El blog de las Energías Renovables

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Todos sabemos que en estos últimos años se ha producido un amplio y rápido crecimiento en la potencia fotovoltaica instalada y también en el número de instalaciones, esto es debido a que éste tipo de instalaciones se han convertido en una inversión atractiva y de rentabilidad aparentemente garantizada. No obstante, hay que tener en cuenta que dicha rentabilidad está ligada al rendimiento proporcionado por los paneles fotovoltaicos utilizados. El consecuente incremento en la demanda de los mismos ha hecho que aparezcan en el mercado paneles fotovoltaicos de procedencia y características no bien acreditadas y que no cumplen con algunos de los estándares de calidad y fabricación, lo que supone un gran riesgo a la hora de satisfacer las expectativas de rentabilidad esperadas.

Con el objetivo de mejorar la eficiencia de las instalaciones solares, el Instituto de Tecnología Eléctrica (ITE), ha puesto en marcha un servicio a través del cual se realizan una serie de inspecciones y medidas para comprobar el correcto funcionamiento y características de los componentes clave de la instalación solar y poder así detectar posibles fallos que afectan a la producción de la misma. “Se trata de realizar medidas y cálculos que detecten posibles causas de bajo rendimiento en las plantas solares”, asegura Alfredo Quijano, director del ITE.

El servicio que presta ITE, asegura que los paneles que se instalan están en perfectas condiciones y los certifica, comprobando que existe un protocolo de mantenimiento adecuado para minimizar la degradación de sus características a lo largo de su vida útil.

Las causas que pueden hacer que una instalación solar no rinda como corresponde son múltiples. Entre ellas está la pérdida de “mismatch”, esto significa que los paneles solares están conectados en serie, por lo que la pérdida de prestación de uno de ellos condiciona el rendimiento del conjunto. El conocimiento individualizado de la característica tensión/intensidad de cada panel resulta necesario si se desea interconectarlos de manera óptima. En un conjunto de paneles conectados en serie, el rendimiento del peor del grupo condiciona negativamente el de los restantes, por lo que debe procurarse conectar entre sí los paneles cuyas características sean más semejantes.

El ITE dispone de los medios adecuados para la caracterización y control de las características eléctricas de los paneles fotovoltaicos mediante un simulador solar de última tecnología, subvencionado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio.

Este servicio del ITE también es muy importante para las entidades financieras. Por ello, el ITE ha firmado un acuerdo con Bancaja por el que esta entidad utiliza el servicio del ITE para comprobar que las instalaciones solares cumplen con la certificación y así aprobar las solicitudes de financiación de las empresas. De esta manera la inversión en este tipo de instalación tiene todas las garantías de rentabilidad cubiertas.

Además los laboratorios de ITE están ampliándose con nuevas tecnologías para realizar desarrollos y análisis de mejora de eficiencia energética de maquinarias e instalaciones, complemento básico al esfuerzo que se está haciendo en el campo de las renovables.

Ya sabemos que no es oro todo lo que reluce, y que no todas las instalaciones por muy renovables que sean, son lo suficientemente eficientes para garantizar un correcto funcionamiento a lo largo de la vida útil de la instalación o de sus componentes, es por ello que medidas de éste tipo, junto con todos los sistemas de autogestión y monitorización que permiten comprobar el estado de la instalación a cada instante, pueden dar un valor añadido a dichas instalaciones, aumentando así su eficiencia y como no, dando buena publicidad a este tipo de generación energética.

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Recientemente un grupo de científicos de la Universidad de Harvard han descubierto un nuevo material con propiedades muy superiores al convencional silicio que hasta ahora se lleva utilizando en la industria fotovoltaica, dicho material se denomina silicio negro con el nombre registrado de SiOnyx (empresa dependiente de la Universidad).

La característica más destacada de dicho material es que es entre 100 y 500 veces más sensible a la luz de sol que el silicio. El hallazgo se produjo cuando el grupo investigador hicieron brillar brevemente un láser con una potencia equivalente a la energía del sol sobre una lámina de silicio a la que habían añadido hexafluoruro de azufre. La lámina de silicio pasó a ser negra, si bien al ser observada con un microscopio resultaba estar compuesta por una gran cantidad de puntas minúsculas que hacían que esa misma lámina fuese entre 100 y 500 más sensible a la luz solar que los detectores de silicio común con el que se fabrican los paneles solares.

