Tecnología Fotovoltaica

Tecnología Fotovoltaica: Presente y Futuro Curso de Energías Renovables Santander,

21 al 24 de Febrero de 2005

Javier de la Lastra Olano Director General SunTechnics Cantabria Energía Solar, S.L.

Iker San Sebastián Ingeniero de Proyectos SunTechnics Técnicas Solares, S.L.

SunTechnics como parte del Grupo Conergy (Alemania)

Desarrollo de Proyectos

Integración de Sistemas

Mayoristas

Productos

• Emplazamientos

• Planificación

• Compras

• Desarrollo

• Mod. de participación

• Desarrollo

• Logística

• Producción

• Fondos de Inversión

• Realización

• Almacenaje

• Investigación

• Administración

• Venta directa

• Distribución

• OEM

• Proyectos financieros

• Franquicia

• Comercialización

• Logística

• Fotovoltaica

• Fotovoltaica

• Fotovoltaica

• Eólica

• Térmica

• Sistemas híbridos

• • • •

Sistemas de soporte Comp. Eléctricos Fotovoltaica Térmica

“Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro” Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005

Instalaciones para todas las necesidades

PequeñasInstalaciones Instalaciones Pequeñas

3 – 20 kWp Diseñadas a medida

Proyectospara paraPYMES PYMES Proyectos

20 kWp - 1MWp Grandes superfícies

Soluciones Soluciones Arquitectónicas Arquitectónicas

ParquesSolares Solares Parques

Tejados y Fachadas Obra nueva / reformas

100 kW - 4 MWp Superfícies Grandes

Edificios de uso

Accionistas e

de tejado

Viviendas Unifamiliares

Granjas Polígonos Industriales

general Instituciones Públicas

inversores


SunTechnics: Red de Distribución Internacional

SunTechnicsPortugal Portugal SunTechnics Central en Lisboa Central en Lisboa Apertura Apertura2005 2005

Red de Asociados: 127

SunTechnicsAlemania Alemania SunTechnics

Central Centralen en Hamburgo Hamburgo Desde Desde1996 1996 80 80Asociados Asociados SunTechnicsEspaña España SunTechnics Central Centralen enMadrid Madrid Desde el 2000 Desde el 2000 33 33Asociados Asociados

distribuidos en Alemania, Luxemburgo, Suiza, Austria, España y Portugal

SunTechnicsAustria Austria SunTechnics

Central Centralen enViena Viena Desde Desde1996 1996 66Asoiciados Asoiciados SunTechnicsSuiza Suiza SunTechnics Central Centralen enKüsnacht Küsnacht Desde 1998 Desde 1998 88Asociados Asociados


SunTechnics: Líder del Mercado Europeo en Distribución de Soluciones Globales para Energía Solar Fotovoltaica

350 35

300

SunTechnics

250

Resto del mercado

200 10

150 100 50 0

1

41 2000

5

10

72

70

2001

2002

270

140

en MWp 2003

2004


Índice

Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas ¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?

Definición Tipos de sistemas: aislados y conectados a red

La Tecnología fotovoltaica

Principios básicos, funcionamiento y componentes La Producción de la célula y los módulos La tecnología del futuro La célula A-300 Módulos STM 200/210 F

Aplicaciones e instalaciones de referencia


PREVISIÓN DE EMISIONES CO2 HASTA 2050

(IEA)

Escenario mundial

IEA, escenario optimista

Toneladas de carbón per capita

HABITANTE S (MM)

Toneladas de carbón (MM)

2000

1,127

6.130

6.908

6,91

6,91

2010

1,159

6.830

7.915

7,92

81,87

2020

1,206

7.540

9.093

9,09

167,40

2030

1,305

8.130

10.609

10,61

267,50

2040

1,238

8.600

10.646

10,65

376,76

2050

1,148

8.918

10.237

10,24

484,27

GtC anuales

GtC acumulados


El futuro de la energía solar Exajoules* 1600

Energía geotérmica

1200 Energía solar

1000 800 600

+ 230 % Nueva biomasa Energía eólica Energía hidráulica Biomasa trad.

400

Energía nuclear Gas natural

200

Petróleo

Energías renovables

Por definir

1400

Carbón

0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060


Índice







¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?

Definición: Energia Solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres.

