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Potencia eléctrica extraída de un módulo fotovoltaicoP   =V*IPmax = Vm * ImIsc ~ intensidad de la                   1000 W...
La fabricación de módulos FV es un proceso de altatecnología; no hay fabricación significativa enAmérica Latina
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LAS MINIREDESSe puede construir miniredes eléctricas en zonas rurales donde lapoblación se encuentra relativamente concent...
SISTEMAS HÍBRIDOS                                                                       Estructura básica de              ...
EDIFICACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED                                PÚBLICA  - El soporte de los paneles fotovo...
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Baterías   Función: Acumulación de energía                                                                  Regulador de  ...
Controladores de carga                                                                   Regulador         Consumo        ...
Inversores DC/AC         Función: Conversión energía         generada en DC a consumo (o red         eléctrica) en AC     ...
“Sistema pico fotovoltaico”• Sistema Pico FV (moderno):     • un panel FV de 3 – 10 Wp; 0,3 - 1 kWh/mes     • Cargas: una ...
Baterías modernas (acumuladores de energía eléctrica),              usadas en “sistemas pico FV”  Tipo de        Vida (cic...
Eficacia de diferentes lámparas eléctricas  LED:”Díodo emisor de luz”:                         para producir luz visible  ...
Costo de la electricidad solar fotovoltaicaCosto de modulos FV                    0.5- 2 $/ WpCosto de 1kWh (conectado a l...
PV Module Production Experience (or “Learning”) Curve             1976                                        20% “learnin...
Capacidad de producción en 2011 de los              10 fabricantes más grandes de paneles FV                              ...
Potencia FV instalada hasta fines de 2011       total, a nivel mundial: 67.4 GW
Ejemplos de instalaciones fotovoltaicas
Pronóstico del Consejo Científico del Gobierno de Alemania para      las fuentes primarias de energía (en EJ/a) Fuente:   ...
Situación y perspectivas de EF en el Mundo
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Situación y perspectivas de EF en el Mundo

  1. 1. XIX Simposio Peruano de Energía Solar Puno, 14 – 17 de noviembre de 2012Situación y perspectivas de la energía fotovoltaica en el mundo Manfred Horn Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú mhorn@uni.edu.pe
  2. 2. © R. Perez et al. World energy use 16 TW-yr per year ~ 475 exajoules 16 ~ 460 QuadsDave Renné, Presidente de ISES; en XVII SPES Cusco, 2010
  3. 3. RENEWABLES 1,2 © R. Perez et al. 25-70 WIND per year Waves11,3 215 0.2-2 total Natural Gas 1,8 3 -11 per year OTEC1,4 240 total Petroleum 1,8 2 – 6 per year ANWR Biomass 1,5 3 – 4 per year16 90-300 HYDRO 1,6 Total 0.3 – 2 per year TIDES 1 Geothermal1,7 0.3 per year Uranium 1,9 900 FINITE ENERGY Total reserve RESERVES COAL 1,8
  4. 4. 1,2 © R. Perez et al. 25-70 WIND per year Waves11,3 215 0.2-2 total SOLAR 10 Natural Gas 1,8 23,000 TW-yr per year 3 -11 per year OTEC1,4 240 total Petroleum 1,8 World energy use 2 – 6 per year ANWR 16 TW-yr Biomass 1,5 per year 3 – 4 per year 90-300 HYDRO 1,6 Total 0.3 – 2 per year TIDES 1 Geothermal1,7 0.3 per year Uranium 1,9 900 Total reserve COAL 1,8Dave Renné, XVII SPES Cusco, 2010
  5. 5. Electricidad fotovoltaica (FV)www.re.sandia.gov
