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- 1. Diplomado en Energía Solar Fotovoltaica Universidad del Valle EcoSistemas Soltec Sistemas solaresfotovoltaicos, tipos, aplicaciones, fabricación, diseño y composición JUAN SEBASTIAN GONZALEZ
- 2. • En el mundo Ultimas noticias • En Colombia Tesla Cybertruck $39,900 Dólares 0-100 en 2.9 segundos Autonomía 400 a 800 km Mustang Mach-E $44,000 dólares 0-100 en 3.5 segundos Autonomía 320 a 480 km Buen momento para el mercado energético solar residencial: Incendios forestales en California han generado apagones, lo que hace muy atractivo los sistemas solares con baterías. PG&E esta realizando apagones de precaución afectando a mas de 3 millones Después de 19 meses, los paneles solares de Guatapé (EPM) obtienen una mejora en eficiencia del 11% debido a reducción en temperatura EPM perderá 43 millones de dólares por problemas de Hidroituango. Pierden obligación de energía firme. Tenían dos contratos por cargo de confiabilidad para 2018 y 2021. Buses eléctricos en Colombia. Celsia pondrá 120 buses eléctricos para el SITP de Bogotá y en Medellín empiezan a rodar 17 de los 64 buses eléctricos
- 3. SIS TEMA S SO LARES FO TO VO LTAIC O S • Tip o d e sis t e m a s ( fi jo s, u n e j e , d o s e j e s ) • I n v er so res • C o n t r o l a d o res • Estr uc t u r as • C a b l e a d o • C o sto s • Pr i n c ip a l e s p r o d uc to r es • Sis t e m a s i n y e c t a d o s • Sis t e m a s a u t ó no m o s • Sis t e m a s h í b r id o s • Er r o r es c o m u n e s • M a n t e n i m i e n t o • Pr ec a u c io n e s y r ies g o s • I n t e g r a c ió n c o n o tr a s t e c no lo g í a s O T RAS TEC NO LO GIA S SO LARES Objetivos PANE LES SO LARES FO TO VO LTAIC O S • Tip o s d e t e c no lo g í a s • Asp ec to s t é c n i c o s • D is tr ib uc ió n d e l a s c e l d a s • Fo r m a s d e fa b r ic a c ió n • C o sto s • V e n t a j a s y d es v e n t a j a s • Efic i e n c i a • C o r r i e n t e s y v o l t a j e s • Pr i n c ip a l e s fa b r ic a n t e s • Fa b r ic a c ió n d e u n p a n e l b á s ic o • Fu t u r o APLIC AC IO NE S Y M O D ELO S D E NE GO C IO S
- 4. Sistemas de energía solar fotovoltaica Conectado a la red Hibrido Aislado
- 6. Los paneles solares son la principal parte funcional de los sistemas fotovoltaicos Compuestos por celdas usualmente conectadas en serie Aproximadamente 0.5 V por celda 60 o 72 celdas por panel Capacidad comercial entre 290 W – 400 W
- 7. Tecnologías Celdas fotovoltaicas Monocristalinas Policristalinas Perovskite Fotovoltaica concentrada III-V Cadmio - Telurio Orgánicas Cobre – Indio Punto cuántico “Celdas Negras” PERC Tipo “wafer” Nuevas tecnologías Cristales de sílice Tándem, multi- uniones Convencionales Emergentes Capa delgada (Thin Film) Futuro
- 8. Celdas Monocristalinas Tecnología mas antigua Se crean a partir de un cristal único Construcción a partir del proceso de Czochralski Lingotes de 1-2 metros 200-300 mm diámetro Se cortan con espesor de 0.2-0.75 mm Eficiencias de mas de 20% (~23%)
- 9. Celdas Monocristalinas Ventajas Desventajas Mayor eficiencia comercial Mas costoso, pero competitivo Larga vida util Desperdicio alto de material en construccion Menor efecto negativo de la temperatura
- 10. Celdas Policristalinas Su estructura es diferente en cada celda Hecho a partir de silice que se funde para formar lingotes Eficiencia cercana al 20% (17-19%)
- 11. Celdas Policristalinas Desventajas Ventajas Mas facil de fabricar y menos desperdicios Costos menores Menor eficiencia, igualmente alta Necesitan mayor superficie Menos esteticos
- 12. Celdas de capa delgada (amorfas) Mayor cantidad de opciones y aplicaciones Diferentes materiales, tipos y formas de construccion • Silicio amorfo • Telururo de cadmio (CdTe) • Seleniuro de cobre, galio e indio (CGIS) • Célula solar sensibilizada por colorantes (DSC) Eficiencias del 7 – 13%
- 14. Celdas de capa delgada Ventajas Desventajas Produccion sencilla y barata (solo 1% del silice Baja eficiencia utilizado en mono) Pueden ser flexibles Requieren grandes superficies Buen desempeño en poca luz Degradacion mas rapida y garantia mas corta
- 15. Cual tipo de panel es mejor? $ Costos Eficiencia Lugar y area disponible Garantia Impacto ambiental Gustos del cliente
- 16. Otras tecnologias Organicas • Utilizados principalmente integrados con edificios • Bajo costo • Baja eficiencia • Pueden ser de colores o transparentes • Construccion a base de polimeros Perovskite • Clase de material con propiedades de superconductividad y magnetoresistencia • Promesa del future, alta eficiencia y bajo costo.