Tipos de sistemas: Sietemas aislados Sistemas conectados a red


Sistema fotovoltaico aislado

Los sistemas aislados permiten el abastecimiento autónomo de electricidad y se configuran de acuerdo con su aplicación

Regulador de carga

=

~

( ~230V

Composición de un sistema fotovoltaico aislado “Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro” Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005

Sistema Fotovoltaico conectado a red 1

Campo Solar formado por módulos solares

2

Bastidor de montaje

3

Líneas de conexión de módulos

4

Caja de conexión

5

Linea principal de corriente continua

6

Interruptor DC

7

Inversor

8

Linea de Red

9

Contador de inyección

10

Caja de protecciones de la finca

11

Red pública

12

Contador de consumo

13

Conexión equipotencial

1 3 4

2

Consumidores

5

X 12 10 9 11

6

7 8 =

13 PAS

Los tamaños de los distintos elementos no son proporcionales a la realidad


Índice







Principios básicos, funcionamiento y componentes La célula solar, el panel o módulo solar, y el generador solar

Célula solar

Panel o módulo

Generador solar


Las células solares de silicio cristalino: El presente Visión global de la tecnología de células solares Tecnología Silicio monocristalino

Rendimiento Laboratorio / Serie 24% 13 – 18%

Estatus

Precio 3–5 Euro/Wp

12 – 16% Producción industrial

3–5 Euro/Wp

Comentario Aplicación de potencia acreditada

Silicio policristalino

18%

Silicio amorfo

12%

8%

GaAs

25%

17%

Series reducidas

?

Sólo en la astronáutica

Telururo de cadmio (CdTe) CIS

16%

9%

?

18%

11%

Producción piloto Producción piloto

Gran potencial de reducción de costes

2,5 – 6 Euro/Wp

?

Potencia poco estable


Grados máximos de eficiencia de las células

Grados de eficiencia actuales

Si Cristalino 15% - 20% CIS

12%

a-Si tripple 9%


Estructura de una célula solar de silicio está compuesta por una capa de electrodos negativos y una capa de electrodos positivos. La energía luminosa se transforma directamente en corriente eléctrica. Electrodo negativo Silicio con dotación n

Capa límite Electrodo positivo

Silicio con dotación p


El módulo: Optimización de la potencia alcanzada Un panel alcanza su nivel de potencia máxima, cuando se opera en el punto de corriente máxima (MPP) y mediante la adaptación de la carga Diagrama de corriente

Intensidad, potencia Corriente de cortocircuito (Isc)

Maximum Power Point

Corriente nominal (IMPP)

Diagrama de potencia

Tensión eléctrica Tensión nominal (UMPP)

Tensión a circuito abierto (Uoc) “Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro”

Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005

Corriente

Corriente

Curvas características reales

-10°C

100%

Grado de luminosidad MPP

75% 50%

70°C

25%

Tensión

Tensión

Cuanto más alta sea la temperatura,

Cuanta más luminosidad,

menor será la tensión.

mayor corriente.


La curva I-V como curva inversa de diodo

STC Standard Test Condition

25°C Temperatura de Célula 1000 W/m2 2 m/sec Velocidad del viento Air Mass (AM) 1,5

MPP Maximum Power Point cuando VxI = maxima

El inversor define el punto MPP en Grado de eficiencia estático Grado de eficiencia dinámico


El inversor: Funciones y tipos Los inversores convierten la corriente continua generada en corriente alterna apta para ser inyectada a la red

Funciones: Conversión e inyección de la corriente eléctrica solar Funcionamiento de los módulos en el punto óptimo Comprobación de contactos a tierra o cortocircuitos en la instalación Control de la red de generación Eventualmente, registro de la energía generada

Modelos básicos: Inversor central (todos los paneles están conectados a un inversor) Inversor de conexión en serie (hasta 40 paneles se conectan en serie al inversor)


Perfil de potencia del inversor Adaptación óptima para el aprovechamiento de toda la energía diaria 7

100 C o n trib u ció n e n e rg é tic a e n %

90 Rendimiento en %

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

Potencia en % de la potencia nominal AC

Curva de rendimiento del inversor

6 5 4 3 2 1 0 50

150

250

350

450

550

650

750

850

950

Ámbito de potencia en W/m²

Distribución de la energía irradiada según areas de potencia


El sistema fotovoltaico

1 kWp necesita aproximadamente 8 m2 1000 Wp producen de media al año 1350 kWh Sur de España Norte de España

Inclinación 28° Inclinación 90°

1500 kWh 1100 kWh

Irradiación 1700 kWh/m2 Irradiación 1300 kWh/m2

óptima aprox. 30% menos producción


Producción en función de la Orientación e Inclinación

Para obtener un 95% de la producción máxima la orientación y la inclinación pueden variar de SurEste a SurOeste y de 10 a 40º respectivamente.


Índice







Células monocristalinas


Corte


Superficie antes de la corrosión


Células monocristalinas

Luz

Célula monocristalina tratada


Células con contacto

Células con contacto frontal


Soldadura de cadenas de células

Contacto posterior


Conexión

Mesa de conexión


Laminación

El laminador posee

2 cámaras de vacío

Calentamiento Vacío Prensado


Medición de potencia

Flasheado Fogonazo de

1000 W/m2 Recorrido de la curva I-V en 10 mseg


Colores de la célula

Células de color

azul y negro poseen el grado de eficiencia más alto


Layout del módulo

b zb

rb ra za

a

Ancho: Largo: Distancia Distancia Distancia Distancia

cadenas células al marco al marco

za zb rb ra

1500 mm 2500 mm 1.5 –10 mm 1.5 – x mm > 15 mm > 20 mm


Tamaños de células

103 x 103 mm 90 Wp

125 x 125 mm 80 Wp

203 x 203 mm 75 Wp “Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro”

