Tecnología Fotovoltaica
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Tecnología Fotovoltaica:Presente y Futuro
Curso de Energías RenovablesSantander, 21 al 24 de Febrero de 2005
Javier de la Lastra OlanoDirector General
SunTechnics Cantabria Energía Solar, S.L.
Iker San SebastiánIngeniero de Proyectos
SunTechnics Técnicas Solares, S.L.
“Tecnología Fotovoltaica. Presente y Futuro”
Curso “Energías Renovables” – Santander, 21 al 25 de febrero de 2005
SunTechnics como parte del Grupo Conergy (Alemania)
Desarrollo de Proyectos Integración de Sistemas Mayoristas Productos
• Emplazamientos
• Mod. de participación
• Fondos de Inversión
• Administración
• Proyectos financieros
• Fotovoltaica
• Eólica
• Planificación
• Desarrollo
• Realización
• Venta directa
• Franquicia
• Fotovoltaica
• Térmica
• Compras
• Logística
• Almacenaje
• Distribución
• Comercialización
• Fotovoltaica
• Sistemas híbridos
• Desarrollo
• Producción
• Investigación
• OEM
• Logística
• Sistemas de soporte• Comp. Eléctricos• Fotovoltaica• Térmica
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Instalaciones para todas las necesidades
Pequeñas InstalacionesPequeñas Instalaciones Parques SolaresParques Solares
3 – 20 kWpDiseñadas a medida
Viviendas Unifamiliares
100 kW - 4 MWpSuperfícies Grandes
Accionistas e inversores
20 kWp - 1MWpGrandes superfíciesde tejado
GranjasPolígonos Industriales
SolucionesArquitectónicasSoluciones
Arquitectónicas
Tejados y FachadasObra nueva / reformas
Edificios de usogeneralInstituciones Públicas
Proyectos para PYMESProyectos para PYMES
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SunTechnics: Red de Distribución Internacional
Red de Asociados: 127 distribuidos en Alemania, Luxemburgo, Suiza, Austria, España y Portugal
SunTechnics Alemania
Central en HamburgoDesde 199680 Asociados
SunTechnics Alemania
Central en HamburgoDesde 199680 Asociados
SunTechnics Austria
Central en VienaDesde 19966 Asoiciados
SunTechnics Austria
Central en VienaDesde 19966 Asoiciados
SunTechnics Suiza
Central en KüsnachtDesde 19988 Asociados
SunTechnics Suiza
Central en KüsnachtDesde 19988 Asociados
SunTechnics España
Central en MadridDesde el 200033 Asociados
SunTechnics España
Central en MadridDesde el 200033 Asociados
SunTechnics Portugal
Central en LisboaApertura 2005
SunTechnics Portugal
Central en LisboaApertura 2005
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SunTechnics: Líder del Mercado Europeo en Distribución de SolucionesGlobales para Energía Solar Fotovoltaica
en MWp41
1 72
5
70
10 140
10270
35
0
50
100
150
200
250
300
350
2000 2001 2002 2003 2004
SunTechnics
Resto del mercado
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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484,2710,2410.2378.9181,1482050
376,7610,6510.6468.6001,2382040
267,5010,6110.6098.1301,3052030
167,409,099.0937.5401,2062020
81,877,927.9156.8301,1592010
6,916,916.9086.1301,1272000
GtCGtCacumuladosacumulados
GtCGtCanualesanuales
Toneladas de Toneladas de carbcarbóón (MM)n (MM)
HABITANTEHABITANTES (MM)S (MM)
Toneladas de Toneladas de carbcarbóón n perpercapitacapita
Escenario mundial
PREVISIÓN DE EMISIONES CO2 HASTA 2050 (IEA)
IEA, escenario optimista
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El futuro de la energía solar
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Por definir
Energía geotérmica
Energía solar
Nueva biomasa
Energía eólicaEnergía hidráulicaBiomasa trad.
Energía nuclearGas natural
Petróleo
Carbón
En
erg
ías
ren
ovab
les
Exajoules*
+ 230 %
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
Definición:
Energia Solar es la energía radiante producida en el Sol comoresultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, queinteractúan con la atmósfera y la superficie terrestres.
