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Ecos solares. Apuntes de energía y economía.

La Ley de Moore de la fotovoltaica

El efecto fotovoltaico se describió por primera vez en 1.839 por el científico francés Becquerel, aunque no fue hasta finales del siglo XIX cuando se construyó la primera célula solar fotovoltaica. Su rendimiento era muy bajo, sólo el 1%, pero demostró de forma práctica que, efectivamente, producir electricidad con luz era posible.

La historia de la tecnología fotovoltaica es apasionante. Fue en 1954 cuando los Laboratorios Bell descubrieron, de manera accidental, que los semiconductores de silicio dopado con ciertas impurezas eran muy sensibles a la luz. Estos avances contribuyeron a la fabricación de la primera célula solar comercial con una conversión de la energía solar de, aproximadamente, el 6% (hoy día se alcanzan en la calle cifras tres veces más altas). La primera nave espacial que usó paneles solares fue el satélite norteamericano Vanguard 1, lanzado en marzo de 1958. El precio de los dispositivos fotovoltaicos era tan alto que sólo este tipo de aplicaciones avanzadas, más algunas de índole militar o de telecomunicaciones, podía permitírselo. Era una forma de obtener energía inagotable en tanto en cuanto la nave estuviera dentro de los límites del sistema solar.

Ya en 1977 el precio de la célula solar bajó de los 80$. Para activar una bombilla de 60W se necesitaba un panel de 4.800$... La aplicación comercial de la fotovoltaica era aún claramente inviable. Sin embargo no se dejó de investigar. La ilusión por disponer de una energía limpia, gratutita y que aprovechara directamente la mayor fuente energética del planeta para convertirla en electricidad, impulsó los esfuerzos en investigación junto con aumentos de producción industrial que provocaron bajadas más pronunciadas de precio. Cada duplicación de la producción industrial de células fotovoltaicas lleva parejo aproximadamente una disminución del 20% del precio, se trata de la Ley de Swanson.

 

En 36 años, los mismos que tengo de vida, el precio de la célula fotovoltaica se ha dividido por cien y aún sigue bajando. Además, la eficiencia de las células sigue subiendo y se investiga en materiales que se sospecha no están sujetos a limitaciones físicas inherentes a los semiconductores y que podrían doblar o triplicar la eficiencia actual.

Hoy día hemos llegado a hitos insospechados años atrás. Se pueden adquirir equipos domésticos para pequeñas familias (equipos bastante más caros que las grandes centrales que aprovechan economías de escala), que posibilitan un suministro distribuido en un avance del concepto de smart grid a un precio de célula de 0,7 €/W y de 2,5€/W para toda la instalación. Este equipo, si se contara con una regulación que permitiera el balance neto como ocurre en muchos países incluídos 42 estados de los muy liberales EE.UU., haría posible que una familia al sur de los Picos de Europa que invirtiera 5.000 € hoy en su equipo fotovoltaico se ahorrara la compra de 3.200 kWh de electricidad cada año. Al cabo de los 25 años de vida útil del equipo se habría producido un total de 74.000 kWh de energía limpia y gratuita, lo que a un precio de la TUR de 0,1925 €/kWh (TUR más impuestos) supone nada menos que 14.245 €.

Yo no veo que la cuestión se deba centrar en discutir sobre si la paridad de red fotovoltaica ha llegado o no a muchas partes del globo, entre ellas a gran parte de España. Esto lo doy por hecho puesto que una familia que invirtiera 5.000€ obtendría 14.245€ en 25 años a precios de la electricidad de hoy, lo que supone que la amortización del equipo se dará en unos 9 años. Para mí la gran pregunta es a qué espera este gobierno para admitir la gran verdad: Que la bajada continuada de los precios de la tecnología fotovoltaica ya hace posible que el acceso a una fuente de energía limpìa, inagotable y gratuita esté al alcance de cualquier ciudadano y empresa de España sin primas a la producción.

La Ley de Swanson ha sido implacable: El aumento continuado de producción de equipos fotovoltaicos ha hecho posible la democratización del sistema eléctrico de cualquier país medianamente soleado. Pero claro, no olvidemos la conexión oligarquía eléctrica-partidos políticos que hace inviable que España cuente por fin con una regulación del sistema de balance neto que posibilite que la fotovoltaica sea por fin rentable sin ayudas de ningún tipo. Países como Dinamarca, Alemania, Brasil, Austria, Suecia, Australia, Estados Unidos y otros muchos, posiblitan que el ciudadano pueda generar su propia energía, autoconsumirla en el momento y ceder la sobrante para compensarla con la que consume cuando el sol no luce. Sólo en España, el país más soleado de Europa, se hace posible el milagro de la negación del balance neto para las renovables, especialmente si sirve para ahorrar una electricidad cada vez más cara.