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Índice







Nuevos módulos SunTechnics: Tecnología espacial

STM 200 F

STM 210 F


Célula solar A-300


Producción en serie de la célula A-300

Superficie tratada e grosor d µ 0 5 2 alino de t is r c o n o silicio m e d a le b O P P N P

N

–

+

–

+

–

+

dors l a s cto a t n o C

o


La célula de los records

Eficiencia: > 20 % Tamaño Voc Jsc FF

148.9 cm2 678 mV 39.5 mA/cm2 0.803


Nº 1 entre los módulos

16,8% módulo


Características del STM 210 F

STM 210 F

… el módulo para aplicaciones de potencia máxima • • • • • • • • • • •

Potencia 210Wp (-0%/+3%) Isc5,7A Uoc47,8V Imp5,3A Ump40,0V Las células: más de 20% de eficiencia 25 años garantía del rendimiento (80%) 10 años garantía de producto Marco de aluminio anodizado Cristal de 4mm Film de TEDLAR en blanco Enchufes MC, cable Radox, Caja de Tyco Medidas: 1560 x 800 x 42 mm³ Fabricado en Alemania


Características del STM 200 F

STM 200 F

… el módulo para aplicaciones estéticas • • • • • • • • • • •

Potencia 200Wp (-0%/+3%) Isc5,7A Uoc47,8V Imp5,0A Ump40,0V Las células: más de 20% de eficiencia 25 años garantía del rendimiento (80%) 10 años garantía de producto Marco de aluminio anodizado Cristal de 4mm Film de TEDLAR negro Enchufes MC, cable Radox, Caja de Tyco Medidas: 1560 x 800 x 42 mm³ Fabricado en Alemania


Comparación de eficiencias

Vista general de eficiencias de módulos 225 220

SunTechnics

215

STM 210 F

Rated Power (watts)

210

Sharp

205

STM 200 F

200

BP Solar

195 Sanyo

190 185

RWE

180 175 170 14.0

IBC (Q-cells) 14.5

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

Gross Module Efficiency (%)


Coeficente de temperatura

Reducción de rendimiento: -0.38 %/°C (en función de la temperatura)

Open Circuit Voltage (V)

0.700

SunPower cell -1.87 mV/ ºC

0.650 0.600

Conventional cell -2.2 mV/ ºC

0.550 0.500 0.450 0

20

40

60

80

Tem perature (ºC)


SPECTRAL RESPONSE

External Quantum Efficiency, %

Célula SunPower 100

80

60

Conventional Cell

40

20

AM 1.5 global spectrum 0

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2


Características del producto

• Eficiencia más alta: • + Watios/ m² • - gastos de estructura y mano de obra • Coeficente de temperatura más bajo • Excelentes prestaciones con baja radiación (rápida activación de la célula) • Aprovechamiento de un espectro de luz más amplio “Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro” Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005

Instalación piloto en la NASA (5 kWp)


Sistema piloto de SunTechnics

Instalación de un sistema piloto de SunTechnics en el sur de Alemania con módulos STM 200 F •

En Landshut (Alemania) para comprobar la producción adicional por: – Coeficiente de temperatura bajo – Prestaciones excelentes con baja radiación – Espectro de luz útil más amplio

•

Comparación directa entre módulos STM 210 y módulos policristalinos comunes

•

Medición y seguimiento de los datos por sistema de monitorización


La tecnología del futuro


Índice









Térmica y fotovoltaica combinados


Módulos que sustituyen a tejas de pizarra


Tejas solares


Instalación SunTechnics AlterSun, Barcelona: 94 kWp

588 módulos C160 P Inversor Solarmax 100 Soporte para tejado plano


Instalación SunTechnics ENERSOL, Alicante: 94 kWp

588 módulos C160 P Inversor Solarmax 100 Soporte STG 65 para tejado inclinado


Instalaciones de Referencia: Proyectos Especiales


Instalación SunTechnics: Células Verdes en Tübingen (Alemania)


SunTechnics AlterSun, 60 kWp: Integración en fachada (Barcelona)

400 módulos C160 P Inversores STW4600 Integración en fachada


Casa de la Juventud de San Sebastián de los Reyes, Madrid: 61,5 kWp

Módulos Conergy C 123 P Inversores SMA SWR 2500 Integración en fachada


Centro de Innovación Fennel, Alemania: 302 kWp

Módulos SF115 Inversores Solarmax 100 Soporte: desarrollo especial


Simulador de vuelo, Suiza: 120 kWp

Soporte invisible: desarrollo SunTechnics


Instalaciones de Referencia: Grandes Proyectos


Parque Solar SunTechnics: 4 MW Hemau (Alemania)

Municipio Hemau, Alemania

Rendimiento anual: 3.786 MWh

40 instalaciones: un total de 4 MWp

Ahorro CO2: 71.000 t

Puesta en marcha: diciembre 2002


Gracias por su atención


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