en forma de calor, sin utilidad para el usuario final.
En el anterior post de este blog describí los orígenes de la energía solar fotovoltaica, en este continúo con esa historia hasta llegar al momento presente.
La tecnología de las células solares se impulsó enormemente gracias a la industria microelectrónica, de la que tomó buena parte de sus procesos de fabricación. Gracias a ello, en muy pocos años se obtuvieron dispositivos con eficiencias de conversión de energía solar en eléctrica del 15%. El desarrollo en el ámbito espacial prosiguió durante la década de los 60 y 70. Así, en 1973 la primera estación espacial estadounidense, el Skylab, tenía instalados 20 kW de potencia en paneles fotovoltaicos. El año 1975 fue el primero en que las aplicaciones espaciales fueron superadas por las terrestres, principalmente faros y pequeñas plantas de producción de carácter experimental.
Las sucesivas crisis del petróleo ocurridas en 1973 (Guerra del Yom Kipur) y en 1979 (Revolución de Irán) impulsaron en los países occidentales la búsqueda de fuentes de energía alternativas, para limitar la gran dependencia del petróleo de la que adolecían las economías industrializadas.
Desde finales de los años 70, que pueden considerarse como los del despegue definitivo de esta fuente de energía, su desarrollo en el mundo ha atravesado tres fases claramente diferenciadas, que se muestran en la siguiente gráfica donde se detallan los valores de potencia de plantas de energía solar instalada en el mundo, comparados con la potencia total instalada proveniente de todas las demás fuentes de energía. Se muestra la evolución desde 1970 hasta 2010 y distingue tres fases, que se detallan en esta imagen:
Fase I: 1975-1985. Como ya he dicho en el párrafo precedente, las sucesivas crisis del petróleo de los años 1973 y 1979 hicieron tomar conciencia a los principales países industrializados de la necesidad de buscar fuentes de energía alternativas al petróleo, debido a los bruscos incrementos del precio del crudo (entre 1973 y 1979, el precio del barril se multiplicó por seis). De forma simultánea, la conciencia ecológica se fue extendiendo por todo el planeta y se comenzó a plantear la necesidad de limitar las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, principalmente CO2.
Por estas razones, en Estados Unidos comenzaron los programas de estímulo a las energías no basadas en combustibles fósiles, incentivados por la administración Carter. En esos años se instalaron los primeros huertos solares experimentales, de tamaño muy reducido (decenas de kW).
Fase II: 1985-1995. Tras las mencionadas crisis del petróleo, los precios del barril se redujeron de modo significativo y se estabilizaron en valores similares a los momentos pre-crisis, lo que hizo descender el interés y las ayudas estatales e incentivos a las energías renovables.
Durante este período, las principales actividades de I+D en dispositivos fotovoltaicos corrieron a cargo de grandes empresas petroleras, siendo British Petroleum (BP) una de las más representativas. No obstante, en buen número de laboratorios de investigación se siguió mejorando la tecnología de fabricación de las células solares, superándose un año tras otro las eficiencias de conversión.
Fase III: 1995-Actualidad. El uso de energías renovables se ha ido extendiendo paulatinamente en el mundo, en general, y en los países desarrollados, en particular. A comienzos del siglo XXI, numerosos países, como Alemania, España, Italia, EEUU y otros comenzaron a incentivar el uso de esta fuente de energía mediante el pago de primas por la electricidad producida. En paralelo, los fabricantes de paneles fotovoltaicos pasaron del ámbito de las compañías petroleras y de las industrias electrónicas a ser fabricantes específicos. En la actualidad, los primeros puestos del ranking mundial de fabricantes de células solares lo ocupan empresas asiáticas, con China a la cabeza (Yingli, Hanwha, Trina) y alguna norteamericana (Canadian Solar Industries, First Solar).