Debemos hacer notar que aunque el silicio “convencional” es un excelente detector de luz visible, es inútil en la detección de otras longitudes de onda que comúnmente se encuentran en la naturaleza. De hecho, casi el 50% de la energía del sol pasa directamente a través de silicio sin que pueda ser detectada o utilizada para la producción de energía solar. Para superar esta limitación, los ingenieros y los científicos han aprovechado la única de las características opto-electrónicas de materiales exóticos como el arseniuro de galio indio, el plomo y el cadmio; materiales altamente eficaces, pero que por el contrario son muy tóxicos y caros de producir.

Con el SiOnyx se abre una nueva vía para la producción de dispositivos de silicio que sean competitivos con estos materiales, que garanticen un medio ambiente seguro y una respuesta que supera incluso las más avanzadas implementaciones de la tecnología actual.

La configuración atómica única establecida en el proceso de producción del SiOnyx produce una película delgada, con una capacidad de detección de toda la amplitud del espectro sorprendentemente alta en comparación con los típicos dispositivos semiconductores. Estos atributos permiten que el SiOnyx haga frente a las limitaciones de diseño y que sea posible hacer rentable dicha producción..

En un típico dispositivo fotónico la energía incidente de los fotones emitidos por el sol excitan los electrones en el material haciéndole pasar de un estado de equilibrio a un estado de conducción. Estos “fotoelectrones” se recogen a continuación por la conexión de circuitos eléctricos.

El producir el material SiOnyx se utiliza una técnica que crea una capa absorbente ultra-delgada capaz de absorber la energía luminosa en todo el espectro electromagnético en tan sólo 300 Nm de espesor. El futuro tiende a crear dispositivos de células solares de ultra fina película.

El sistema de producción de SiOnyx es capaz de producir detectores de silicio y dispositivos fotovoltaicos que respondan la franja entre de 400nm a 2500nm, que abarca no sólo la parte visible y la energía solar, si no más allá de espectros en el infrarrojo de onda corta usado en las bandas de visión nocturna, industrial, científica y aplicaciones de imágenes médicas.

No cabe duda que estos nuevos materiales pueden llegar a provocar un aumento considerable del rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos, provocando así una mayor rentabilidad de los mismos, lo cual será un gran beneficio para los sistemas de generación solar. Aguardaremos impacientes los progresos de este nuevo material.

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El pasado 26 de septiembre se dieron a la luz las nuevas modificaciones del Real Decreto que regula a las instalaciones de energía solar fotovoltaica. Por fin, tras varios meses de discusiones, el nuevo Real Decreto para la fotovoltaica aprobado por el Consejo de Ministros, ha recibido el visto bueno de las asociaciones del sector.

El sector asume que las condiciones del nuevo Real Decreto harán que el mercado atraviese en 2009 y 2010 una etapa de contracción; también estima que el texto va a permitir que el sector fotovoltaico español esté entre los países más fuertes y competitivos en energía solar en el momento decisivo, en 2015.

Las principales novedades introducidas por el Real Decreto son las siguientes:

