Un sistema fotovoltaico convierte la radiación del sol en electricidad utilizable. Comprende la matriz solar y el equilibrio de los componentes del sistema. Los sistemas fotovoltaicos se pueden categorizar por varios aspectos, como sistemas conectados a la red o autónomos, sistemas integrados a la construcción y montados en bastidores, sistemas residenciales y de servicios públicos, sistemas distribuidos y centralizados, sistemas instalados en la azotea y en tierra. , sistemas de seguimiento vs. de inclinación fija, y sistemas nuevos construidos vs. modernizados.Otras distinciones pueden incluir sistemas con microinversores vs. inversor central, sistemas que usan silicio cristalino versus tecnología de película delgada y sistemas con módulos de fabricantes chinos y europeos y estadounidenses.
Aproximadamente el 99 por ciento de todos los sistemas solares europeos y el 90 por ciento de todos los sistemas de energía solar de EE. UU. Están conectados a la red eléctrica, mientras que los sistemas fuera de red son algo más comunes en Australia y Corea del Sur. Los sistemas PV raramente usan almacenamiento de batería. Esto puede cambiar pronto, ya que los incentivos gubernamentales para el almacenamiento de energía distribuida se están implementando y las inversiones en soluciones de almacenamiento se están volviendo económicamente viables para sistemas pequeños. Una matriz solar de un sistema fotovoltaico residencial típico está montada en bastidor en el techo, en lugar de integrada en el techo o la fachada del edificio, ya que es significativamente más caro. Las estaciones de energía solar a escala de servicios públicos están montadas en tierra, con paneles solares inclinados fijos en lugar de utilizar costosos dispositivos de seguimiento. El silicio cristalino es el material predominante utilizado en el 90 por ciento de los módulos solares producidos en todo el mundo, mientras que la película delgada rival ha perdido cuota de mercado en los últimos años.20 Alrededor del 70 por ciento de todas las células y módulos solares se producen en China y Taiwán, dejando solo 5 por ciento a fabricantes europeos y estadounidenses.12 La capacidad instalada tanto para pequeños sistemas de techo como para grandes plantas de energía solar está creciendo rápidamente y en partes iguales, aunque hay una tendencia notable hacia sistemas a escala de servicios, ya que el enfoque en nuevas instalaciones es Los inversores se centran más en alejarse de Europa hacia regiones más soleadas, como Sunbelt en EE. UU., que se oponen menos a las granjas solares montadas en tierra y la rentabilidad.
Impulsado por los avances en la tecnología y los aumentos en la escala de fabricación y la sofisticación, el costo de la energía fotovoltaica está disminuyendo continuamente. Hay varios millones de sistemas fotovoltaicos distribuidos en todo el mundo, principalmente en Europa, con 1,4 millones de sistemas en Alemania, así como en Norteamérica con 440,000 sistemas en los Estados Unidos. La eficiencia de conversión de energía de un módulo solar convencional aumentó del 15 al 20 por ciento en los últimos 10 años y un sistema FV recupera la energía necesaria para su fabricación en aproximadamente 2 años. En lugares excepcionalmente irradiados, o cuando se utiliza tecnología de película delgada, el llamado tiempo de amortización de energía disminuye a un año o menos.33 La medición neta y los incentivos financieros, como las tarifas de alimentación preferenciales para la electricidad generada por energía solar, también tienen instalaciones de sistemas fotovoltaicos ampliamente compatibles en muchos países. El costo nivelado de la electricidad a partir de sistemas fotovoltaicos a gran escala se ha vuelto competitivo con las fuentes de electricidad convencionales en una lista en expansión de regiones geográficas, y se ha logrado la paridad de la red en aproximadamente 30 países diferentes.