Pero recuerden señores políticos, las leyes físicas como la de Swanson son implacables. Seguir protegiendo al oligopolio sólo retrasará lo inevitable.

 

Disclaimer

Este post, como todos los que aparecen en el blog Ecos Solares cuando se analizan oportunidades de inversión y/o especulación, es una reflexión que comparto libremente en Rankia por motivos puramente educativos, de incremento desmesurado del ya de por sí desmesurado y soberbio ego personal y de fortalecimiento de amistad y relaciones personales con otros inversores particulares de la Comunidad de Rankia, y nunca se podrá considerar como una recomendación de inversión. El usuario que está detrás del nick "Solrac" no está habilitado para crear recomendaciones de mercado, gestionar carteras ajenas y ni lo hace ni pretende hacerlo al margen de la Ley. Este usuario, en todo caso, sólo ejerce actividades de inversión acogidas en el artículo 62.3 de la Ley 24/1988, de 28 de julio, del Mercado de Valores como excepciones a la aplicación de dicha Ley. La decisión de invertir es personalísima y autónoma y debe realizarse en un marco responsable por adultos formados.

  1. #1

    Art_madd

    Interesante, pero tengo algunas dudas con tus cálculos para instalaciones domésticas. Creo que te salen 1600 horas equivalentes, que son muchas para instalaciones fijas. Y no sé si los 74000 Kwh tienen en cuenta adecuadamente la degradación.
    Luego está el problema de que evidentemente la mayoría de la población es urbana y no tiene metros cuadrados para esto (¿cuántos son?)
    Aún así, la idea de fondo creo que es acertada. Suponiendo que un Gobierno quisiera habilitar el balance neto, ¿qué tipo de inversiones requeriría?
    Un saludo

  2. #2

    Solrac

    en respuesta a Art_madd
    Ver mensaje de Art_madd

    Gracias por tus certeras preguntas Art-madd.

    Respecto a las horas-equivalentes de la producción, en su día se vendían los huertos solares con una cifra tipo de 1.500, lo que se ha demostrado con el paso del tiempo, en buenas instalaciones, que es una cifra conservadora. Particularmente, para el caso de Andalucía me dicen desde la administración que se están registrando medias de 1.680 horas-equivalente/año siendo conservadores.

    Se podría pensar que como Andalucía es la región más sureña de la península estoy haciendo trampas al solitario porque al asumir 1.600 horas estoy muy cerca de la media de la región con más producción intrínseca. Pero lo cierto es que la producción fotovoltaica no depende sólo de la radiación, sino también de la temperatura. A mayor temperatura, menor producción. Se calcula normalmente un 0,5% menos por grado adicional. Con este dato en mente se puede dar la paradoja, y de hecho se da, de que una instalación en Ávila (clima seco y frío en general, altitud prominente que evita pérdidas atmosféricas) produzca casi tanto como una de Sevilla (clima húmedo en invierno y muy cálido en verano, altitud prácticamente a nivel del mar). Esto no quiere decir, no obstante, que toda la producción fotovoltaica andaluza sea como la de Sevilla, también hay instalaciones en Huelva, las sierras de Córdoba, el norte de Granada, etc. En resumen, se ha demostrado con el paso del tiempo que la cifra de 1.500 horas equivalente que manejábamos hace unos años se ha quedado corta.

    Para zanjar definitivamente la cuestión, nada mejor que acudir a un documento oficial: La liquidación del régimen especial por la CNE.

    http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/PrimaEquival_102012.pdf

    En la página 21 se ve que los 4.101 MW fotovoltaicos instalados en España en 2011 produjeron un total de 7.355 GWh. Esto da una cifra de nada menos que 1.792,15 horas-equivalente. Están las instalaciones andaluza, sí, pero también las asturianas. Y también están las instalaciones que se inauguraron a mitad de año y produjeron sólo la mitad. Luego podemos decir sin sonrojo que la media española para fotovoltaica está en 1.800 horas-equivalente en lugar de las 1.600 que planteo.

