Energa solar fotovoltaica y fototrmica'

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Energía solar fotovoltaica y fototérmica.
SEMINARIO DE ENERGÍAS RENOVABLES
Asociación Comarcal Don Quijote de la Mancha
Asociación Interprofesional de Ordenación del
Territorio
Noblejas, 24 de abril de 2003

• José Ángel Galán Sánchez

2
Consumo de energía

• La cuarta parte de la población mundial consume ¾
  partes de toda la energía primaria.
• En los países desarrollados, se consume mucha más
  energía de la necesaria para las mismas
  condiciones de bienestar y calidad de vida

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Efectos medioambientales de la energía

• Producción Transformación Transporte de
  Combustibles
• Construcción Operación Mantenimiento de la planta
  Energética
• Uso de la energía

PROCESO ENERGÉTICO
IMPACTO MA

• Emisiones gases
• Residuos líquidos
• Residuos tóxicos
• Mareas negras
• Alteración de suelos
• Residuos nucleares
• Lluvias ácidas
• Deforestación....

4
Cambio climático

• El CO2 antropogénico es el gas de efecto
  invernadero con mayor influencia en el
  calentamiento del planeta.
• Los modelos de clima basados en las tendencias
  actuales de emisiones, prevén un incremento de la
  temperatura global de 3,5 grados centígrados en
  el 2100.
• El cambio climático más grande de los últimos
  10.000 años.

5
Protocolo de Kyoto

• El compromiso del protocolo de Kyoto, acordado
  en 1997, exige implantar las medidas necesarias
  para la reducción de los límites de crecimiento
  de las emisiones de CO2 y mitigar su efecto sobre
  el cambio climático.
• (5 de reducción global en emisiones respecto a
  los niveles de 1990 en el periodo del 2008 al
  2012)

6
Demanda de energía

• Demanda española de energía primaria - 1973

Demanda española de energía primaria - 1999
7
Características delsector energético español

• Gran peso de los hidrocarburos en la cesta
  energética.
• Aumenta la demanda de gas.
• Fuerte dependencia de las importaciones.
• Altas tasas de crecimiento de la demanda.
• Aumento de la intensidad energética.

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Características de las Energías Renovables (I)
Utilización descentralizada
Carácter modular
Tecnologías limpias de bajo impacto medioambiental
Reducción de emisiones
Generación de empleo
Desarrollo regional
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Características de las Energías Renovables (II)
Autonomía y seguridad energética
Recurso distribuido
Tecnologías accesibles Bajo coste de operación
Aplicables en países en desarrollo
No sujetas a políticas económicas Elimina
incertidumbre en el precio del recurso
Recurso gratis e inagotable
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Cuestión de solidaridad

• La combustión de fósiles y la energía nuclear son
  insostenibles aún en el 1er mundo.
• Internalización de costes externos.

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Estructura de la Producción Eléctrica de España
2002
() Incluida gran hidráulica
12

• Evolución de la demanda en España de energía
  primaria
• (1990-2010)

Ktep
2000 2010
Fuente DGPEM
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MARCO NORMATIVO

• DIRECTIVA 96/92/CE sobre normas comunes para el
  mercado interior de la electricidad.
• Diversificación de las fuentes energéticas
• Garantizar la seguridad de suministro.
• Eficiencia en su utilización y respeto al medio
  ambiente.
• Libro blanco de las energías renovables (nov
  1997)
• Ley 54/ 97 del sector eléctrico.
• R.D. 2818/1998 Regulación del régimen especial.
• Plan de Fomento de las EERR.
• DIRECTIVA 2001/77/CE para la promoción de la
  electricidad renovable.

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Plan de Fomento de las Energías
Renovables Objetivos energéticos por fuente

1998
2010
MW Ktep
MW Ketp Generación de
electricidad Minihidráulica (lt10 MW)
1.510 402 2.230 594 Hidráulica (entre 10 y
50 MW) 2.801 482 3.151
542 Hidráulica (gt50 MW)
13.420 2.135 13.420 2.135 Eólica
834
172 8.974 1.852 Biomasa
189 169
1.897 5.269 Biogás
-- -- 78
150 Solar Fotovoltaica
9 1 144 19 Solar
Termoeléctrica
-- -- 200 180 Residuos Sólidos
94 247
262 683 Usos térmicos Biomasa

3.479 4.376 Solar Térmica de Baja Temperatura
26 336 Biocarburantes
-- 500
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Introducción al Plan de Fomento