A partir de 2015, el mercado fotovoltaico mundial de rápido crecimiento se está acercando rápidamente a la marca de 200 GW, aproximadamente 40 veces la capacidad instalada de 2006. Los sistemas fotovoltaicos actualmente contribuyen con aproximadamente 1 por ciento a la generación de electricidad en todo el mundo. Los principales instaladores de sistemas fotovoltaicos en términos de capacidad son actualmente China, Japón y Estados Unidos, mientras que la mitad de la capacidad mundial está instalada en Europa, con Alemania e Italia suministrando entre el 7% y el 8% de sus respectivos consumos domésticos de electricidad con energía solar fotovoltaica. La Agencia Internacional de la Energía espera que la energía solar se convierta en la fuente de electricidad más grande del mundo para el año 2050, con energía solar fotovoltaica y energía solar térmica concentrada que contribuyen 16% y 11% a la demanda global, respectivamente.
Conexión a la red
Un sistema conectado a la red está conectado a una red independiente más grande (típicamente la red eléctrica pública) y alimenta energía directamente a la red. Esta energía puede ser compartida por un edificio residencial o comercial antes o después del punto de medición de ingresos. La diferencia es si la producción de energía acreditada se calcula independientemente del consumo de energía del cliente (tarifa de alimentación) o solo de la diferencia de energía (medición neta). Los sistemas conectados a la red varían en tamaño desde residencial (2-10 kWp) a estaciones de energía solar (hasta 10s de MWp). Esta es una forma de generación de electricidad descentralizada.La alimentación de electricidad en la red requiere la transformación de CC en CA mediante un inversor de conexión a red sincronizado especial. En instalaciones del tamaño de un kilovatio, el voltaje del sistema lateral de CC es tan alto como se permite (típicamente 1000 V, excepto el residencial de EE. UU. 600 V) para limitar las pérdidas óhmicas. La mayoría de los módulos (60 o 72 células de silicio cristalino) generan 160 W a 300 W a 36 voltios. A veces es necesario o deseable conectar los módulos parcialmente en paralelo en lugar de todos en serie. Un conjunto de módulos conectados en serie se conoce como ‘cadena’.
Otros sistemas
Esta sección incluye sistemas que son altamente especializados e inusuales o aún una nueva tecnología emergente con significado limitado. Sin embargo, los sistemas autónomos o sin red ocupan un lugar especial. Eran el tipo más común de sistemas durante las décadas de 1980 y 1990, cuando la tecnología fotovoltaica era todavía muy costosa y un mercado nicho puro de aplicaciones a pequeña escala. Solo en lugares donde no había una red eléctrica disponible, eran económicamente viables. Aunque todavía se están implementando nuevos sistemas independientes en todo el mundo, su contribución a la capacidad fotovoltaica instalada está disminuyendo. En Europa, los sistemas aislados de la red representan el 1 por ciento de la capacidad instalada. En los Estados Unidos, representan alrededor del 10 por ciento. Los sistemas fuera de la red todavía son comunes en Australia y Corea del Sur, y en muchos países en desarrollo.
CPV
Los sistemas de concentrador fotovoltaico (CPV) y de alta concentración fotovoltaica (HCPV) usan lentes ópticos o espejos curvos para concentrar la luz solar en células solares pequeñas pero altamente eficientes. Además de concentrar la óptica, los sistemas de CPV a veces usan rastreadores solares y sistemas de enfriamiento y son más caros.
Especialmente los sistemas HCPV son los más adecuados en ubicaciones con alta irradiación solar, concentrando la luz solar hasta 400 veces o más, con eficiencias del 24-28 por ciento, excediendo las de los sistemas normales. Varios diseños de sistemas CPV y HCPV están disponibles comercialmente, pero no son muy comunes. Sin embargo, se está llevando a cabo investigación y desarrollo en curso.
El CPV a menudo se confunde con CSP (energía solar concentrada) que no utiliza energía fotovoltaica. Ambas tecnologías favorecen ubicaciones que reciben mucha luz solar y compiten directamente entre sí.
Híbrido
Un sistema híbrido combina PV con otras formas de generación, generalmente un generador diesel.El biogás también se usa. La otra forma de generación puede ser un tipo capaz de modular la potencia de salida en función de la demanda. Sin embargo, se puede usar más de una forma renovable de energía, por ejemplo, el viento. La generación de energía fotovoltaica sirve para reducir el consumo de combustible no renovable. Los sistemas híbridos se encuentran con mayor frecuencia en las islas. La isla Pellworm en Alemania y la isla de Kythnos en Grecia son ejemplos notables (ambos se combinan con el viento). La planta de Kythnos ha reducido el consumo de diesel en un 11.2%.