Los fabricantes europeos, que tuvieron un papel muy destacado en el origen y el desarrollo de la tecnología fotovoltaica a comienzos del presente siglo (Q-cells, Isofoton), han desaparecido o han sido absorbidos por los grandes fabricantes asiáticos, que han establecido unas políticas de precios con las que es prácticamente imposible competir. En la actualidad, impulsado por el mercado chino, la energía solar fotovoltaica bate un año tras otro récords de potencia instalada, habiendo superado el umbral de los 400 GW en 2017.
El descubrimiento del efecto fotovoltaico, base de funcionamiento de las células solares, se remonta al siglo XIX, cuando H. Becquerel lo describió en 1839. Trabajando en el laboratorio de su padre cuando tenía diecinueve años, generó electricidad al iluminar un electrodo con diferentes tipos de luz, incluida la luz solar, al sumergirlo en un electrolito que tenía diluida un pequeña concentración de ácido nítrico, y observó que, si uno de los electrodos se iluminaba con luz solar, se generaba una diferencia de potencial entre los electrodos; fue la primera comunicación del conocido como efecto fotovoltaico (aunque no en un sólido), base del funcionamiento de las células solares modernas.
El siguiente hecho significativo surgió al estudiar el fenómeno de la fotoconductividad en el selenio. Al investigar este efecto, Adams y Day (1877) notaron una anomalía que pensaban que podría explicarse por la generación de voltajes internos. Investigaron esta anomalía con más cuidado utilizando muestras, como se aprecia a continuación. Situaron contactos de platino en los extremos opuestos de pequeños cilindros de selenio amorfo. El objetivo del experimento realizado por Adams y Day era comprobar si sería posible inducir una corriente en el selenio simplemente por la acción de la luz, como en efecto, así ocurrió. Su experiencia se muestra en la siguiente figura:
La energía solar fotovoltaica, junto con la eólica, son las dos tecnologías renovables que más están contribuyendo a la transición hacia un modelo energético sostenible en el planeta. Los principales países industrializados (China, EEUU, Japón, Alemania, etc.) baten records, un año tras otro, de nueva potencia fotovoltaica instalada.
Todos los sistemas fotovoltaicos, desde los destinados a autoconsumo personal a los grandes huertos solares, están integrados por paneles solares, en cantidades variables, desde unas pocas decenas en el primer caso, hasta varios millones en el segundo. En este post, describo algunas peculiaridades de los paneles.
Un módulo fotovoltaico se construye mediante la conexión eléctrica de células solares con objeto de incrementar la potencia de salida del conjunto, ya que una célula aislada produce una cantidad de potencia pequeña (4 – 4,5 W), de escasa utilidad práctica. El módulo debe protegerse del ambiente y también se debe proteger a sus usuarios de posibles descargas eléctricas.
Parece más que evidente que, si queremos un futuro energético sostenible en un planeta amable, el actual modelo energético es inviable. Ahora bien, ¿cómo podemos cambiar el mix energético global?, ¿qué tecnologías se pueden utilizar?, ¿qué dificultades aparecen para esa transición? Veamos…
Al día de hoy, no existen otras fuentes de energía alternativas a las basadas en combustibles fósiles y a nuestro alcance que las fuentes renovables, entre las que destacan, tanto por su grado creciente de utilización, como por su cada vez mayor desarrollo y maduración tecnológica, las “nuevas” renovables: eólica, solar fotovoltaica y termosolar; a las que debemos unir las renovables clásicas: hidráulica y biomasa.
La “paridad de red” se define como el momento temporal en el que una fuente de energía renovable produce electricidad a un coste igual o menor al precio de compra de energía de la red eléctrica.
Establecer los condicionantes que determinan el precio de la electricidad es una cuestión compleja, que varía mucho de un país a otro y que en el caso de España he explicado con algún detalle en este artículo. En general, en cualquier país, el precio de la electricidad se ve fuertemente influido por factores tales como el nivel de la demanda, el precio de los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas), los costes indirectos (muy variables de una nación a otra), etc. Como consecuencia, el precio de la electricidad varía de hora en hora, por lo que no se puede hablar de un precio de ésta sino de un margen para el mismo.