• Objetivo general aportación de las fuentes de
  energía renovables en un porcentaje del 12 de la
  energía primaria demandada en la Unión Europea en
  el año 2010

1998
2010

(ktep) Generación de electricidad
3.608 11.424 Usos térmicos
3.506 5.215 Total
energías renovables 7.174
16.639 Consumo español energía primaria
113.939 134.965 Energías renovables /
energía primaria 6,2 12,3
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La Energía Fotovoltaica en el Plan de Fomento

• Libro blanco
• Objetivo Energía Solar Fotovoltaica
• Alcanzar 3000 MW en el año 2010. Esto significa
  multiplicar por 100 la potencia fotovoltaica
  instalada en 1995.
• Se propone una campaña de despegue en la que
  como acción clave se instalen 1.000.000 de
  sistemas fotovoltaicos.

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Marco legislativo (I)

• PAEE.
• LEY DEL SECTOR ELÉCTRICO 54/97 DE 27 DE
  Noviembre.
• PRINCIPAL OBJETIVO
• Liberalización del mercado eléctrico.
• ESTABLECE
• Un régimen especial para las energías renovables.
• Garantía de acceso a red.
• Posibilidad de una prima por encima del 90 del
  precio medio de la electricidad para la Energía
  Solar Fotovoltaica.
• REQUIERE
• Un plan de Fomento de las Energías Renovables .

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Marco legislativo (II)

• REAL DECRETO 2818/1998 de 23 de diciembre.
• PARA TODO EL CONJUNTO DE LAS FUENTES RENOVABLES,
  PROCEDIMIENTO ADMINISTRATIVO PARA ACOGERSE AL
  RÉGIMEN ESPECIAL Y CONDICIONES DE ENTREGA A LA
  RED.
• PRIMAS DE 60 PTA/KWH PARA INSTALACIONES CON
  POTENCIA INSTALADA DE HASTA 5 KW (HASTA ALCANZAR
  UN TOTAL DE 50 MW) DE 30 PTA/KWH PARA EL RESTO

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Marco legislativo (III)

• Plan de Fomento de las EERR
• Objetivo general para la Energía Solar
  Fotovoltaica
• Alcanzar 143 MW en el año 2010 (multiplicar por
  18 la potencia del año 1995)
• Instalaciones aisladas 20 MW
• Instalaciones conectadas 115 MW
• Algunas de las principales medidas son
• Apoyo al progreso tecnológico de los fabricantes
  nacionales (programa PROFIT)
• Ayudas públicas a la inversión.
• Campañas de concienciación y realización de
  acciones ejemplarizantes y piloto.
• Acciones normativas y reglamentarias R.D.
  1663/2000 de 29 de septiembre, sobre conexión de
  instalaciones fotovoltaicas a la red de baja
  tensión

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Tipología de las instalaciones fotovoltaicas
Fuente IDAE
21
Energía Solar Fotovoltaica

• Basada en la aplicación del efecto fotovoltaico
  que se produce al incidir la luz sobre materiales
  semiconductores (captación fotónica), generando
  una corriente eléctrica

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Rendimiento
5.500 ºC
1,73 . 1014 kW
1.000 W/m2
150 W ELECTRICOS
Rendimiento 15
23
Tipos de aplicaciones
Aplicaciones aisladas

• Aplicaciones conectadas a red
• Centrales
• Integración en edificios.

• España
• 15,6 MWp
• 70 instalaciones aisladas.
• 30 conectadas a red

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Valores destacados de la tecnología fotovoltaica

• Costes competitivos?
• Compite con otras tecnologías cuando no existe
  red eléctrica.
• Principal competidor grupos electrógenos.
• El precio depende del uso (cantidad de energía a
  utilizar)

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Aplicaciones aisladas

• Bombeo de Agua
• Iluminación
• Utilización de pequeñas herramientas
• Electrodomésticos
• Motores
• Estaciones repetidoras de telecomunicaciones
• Iluminación vial
• Cercados eléctricos
• Electrificación de casas rurales, granjas y
  refugios de montaña
• Electrificación de aldeas o núcleos rurales

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Conexión a red
Venta a la red
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Normativa aplicable a instalaciones fotovoltaicas
conectadas a red de baja tensión

• Autorizaciones administrativas específicas
• Autorización expresa de la producción en régimen
  especial otorgada por la Administración
  Autonómica según su propia normativa (Ley 54/97
  del Sector Eléctrico)
• COMUNIDAD AUTÓNOMA Autorización instalación y
  Acta de puesta en marcha.
• Régimen especial
• Inclusión en Régimen especial y Régimen
  Económico (R.D. 2818/1998)
• COMUNIDAD AUTÓNOMA Inscripción previa y
  definitiva en el registro
• Conexión a red
• Conexión a red en baja tensión de instalaciones
  fotovoltaicas lt 100 KVA (R.D. 1663/2000)
• COMUNIDAD AUTÓNOMA discrepancias entre los
  generadores y la compañía distribuidora.
• Licencias e impuestos de carácter general
• Alta en el IAE, IVA, IRPF, licencia de obras,
  etc.