En 2015, un estudio de caso realizado en siete países concluyó que en todos los casos, la generación de costos se puede reducir hibridando minirredes y redes aisladas. Sin embargo, los costos de financiamiento para tales híbridos son cruciales y dependen en gran medida de la estructura de propiedad de la planta de energía. Si bien las reducciones de costos para los servicios públicos estatales pueden ser importantes, el estudio también identificó que los beneficios económicos son insignificantes o incluso negativos para los servicios no públicos, como los productores de energía independientes.
También se han realizado trabajos recientes que demuestran que el límite de penetración de PV se puede aumentar mediante el despliegue de una red distribuida de sistemas híbridos PV + CHP en los EE. UU. Se analizó la distribución temporal del flujo solar, los requisitos eléctricos y de calefacción para residencias unifamiliares representativas de EE. UU. los resultados muestran claramente que la hibridación de CHP con PV puede permitir el despliegue adicional de PV por encima de lo que es posible con un sistema convencional de generación eléctrica centralizada. Esta teoría fue reconfirmada con simulaciones numéricas usando datos de flujo solar por segundo para determinar que la batería de respaldo necesaria para proporcionar un sistema híbrido de este tipo es posible con sistemas de batería relativamente pequeños y económicos. Además, los grandes sistemas PV + CHP son posibles para edificios institucionales, que de nuevo proporcionan respaldo para PV intermitente y reducen el tiempo de ejecución de CHP.
El sistema PVT (híbrido PV / T), también conocido como colectores solares híbridos fotovoltaicos térmicos, convierte la radiación solar en energía térmica y eléctrica. Tal sistema combina un módulo solar (PV) con un colector solar térmico de forma complementaria.
Sistema CPVT. Un sistema concentrado de híbrido térmico fotovoltaico (CPVT) es similar a un sistema PVT. Utiliza fotovoltaica concentrada (CPV) en lugar de tecnología fotovoltaica convencional, y la combina con un colector solar térmico.
Sistema CPV / CSP. Recientemente se ha propuesto un novedoso sistema híbrido CPV / CSP solar, que combina fotovoltaica concentradora con tecnología no PV de energía solar concentrada (CSP) o también conocida como energía solar térmica concentrada.
Sistema diesel PV Combina un sistema fotovoltaico con un generador diesel. Combinaciones con otras energías renovables son posibles e incluyen turbinas de viento.
Matrices solares flotantes
Los paneles solares flotantes son sistemas fotovoltaicos que flotan en la superficie de depósitos de agua potable, lagos de canteras, canales de irrigación o estanques de remediación y de relaves.Estos sistemas se denominan «floatovoltaicos» cuando se usan solo para producción eléctrica o «energía acuática» cuando dichos sistemas se utilizan para mejorar sinérgicamente la acuicultura.Existe una pequeña cantidad de tales sistemas en Francia, India, Japón, Corea del Sur, el Reino Unido, Singapur y los Estados Unidos.
Se dice que los sistemas tienen ventajas sobre la energía fotovoltaica en tierra. El costo de la tierra es más caro, y hay menos reglas y regulaciones para las estructuras construidas en cuerpos de agua no utilizados para la recreación. A diferencia de la mayoría de las plantas solares terrestres, las matrices flotantes pueden ser discretas porque están ocultas a la vista del público. Logran mayores eficiencias que los paneles fotovoltaicos en tierra, porque el agua enfría los paneles. Los paneles tienen un recubrimiento especial para evitar la oxidación o la corrosión.