Tipos de sistemas:Sietemas aisladosSistemas conectados a red
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Sistema fotovoltaico aislado
Composición de un sistema fotovoltaico aislado
Reguladorde carga
=~ (
~230V
Los sistemas aislados permiten el abastecimiento autónomo de electricidad y se configurande acuerdo con su aplicación
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Sistema Fotovoltaico conectado a red
1
2
3
4
5
9
8
7
6
10
Campo Solar formado por módulos solares
Bastidor de montaje
Líneas de conexión de módulos
Caja de conexión
Linea principal de corriente continua
Interruptor DC
Inversor
Linea de Red
Contador de inyección
Caja de protecciones de la finca
Red pública
Contador de consumo
Conexión equipotencial
11
12
13
Los tamaños de los distintos elementos no son proporcionales a la realidad
PAS=
1
2
3
4
5
678
9
1311
12
10
XConsumidores
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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La célula solar, el panel o módulo solar, y el generador solar
Célula solar Panel o módulo Generador solarCélula solar Panel o módulo Generador solarCélula solar Panel o módulo Generador solar
Principios básicos, funcionamiento y componentes
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Las células solares de silicio cristalino: El presente
Visión global de la tecnología de células solares
Tecnología Rendimiento Laboratorio / Serie
Estatus Precio Comentario
Silicio monocristalino
24% 13 – 18% 3 – 5 Euro/Wp
Silicio policristalino
18% 12 – 16% 3 – 5 Euro/Wp
Aplicación de potencia acreditada
Silicio amorfo 12% 8%
Producción industrial 2,5 – 6
Euro/Wp Potencia poco estable
GaAs 25% 17% Series reducidas
? Sólo en la astronáutica
Telururo de cadmio (CdTe)
16% 9% Producción piloto
?
CIS 18% 11% Producción piloto
?
Gran potencial de reducción de costes
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Grados máximos de eficiencia de las células
Grados de eficienciaactuales
Si Cristalino 15% - 20%
CIS 12%
a-Si tripple 9%
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Estructura de una célula solar de silicio
Electrodonegativo
Electrodopositivo
Silicio condotación p
Capa límite
Silicio condotación n
está compuesta por una capa de electrodos negativos y una capa de electrodos positivos.
La energía luminosa se transforma directamente en corriente eléctrica.
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El módulo: Optimización de la potencia alcanzada
Tensión eléctrica
Intensidad,potencia
MaximumPowerPoint
Tensión nominal (UMPP)
Corriente nominal (IMPP)
Diagrama de corriente
Diagrama depotencia
Tensión a circuito abierto (Uoc)
Corriente de cortocircuito (Isc)
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
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Curvas características reales
Cor
rient
e Grado de luminosidad
Cuanto más alta sea la temperatura,
menor será la tensión.
Cuanta más luminosidad,
mayor corriente.
Tensión Tensión
-10°C
70°C
Cor
rient
e
25%
50%
75%
100%MPP
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La curva I-V como curva inversa de diodo
STC Standard Test Condition25°C Temperatura de Célula1000 W/m22 m/sec Velocidad del vientoAir Mass (AM) 1,5
MPP Maximum Power Pointcuando VxI = maxima
El inversor define el punto MPP enGrado de eficiencia estáticoGrado de eficiencia dinámico
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El inversor: Funciones y tipos
Los inversores convierten la corriente continua generada en corriente alternaapta para ser inyectada a la red
Funciones:
Conversión e inyección de la corriente eléctrica solarFuncionamiento de los módulos en el punto óptimoComprobación de contactos a tierra o cortocircuitos en la instalaciónControl de la red de generaciónEventualmente, 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)
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Perfil de potencia del inversor
Curva de rendimiento del inversor Distribución de la energía irradiadasegún areas de potencia
0
1
2
3
4
5
6
7
50 150 250 350 450 550 650 750 850 950
Ámbito de potencia en W/m²C
ontri
buci
ón e
nerg
étic
a en
%
0102030405060708090
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Potencia en % de la potencia nominal AC
Ren
dim
ient
o en
%
Adaptación óptima para el aprovechamiento de toda la energía diaria
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El sistema fotovoltaico
1 kWp necesita aproximadamente 8 m2
1000 Wp producen de media al año 1350 kWhSur de España 1500 kWh Irradiación 1700 kWh/m2Norte de España 1100 kWh Irradiación 1300 kWh/m2
Inclinación 28° óptimaInclinación 90° aprox. 30% menos producción
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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 40ºrespectivamente.