  6. 6. Esquema de un a celda fotovoltaica de silicio Panel Fv en la isla Suasi, lagoJornadas, Guatemala, 26-30.09.05 Titicaca (para bombeo de agua)
  7. 7. Principios de funcionamiento de una célula solar hν ≡ RLOAD h+ + h+/e- p I - h+/e- e- n IL ID
  8. 8. Circuito equivalente de una celda FV “ideal” I = IPhoto - ID I = IPhoto – IS * (expV/VT - 1) Circuito simplificado Voltaje térmico, en VT = k*T/e, (VT = 25.7mVV V at 25°C)T Constante dek (k=1.380658*10-23J/K) BoltzmannT Temperatura in K (273.15K = 0°C)e Carga elemental e = 1.60217733*10-19As Corriente deIS saturación del díodo
  9. 9. Potencia eléctrica extraída de un módulo fotovoltaicoP =V*IPmax = Vm * ImIsc ~ intensidad de la 1000 W / m2 radiación solarLa potencia “publicada” de unmódulo FV es Pmax acondiciones “estándar”condiciones “estándar”:1000 W / m2, AM 1,5,25 °CEjemplo:P = 54 WpVm = 18 V, I m = 3 A
  10. 10. La fabricación de módulos FV es un proceso de altatecnología; no hay fabricación significativa enAmérica Latina
  11. 11. SFD en las islas flotantes de los Uros, lago Titicaca
  12. 12. LAS MINIREDESSe puede construir miniredes eléctricas en zonas rurales donde lapoblación se encuentra relativamente concentrada en poblados, villaso comunidades.Esto es posible realizar utilizando pequeñas centrales solares o deforma conjunta con otros tipos de tecnología.
  13. 13. SISTEMAS HÍBRIDOS Estructura básica de un sistema híbrido solar–eólico-diesel para producir energía eléctricaLos sistemas híbridos funcionan de manera independiente y pueden incorporar dos o másfuentes de energía.Existen sistemas con tamaños relativamente grandes, de muchos MW, y tambiénpequeños sistemas de algunos kW. (Fuente: GEDAE – UFPA – Brasil)
  14. 14. EDIFICACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED PÚBLICA - El soporte de los paneles fotovoltaicos son las ventanas, los techos o las fachadas de las edificaciones. - No hay necesidad de utilizar baterías. - Además de ser consumidoras, las edificaciones también se convierten en productoras de energía eléctrica.1 Paneles Fotovoltaicos2 Inversor CC/CA3 Red eléctrica4 Electrodomésticos Diagramas esquemáticos de instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red pública.
  15. 15. “Sistema Fotovoltaico Domiciliario, SFD”•SFD / SHS tradicional (“Solar home system”): • un panel FV de 50 – 75 Wp; 5 – 8 kWh/mes • una batería de 12 V, 100 -150 Ah de Pb acido (automotriz o “solar”) • un regulador de carga • cargas: varias luminarias LFC de 5 – 20 W, 12 V DC, TV b/n, radio, etc. • costo $ 500 - 1000 Con una radiación solar de 5 kWh/m2día, un panel FV de 50 Wp, produce 50 W x 5h/d = 250 Wh/día
  16. 16. Módulos fotovoltaicos Función: Generación eléctrica (DC) a partir de la radiación solar Regulador de Consumo carga DC Tecnologías: Generador • Silicio cristalino FV • Silicio amorfo Batería Puntos importantes: − Potencia real vs. Potencia nominal − Degradación módulos, según tecnología (amorfo>cristalino)Potencia nominal (pico) (Wp)Máxima potencia que puede extraerse, en unascondiciones ideales de medida (Condiciones Estándar →laboratorio) 23
  17. 17. Baterías Función: Acumulación de energía Regulador de Consumo carga DC Generador FV Batería Puntos importantes: − Capacidad real vs. capacidad nominal (inicial y estabilizada) − Profundidad de descarga excesivaCapacidad nominal (CB) (Ah) − Sobrecarga excesivaMáxima carga eléctrica que puede extraerse.Depende de la temperatura, la corriente de descargay la tensión final de la batería 24