En mayo de 2008, la bodega Far Niente en Oakville, California, fue pionera en el primer sistema floatovoltaico del mundo al instalar 994 módulos FV solares con una capacidad total de 477 kW en 130 pontones y flotarlos en el estanque de riego de la bodega. El principal beneficio de un sistema de este tipo es que evita la necesidad de sacrificar un área de tierra valiosa que podría usarse para otro propósito. En el caso de la bodega Far Niente, ahorró tres cuartas partes de un acre que se habría requerido para un sistema basado en tierra. Otro beneficio de un sistema floatovoltaico es que los paneles se mantienen a una temperatura más fría de lo que serían en tierra, lo que conduce a una mayor eficiencia de conversión de energía solar. La matriz PV flotante también reduce la cantidad de agua perdida por evaporación e inhibe el crecimiento de algas.
Se están empezando a construir granjas fotovoltaicas flotantes a gran escala. El fabricante multinacional de productos electrónicos y cerámicos Kyocera desarrollará la granja más grande del mundo, una de 13.4 MW en el embalse sobre la presa de Yamakura en la prefectura de Chiba utilizando 50,000 paneles solares. Las granjas flotantes resistentes al agua salada también se están considerando para el uso del océano, con experimentos en Tailandia. El mayor proyecto floatovoltaico hasta ahora anunciado es una central eléctrica de 350 MW en la región amazónica de Brasil.
Rejilla de corriente continua
Las redes de CC se encuentran en el transporte eléctrico: tranvías ferroviarios y trolebuses. Se han construido algunas plantas piloto para tales aplicaciones, como los depósitos de tranvías en Hannover Leinhausen, utilizando contribuyentes fotovoltaicos y Ginebra (Bachet de Pesay). El sitio de Ginebra de 150 kWp alimenta 600V DC directamente a la red eléctrica de tranvía / trolebús, mientras que antes proporcionaba aproximadamente el 15% de la electricidad en su apertura en 1999.
Ser único
Un sistema autónomo o fuera de la red no está conectado a la red eléctrica. Los sistemas autónomos varían ampliamente en tamaño y aplicación desde relojes de pulsera o calculadoras hasta edificios remotos o naves espaciales. Si la carga debe suministrarse independientemente de la radiación solar, la energía generada se almacena y se almacena en una batería. En aplicaciones no portátiles donde el peso no es un problema, como en los edificios, las baterías de plomo y ácido se usan más comúnmente por su bajo costo y tolerancia al abuso.
Se puede incorporar un controlador de carga en el sistema para evitar daños a la batería al cargarse o descargarse excesivamente. También puede ayudar a optimizar la producción de la matriz solar utilizando una técnica de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). Sin embargo, en sistemas fotovoltaicos sencillos donde la tensión del módulo fotovoltaico coincide con la tensión de la batería, el uso de la electrónica MPPT generalmente se considera innecesario, ya que la tensión de la batería es lo suficientemente estable para proporcionar una capacidad de carga casi máxima del módulo fotovoltaico. En dispositivos pequeños (p. Ej., Calculadoras, parquímetros) solo se consume corriente continua (CC). En sistemas más grandes (por ejemplo, edificios, bombas de agua remotas) generalmente se requiere AC. Para convertir la CC de los módulos o baterías en CA, se utiliza un inversor.
En entornos agrícolas, la matriz puede usarse para alimentar directamente bombas de CC, sin la necesidad de un inversor. En entornos remotos como áreas montañosas, islas u otros lugares donde no se dispone de una red eléctrica, los paneles solares pueden utilizarse como la única fuente de electricidad, generalmente mediante la carga de una batería de almacenamiento. Los sistemas autónomos se relacionan estrechamente con la microgeneración y la generación distribuida.
