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Tecnología de módulos fotovoltaicos.Presente y futuro

Dr. Julio CárabeDivisión de Energías Renovables

CIEMAT. Madrid. España

J. Cárabe. Tecnología de módulos fotovoltaicos. Presente y futuro. 2

CONTENIDO:

1. Tecnologías de módulos fotovoltaicos

2. Diferentes aplicaciones de la energía fotovoltaica

3. Factores que pueden determinar la evolución del mercado

4. Prospectiva y conclusiones


1. Tecnologías de módulos fotovoltaicos

El principio de funcionamiento de las células solares se puederesumir en:

Absorción de luz en una capa, que llamaremos ABSORBENTE Generación de cargas eléctricas en el absorbente Separación de esas cargas eléctricas mediante un campo

eléctrico local (normalmente en la interfaz con el o los EMISORES)

Extracción


Los materiales necesarios son semiconductores

Capaces de generar cargas eléctricas a partir de la energía de los fotones de luz visible

Válidos para la formación de campos eléctricos locales mediante la introducción de impurezas en la red

El material más frecuente, con mucho, es el silicio

Evolución de las cuotas de mercado de las principales tecnologías fotovoltaicas(Fuente Fraunhofer ISE PV Report 2018)


Estándar de silicio monocristalino

Estándar de silicio multicristalino

Dispositivos…

De oblea de silicio:


De heterounión de silicio (HIT®)

PERC*(de alta eficiencia)

* Passivated-emitter and rear-contact cell

® Heterojunction with Intrinsic Thin layer


De CdTeDe silicio en lámina delgada

De lámina delgada:

De perovskitas De CIGS


En rollo con base de polímero

En rollo con base de lámina de acero


De colorante

Orgánicos


Células y módulos de concentración


Después de la crisis de suministro de 2004-2008, las obleas de siliciobajaron de precio dramáticamente. Las tecnologías basadas en ellasson las dominantes (por encima del 90% de cuota de mercado).

Las eficiencias comerciales son

Silicio multicristalino: de 12% a 18%

Silicio monocristalino: de 16% a 22%

La producción de electricidad fotovoltaica centralizada crece sobretodo con sistemas de seguimiento. Se estima que la cuota demercado de éstos pasará de 20% en 2016 a 40% en 2020.


Después de un período de crecimiento durante la crisis desuministro de obleas, el mercado de lámina delgada vuelve adisminuir y se sitúa por debajo del 7%. Las razones principales son:

Mejoras muy limitadas en la eficiencia del silicio en láminadelgada

Dificultades para escalar nuevas tecnologías en CIGS y CdTe

Limitaciones financieras de las nuevas empresas

El número de empresas dedicadas a la tecnología de módulos desilicio en lámina delgada disminuye rápidamente por elestancamiento de las eficiencias en la parte más baja de la escala.

Sólo una pocas compañías usan CIGS o CdTe como materialabsorbente en sus células.


La concentración fotovoltaica (CPV) apenas consigue alcanzar elritmo de reducción de costes de otras tecnologías, por lo que elnúmero de empresas del sector ha disminuido drásticamente en losúltimos años.

Por otra parte, la investigación en módulos sin concentración avanzacon fuerza en la consecución de altas eficiencias. Se trata deconceptos basados en lámina delgada (como es el caso de lasperovskitas) o en la combinación de lámina delgada con siliciocristalino (heterounión de silicio). Estas opciones representan unabase muy sólida para el crecimiento de la energía solar fotovoltaicaen el futuro.

No obstante, la diversidad de aplicaciones impone la necesidad dediferentes tecnologías. Además, la disponibilidad de las mismasayuda a garantizar la consolidación de la energía solar fotovoltaicapor encima de coyunturas como posibles limitaciones tecnológicas ode disponibilidad de materiales.

(A. Jäger-Waldau, PV-Status Report 2017)


2. Diferentes aplicaciones de la energía fotovoltaica

Plantas en campo


Integrada en edificios (BIPV)

Cubiertas

Fachadas


Ventanas Interiores Elementos especiales

(lucernarios, bóvedas, cúpulas, etc.)


Aplicaciones especiales


Ropa especial

Aparatos y electrónicade consumo


Tráfico, iluminación y señalización


Espacio


Cada aplicación requiere dispositivos distintosPero hay aplicaciones mucho más masivas que otras

APLICACIÓN TECNOLOGÍA

Plantas en campo Silicio mono- o multicristalino

Cubiertas de viviendas Alta eficiencia

Cubiertas industriales Lámina delgada en rollo

Fachadas Lámina delgada

Espacio Alta eficiencia

Ropa Lámina delgada, orgánicas

Interiores De colorante, orgánicas


Evolución de la relación eficiencia/precio

Curvas de aprendizaje de los módulos de oblea y de lámina delgada respectivamente. (Fuente Fraunhofer ISE PV Report 2018)

3. Factores que pueden determinar la evolución del mercado


La eficiencia como parámetro fundamental

Eficiencias record de células y módulos de las diferentes tecnologías fotovoltaicas. (Fuente Fraunhofer ISE PV Report 2018)


Disponibilidad de determinados elementos (indio…)


Impacto ambiental y reciclado de los componentes (cadmio…)


Evolución de mercadosadyacentes:

Vehículo eléctrico

Pilas de combustible


Eficiencia energética en la edificación


4. Prospectiva y conclusiones

El mercado fotovoltaico seguirá creciendo a alto ritmo (30% actualmente)

La evolución de la cuota de mercado de cada tecnología depende de factores diversos (muchos de ellos, externos a la fotovoltaica)

Tecnología principal a corto plazo (plantas, cubiertas, producción de electricidad a gran escala, producción de hidrógeno…)

Silicio, probablemente con obleas de decenas de micras.

Alta eficiencia (PERC, HIT, contactos posteriores)


Tecnologías con gran potencial a largo plazo (integración en fachadas y ventanas)

Lámina delgada (aún incierta: Si, CdTe, CIGS, perovskitas…)

Otras tecnologías seguirán desarrollándose al abrigo de aplicacionesespeciales, pero no es probable que alcancen cuotas de mercadocomparables a las anteriores (colorante, orgánicas)

El futuro de la concentración fotovoltaica es, en este momentoincierto

Otras opciones muy de vanguardia (banda intermedia, puntoscuánticos, nanotubos de carbono, etc.) parecen tener más potencialacadémico que tecnológico.


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