  18. 18. Controladores de carga Regulador Consumo de carga DC Generador FV Batería VbateríaFunción: Protección de la batería,control del sistema tiempo Umbrales de regulación Influencia a través de la bateríaincorrectos (diseño / operación) • Tiempo de vida • Suministro eléctrico diario Fallo súbito del controlador Parada completa del (1-2%/año) suministro eléctrico 25
  19. 19. Inversores DC/AC Función: Conversión energía generada en DC a consumo (o red eléctrica) en AC 26
  20. 20. “Sistema pico fotovoltaico”• Sistema Pico FV (moderno): • un panel FV de 3 – 10 Wp; 0,3 - 1 kWh/mes • Cargas: una (s) lámpara(s) LED, radio, celular, etc. • una batería Li-ion (eventualmente Ni MH), generalmente incorporada en la luminaria • un regulador de carga, generalmente incorporado en la luminaria • costo $ 50 - 200
  21. 21. Baterías modernas (acumuladores de energía eléctrica), usadas en “sistemas pico FV” Tipo de Vida (ciclos) Eficiencia Costo ($/Wh) Densidad de batería energética (%) carga (Wh / kg)Plomo ácido 300 (@ 30% DOD) 80 0,1 35 NiMH 500 60 - 80 0,25 70 Li Ion 500 - 2000 85 - 95 0,3 100 - 250 (gasolina) 12 000 Hay diferentes tipos de baterías de Li Ion, con 3,3 – 3,7 V: grafito/ electrolito de sal de Li en solvente organico / Li FePO ó LiMn0, LiCoO Las baterias de Li ion son selladas, no requieren mantenimiento, tienen una densidad de carga alta y resisten muchos ciclos de carga /descarga Batería de Pb
  22. 22. Eficacia de diferentes lámparas eléctricas LED:”Díodo emisor de luz”: para producir luz visible una nueva fuente de luz muy eficaz, usada en “Sistemas pico fotovoltaicos” Tipo de lámpara Eficacia (lm / W) Incandescente (50 W) 11 Eficacia de un LED: Ahorrador LFC 50 con 1 W de electricidad, LED (luz blanca) 5 - 150 un LED puede producir 150 lm Lámpara “ideal” 250La intensidad de la luz visible se mide (luz blanca)en Lumen (lm) Lámpara ideal 683Principios físicos de un LED: (555 nm, verde)Un LED es un dispositivo semiconductorque transforma energía eléctrica enluz (monocromática) Espectro de “LED blanco” En un material fluorescente encima LEDs[ de distintos colores del LED se produce “luz blanco”
  23. 23. Costo de la electricidad solar fotovoltaicaCosto de modulos FV 0.5- 2 $/ WpCosto de 1kWh (conectado a la red) 0.1 – 0.5 $Costo de un SFD (50 -100 Wp) 100 – 500 $Costo de un pico – SF 30 - 200 $Costo 1 kWh (con SFD) 0.5 - 1.6 $Ref: Costo de 1kWh de la electricidad de la red 0.10 – 0.15 $ 30
  24. 24. PV Module Production Experience (or “Learning”) Curve 1976 20% “learning curve” since 1975 Module price decreases by 20% for every doubling of cumulative production 2015: 100 GWp 2005 35% growth 2008: ~ 17.8 GWp 80%Source: Ajeet Rohatgi, Solar 2009
  25. 25. Capacidad de producción en 2011 de los 10 fabricantes más grandes de paneles FV Mono c- Company name Estimate Poly c-Si Thin film Si1. LDK Solar Co., Ltd 3,0 GW2. Sharp Solar 2,8 GW3. Suntech Power Holdings Co. Ltd 2,4 GW4. First Solar Inc. 2,3 GW5. JA Solar Holdings Co., Ltd. 2,2 GW6. Canadian Solar Inc 2,0 GW7. Trina Solar Limited 1,9 GW Yingli Green Energy Holding Company8. 1,7 GW Limited9. Hanwha SolarOne Co.,Limited 1,5 GW10. Jinko Solar Holding Co., Ltd 1,5 GW
  26. 26. Potencia FV instalada hasta fines de 2011 total, a nivel mundial: 67.4 GW
  27. 27. Ejemplos de instalaciones fotovoltaicas
  28. 28. Pronóstico del Consejo Científico del Gobierno de Alemania para las fuentes primarias de energía (en EJ/a) Fuente: www.solarwirtschaft.de

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