Sistemas Pico PV
Los sistemas fotovoltaicos más pequeños, a menudo portátiles, se llaman sistemas fotovoltaicos pico pico o pico solar. En su mayoría, combinan una batería recargable y un controlador de carga, con un panel fotovoltaico muy pequeño. La capacidad nominal del panel es de solo unos pocos vatios-pico (1-10 Wp) y su área de menos de un décimo de metro cuadrado, o un pie cuadrado, en tamaño. Una gran variedad de aplicaciones diferentes puede ser de energía solar, como reproductores de música, ventiladores, lámparas portátiles, luces de seguridad, kits de iluminación solar, linternas solares y alumbrado público (ver a continuación), cargadores de teléfonos, radios o incluso una pequeña pantalla LCD de siete pulgadas televisores, que funcionan con menos de diez vatios. Como es el caso de la generación de energía a partir de pico hidro, los sistemas Pico PV son útiles en comunidades rurales pequeñas que requieren solo una pequeña cantidad de electricidad.Dado que la eficiencia de muchos electrodomésticos ha mejorado considerablemente, en particular debido al uso de luces LED y baterías recargables eficientes, pico solar se ha convertido en una alternativa asequible, especialmente en el mundo en desarrollo. El prefijo métrico pico significa una billonésima parte para indicar la pequeñez de la potencia eléctrica del sistema.
Luces de calle solares
Las luces de calle solares levantaron fuentes de luz que funcionan con paneles fotovoltaicos generalmente montados en la estructura de iluminación. La matriz solar de dicho sistema fotovoltaico no conectado a la red carga una batería recargable, que alimenta una lámpara fluorescente o LED durante la noche. Las farolas solares son sistemas autónomos de energía y tienen la ventaja de ahorrar en zanjas, paisajismo y costos de mantenimiento, así como en las facturas de electricidad, a pesar de su costo inicial más alto en comparación con el alumbrado público convencional. Están diseñados con baterías suficientemente grandes para garantizar su funcionamiento durante al menos una semana e, incluso en la peor situación, se espera que disminuyan ligeramente.
Telecomunicaciones y señalización
La energía solar fotovoltaica es ideal para aplicaciones de telecomunicaciones tales como el intercambio telefónico local, radio y transmisión de televisión, microondas y otras formas de enlaces de comunicación electrónica. Esto se debe a que, en la mayoría de las aplicaciones de telecomunicaciones, las baterías de almacenamiento ya están en uso y el sistema eléctrico es básicamente DC. En terrenos accidentados y montañosos, es posible que las señales de radio y TV no lleguen a medida que se bloquean o se reflejan debido al terreno ondulado. En estas ubicaciones, se instalan transmisores de baja potencia para recibir y retransmitir la señal para la población local.
Vehículos solares
Los vehículos solares, ya sean terrestres, acuáticos, aéreos o espaciales, pueden obtener parte o la totalidad de la energía requerida para su operación del sol. Los vehículos de superficie generalmente requieren mayores niveles de potencia de los que puede soportar una matriz solar de tamaño práctico, por lo que una batería ayuda a satisfacer la demanda máxima de potencia, y la matriz solar la recarga. Los vehículos espaciales han utilizado con éxito sistemas fotovoltaicos solares durante años de operación, eliminando el peso del combustible o las baterías primarias.
Bombas solares
Una de las aplicaciones solares más rentables es una bomba de energía solar, ya que es mucho más barato comprar un panel solar que utilizar líneas eléctricas. A menudo satisfacen la necesidad de agua más allá del alcance de las líneas eléctricas, tomando el lugar de un molino de viento o una bomba de viento. Una aplicación común es el llenado de tanques de riego de ganado, para que el ganado en pastoreo pueda beber. Otra es la recarga de tanques de almacenamiento de agua potable en hogares remotos o autosuficientes.
Astronave
Los paneles solares en las naves espaciales han sido una de las primeras aplicaciones de la energía fotovoltaica desde el lanzamiento de Vanguard 1 en 1958, el primer satélite en utilizar células solares. Contrariamente al Sputnik, el primer satélite artificial en orbitar el planeta, que se quedó sin batería en 21 días debido a la falta de energía solar, la mayoría de los satélites de comunicaciones modernos y las sondas espaciales del sistema solar interno dependen del uso de paneles solares para deriva la electricidad de la luz del sol.
