Centro de Investigación en Energía Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía GENERACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA: Alternativa Tecnológica para la diversificación energética y mitigación de GEI CONGRESO NACIONAL DE INVESTIGACIÓN EN CAMBIO CLIMÁTICO 2ª. Mesa Redonda GENERACIÓN Y CONSUMO DE ENERGÍA Instituto de Geofísica Ciudad Universitaria 19 de octubre 2011 Aarón Sánchez Juárez Depto. Materiales Solares asj@cie.unam.mx 1 www.cie.unam.mx

Energía en México ENERGÍA 23% lo produce PInd 73%: fósiles 2 www.cie.unam.mx 23% lo produce PInd

Necesidad de Diversificación Contribución a la Reducción de emisiones contaminantes (73% de la electricidad se produce con fósiles y aportan el 44% del CO2 emitido). Disponibilidad de los recursos fósiles a corto, mediano y largo plazo 3 www.cie.unam.mx

Recurso promedio diario anual: Energía Solar: Potencial Recurso promedio diario anual: 5.0 kW-hr/m2 Potencial: Chihuahua 18,873 GWe Sonora 14,030 GWe Total 32,903 GWe Capacidad instalada nacional 49 GWe Con el 0.14% de la superficie de estos estados (604 km2), se podría generar todo el consumo eléctrico nacional 4 www.cie.unam.mx 4 www.cie.unam.mx 4 www.cie.unam.mx 4 www.cie.unam.mx

El efecto fotovoltaico El Efecto fotovoltaico es el fenómeno de generación de electricidad en un dispositivo optoelectrónico debido a la absorción de la luz solar o radiación solar. Los dispositivos que generan energía a través del efecto fotovoltaico se llaman generadores fotovoltaicos y la unidad mínima donde se lleva a cabo dicho efecto se llama CELDA SOLAR 5 www.cie.unam.mx

Conversión Fotovoltaica Transformación Directa de Luz a Electricidad Tecnología FV El Binomio de Generación de Energía Limpia Energía solar Adaptado de: E Energía Verde 6 www.cie.unam.mx

Tecnologías fotovoltaicas comerciales a-Si 6-13% CdTe 7-16% VOC = 23.8 V m-Si 10-24% p-Si 10-22% VOC = 95 V VOC 21.7 V VOC = 21 V 7 www.cie.unam.mx 7 www.cie.unam.mx 7 www.cie.unam.mx CuInGaSe: 10-18%

Arreglos fotovoltaicos Desde unos pocos watts hasta Megawatts !!!!! 8 www.cie.unam.mx

Eficiencia en las celdas solares El concepto de EFICIENCIA POTENCIA ENTRADA CELDA SOLAR POTENCIA SALIDA  = Ps / Pi Si- Monocristalino 12-24 % Si-Policristalino 11-17 % Si-Amorfo 6-13 % CdTe CuInSe2 7-17 % 10-18 % 9 www.cie.unam.mx

Eficiencia en celdas solares Eficiencia = Ps/Pi Pi = G Ae Celda con =15 % Ps= Generación de 150 Watts G = 1,000 Watt/m2 Superficie de 1m x 1 m Ae= 1.0 m2 10 www.cie.unam.mx 10 www.cie.unam.mx

Mitigaión de GEI GEI evitados: de 30 a 100 gr por kWh generado Fuente: Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Erik Alsema; Emissions from Photovoltaic Life Cycles; Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 2168–217 11 www.cie.unam.mx

Eficiencia de Módulos FV’s: Generación de Energía: Potencial de Generación Recurso solar diario: 5.0 kW-hr/ m2 Eficiencia de Módulos FV’s: 12% Cuadrado de 10 m de lado 10 Deptos. Generación de Energía: ~50.0 kW-hr al día 12 www.cie.unam.mx

Ventajas y Desventajas De aplicación: No consumen combustibles fósiles La generación es directa, sin procesos intermedios No hay emisiones emitidas ni ruido: no contaminante No hay partes móviles: bajo mantenimiento Tecnológicas: Es modular, de gran duración (más de 20 años), fácil adopción Desventajas: De aplicación: Energía generada depende del RS, desconocimiento de su uso Tecnológicas: Generación intermitente, requieren almacenamiento, Baja densidad energética, 13 www.cie.unam.mx