    A este dato tan bueno contribuye, aparte del conservadurismo en su día a la hora de planificar la producción de las centrales, el hecho de que muchos módulos están respondiendo mejor de lo que se esperaba. Y aquí entra la degradación que comentas. Normalmente se calcula una degradación anual del 0,8%, con lo que el módulo daría al cabo de 25 años de vida útil un 82,46% de la energía inicial, por encima del 80% asegurado por el fabricante. De nuevo se ha comprobado que la curva de degradación se comporta en modelos buenos mucho mejor de lo esperado. En mi análisis he considerado una degradación del 0,65% lo que posibilita que el módulo dé hasta el 85% de la energía inicial al cabo de los 25 años, en lugar del 80% garantizado por el fabricante.

    En cuanto al tema de los metros cuadrados te sorprenderías de llegar a saber el número de tejados practicables en España. Tendemos a pensar en las casas como grandes centros de consumo, pero donde de verdad se consume es en los grandes centros industriales, los cuales cuentan con tejados inmensos (donde, por cierto, construir una instalación fotovoltaica es bastante más barato por economías de escala y además la empresa repercute el IVA de la instalación, con lo que la amortización mejoraría bastante en este caso. No quiero aburrir con más cifras, sólo baste decir que se han hecho varios estudios sobre el tema y asumiendo una cifra muy conservadora de ocupación de techos y tejados (digamos hasta el 10%) se está en condiciones de suplir nada menos que la mitad de de la demanda eléctrica nacional. Un cálculo a vuelapluma:

    La demanda eléctrica nacional es del orden de 260.000 GWh o 262 millones de MWh. Para producir la mitad de esta cantidad, 130.000 GWh con 1.600 horas-equivalente (no las 1.800 reales de la CNE) se necesitarían

    130.000.000 MWh / 1.600 h = 81.250 MW fotovoltaicos. Tenemos ya unos 4.300, así que harían falta otros 77.000 MW fotovoltaicos. Como un kW fotovoltaico viene a ocupar unos 10 metros cuadrados en tejado, se trata de 770 millones de metros cuadrados, es dcir, 770 kilómetros cuadrados necesarios de tejados, azoteas, marquesinas de aparcamiento, invernaderos, techos de transformadores, etc. La superficie de España supera los 500.000 kilómetros cuadrados, de los cuales el 2,1% era considerado suelo artificial en el año 2000. Me atrevo a estimar que este suelo artificial ha crecido muchísimo con la última burbuja inmobiliaria y la proliferación de viviendas unifamiliares y podemos hablar del 2,5% en lugar del 2,1%. Esto hace unos 12.500 kilómetros cuadrados.
    http://www.ign.es/espmap/fichas_ocupacion_eso/pdf/OcupaESO_Ficha_01.pdf (Ocupación suelo España año 2000)

    Creo que en 12.500 kilómetros cuadrados de superficie artificial española hay suficientes edificios, viviendas unifamiliares y zonas industriales y comerciales para ocupar sólo el 6,16% del mismo.

    Otra forma de verlo más cualitativa es lo siguiente: ¿Cuántas casas unifamiliares podrían albergar 20 metros cuadrados de fotovoltaica en el tejado? ¿Cuántas naves industriales superan los 2.000 metros cuadrados de superficie que exigen 100 kW fotovoltaicos?

    Ojo, que estamos hablando de sustituir nada menos que la mitad de la demanda eléctrica nacional. Y hay otras muchas fuentes de energía que no necesitan ocupar trama urbana: biomasa, hidráulica, eólica, geotérmica, etc.

    En cuanto a las inversiones necesarias para establecer el balance neto en España: Hace falta escribir un prometido decreto que lleva 8 meses de retraso y publicarlo en el BOE ;) Ahora en serio, sólo hace falta sustituir el contador por uno bidireccional o bien un nuevo contador de salida.

    Saludos cordiales.

    • CNE, producción fotovoltaica 2011

      CNE, producción fotovoltaica 2011

  3. #4

    Solrac

    en respuesta a Fleischman
    Ver mensaje de Fleischman

    ¡Muy bueno el enlace!

    Sí, las baterías encarecen bastante la instalación. Por eso lo que se propone con el balance neto no es sino usar como batería nada menos que a todo el sistema eléctrico.