• Se contemplan dos tipologías diferenciadas para suelo y techo y se orienta la inversión privada hacia la tipología en techo, por sus mayores beneficios económicos (en cuanto a reducción de pérdidas en la red, reducción de inversiones en infraestructuras) y medioambientales (mejor utilización del suelo y preservación de zonas con un potencial mayor valor natural).
• Las nuevas retribuciones son de 32 cent/kWh para suelo y 32 y 34 cent/kWh para techo (mayores y menores de 20 kW, respectivamente). Estas retribuciones bajarán trimestralmente en función del agotamiento de los cupos.
• Se establece un mecanismo de pre-registro, de forma que una vez realizados determinados trámites administrativos (autorización administrativa, conexión, etc.), los proyectos se inscriben en un registro, asignándoles en ese momento una tarifa regulada que percibirán una vez esté finalizada la instalación.
• Las instalaciones no podrán tener un tamaño superior a 10 MW en suelo y 2 MW en edificios.
• El pre-registro tendrá cuatro convocatorias anuales.
• La tarifa regulada de cada convocatoria se calculará en función de la demanda que haya existido en la convocatoria anterior, con bajadas de la retribución si se cubre el cupo completo. Asimismo, podría elevarse la tarifa si en dos convocatorias consecutivas no se alcanza el 50% del cupo.
• Las bajadas pueden ser de hasta el 10% anual. Este esquema retributivo beneficia a los consumidores, al establecer una retribución ajustada a la curva de aprendizaje de la tecnología, lo que se traducirá en un abaratamiento del coste de la electricidad en relación al modelo vigente. También beneficia a los inversores, al aportar predictibilidad de las retribuciones futuras.
• Los cupos iniciales serán de 400 MW/año (dos tercios para las instalaciones en edificación y el resto para el suelo).
• Con la finalidad de establecer un régimen transitorio para suavizar la inercia de la industria fotovoltaica actual se establecen unos cupos extraordinarios adicionales para suelo de 100 MW y 60 MW para 2009 y 2010, respectivamente. Las dos primeras convocatorias se resolverán en unos plazos muy reducidos: la primera, el 15 de diciembre de 2008.
• Los cupos anuales se incrementarán en la misma tasa porcentual en que se reduzca la retribución en el mismo período, hasta un 10%.
• Se establecerán mediante Orden Ministerial los requisitos técnicos y de calidad de las instalaciones para contribuir a la seguridad del sistema.
• El plazo de retribución para cada instalación es de 25 años y la actualización anual de la retribución en función del IPC -0,25 ó -0,50, en ambos casos igual que en el anterior Real Decreto.

Esperemos que tal y como se asegura, dichos cambios aseguren que España siga estando como país puntero dentro del mundo de la energía solar fotovoltaica, y que no sea un motivo económico el que ponga trabas a un desarrollo hacia una nueva cultura energética.

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Generalmente en este tipo de instalaciones se usan módulos FV de doble vidrio, también llamados vidrios FV, sobre todo si deben formar parte del envolvente del edificio. Estos vidrios FV tienen como ventajas importantes respecto los módulos FV estándar su robustez, translucidez, elegancia y posibilidades de diseño (serigrafía, colores, distribución de células,…). Debido al carácter individual de cada construcción los módulos fotovoltaicos para integración arquitectónica se diseñan y fabrican generalmente a medida para cada proyecto. Estos módulos FV se pueden realizar también como doble acristalamiento en el caso de requerir un vidrio con alto aislamiento térmico.

Un módulo FV de doble vidrio para la integración arquitectónica debe concebirse como un elemento de construcción que cumpla con los más altos estándares de calidad de los elementos constructivos tradicionales, a parte de maximizar el rendimiento energético de las células FV incorporadas. Entre los requerimientos que deben cumplir están los siguientes:

• Los vidrios frontal y trasero deben ser templados, primero para adquirir suficiente robustez contra impactos y, segundo, para aguantar el choque térmico debido al calentamiento de las células FV en operación. Sin embargo, se debe encontrar el punto óptimo de temple para conseguir una mínima estabilidad del vidrio en caso de rotura.
• Se recomienda usar un módulo FV con denominación de Vidrio laminado de seguridad según la norma EN 14449:2005 y que cumpla las directivas de los productos de construcción.
• Máxima resistencia contra rotura, de gran importancia sobre todo en aplicaciones que cubren un paso de personas. Para estas aplicaciones se recomienda que el encapsulante aguante una presión de superior a 20N/m2 para evitar la rápida caída de los vidrios FV en caso de rotura. Para este fin, se recomienda el PVB (polivinilbutiral) como encapsulante, material utilizado en la construcción convencional para el vidrio laminado de seguridad.

Las características funcionales de los módulos FV de doble vidrio permiten que se puedan utilizar en multitud de aplicaciones donde se requiera función y belleza para una arquitectura individual y moderna, por ejemplo en:

• Cubiertas acristaladas
• Lucernarios
• Pérgolas
• Muros cortina
• Fachada de doble piel
• Revestimiento de fachada
• Protección con lamas o voladizos
• Otras aplicaciones

Es muy importante que en este tipo de sistemas constructivos se haga un gran esfuerzo para conseguir una gran optimización energética, es por ello que en la fase de planificación de un proyecto se debe contar con una serie de criterios de aplicación para módulos FV integrados arquitectónicamente.