Caso de Alemania Factores que han impulsado Políticas de Fomento Fuente: www.bee-ev.de/uploads/EEG Factores que han impulsado Políticas de Fomento Compromisos nacionales para reducción de emisiones de GI Ahorro en el costo energético a largo plazo Creación de empleos Carencia de recursos fósiles Diversificación energética con programas de apoyo a I&D+i con 800 M€ Remuneración por la venta de excedentes a la red 14 www.cie.unam.mx

Políticas: Caso de Alemania ACCIONES IMPLEMENTADAS Privilegio de las ER`s para el abastecimiento de electricidad mejorando clima, ambiente y sustentabilidad. Recorte de emisiones de CO2 Ley que regula obliga la compra y remuneración de “energía verde” por 20 años Ley que prevé el cierre de todas las centrales nucleares para el 2020 Aumento en el consumo de ER`s en 20% para el 2020 Tarifa de venta fue de 99c€/kWh hasta alcanzar los 350 MW. 15 www.cie.unam.mx

Potencia instalada: 4,600 MW Resultados Potencia instalada: 4,600 MW Empresa Fotovoltaica sólida: 29 compañías con el líder de producción mundial Energía estimada 2007: 3.4 TWh CO2 evitado 1.3Mt equivalentes de CO2 Actualmente la tarifa esta en un máximo de 49.21c€/kWh Existe subvención por parte del Estado para la adquisición de tecnología FV 16 www.cie.unam.mx

Producción Mundial Producción 2008: 7,910 MW Fuente Revista Photon, Abril 2011 17 www.cie.unam.mx

Los 20 mayores fabricantes PRODUCCIÓN Y CAPACIDAD PREVISTAS DE LOS 20 MAYORES FABRICANTES DE CELDAS (MW) 2009-2010 Fabricante 2009 2010 Suntech Power 1250 704 First Solar 1228 1100 Yingli Green Energy 950 525 JA Solar 900 520 Q-Cells 805 586 Sharp 750 595 Gintech 700 368 Trina Solar Energy 600 399 Motech 360 Kyocera 550 400 CSI 500 200 SunPower 490 397 Neo Solar Power 470 201 Solarworld 450 250 E-Ton Solar 420 220 REC 130 Sanyo 260 Solarfun Chint Solar 390 100 Ningbo Solar 350 18 www.cie.unam.mx

Algunos otros países Grandes proyectos (MW) Fuente: A. Jager-Waldau; PV Status Report 2007; (2007) EUR 23018 EN ÚSA: California con su millón de techos; 101 MW Japón: Sunshine project; 285 MW; 11 Empresas y un agresivo programa de I&D+i Comunidad europea: Alcanzó 3.0 GW instalados Ejemplo: España con 60.5MW; 5 empresas China: 42 MW; 40 empresas Sur Korea 25 MW; 55 c€/kWh; programa de 100,000 casas y 70,000 comercios p/2012 Grandes proyectos (MW) LUGAR NOMBRE Y POTENCIA STATUS (2007) Portugal Moura con 104 MW Serpa con 11 MW Para 2010 Operando España Beneixama con 20 MW Salamanca con 13.8 MW Alemania Juwi con 40 MW 19 www.cie.unam.mx

Fuente: www.solarbuzz.com Consecuencia del fomento Comportamiento del precio de venta 2010 $3.25 Precios en México: Entre US$3.50 a US$5.00/W-pico; Hasta US$8.00 promedio por W-pico instalado; Internacional para módulos mayores de 100 W-p $3.26 m-Si; $3.19 p-Si; $2.89 PD Fuente: www.solarbuzz.com 20 www.cie.unam.mx

ELECTRICIDAD ¿Para que? Nichos de Aplicación: Ámbito Rural ELECTRICIDAD ¿Para que? ILUMINACIÓN BÁSICA SERVICIOS COMUNITARIOS SERVICIOS DE SALUD COMUNICACIÓN EDUCACIÓN A DISTANCIA ABREVADEROS USO DOMÉSTICO AGRONEGOCIOS BOMBEO DE AGUA IRRIGACIÓN 21 www.cie.unam.mx 21 www.cie.unam.mx