    De todas formas, estoy viendo noticias esperanzadoras últimamente respecto de los sistemas de acumulación de energía, el talón de aquiles de las renovables no gestionables como la solar y la eólica. Mira esta noticia:

    Las plantas FV pueden vender energía acumulada por la noche, según la CNE
    http://www.energias-renovables.com/articulo/las-plantas-fv-pueden-vender-energia-acumulada-20130108

    Ojo, que la electricidad acumulada se vendería a mercado, sin tarifa ni prima ni nada. Creo que esto es un gran paso para que una cobertura estable del mix eléctrico español con renovables sea una realidad en pocos años.

  4. #5

    Riovero

    en respuesta a Solrac
    Ver mensaje de Solrac

    Hola Solrac:

    El problema final es que todo funciona con el siguiente acuerdo:

    Tu haces leyes que no me perjudiquen y yo te guardo un puesto en el consejo para cuando dejes la política.
    No sé qué tiene que ocurrir para que esto deje de ser así.

    Un cordial saludo

  5. #6

    1755

    Salud Solrac,
    sin ánimo de pisarte el post, todo lo contrario, los aparatos que ahora mismo comercializa Infinia, a 14,2 cent/Watt, se amortizan en 4 años. A partir de ahí producirían electricidad a coste cuasi cero durante 16 años.

    La paradoja del asunto es que “sembrando” la mitad de la provincial de Almería de esos aparatos se produciría una cantidad de energía eléctrica equivalente a 110 veces el pico máximo de consumo del Reino de España, que se produjo en el invierno del año 2.007, en pleno boom económico.

    Dado que estamos hablando de aparatos comerciales ¿por qué GAS, IBE, ELE, E-ON, etc. y el Gobierno no invierten/facilitan la energía solar para la producción de electricidad?

    Pues porque no hay interés alguno en cambiar es “estatu quo”: interesa que el españolito pague cada mes las cuotas de abono, impuestos varios, consumos e Ivas que hay en su recibo de luz. Es decir, lo que se busca es que paguemos.

    Si es que el Reino de España tiene deudas por importe del 400% del PIB y 5’5 millones de súbditos sin trabajo porque le da la gana.

  6. #7

    Solrac

    en respuesta a 1755
    Ver mensaje de 1755

    Hola 1755.

    En su día estudié muchísima termosolar y el estado del arte de los dispositivos de disco parabólico como el que comercializa Infinia. Me resulta muy muy difícil de creer que hayan reducido sus costes un 80% en 4 años para llegar a esas tasas de amortización que comentas. Creo que deberías revisarlo.

    En cuanto a lo de cambiar el estatus quo, creo que es evidente que es así. No obstante la idea de montar una central solar gigantesca en Almería, aunque sirve el ejemplo a efectos didácticos, volvería a traernos por la calle de la amargura: más generación centralizada en pocas manos. No es ese el camino que quiero, sino el de la generación distribuida cerca de los puntos de consumo que posibilite una reducción de pérdidas, una mayor eficiencia y una mayor democracia en el sistema energético.

    Saludos.

  7. #8

    1755

    en respuesta a Solrac
    Ver mensaje de Solrac

    Salud Solrac,
    por si te interesase, la justificación y los números salen de aquí:
    2).Una revista de ingeniería que te lleva a web de la propia Infinia: http://machinedesign.com/article/infinia-uses-stirling-cycle-for-solar-power-and-air-conditioning-0811

    Gran inconveniente es que no funciona sin Sol, es decir, necesitas tener la misma potencia en ciclos combinados, por ejemplo, para suministrar energía caso de que esté nublado o llueva, algo que no es infrecuente especialmente en invierno.

    Salud

  8. #9

    1755

    en respuesta a Solrac
    Ver mensaje de Solrac

    Lo interesante del asunto, si algo demuestran estos aparatos, es que la evolución tecnológica hará que en unos lustros la energía eléctrica, al menos en países con radiación solar suficiente, será casi gratis.

    Dado que eso va a ser así, es de suponer que en el futuro casi todo será eléctrico, es decir, la gran parte de la energía que se consuma el país será eléctrica: hogares, empresas, transporte, etc. Para que eso sea así será necesario realizar inversiones enormes en infraestructuras eléctrica.

    Así mismo, como que de momento es imposible almacenar electricidad a escala industrial, y las renovables sin sol, viento o agua no funcionan, necesitaremos seguir estando conectados a la compañía eléctrica de turno, con lo que casi con seguridad seguiremos pagando el recibo de la luz sólo que en vez de KWatss pagaremos una especie de cuota de conexión o tarifa plana por disponer de acceso a la red, tanto para volcar como extraer energía de la misma.