Costos y economía
El costo de producir células fotovotáticas ha disminuido debido a las economías de escala en la producción y los avances tecnológicos en la fabricación. Para instalaciones a gran escala, los precios por debajo de $ 1.00 por vatio eran comunes en 2012. Se logró una reducción del 50% en Europa entre 2006 y 2011 y existe la posibilidad de reducir el costo de generación en un 50% para 2020. Crystal silicio solar las células se han reemplazado en gran parte por células solares de silicio policristalino menos costosas, y también se han desarrollado recientemente células solares de silicio de película delgada a menores costos de producción. Aunque se reducen en la eficiencia de conversión de energía de los «siwafers» monocristalinos, también son mucho más fáciles de producir a costos comparativamente más bajos.
La siguiente tabla muestra el costo total en centavos de EE. UU. Por kWh de electricidad generada por un sistema fotovoltaico. Los encabezados de las filas de la izquierda muestran el costo total, por kilowatt pico (kWp), de una instalación fotovoltaica. Los costos del sistema fotovoltaico han disminuido y en Alemania, por ejemplo, se informó que cayeron a USD 1389 / kWp a fines de 2014. Los encabezados de columna en la parte superior se refieren a la producción energética anual en kWh esperada de cada kWp instalado. Esto varía según la región geográfica porque la insolación promedio depende de la nubosidad promedio y del espesor de la atmósfera atravesada por la luz solar. También depende de la ruta del sol en relación con el panel y el horizonte. Los paneles generalmente se montan en un ángulo basado en la latitud, y a menudo se ajustan estacionalmente para cumplir con la declinación solar cambiante. El seguimiento solar también se puede utilizar para acceder a una luz solar aún más perpendicular, aumentando así la producción total de energía.
Los valores calculados en la tabla reflejan el costo total en centavos por kWh producido. Suponen un costo de capital total del 10% (por ejemplo, una tasa de interés del 4%, un 1% de costos de operación y mantenimiento, y una depreciación del desembolso de capital en 20 años).Normalmente, los módulos fotovoltaicos tienen una garantía de 25 años.
| Costo del kilovatio-hora generado por un sistema fotovoltaico (US ¢ / kWh) dependiendo de la radiación solar y el costo de instalación durante 20 años de operación |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Instalación costo en $ por vatio |
La insolación genera anualmente kilovatios-hora por kW de capacidad instalada (kWh / kWp • y) | ||||||||||||
| 2400 | 2200 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | |||||
| $ 0.20 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.3 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.5 | ||||
| $ 0.60 | 2.5 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | 3.8 | 4.3 | 5.0 | 6.0 | 7.5 | ||||
| $ 1.00 | 4.2 | 4.5 | 5.0 | 5.6 | 6.3 | 7.1 | 8.3 | 10.0 | 12.5 | ||||
| $ 1.40 | 5.8 | 6.4 | 7.0 | 7.8 | 8.8 | 10.0 | 11.7 | 14.0 | 17.5 | ||||
| $ 1.80 | 7.5 | 8.2 | 9.0 | 10.0 | 11.3 | 12.9 | 15.0 | 18.0 | 22.5 | ||||
| $ 2.20 | 9.2 | 10.0 | 11.0 | 12.2 | 13.8 | 15.7 | 18.3 | 22.0 | 27.5 | ||||
| $ 2.60 | 10.8 | 11.8 | 13.0 | 14.4 | 16.3 | 18.6 | 21.7 | 26.0 | 32.5 | ||||
| $ 3.00 | 12.5 | 13.6 | 15.0 | 16.7 | 18.8 | 21.4 | 25.0 | 30.0 | 37.5 | ||||
| $ 3.40 | 14.2 | 15.5 | 17.0 | 18.9 | 21.3 | 24.3 | 28.3 | 34.0 | 42.5 | ||||
| $ 3.80 | 15.8 | 17.3 | 19.0 | 21.1 | 23.8 | 27.1 | 31.7 | 38.0 | 47.5 | ||||
| $ 4.20 | 17.5 | 19.1 | 21.0 | 23.3 | 26.3 | 30.0 | 35.0 | 42.0 | 52.5 | ||||
| $ 4.60 | 19.2 | 20.9 | 23.0 | 25.6 | 28.8 | 32.9 | 38.3 | 46.0 | 57.5 | ||||
| $ 5.00 | 20.8 | 22.7 | 25.0 | 27.8 | 31.3 | 35.7 | 41.7 | 50.0 | 62.5 | ||||
Notas:
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Costo del sistema 2013
En su edición de 2014 del informe «Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy», la Agencia Internacional de la Energía (IEA) publicó precios en dólares estadounidenses por vatio para sistemas fotovoltaicos residenciales, comerciales y de gran escala para ocho mercados principales en 2013.