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Rentabilidad económica?

• Vida útil 20-25 años.
• Incentivos económicos se podrán acoger al
  régimen especial (P 50 MW).
• Coste, ingresos y gastos
• Planta de 5 KW ? 6 MPTAS
• Subvención (? 40) IDAE Y CCAA.
• Ingresos
• En Toledo una planta de 5 KW puede producir 7600
  KWh al año
• A 66 PTAS/KWh tenemos unos ingresos de ? 500.000
  PTAS.
• Gastos
• IAE 11.000 PTAS.
• Seguro (robo o vandalismo) 25.000 PTAS.
• Costes mantenimiento 50.000 PTAS (10
  facturación)
• Costes administrativos (gestión ante la empresa
  distribuidora, liquidación impuestos, etc..)
  25.000 PTAS (5 facturación)
• Total gastos 111.000 PTAS
• Periodo de retorno Inversión/(Ingresos-Gastos)
• Sin subvención (40) 15,4 años
• Con subvención 9,2 años

29
ÁMBITO EUROPEO
TOTAL 158,7 MWp
30
ÁMBITO ESPAÑOL
Potencia instalada a finales de 2001
TOTAL 15,6 MWp
31
(No Transcript)
32
ÁMBITO LOCAL
TOLEDO
Total 1225,4 KW p
33
(No Transcript)
34
Conceptos generales a tener en cuenta

• Se inyecta toda la energía solar producida.
• El generador solar eléctrico nunca será
  autoproductor, simplemente es productor, mientras
  se mantenga vigente la prima (hasta alcanzar 50
  MWp en el Estado Español).
• Las primas no las paga el Estado Central ni el
  Autonómico Proceden de la tarifa eléctrica
  vigente y por tanto de los recibos que pagamos a
  las compañías distribuidoras.
• No afecta a la cuenta de resultados de las
  compañías eléctricas. La distribuidora administra
  este importe, cobrándolo del usuario final y
  pagándoselo al generador solar eléctrico.
• El objetivo del legislador es conseguir un ahorro
  energético selectivo, aprovechando la energía
  solar, abundante, gratuita y limpia, por lo que
  se pretende ahorrar energía y mejorar nuestra
  dependencia energética.
• El generador solar eléctrico no hace un buen
  negocio, solo obtiene ayudas para mejorar su
  esfuerzo en la inversión inicial.

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Fabricación de las células

• La tecnología de silicio domina hoy por hoy la
  industria fotovoltaica
• Los fabricantes eligen la estructura del
  dispositivo basándose en compromisos entre la
  eficiencia alcanzable y los costes de fabricación
• Fases del proceso de fabricación convencional de
  módulos de silicio cristalino
• Obtención de silicio purificado
• Cristalización y laminación del silicio
• Transformación de las obleas de silicio en
  células
• Interconexión de células y encapsulado en módulos
• El coste de la oblea de silicio supone casi la
  mitad del coste total del módulo
• Con la tecnología actual, la energía invertida en
  la fabricación de un módulo se puede recuperar en
  menos de cinco años

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Ventajas de la energía solar FV

• El recurso es gratuito.
• Los paneles solares apenas requieren
  mantenimiento
• No se emite C02 ( 5kWp de paneles evitan 5 000
  kg de emisiones en un año)
• Las instalaciones son de larga duración, mas de
  30 años (La placa es resistente al granizo,
  lluvia, nieve etc.)

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Resumen legislación española

• GENERAL
• Ley 54/1997 del Sector Eléctrico
• Plan de Fomento de las Energías Renovables
• ESPECÍFICA de Conexión a red
• RD 2818/1998 del Ministerio de Industria Y
  Energía primas
• RD 1663/2000 del Ministerio de Economía
• normas de conexión
• RD 3490/2000 del Ministerio de Economía
• tarifa de conexión
• Resolución de la Dirección General de Política
  Energética y Minas de 31 de mayo de 2001 ,
  Ministerio de Economía
• contrato, facturas y esquema unifilar

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ASPECTO EMPRESARIAL

• Alto grado de investigación
• Alta tecnología propia
• Producción española
• - 10 de la producción mundial
• - Primer productor europeo ( 45 de la producción
  europea)
• Crecimiento del 40 anual.
• Exportación del 85 de la producción a más de 50
  países.