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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Células monocristalinas
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Corte
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Superficie antes de la corrosión
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Células monocristalinas
Célula monocristalina tratada
Luz
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Células con contacto
Células con contacto frontal
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Soldadura de cadenas de células
Contacto posterior
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Conexión
Mesa de conexión
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Laminación
El laminador posee2 cámaras de vacío
CalentamientoVacíoPrensado
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Medición de potencia
FlasheadoFogonazo de 1000 W/m2Recorrido de la curva I-V en 10 mseg
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Colores de la célula
Células de colorazul y negroposeen el gradode eficienciamás alto
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Ancho: 1500 mmLargo: 2500 mmDistancia cadenas za 1.5 –10 mmDistancia células zb 1.5 – x mmDistancia al marco rb > 15 mmDistancia al marco ra > 20 mm
ra
rbzb
za
b
a
Layout del módulo
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Tamaños de células
103 x 103 mm 125 x 125 mm 203 x 203 mm90 Wp 80 Wp 75 Wp
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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Nuevos módulos SunTechnics: Tecnología espacial
STM 200 F STM 210 F
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Célula solar A-300
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Producción en serie de la célula A-300
+–+
+–
–
Superficie tratada
PN
N
PPOblea de silicio monocristalino de 250 µ de grosor
Contactos al dorso
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La célula de los records
Eficiencia: > 20 %
Tamaño 148.9 cm2
Voc 678 mVJsc 39.5 mA/cm2
FF 0.803
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Nº 1 entre los módulos
16,8% módulo
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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
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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
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Comparación de eficiencias
Vista general de eficiencias de módulos
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5Gross Module Efficiency (%)
Rat
ed P
ower
(wat
ts)
SunTechnics
Sharp
BP Solar
Sanyo
RWE
IBC (Q-cells)
STM 200 F
STM 210 F
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Coeficente de temperatura
Reducción de rendimiento: -0.38 %/°C(en función de la temperatura)
0.450
0.500
0.550
0.600
0.650
0.700
0 20 40 60 80
Temperature (ºC)
Ope
n C
ircui
t Vol
tage
(V)
SunPower cell-1.87 mV/ ºC
Conventional cell-2.2 mV/ ºC
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SPECTRAL RESPONSEE
xter
nal Q
uant
um E
ffici
ency
, %
0
20
40
60
80
100
AM 1.5 global spectrum
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
Conventional Cell
Célula SunPower
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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 másamplio
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Instalación piloto en la NASA (5 kWp)
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Sistema piloto de SunTechnics
• En Landshut (Alemania) para comprobar la producción adicionalpor: – Coeficiente de temperatura bajo– Prestaciones excelentes con baja radiación– Espectro de luz útil más amplio
• Comparación directa entre módulos STM 210 y módulospolicristalinos comunes
• Medición y seguimiento de los datos por sistema de monitorización
Instalación de un sistema piloto de SunTechnics en el sur de Alemania con módulos STM 200 F
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La tecnología del futuro
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Energía Solar Fotovoltaica: Situación y Perspectivas
¿Qué es la Energía Solar Fotovoltaica?
DefiniciónTipos de sistemas: aislados y conectados a red
La Tecnología fotovoltaica
Principios básicos, funcionamiento y componentesLa Producción de la célula y los módulosLa tecnología del futuro
La célula A-300Módulos STM 200/210 F
Aplicaciones e instalaciones de referencia
Índice
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Aplicaciones e instalaciones de referencia
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Térmica y fotovoltaica combinados
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Módulos que sustituyen a tejas de pizarra
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Tejas solares
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Instalación SunTechnics AlterSun, Barcelona: 94 kWp
588 módulos C160 P
Inversor Solarmax 100
Soporte para tejado plano
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Instalación SunTechnics ENERSOL, Alicante: 94 kWp
588 módulos C160 P
Inversor Solarmax 100
Soporte STG 65 paratejado inclinado
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Instalaciones de Referencia: Proyectos Especiales
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Instalación SunTechnics: Células Verdes en Tübingen (Alemania)
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SunTechnics AlterSun, 60 kWp: Integración en fachada (Barcelona)
400 módulos C160 P
Inversores STW4600
Integración en fachada
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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
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Centro de Innovación Fennel, Alemania: 302 kWp
Módulos SF115
Inversores Solarmax 100
Soporte: desarrollo especial
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Simulador de vuelo, Suiza: 120 kWp
Soporte invisible: desarrollo SunTechnics
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Instalaciones de Referencia: Grandes Proyectos
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Parque Solar SunTechnics: 4 MW Hemau (Alemania)
Municipio Hemau, Alemania
40 instalaciones: un total de 4 MWp
Puesta en marcha: diciembre 2002
Rendimiento anual: 3.786 MWh
Ahorro CO2: 71.000 t
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Gracias por su atención