- 17. Otras tecnologias Fotovoltaica concentrada - CPV PERC – Passive emitter and Rear Cell Eficiencias pueden llegar hasta 40%
- 18. Otras tecnologias III - V Bifaciales Eficiencia de 44.7% a 297 Soles en el NREL Costos de 400 veces el costo de celdas comerciales
- 19. Construccion de una celda solar casera
- 20. Mercado global
- 21. Produccion mundial de celdas
- 22. Porcentaje de la produccion Aproximadamente 95% de la produccion es Mono o Policristalino de silice
- 23. Evolucion de costos y eficiencia
- 24. Curva de aprendizaje Tasa de aprendizaje: Cada vez que la produccion acumulada se duplico, el precio cayo en 24% por los ultimos 38 anios
- 25. Evolucion de los costos de las dos principales tecnologias
- 26. Dimensiones y uso de silice Cada vez se utiliza menos silice y el espesor de las celdas se reduce
- 27. Eficiencia de las celdas
- 28. Eficiencia de los paneles de silice cristalinos
- 29. Aspectos tecnicos de los paneles
- 30. Caracteristicas de voltaje y corriente ideales de una celda solar MPP: Maximum Power Point Punto de maxima potencia Sistemas MPPT: Maximum Power Point Tracking Sistema para regular voltaje y corriente para mantener el punto maximo de funcionamiento (optimizadores de potencia)
- 31. Conexiones en serie y paralelo Paralelo: • Mismo voltaje • Mayor corriente Serie: • Misma corriente • Mayor voltaje
- 32. Conexiones en serie y paralelo Efecto del circuito en serie: El voltaje real es menor al ideal Efecto del circuito en paralelo: La corriente real es menor a la ideal
- 33. Efecto de la radiacion en la potencia Mayor radiacion, mayor potencia de salida Kumari et al, 2011
- 34. Efecto de la temperatura en la potencia La potencia disminuye a altas temperaturas debido a una caida en el voltaje La potencia de los panels solares se mide en condiciones de laboratorio: 25C, 1000 W/m2 Kumari et al, 2011
- 35. Caracteristicas fisicas Vidrio • 3 – 4 mm • Resistencia a granizo de 25 mm diametro a 100 km/h • Alta transmisividad • Bajo contenido de hierro • Covertura anti-reflejo
- 36. Caracteristicas fisicas Estructura de aluminio
- 37. Caracteristicas fisicas Pelicula de EVA • EVA: acetate de vinilo etileno • Encapsular las celdas y mantiene en posicion
- 38. Caracteristicas fisicas Parte posterior • Proteccion mecanica y aislante electrico • Mezcla de polimeros (PP, PET)
- 42. Principales marcas – Tier 1 Mayor produccion China domina la instalacion y produccion Tier 1 para el tercer cuarto del 2019 1. LONGi Solar – China 2. Jinko Solar – China 3. Hanwha Qcells – Corea 4. JA Solar – China 5. Canadian Solar – China/Canada 6. Risen Energy – China 7. Trina Solar – China (Ganador subasta en Colombia) 8. First Solar – Estados Unidos 9.GCL Systems – China 10.Talesun – China Solar review de la base de datos de Bloomberg
- 43. Eficiencias por marcas • SunPower (22.8%) • LG (21.7%) • REC Solar (21.7%) • Panasonic (20.3%) • Silfab (20.0%) https://news.energysage.com/what-are-the-most- efficient-solar-panels-on-the-market/
- 44. • Sunpower – Celdas de mayor eficiencia – 22.8% • SolarWatt – Mejor garantia – Hasta 30 anios • Panasonic – Buena eficiencia y productor confinable – principal proveedor de Tesla • Kyocera – Pionero por mas de 40 anios • AE Solar – mayor innovacion en el 2018 Fabricantes para observar
- 47. Clasificacion de los sistemas por tamano Residencial (< 15 kW) Comercial (< 1 MW) Gran escala (>1 MW)
- 48. Clasificacion de los sistemas por tipo Inyectado (on-grid) Hibrido Aislado (off-grid)
- 49. Otras partes de los sistemas de energía solar fotovoltaica • Inversores • Controladores • Estructuras y anclaje • Cableado • Sistemas de seguimiento solar • Baterías
- 50. Tipos de inversores Inversor string Microinversores • Solucion mas usada. • Se conectan varios strings (series de paneles) al inversor. • No es la mejor opcion si se generan sombras o los paneles estan ubicados en distintas direcciones. • “Capta tanta electricidad como el panel menos eficiente” • Se conecta un inversor a cada panel. • Puede venir integrado al panel. • Permite monitoreo especifico. • Soluciona el problema de los inversores string.