Costo por Watt: $ 8.00 – 12.00 US dollar Proyectos en México Electrificación rural Proyectos de beneficio social en zonas marginadas Costo por Watt: $ 8.00 – 12.00 US dollar Sistema instalado 22 www.cie.unam.mx

Fuera de la Red SERVICOS COMUNITARIOS EDUCACIÓN SERVICOS DOMÉSTICO AGUA PARA ABREVADEROS 23 www.cie.unam.mx 23 www.cie.unam.mx

Bombeo de agua 24 www.cie.unam.mx

Zonas urbanas: Interconexión a la red Política actual Contrato de interconexión a la red bajo el esquema de medición neta Deducciones fiscales Del orden de 24 MW instalados Mexicali, BC Veracruz, Ver Generación propia de energía y Aportación de electricidad a la red 25 www.cie.unam.mx 25 www.cie.unam.mx

Interconexión a la red Generación propia de energía y Aportación de electricidad a la red 26 www.cie.unam.mx 26 www.cie.unam.mx

Potencia instalada en México 24.0 MW SISTEMAS GRANDES: Walt Mart: 300 kW Chrysler: 250 kW SISTEMAS MEDIANOS CFE: 30 kW en DF, 45 kW en Veracruz y 60 kW en Mérida Esquina Verde: 30 kW instalado en 2004 Isla de sacrificios: 24 kW FUENTES: AWAKENING PV IN MEXICO; Y. Matsumoto, J. Agredano, A. Sanchez-Juarez and J. A. Urbano; Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007. Asociación Nacional de Energía Solar (3w.anes.org.mx); Asociación Mexicana de Proveedores de Energías Renovables (3w.amper.org.mx) INEGI, y Datos de Importación 27 www.cie.unam.mx

Próximos proyectos Gob. Edo. de Guerrero, en Acapulco: 1.0 MW Comisión Federal de Electricidad, Sta Rosalía: 1.0 MW Terminal Portuaria, Lázaro Cárdenas: 100.0 Kw 28 www.cie.unam.mx

Barreras Económicas Bajo precio de los energéticos convencionales Incertidumbre en los precios de la energía Inversión inicial alta y tasa de retorno larga Carencia de Incentivos económicos: subsidios, créditos, fiscales Tecnológicas Desconocimiento de la tecnología y Carencia de recursos humanos Desconocimiento de la normatividad eléctrica Regulatorias Carencia de una legislación para el aprovechamiento Carencia de normatividad sobre la tecnología 29 www.cie.unam.mx

Metas de aplicación Garantizar la disponibilidad de energía en todos los ámbitos que se requiera Contribuir a la reducción de emisiones de GEI Impulsar de manera masiva el uso de la TFV en aplicaciones domésticas, comerciales ye industriales. Fomentar e impulsar la formación de empresas en el desarrollo de tecnologías basadas en ER`s Como dato: El 1% de usuarios domésticos de la red representan un mercado de 544 MW que puede significar 1.0 Mt equivalentes de CO2 evitado 30 www.cie.unam.mx

Perspectivas para el futuro Costo de los sistemas F V disminuye Costo de combustibles aumenta La perspectiva del uso de la tecnología FV tiende a ser competitivo económicamente en el ámbito urbano 31 www.cie.unam.mx

Conclusiones Los sistemas fotovoltaicos son una tecnología de larga duración, confiable, segura y no contaminante que representa una alternativa para la diversificación energética propuesta. Los Programas de fomento y fortalecimiento a nivel mundial permiten garantizar el éxito de la aplicación masiva de la tecnología FV en México México debe implementar políticas y acciones que incluyan la TFV como una alternativa de diversificación energética y de mitigación de GEI 32 www.cie.unam.mx 32 www.cie.unam.mx

Gracias sgestec@cie.unam.mx www.cie.unam.mx 33 www.cie.unam.mx