    Así mismo, creo que tampoco nos libraremos de las compañías eléctricas convencionales, pues serán las garantes en última instancia del continuidad del suministro eléctrico en caso de que no haya viento ni sol; y cobrarán por ello.

    Creo que quien más beneficiada puede salir de ese escenario futuro es REE, que monopolizará la red de transporte y la estabilidad del conjunto del sistema.

    Por último, se puede dar la paradoja de que la electricidad sea tan barata que para el particual sea antieconómico invertir en autogeneración.
    Pero para eso todavía faltan unos años y hay mucho por hacer y cambiar hasta llegar ahí.
    Salud.

  9. #10

    Solrac

    en respuesta a 1755
    Ver mensaje de 1755

    Son escenarios muy interesantes todos los que planteas 1755. Estoy seguro de que algunos de ellos se harán realidad en el medio o largo plazo. Tengo oportunidad de asistir a encuentros sectoriales en la materia y ya se está discutiendo sobre varios de estos temas. Particularmente se habla mucho sobre una electrificación creciente del sistema y lo cierto es que ya no se ve como algo necesariamente negativo.

    Es curioso comprobar el punto de vista de distribuidoras de electricidad "green energy friendly" sobre todo de países como Alemania donde el suministro de electricidad de origen renovable es visto a la vez como una obligación hacia el consumidor y como un servicio a cobrar. Fíjate por ejemplo en la web de esta distribuidora local de la Selva Negra: http://www.ews-schoenau.de/
    Es curioso, una distribuidora eléctrica alemana que "cotiza" en el ranking de Top Solar y mantiene una camapaña contra la nuclear (Die Anti-Atom-Kampagne der EWS Schönau. Mitmachen!). Las cosas aquí son muy distintas, por supuesto.

    Las eléctricas de España no han sabido o no han querido ver la oportunidad de convertirse en interlocutores válidos del consumidor con un sistema eléctrico más distribuido y renovable. Pero lo cierto es que la primera que lo haga accederá a un mercado de millones y millones. Claro, que para eso debería haber competencia efectiva, separación "de la buena" entre actividades de generación y distribución, etc. Lo de siempre, vamos.

    En cuanto a lo que planteas sobre la necesidad de realizar grandes inversiones en infraestructura para un sistema crecientemente electrificado, yo no lo veo necesariamente así, al menos no en la primera fase. Date cuenta de que si el sistema tiende a ser más de generación distribuida se llegará al punto de necesitar menos infraestructuras de transporte (grandes líneas de alta tensión gestionadas por REE, por encima de 220.000 V) y bastará con las mismas de distribución (líneas de tensión media). REE plantea un caso muy interesante en particular con el vehículo eléctrico: viene a demostrar que se pueden introducir millones de estos vehículos en el sistema sin que se necesite más capacidad de generación ni de transporte. Sólo se debe adaptar, por decirlo de una forma muy simple, la red interna del usuario por ejemplo cambiando un contador o añadiendo el software y cacharreo electrónico necesario para una comunicación efectiva con la red. Mejorar la gestión de la demanda del usuario en definitiva.

    "Los coches eléctricos son nuevos consumidores que pueden llegar a representar en la próxima década el 2% de la demanda actual. Según estudios realizados por Red Eléctrica sería posible integrar en los próximos años hasta seis millones y medio de coches eléctricos, sin inversiones adicionales en generación ni en la red de transporte si se hace una recarga lenta en las horas nocturnas. No obstante, será necesario desarrollar sistemas de carga inteligentes que permitan una comunicación vehículo-red (redes inteligentes) así como instalar contadores con discriminación horaria que ayuden a los usuarios a realizar una recarga inteligente."
    http://www.ree.es/operacion/vehiculo_electrico.asp

    Saludos y gracias por tus valiosas contribuciones.

  10. #11

    Solrac

    en respuesta a 1755
    Ver mensaje de 1755

    Los números que maneja Infinia me dan un ratio de 3,125 $/W nominal instalado. Peeero dice además: "For example, the citizens of Belen, N. M., a site with plenty of direct sunshine, recently spent $300,000 to install three dishes on the roof of its city hall".

    Eso hace 100.000$ por aparato o ¡31,25$/W nada menos!

    Saludos.

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  • Solrac

    Apuntes de energía y economía con el afán de ayudar a democratizar el mundo de la energía. Especulación con derivados del VIX, opciones. Transición energética en marcha... @Solrac_Solar

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