Conversión Fototérmica

Conversión Fototérmica

aplicaciones de los diferentes tipos La difusión del uso de estos sistemas de aprovechamiento de la energía solar depende fuertemente de políticas de mediante su conversión fototérmica incentivos implementados desde el pueden agruparse en tres clases: estado respecto del ahorro de combusticolectores planos (para temperaturas de bles convencionales. operación inferiores a 100°C), concen- Existen en México numerosas tradores de foco lineal (100-500°C), y actividades de investigación y desarrollo concentradores de foco puntual (supe- vinculadas con el aprovechamiento riores a 500°C). térmico de la energía solar (ver, por Los colectores planos se emplean para ejemplo, Ref. [2]). Por el contrario, las calentamiento de agua para uso aplicaciones comerciales en el tema son domiciliario, calefacción de viviendas, prácticamente nulas, debido esencialsecado de productos agrícolas, destila- mente a la falta de políticas de promoción de agua, refrigeración (ciclo de ción. absorción) y usos industriales. En la En la Unión Europea, donde existe una figura se muestra la instalación en un subvención de los gobiernos, la superfitecho de colectores planos para calenta- cie de colectores instalados y funcionanmiento de agua y un conjunto de do hasta 2002 es cercana a los 13 secaderos de productos agrícolas. 2 millones de m , equivalentes a una producción energética de 0,49 Mtep. Hasta 2001, el crecimiento del mercado fototérmico fue, en promedio de aproximadamente 10 % anual, registrando en 2002 una baja de 23,7 % debido a varios factores entre los cuales pueden mencionarse la disminución de los subsidios, el cambio de moneda en la Unión Europea e incertidumbres electorales. Para 2003, la decisión política de reactivar el mercado térmico en varios países (Alemania, Italia, Francia, España) permitía esperar un crecimiento superior al promedio antes mencionado [3]. Los concentradores de radiación solar se utilizan para refrigeración, aplicaciones industriales y generación de energía colectores planos concentradores de foco lineal concentradores de foco puntual Colectores Planos para Calentamiento de Agua Domiciliaria Secaderos de Productos Agrícolas Julio C. Durán, Elena M. Godfrin o Boletín Energético N 16 36 mecánica y eléctrica (ver figura). Su este tipo, alcanzando una capacidad aplicación más importante fue las total instalada e interconectada de 354 centrales de potencia instaladas en MW. Recientemente, la Unión Europea California, EE.UU., basadas en concen- ha retomado el tema a través del tradores cilíndrico parabólicos. En 1985 proyecto DISS (Direct Solar Steam) en entró en operación, entregando energía Almería, España, cuyo objetivo es de pico a la red, la primera central de 14 perfeccionar la tecnología y los procediMW eléctricos. En años sucesivos se mientos de operación de dicho tipo de pusieron en marcha nuevas centrales de plantas solares [4]. Vista de una Central solar en California, EE.UU Vista de una Central solar en California, EE.UU Conversión Fotovoltaica La conversión directa de la energía solar El elemento básico principal de la en electricidad se obtiene mediante la industria FV es y seguirá siendo, al utilización de dispositivos fotovoltaicos menos en el mediano plazo, el silicio (FV). Desde 1958 y hasta la primera cristalino (c-Si). La tecnología de este crisis del petróleo en 1973, las celdas semiconductor se encuentra sumamente solares tuvieron principalmente aplica- desarrollada por ser la base de la ciones en los campos espacial y militar. industria electrónica. En la constante Las crisis del petróleo durante la década búsqueda por bajar costos, se han del 70 impulsaron el desarrollo de la desarrollado dispositivos de película tecnología FV para usos terrestres. A delgada de diferentes materiales mediados de los noventa, las actividades semiconductores, siendo el silicio en el campo FV recibieron un renovado amorfo (a-Si) el que se encuentra desde impulso, esta vez gracias a la creciente hace años en el mercado. De más presión ecologista de la sociedad y a la reciente aparición son las celdas solares baja en el costo de los sistemas. de CdTe y de CuInSe (CIS). En la figura 2 Julio C. Durán, Elena M. Godfrin o Boletín Energético N 16 37 se muestra la distribución de las diferen- de montaje. Los sistemas pueden tes tecnologías de la industria FV [5]. clasificarse en dos grandes categorías: aislados e interconectados a la red de distribución eléctrica. A continuación se enumeran aplicaciones de ambas categorías: El elemento fundamental de un sistema FV es el módulo FV (ver figura). Éstos se caracterizan por la potencia (en W ) que pueden entregar al ser pico iluminados con una radiación solar de 1 2 Una alternativa a los sistemas FV kW/m . Dado que la principal aplicación convencionales, basados en el almace- FV involucra la carga de baterías, la namiento de energía eléctrica en mayoría de los módulos comerciales baterías, está dada por sistemas com- están diseñados para entregar corriente puestos por paneles solares, un electroli- continua a tensiones algo superiores a zador (para generar hidrógeno) y una 12 V. celda de combustible. Diversos laboraUn sistema FV típico incluye módulos, torios han realizado importantes baterías, sistema de control y acondicio- esfuerzos para producir hidrógeno a namiento de potencia y una estructura partir de FV en pequeña escala [6] y a Sistemas aislados (“stand-alone”) § Espaciales § Electrificación rural § Bombeo de agua § Comunicaciones (repetidoras, radiotelefonía, etc.) § Monitoreo remoto (climático, sísmico, etc.) § Boyas para navegación § Protección catódica § Productos de consumo (relojes, calculadoras, etc.) § Cargadores de baterías § Autos solares Sistemas interconectados a red § Integrados a edificios (“PV in buildings”) § Centrales de potencia Sistemas aislados (“stand-alone”) Sistemas interconectados a red Poli c-Si 56.4% CdTe 0.4% Mono c-Si 28.1% Micro c-Si 0.7% a-Si sobre c-Si 5.6% Otros 0.4% a-Si 5.3% Cinta 3.2% Distribución de las Diferentes Tecnologías de la Industria Fotovoltaica Módulos Fotovoltaicos o Boletín Energético N 16 38 Julio C. Durán, Elena M. Godfrin escala industrial [7], tanto para aplica- de ejemplo, la configuración de la ciones estacionarias cuanto para planta de demostración PHOEBUS [9], vehículos [8]. La Figura muestra, a modo en Julich, Alemania. Esquema de la planta de demostración PHOEBUS [9], Jülich, Alemania Julio C. Durán, Elena M. Godfrin o Boletín Energético N 16 39 Mercado Fotovoltaico Mundial La potencia FV total instalada en el competitivo (alternativa confiable y de mundo entre las diferentes aplicaciones menor precio en aplicaciones aisladas supera los 2000 MW , con ventas de baja potencia) y el resto a un mercado pico anuales de aproximadamente 700 subsidiado. Este porcentaje se ha MW y costos de paneles FV de alrede- reducido sustancialmente en los últimos pico dor de 3-4 U$S/W años debido al fuerte crecimiento en la . El mercado pico mundial ha instalación de sistemas interconectados crecido en promedio más del 16 %/año desde 1980 a la red eléctrica, impulsado por políticas y claramente por encima del 30 %/año en de promoción (subsidios, créditos a tasas los últimos 5 años preferenciales, etc.