Continúo en este post el análisis del autoconsumo de energía eléctrica. Tras describir en el anterior post en qué consiste, en esta ocasión desgrano las principales razones para promoverlo y las dificultades a las que se enfrenta en España.
Además de obtener toda o parte de la energía requerida al cabo del día, el autoconsumo doméstico de energía eléctrica presenta otras ventajas:
– Permite y posibilita la independencia energética, con lo que disminuye la factura por la importación de combustibles fósiles, principalmente gas. El gas es el combustible que utilizan las centrales de ciclo combinado de las que hay instalados 27.000 MW en la actualidad, la cuarta parte de toda la potencia instalada en España. Los principales suministradores de gas natural son Argelia, Nigeria y Rusia, países con situaciones políticas frecuentemente inestables, lo que puede comprometer el suministro de manera regular y continuada en el tiempo.
– Facilita el desarrollo de industrias propias, que promueven empleos de alta cualificación. El autoconsumo favorecería al sector renovable, lo que a su vez llevaría aparejado un impulso a la creación de empleo cualificado, estable y repartido por todo el territorio nacional.
– Promueve un tipo de consumo distribuido y cercano al punto de consumo, evitando los impactos de toda índole de las grandes redes de distribución (daños medioambientales, pérdidas de energía en el transporte). La energía fotovoltaica es esencialmente simple y modular en lo que a instalación se refiere y se puede adaptar perfectamente a las necesidades de diferentes tipologías de hogar sin sobrecostes significativos. Además, favorece un consumo responsable y eficiente, al ser cada ciudadano autosuficiente en sus necesidades y, por lo tanto, facilita la toma de conciencia respecto a un consumo limitado y ajustado, minimizando el derroche energético propio de los países industrializados.
– Minimiza las emisiones de CO2, asociadas al consumo energético en los hogares, al eliminarse la electricidad generada mediante combustibles fósiles.
– Es rentable en términos económicos. Como tuve ocasión de detallar en otro artículo, una instalación de autoconsumo puede costar cerca de 6.000 euros –sin elementos de almacenamiento– para un hogar medio integrado por tres personas. Con los niveles de irradiación anuales de la mitad meridional de la península, Baleares y Canarias y al coste actual de los diferentes elementos que integran la instalación (paneles solares, inversor, regulador, etc.), con los tipos de interés vigentes y una evolución de inflación en el entorno del 2%, la inversión se amortizaría en un plazo de 6-8 años, siempre y cuando el balance neto esté regulado adecuadamente, es decir, el usuario de una instalación de autoconsumo pueda volcar a la red el exceso que produce en las horas centrales del día, recibiendo remuneración por ello, mientras que en los días nublados y por la noche, consume de la red la energía necesaria.
La figura muestra un esquema de la instalación con el doble contador para gestionar el tráfico de energía bidireccional (de la instalación a la red y viceversa):
Principalmente dos:
Legales: el Real Decreto 900/2015 de 9 de octubre de 2015, regula las condiciones, procedimientos, penalizaciones, etc. al autoconsumo de electricidad. El Decreto necesita ¡¡44 páginas!! para describir la casuística y las trabas de todo tipo a las instalaciones, al volcado de energía a la red, a los pagos por la utilización de ésta, etc.
Arquitectónicas: una de las principales limitaciones que tiene la energía solar fotovoltaica es que para producir cantidades significativas de energía requiere de apreciables cantidades de terreno. Tal y como he descrito en este artículo, para unos niveles de iluminación como los que tenemos en promedio, en la Península Ibérica y con un consumo energético también promedio, se necesitan alrededor de 8-10 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos por persona para cubrir ese consumo.
Dado que en España, alrededor del 65% de la población vive en bloques de pisos, frente al 46% de la media europea, el problema es muy evidente. Para poder ser una práctica generalizada, el autoconsumo debería plantearse en términos colectivos, tipo cooperativa; no parece sencillo poder llevarlo a cabo en el corto plazo.
