curso de actualización pt 3

Curso de actualización:APLICACIONES PRODUCTIVAS DE LA ENERGIA SOLAR Parte 3: La energía solar fotovoltaica

L. Roberto Valer M.

LSF - IEE – USP

Email: [email protected]

Programa de Pós-Graduação em EnergiaPPGE (EP / FEA / IEE / IF)

Cusco, 02 de noviembre de 2010

Sumario de la Presentación

Parte I: Contextualización del tema

Parte II: Usos productivos de la energía

Parte III: La energía solar fotovoltaica

Parte IV: Aplicaciones productivas de la energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica

Panorama de la producción de energía eléctrica a nivel mundial

Fuente: IEA - Key World Energy Statistics, 2010

Matriz energética mundial

Desarrollo histórico de la producción de electricidad segun el tipo de fuente

Fuente: IEA - Key World Energy Statistics, 2010

200820181 TWh

*Otros: energía solar, eólica, geotérmica, biomasa moderna, etc.


Panorama de la producción de energía eléctrica a nivel mundial

Capacidad eléctrica instalada con energías renovables* hasta el año 2009

Fuente: REN21 (2010)

21 GW

*No incluye la capacidad instalada de hidroeléctricas de grande porte


Panorama de la energía fotovoltaica a nivel mundial

Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.


Ventajas y desventajas

Ventajas- Utilizan una energía gratuita y renovable - No producen polución ni contaminación ambiental- No requieren el uso de combustibles, aminorando gastos en suministro, transporte y almacenamiento de los mismos.- No producen contaminación sonora (silenciosa)- Bajo mantenimiento- Permite aumentar la potencia instalada mediante la incorporación de nuevos módulos. (Es modular).

Desventajas- Los rendimientos del sistema aun son bajos, básicamente por las bajas eficiencias de las células solares (15 – 20 %).-Altos costos iníciales, al no ser un producto masivo aun.-Dependencia de factores externos como condiciones climáticas



Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.CARGAS

Energía solar

Energía eléctrica

SFV

SOL



Fuente: Archivo gráfico del CER UNI.


Generador Fotovoltaico

Fuente: Archivo gráfico del LES IEE USP


Generador Fotovoltaico

Foto: Valer, 2010

Sistema fijo- Facilidad de instalación- Poco mantenimiento

Sistema con seguimento- Mayor eficiencia en la captación → reducción del número de módulos necesarios → reducción de costos.- Aumento de la complejidad del sistema- Reducción de la confiabilidad.- Problemas con condiciones climáticas (vientos e baja radiación)

Referencias Bibliográficas: - Vilela (2004) - Wenham (2007)- Foster (2010) - Argaw (2003)

Foto: solarsystem.pk, 2010


Sistemas de control

- Controlador : Permite el acoplamiento entre el generador FV, las cargas y la batería- Protege las baterías de cargas y sobredescargas.

- Conversor CC – CC : Reductor o elevador de tensión.- Inversor CC – CA : Transformador CC – CA

Controladores Inversores

Sistema fotovoltaico de bombeo

Sistema de almacenamiento

Baterías- Permiten el uso del SFVR en cualquier momento- Vida útil limitada↑Complejidad, ↑Mantenimiento, ↓ Eficiencia , ↑ Costo de ciclo de vida

Foto: Valer, 2008

Referencias Bibliográficas:- Wenham (2007)- Foster (2010) - Argaw (2003)

Fuente:



Producción mundial de módulos y células fotovoltaicas en el mundo

201,3 287,7 401,4 560 750 12561818

2536

4279

7900

12000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Pro

duçã

o (M

Wp)

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

ano

42% 40% 40% 34%

68%45%

40%

69%

82%

52%

Photon International, 3, 2010; Market survey on global solar cell and module production 2009.




0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000P

V P

rod

uct

ion

[M

W]

1990 1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2008

Rest of World

United States

Taiwan

PR China

Europe

Japan

Estimates for 2008

Kautto, N. and A. Jäger-Waldau, 2009: Renewable Energy Snapshots 2009, European Commission, Euro-Report EUR 23819 EN, ISBN 978-92-79-12397-9




Fuente: Solarbuzz.com (2010)



Estado actual de las eficiencias y costos de las células fotovoltaicas para cada tipo de tecnología


Silicio cristalino (c-Si)Mono-cristalino (sc-Si) Poli-cristalino (mc-Si).

Películas delgadasAmorfas (a-Si)Micro amorfas (aµ-Si)Telureto de Cádmio (Cd-Te)Disseleneto de Cobre-Índio (CIS) Disseleneto de Cobre-Índio-Galio (CIGS).



Fuente: Prometheus Institute, 2008

Silicio cristalino (c-Si)Mono-cristalino (sc-Si) Poli-cristalino (mc-Si).

Películas delgadasAmorfas (a-Si)Micro amorfas (aµ-Si)Telureto de Cádmio (Cd-Te)Disseleneto de Cobre-Índio (CIS) Disseleneto de Cobre-Índio-Galio (CIGS).

Potencia fabricada 3,7 GW (2007)Silicio poli-cristalino 2,18 GWSilicio mono-cristalino 1,1 GW

Estado actual de la producción de celulas por tipo de tecnología



Fuente: SUREK, T. Crystal growth and materials research in photovoltaics: progress and challenges. Journal of Crystal , 2005

“Learning curve” para la energía solar fotovoltaica



Fuente: http://pvresources.com/en/economics.php

Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos en el 2009



Costos estimados de sistemas fotovoltaicos para los próximos años

Costo de la generación eléctrica (€ct/kWh) 2005 2030 2050

Combustibles Fósiles (carbón, gás) 4,0 – 4,5 6,0 – 7,0 6,5 – 9,0

Nuclear 4,0 – 6,0 3,5 – 7,0 3,6 – 6,0

Eólica 7,5 - 9.0 5,0 – 6,0 3,0 – 4,0

Solar Térmica 17,0 6,0 3,0

Solar FV20,0 – 40,0 5,0 – 10,0 3,0 – 6,0

Fuente: EPIA – EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION. Disponível em: <www.epia.org>

http://www.epia.org/



Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos

*Considerando uma taxa de desconto anual de 12% e período de análise igual 20 anos.

Costes iniciales

51%

22%

9%

18%

Módulo

Batería

Controlador

Outros

Custo do ciclo de vida

34%

40%

18%

8%

Módulo

Batería

Controlador

Outros

Fuente: LES IEE USP



Costos indicativos de sistemas fotovoltaicos en el Perú

Fuente: Horn (2010)

-Paneles FV : 0,5 - 100 W. Tipo cristalino y amorfo. 3- 4 $/Wp Ejemplo: Modulo amorfo 100 Wp (300$), Modulo cristalino 15Wp (45$)- Reguladores de carga (Stecca, Phocos, chinos) 10 – 45 A- Baterías Pb acido, Baterías de Ni MH y de Li -Ion Ejemplo Batería sellada “solar” 150 Ah, 12V,($ 120,0)

Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos Instituto de Eletrotécnica e Energia - USP

Agradecimientos especiales:

Gracias!

Consultas: [email protected]@gmail.com

Blog: solucionessolares.blogspot.com

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