| USD / W | Australia | China | Francia | Alemania | Italia | Japón | Reino Unido | Estados Unidos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Residencial | 1.8 | 1.5 | 4.1 | 2.4 | 2.8 | 4.2 | 2.8 | 4.9 |
| Comercial | 1.7 | 1.4 | 2.7 | 1.8 | 1.9 | 3.6 | 2.4 | 4.5 |
| Escala de utilidad | 2.0 | 1.4 | 2.2 | 1.4 | 1.5 | 2.9 | 1.9 | 3.3 |
| Fuente : IEA – Hoja de ruta tecnológica: Informe de energía solar fotovoltaica | ||||||||
Los sistemas fotovoltaicos demuestran una curva de aprendizaje en términos de Costo nivelado de electricidad (LCOE), reduciendo su costo por kWh en 32.6% por cada duplicación de capacidad. A partir de los datos de LCOE y de la capacidad acumulada de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) de 2010 a 2017, la ecuación de la curva de aprendizaje para sistemas fotovoltaicos se da como
LCOE: costo nivelado de electricidad (en USD / kWh)
Capacidad: capacidad acumulada de instalación de sistemas fotovoltaicos (en MW)
Regulación
Normalización
El creciente uso de sistemas fotovoltaicos y la integración de la energía fotovoltaica en las estructuras existentes y las técnicas de suministro y distribución aumentan el valor de los estándares y definiciones generales para los componentes y sistemas fotovoltaicos. Los estándares se compilan en la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y se aplican a la eficiencia, durabilidad y seguridad de células, módulos, programas de simulación, conectores y cables, sistemas de montaje, eficiencia general de los inversores, etc.
Planificación y permiso
Mientras que el artículo 690 del Código Eléctrico Nacional proporciona pautas generales para la instalación de sistemas fotovoltaicos, estas directrices pueden ser reemplazadas por las leyes y regulaciones locales. A menudo se requiere un permiso que requiera la presentación de planes y cálculos estructurales antes de que el trabajo pueda comenzar. Además, muchas configuraciones regionales requieren que el trabajo se realice bajo la guía de un electricista autorizado. Verifique con la AHJ de la ciudad / condado local (Autoridad que tiene jurisdicción) para garantizar el cumplimiento de las leyes o reglamentos aplicables.
En los Estados Unidos, la Autoridad con Jurisdicción (AHJ) revisará los diseños y emitirá permisos, antes de que la construcción pueda comenzar legalmente. Las prácticas de instalación eléctrica deben cumplir con las normas establecidas en el Código Eléctrico Nacional (NEC) y ser inspeccionadas por AHJ para garantizar el cumplimiento del código de construcción, el código eléctrico y el código de seguridad contra incendios. Las jurisdicciones pueden requerir que el equipo haya sido probado, certificado, enumerado y etiquetado por al menos uno de los Laboratorios de Pruebas Reconocidas Nacionalmente (NRTL). A pesar del complicado proceso de instalación, una lista reciente de contratistas solares muestra que la mayoría de las empresas de instalación se fundaron desde el año 2000.
regulaciones nacionales
Reino Unido
En el Reino Unido, las instalaciones fotovoltaicas generalmente se consideran desarrollos permitidos y no requieren permiso de planificación. Si la propiedad está en la lista o en un área designada (Parque Nacional, Área de Belleza Natural Destacada, Sitio de Especial Interés Científico o Norfolk Broads), entonces se requiere permiso de planificación.
