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El Blog de Ignacio Mártil

células solares

Maduración de la tecnología fotovoltaica: los años posteriores a las crisis del petróleo

17 julio, 2018 Ignacio Mártil HAZ UN COMENTARIO

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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.

Crisis del petróleo, años 70

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:

Fases de la evolución de la tecnología fotovoltaica en el mundo.
Potencia eléctrica instalada en el mundo en billones de vatios (TW; 1 TW = 1.000.000.000.000) en función del año. La escala vertical es logarítmica. Fuente: Massachussets Institute of Technology.

Tres fases en la evolución de la energía solar fotovoltaica

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.

Liderazgo de los fabricantes asiáticos de paneles fotovoltaicos

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.

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Algunas cuestiones económicas relativas a la energía solar fotovoltaica

8 noviembre, 2017 Ignacio Mártil 1 COMENTARIO

En Sin categoría

Como indiqué en la anterior entrada de este blog, el mercado fotovoltaico está dominado en la actualidad por la tecnología de silicio. El silicio es el elemento más abundante de la corteza terrestre, ya que cerca del 30% de ésta es silicio, pero para poder utilizarlo en la fabricación de las células solares debe estar purificado y ser de una calidad elevada. El proceso de purificación es muy costoso y la célula solar se obtiene tras múltiples pasos de fabricación, algunos delicados y que necesitan el uso de maquinarias también muy costosas. Como consecuencia, el precio de las células solares es elevado, aunque se ha reducido significativamente en el último decenio. Así, el coste en el año 2000 era de 4-5 euros/W y hoy en día es de 0,5-0,6 euros/W.

Una  célula solar genera poca potencia eléctrica, dado su reducido tamaño (~4 W), por lo que debe unirse adecuadamente con otras para hacer módulos fotovoltaicos (en los módulos estándar, hay 60, 6 x 10, que tienen unas dimensiones de ~1, 5 m2) y así, obtener potencias más altas. Un módulo suele generar, en condiciones óptimas de iluminación y dependiendo del fabricante, alrededor de 250 W. La eficiencia de conversión de la energía solar en energía eléctrica de los módulos comerciales está comprendida en la margen de 14-22%. Por lo tanto, si se quieren emplear células solares en instalaciones de edificios con objeto de autoabastecer de energía un domicilio típico de una familia integrada por cuatro personas y equipada con todos los electrodomésticos habituales, es preciso utilizar del orden de 20-25 m2 de módulos (12-16 módulos, dependiendo de la irradiación solar).

De otra parte, si lo que se pretende es obtener energía eléctrica en cantidades equiparables a las que generan las centrales térmicas convencionales, por las razones apuntadas en el párrafo precedente, es preciso utilizar decenas de miles de paneles solares y, por lo tanto, millones de células solares. Puesto que, además, el sol solo luce la mitad del día y no lo hace cuando esta nublado, el resultado de todos estos condicionantes es que obtener energía eléctrica a partir de células solares es más costoso que con fuentes de energía basadas en combustibles fósiles o uranio. Como consecuencia de lo indicado, hoy en día el precio de la electricidad de origen fotovoltaico es del orden de 0,15-0,4 euros/kWh. Por comparación, el precio de la energía eléctrica de origen nuclear es 0,05-0,1 euros/kWh. Para situar esos datos, en los últimos meses el precio medio al que estamos pagando la energía eléctrica que consumimos en nuestros hogares es de ~ 0,12-0,14 €/kWh, aunque últimamente y debido a la gran sequía que padecemos (entre otros factores), ha habido repuntes espectaculares, alcanzando el precio de la electricidad puntualmente valores de hasta 0,18 euros/kWh hace pocas semanas.

La energía eléctrica obtenida con células solares tiene contrapartidas muy evidentes a su coste, siendo las dos principales que es una energía limpia, lo que evita emisiones de CO2 a la atmósfera, y que permite mayor independencia energética, aspecto muy importante para un país como España, que importa cerca del 80% de la energía primaria que necesita para hacer funcionar las industrias, los automóviles, las cocinas, las lavadoras…

  1. Los mayores fabricantes del mundo de células solares

Al comienzo de este siglo, cuando aún no había empezado a generalizarse su uso, entre los principales fabricantes del mundo había empresas de varios continentes y países, España entre ellos (Isofotón). En la actualidad, los fabricantes europeos o han desaparecido (la británica BP Solar) o han sido absorbidos por fabricantes asiáticos (la alemana Q-Cell, adquirida en 2012 por la surcoreana Hanwha, es uno de los ejemplos más representativos de esta situación). Pero la ciencia que hay detrás de las células solares para mejorar sus características se lleva a cabo en laboratorios de todo el mundo y las aportaciones a la misma de países como el nuestro son muy significativas y obtienen gran reconocimiento internacional.

La siguiente tabla recoge la lista de los diez primeros fabricantes del mundo en el año 2016, entre los que solo hay dos que no están instalados en Asia, la canadiense Canadian Solar y First Solar, de EEUU:

Diez primeros fabricantes del mundo de células solares.

Se tienen sospechas de que en los últimos años los fabricantes chinos han practicado “dumping”, proceso de venta por debajo de costes incentivado por su propio gobierno, para penetrar decisivamente la mayoría de los mercados mundiales.

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Acerca de mi

Ignacio Mártil

Soy Doctor en Física (1982) y Catedrático de Universidad (2007) en el área de Electrónica. Realizo mi actividad investigadora en la Universidad Complutense de Madrid, de carácter marcadamente experimental, en el campo de la física de los semiconductores. Soy especialista en propiedades eléctricas y ópticas de estos materiales, así como en dispositivos electrónicos y opto-electrónicos basados en ellos, siendo mi principal objetivo en la actualidad el estudio de conceptos avanzados en células solares.

Mi trabajo científico se concreta en los siguientes indicadores principales: soy co-autor de más de 150 artículos científicos publicados en revistas de alto impacto de ámbito internacional; he presentado cerca de 100 ponencias en congresos internacionales; he participado y participo, como Investigador Principal o como miembro del equipo investigador, en 22 proyectos de investigación financiados con fondos públicos en concurrencia competitiva; he dirigido 7 Tesis Doctorales; finalmente, soy evaluador de publicaciones (“referee”) de 15 revistas científicas internacionales.

Soy miembro de la Real Sociedad Española de Física y realizo un intensa labor divulgativa mediante mi blog personal "Un poco de Ciencia, por favor", que se encuentra alojado en el diario Público

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