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Energía Solar Térmica

• Se produce en instalaciones destinadas a
  concentrar el efecto térmico de la radiación
  solar y transferirlo a determinados fluidos.
  Forma activa o pasiva.
• Baja temperatura (lt 100 ºC)
• Media temperatura (100 ºC 400 ºC)
• Alta temperatura o Energía Solar Termoeléctrica (
  gt400 ºC)

40
Energía Solar TérmicaBaja Temperatura

• Consiste en la captación de la energía solar
  mediante colectores por los que se hace circular
  un fluido caloportador que se transfiere a un
  sistema de almacenamiento

41
Energía Solar Pasiva (Arquitectura Bioclimática)

• Incluye diversas tecnologías que utilizan el
  diseño de los edificios y determinadas
  características de los materiales con el fin de
  lograr niveles óptimos de confort con el mínimo
  consumo de energía aprovechando la energía solar.

42
Energía Solar TérmicaBaja Temperatura

• Producción de Agua Caliente Sanitaria
• Aplicación muy extendida en Grecia, Chipre e
  Israel
• Calefacción y refrigeración.
• Agricultura e industria

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Barreras y oportunidades

• Inversión inicial elevada.
• Periodo largo de amortización.
• Malas experiencias de instalación en años
  anteriores.
• Bajos precios de los sistemas convencionales de
  A.C.S.
• Falta de normativa en productos e instalación.
• Subvenciones de complicados trámites en relación
  al tamaño de las instalaciones de tipo doméstico.

• Carácter modular.
• Sistemas silenciosos y limpios.
• Reducción de emisiones.
• Efecto visual evitable con una buena integración.
• Posibilidad de combinación con sistemas fósiles
  para suministro en condiciones metereológicas
  adversas.

44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
(No Transcript)
47
Colector solar
Ep Pérdidas térmicas Eu Energía utilizable

• Dos opciones Aumentar E aumentar la
  intensidad.
• Disminuir Ep mejorar el aislamiento.
• Tipos
• Con concentración
• Sin concentración colector de placa plana

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Colector de placa plana
Efecto invernadero Radiación absorbida,
reflejada y atravesar Espectro solar mayoría
entre 0.3 y 2.4 ?m. Vidrio transparente entre
0.3 y 3 ?m

• Tras atravesar el vidrio la radiación llega a la
  superficie del absorbedor, el cual se calienta y
  emite radiación entre 4.5 y 7.2 ?m, para la cual
  el vidrio es opaco

49
Elementos de un colector

• 1 Cubierta
• 2 Absorbedor
• 3 Aislante
• 4 Carcasa

50
Despiece de un c.p.p.
51
Colector de vacío y polipropileno

• Tienen su aplicación en los sistemas de
  temperaturas intermedias (sistemas de
  acondicionamiento de aire, procesos industriales)
  y en lugares fríos.
• Su reducido coeficiente de pérdidas los hace
  especialmente aptos para el aprovechamiento de la
  radiación difusa, manteniendo un rendimiento
  aceptable cuando el Sol está bajo o el tiempo es
  frío y parcialmente nuboso.
• Técnica de fabricación similar a los tubos
  fluorescentes o los tubos de TV.

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Aspectos generales

• Tipos de circulación
• Termosifón o circulación natural.
• Circulación forzada.

• Calefacción
• Radiadores 70-90 ºC.
• Suelo Radiante 30-40 ºC.
• Colectores de vacío sistema de fan-coils.
• Mejor solución energía solar pasiva o
  arquitectura bioclimática.

Inclinación España 10º mayor que la latitud
Criterio de dimensionamiento Favorecer la
captación en invierno Porcentajes de energía
aportada 70-80 (A.C.S.)
53
Resumen de la tipología de las instalaciones de
solar térmica
54
DISTRIBUCIÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN UNA
VIVIENDA
55
Ámbito europeo
56
Ámbito nacional
Total 445.455 m2
57
Ámbito local
TOLEDO
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(No Transcript)
59
(No Transcript)
60
(No Transcript)
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(No Transcript)
62
(No Transcript)
63
(No Transcript)