Estados Unidos
En los Estados Unidos, muchas localidades requieren un permiso para instalar un sistema fotovoltaico. Un sistema conectado a la red normalmente requiere que un electricista autorizado realice la conexión entre el sistema y el cableado conectado a la red del edificio. Los instaladores que cumplen con estos requisitos se encuentran en casi todos los estados. El Estado de California prohíbe a las asociaciones de propietarios restringir los dispositivos solares.
España
Aunque España genera alrededor del 40% de su electricidad a través de fuentes fotovoltaicas y otras energías renovables, y ciudades como Huelva y Sevilla cuentan con casi 3.000 horas de sol al año, España ha emitido un impuesto solar para contabilizar la deuda creada por la inversión realizada por el gobierno español. Aquellos que no se conectan a la red pueden enfrentar hasta una multa de 30 millones de euros ($ 40 millones de dólares).
Limitaciones
Contaminación y energía en producción fotovoltaica
PV ha sido un método bien conocido para generar electricidad limpia y libre de emisiones. Los sistemas fotovoltaicos a menudo están hechos de módulos fotovoltaicos e inversores (que cambian de CC a CA). Los módulos fotovoltaicos están hechos principalmente de células fotovoltaicas, lo que no tiene ninguna diferencia fundamental con respecto al material para fabricar chips de computadora. El proceso de producción de células fotovoltaicas (chips de computadora) consume mucha energía e involucra productos químicos altamente venenosos y tóxicos para el medio ambiente. Hay pocas plantas de fabricación de PV en todo el mundo que producen módulos fotovoltaicos con energía producida a partir de energía fotovoltaica. Esta medida reduce en gran medida la huella de carbono durante el proceso de fabricación. La gestión de los productos químicos utilizados en el proceso de fabricación está sujeta a las leyes y regulaciones locales de las fábricas.
Impacto en la red de electricidad
Con los niveles crecientes de sistemas fotovoltaicos en la azotea, el flujo de energía se convierte en bidireccional. Cuando hay más generación local que consumo, la electricidad se exporta a la red.Sin embargo, la red eléctrica tradicionalmente no está diseñada para lidiar con la transferencia de energía bidireccional. Por lo tanto, pueden ocurrir algunos problemas técnicos. Por ejemplo, en Queensland, Australia, ha habido más del 30% de hogares con techo de PV a finales de 2017. La famosa curva de pato de California 2020 aparece con mucha frecuencia para muchas comunidades a partir de 2015. Un problema de sobrevoltaje puede surgir a medida que la electricidad fluye de estos hogares FV a la red. Existen soluciones para gestionar el problema de sobrevoltaje, como la regulación del factor de potencia del inversor fotovoltaico, nuevos equipos de control de energía y voltaje en el nivel de distribuidor de electricidad, redireccionamiento de los cables de electricidad, administración del lado de la demanda, etc. A menudo hay limitaciones y costos relacionados con estas soluciones.
Implicación en la gestión de facturas de electricidad y la inversión en energía
No existe una solución mágica para la demanda de electricidad o energía y la administración de facturas, porque los clientes (sitios) tienen diferentes situaciones específicas, por ejemplo, diferentes necesidades de comodidad / conveniencia, diferentes tarifas de electricidad o diferentes patrones de uso. La tarifa de electricidad puede tener algunos elementos, como acceso diario y cargo de medición, cargo de energía (basado en kWh, MWh) o cargo máximo de demanda (por ejemplo, un precio para el consumo de energía de 30min más alto en un mes). La energía fotovoltaica es una opción prometedora para reducir la carga de energía cuando el precio de la electricidad es razonablemente alto y en continuo aumento, como en Australia y Alemania. Sin embargo, para los sitios con un pico de carga de demanda establecido, el PV puede ser menos atractivo si las demandas máximas se producen principalmente a última hora de la tarde o al anochecer, por ejemplo, en las comunidades residenciales. En general, la inversión en energía es en gran medida una decisión económica y es mejor tomar decisiones de inversión basadas en la evaluación sistemática de las opciones de mejora operativa, eficiencia energética, generación in situ y almacenamiento de energía.