- 51. Tipos de inversores Inversores centrales Inversores hibridos Optimizadores de potencia • Similares al los invesores string pero para una mayor cantidad de paneles. • Son usados en campos solares a gran escala • Utilizados en sistemas hibridos. • Integran un sistema de inversor/cargador. • Son bidireccionales • Regulan el voltaje y corriente para encontral el punto de maxima potencia. • Pueden ser ser intependientes para cada panes o string. • Puede venir integrado con el inversor
- 52. Mercado y marcas Crecimiento del Mercado de inversores para solar fotovoltaica Principales marcas
- 53. Cuales son mejores? Las eficiencias son altas, pero los costos aun podrian reducirse
- 54. Controladores • Se utilizan es sistemas aislados de la red. • Controlan la carga de las baterias. • Dos tecnologias principals: • PWM • MPPT PWM – Pulse-Width Modulation • Mas antiguos • Los paneles no trabajan a su maxima potencia • La potencia la impone la bateria y su estado de carga • Perdidas 25-30% • Sujeto al voltaje de los paneles MPPT – Maximum Power Point Tracking • Varia voltaje y amperaje para encontrar el punto de maxima potencia • Hasta un 30% mas eficiente
- 56. Sistemas de rastreo solar IEA (2016). Technology perspectives AL-Rousan, et al (2018) Costos Un eje: 50% mas del Proyecto con ejes fijos Dos ejes: 100% mas del proyecto con ejes fijos
- 57. Ventajas Desventajas Mayores costos de instalacion Mayores costos de mantenimiento Mayor generacion con el mismo panel
- 59. Cableado Conectores MC4 Importante: Material del cableado Aislamiento: condiciones del lugar, expuesto a humedad y radiacion solar Tener en cuenta que hay corriente alterna y corriente directa Regulacion nacional e internacional Para evitar esto
- 60. Baterias Conceptos Capacidad (tamano de la bateria): Energia total que una bateria puede almacenar - kWh Potencia: Cuanta electricidad puede entregar la bateria instantaneamente • Capacidad alta + Potencia baja = baja cantidad de energia por largo tiempo • Capacidad baja + Potencia alta = alta cantidad de energia por poco tiempo Profundidad de descarga Carga minima que debe mantener la bateria – composicion quimica Eficiencia de ida y vuelta Energia que puede ser usada como porcentaje de la energia que puede guardar Garantia y vida util Puede ser por ciclos* o por anios “5000 ciclos o 10 anios al 70% de su capacidad original” *1 ciclo: una carga y descarga de la bateria. Normalmente 1 por dia
- 61. Tipos de baterias Bateria de plomo y acido Corta vida de uso y baja profundidad de carga Bateria de ion litio Mas livianas y compactas Mayor costo, ciclo de vida y profundidad de carga Bateria de agua salada Facil de reciclar Utiliza electrolitos de agua salada Menos costosas Gran escala Tesla Power Pack Hornsdale, Australia 100 MW, 129 MWh (5 kW, 13.5 kWh Tesla Power Wall)
- 62. El mercado de las baterias Algunas empresas automotrices estan entrando al negocio de las baterias como BMW y Mercedes Benz
- 63. Efecto de las baterias en la red
- 64. Algunos ejemplos de baterias Tesla Powerwall 13.5 kWh - $6700 LG Chem Resu 9.3 kWh - $6000-$7000 Sonnen Eco 5 – 15 kWh - $10000-$20000
- 66. Otras tecnologias Moller, et al (2017)
- 67. Otras tecnologias Hidraulica bombeada Solar concentrada terminca - CSP Fuente: Consumers Energy - Ludington, Michigan Marruecos - OurazazateNoor
- 68. Otras tecnologias Aire comprimido Flywheel
- 69. Volviendo a los sistemas solares
- 70. Costos de los sistemas
- 72. Fin de vida de los sistemas solares Reducir: reduccion de materiales Reusar: reparacion de paneles solares Reciclar: tratamiento de los paneles
- 73. Modelos de negocio e innovación Modelos P2P – Compra y venta entre prosumidores Agregación de fuentes distribuidas de generación Energía como un servicio: Parques solares comunitarios Modelos de leasing o renting Manejo de residuos: baterías, paneles usados, otros componentes Nuevas tecnologías de almacenamiento Mantenimiento y monitoreo Pronostico
- 74. Gracias * Algunos textos fueron transcritos de otro idioma, por lo cual pueden presentar errores ortográficos.