• Localización y radiación solar: El rendimiento energético de una instalación FV depende en primera instancia de la cantidad de radiación solar disponible en el lugar de su ubicación.
• Orientación e inclinación: La orientación y la inclinación del campo FV tiene una influencia importante en el comportamiento energético de la instalación FV. Desviaciones de este punto óptimo de orientación e inclinación resultan en pérdidas energéticas respecto la generación máxima posible.
• Proyección de sombras: Se debe evitar al máximo la proyección de sombras en los campos FV. Pequeñas sombras pueden provocar que gran parte del módulo no funcione.
• Rendimiento energético: el rendimiento energético de una célula FV disminuye con un aumento de su temperatura. Una célula FV en funcionamiento produce un calor residual que debe ser evacuado. Esto resulta más fácil si la parte trasera del módulo FV está ventilada. En la mayor parte de los casos de integración arquitectónica esto no es posible y se tiene que calcular con pérdidas debido al calentamiento del módulo. Este efecto es aún más importante en vidrios de doble acristalamiento por su gran aislamiento térmico.

Como vemos cada vez es más fácil que el mundo de las energías renovables forme parte de nuestras vidas, incluso sin darnos cuenta, ya sea en una fachada, en una azotea, o en otros muchos lugares, no cabe duda de que aunque el avance puede parecer lento, la carrera hacia una mayor presencia de las energías limpias sigue su rumbo.

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Ya hemos hecho alusión en artículos anteriores a diferentes técnicas de introducir nuevas tecnologías energéticas especialmente las renovables, así como distintas formas de mejorar la eficiencia del edificio en cuestión.

La Integración fotovoltaica en edificios (BIPV-Building Integrated Photovoltaics) es la sustitución de materiales tradicionales de envolventes del edificio o cubiertas, por nuevos elementos arquitectónicos fotovoltaicos y que por tanto son generadores de energía, y que además cumplen con los requisitos en cuanto a robustez, seguridad, comportamiento térmico, etc.

La tecnología solar fotovoltaica genera energía en el mismo sitio donde se consume sin que haga falta la aportación de ningún combustible externo. La integración de este tipo de tecnologías en el espacio urbano hace posible sacarle el máximo provecho por ser la única tecnología renovable que actualmente podría instalarse de forma masiva en un entorno urbano como el de las grandes ciudades.

En septiembre de 2006 entró en vigor el nuevo Código Técnico de Edificación (CTE), el primer documento legislativo que obliga a la utilización de la tecnología fotovoltaica en cierto tipo de edificios. Las especificaciones correspondientes se recogen en el documento HE 5 de dicho código.

La utilización de los módulos fotovoltaicos vidrio-vidrio como nuevos elementos de construcción optimiza la implementación del CTE aportando soluciones para el cumplimiento de los siguientes documentos del CTE:

• HE 5: contribución FV mínima de energía eléctrica
• HE 1: limitación de demanda energética mediante el efecto de protección solar de los módulos FV, lo que puede reducir significativamente la carga térmica de los edificios sin elementos de sombreado adicionales.

Las instalaciones FV integradas en edificios (BIPV) mediante vidrios fotovoltaicos como cerramiento, proporciona una multi-funcionalidad envolvente del edificio y un objetivo de distinción y visibilidad por su imagen singular. El rendimiento de estas instalaciones en puros términos económicos es menor que en las convencionales, por estar condicionadas por la misma estructura del edificio y por los requerimientos de robustez adicionales a los elementos constructivos FV.

Algunos de los beneficios que aporta la integración arquitectónica de la tecnología fotovoltaica son:

• Aumento de la funcionalidad del revestimiento del edificio o de la cubierta ya que además de sus funciones tradicionales genera energía eléctrica.
• Protección solar disminuyendo el factor solar (valor g), reduciendo así la carga térmica de los edificios y los costes de refrigeración en temporada de verano.
• Integración directamente en las estructuras del edificio, por lo que no es necesario instalar ningún sistema de soporte adicional como en el caso de módulos FV estándar.
• A diferencia de los elementos constructivos tradicionales los elementos FV tienen tiempo de amortización, generando así un beneficio económico a largo plazo.
• Creación de nuevos conceptos de imagen corporativa relacionados con innovación, sostenibilidad y ecología realizables mediante múltiples y extraordinarias posibilidades de diseño arquitectónico con elementos FV modernos.
• Aumento del valor del inmueble por integrar un elemento “económicamente activo“.

En el siguiente post continuaremos hablando un poco más acerca de estos sistemas de integración fotovoltaica.

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