1. XIX Simposio Peruano de Energía Solar
Puno, 14 – 17 de noviembre de 2012
Situación y perspectivas de la
energía fotovoltaica
en el mundo
Manfred Horn
Universidad Nacional de Ingeniería
Lima, Perú
mhorn@uni.edu.pe

2. © R. Perez et al.
World energy use
16 TW-yr
per year
~ 475 exajoules
16 ~ 460 Quads
Dave Renné, Presidente de ISES; en XVII SPES Cusco, 2010

3. RENEWABLES
1,2
© R. Perez et al. 25-70 WIND
per year
Waves11,3 215
0.2-2 total
Natural Gas 1,8
3 -11 per year
OTEC1,4 240
total
Petroleum 1,8
2 – 6 per year ANWR
Biomass 1,5
3 – 4 per year
16 90-300
HYDRO 1,6 Total
0.3 – 2 per year
TIDES 1 Geothermal1,7
0.3 per year
Uranium 1,9
900
FINITE ENERGY Total reserve
RESERVES
COAL 1,8

4. 1,2
© R. Perez et al. 25-70 WIND
per year
Waves11,3 215
0.2-2 total
SOLAR 10
Natural Gas 1,8
23,000 TW-yr per year
3 -11 per year
OTEC1,4 240
total
Petroleum 1,8
World energy use 2 – 6 per year ANWR
16 TW-yr Biomass 1,5
per year
3 – 4 per year
90-300
HYDRO 1,6 Total
0.3 – 2 per year
TIDES 1 Geothermal1,7
0.3 per year
Uranium 1,9
900
Total reserve
COAL 1,8
Dave Renné, XVII SPES Cusco, 2010

5. Electricidad fotovoltaica (FV)
www.re.sandia.gov

7. Esquema de un a celda
fotovoltaica de silicio
Panel Fv en la isla Suasi, lago
Jornadas, Guatemala, 26-30.09.05 Titicaca (para bombeo de agua)

8. Principios de funcionamiento de una célula solar
hν
≡ RLOAD
h+
+
h+/e-
p I
-
h+/e-
e- n
IL ID

12. Circuito equivalente de una celda FV “ideal”
I = IPhoto - ID
I = IPhoto – IS * (expV/VT - 1)
Circuito simplificado
Voltaje térmico, en VT = k*T/e, (VT = 25.7mV
V
V at 25°C)
T
Constante de
k (k=1.380658*10-23J/K)
Boltzmann
T Temperatura in K (273.15K = 0°C)
e Carga elemental e = 1.60217733*10-19As
Corriente de
IS saturación del
díodo

13. Potencia eléctrica extraída de un módulo fotovoltaico
P =V*I
Pmax = Vm * Im
Isc ~ intensidad de la 1000 W / m2
radiación solar
La potencia “publicada” de un
módulo FV es Pmax a
condiciones “estándar”
condiciones “estándar”:
1000 W / m2, AM 1,5,
25 °C
Ejemplo:
P = 54 Wp
Vm = 18 V, I m = 3 A

17. La fabricación de módulos FV es un proceso de alta
tecnología; no hay fabricación significativa en
América Latina

18. SFD en las islas flotantes de los Uros, lago Titicaca

19. LAS MINIREDES
Se puede construir miniredes eléctricas en zonas rurales donde la
población se encuentra relativamente concentrada en poblados, villas
o comunidades.
Esto es posible realizar utilizando pequeñas centrales solares o de
forma conjunta con otros tipos de tecnología.

20. SISTEMAS HÍBRIDOS
Estructura básica de
un sistema híbrido
solar–eólico-diesel
para producir energía
eléctrica
Los sistemas híbridos funcionan de manera independiente y pueden incorporar dos o más
fuentes de energía.
Existen sistemas con tamaños relativamente grandes, de muchos MW, y también
pequeños sistemas de algunos kW.
(Fuente: GEDAE – UFPA – Brasil)

21. EDIFICACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED
PÚBLICA
- El soporte de los paneles fotovoltaicos son las ventanas, los techos o las
fachadas de las edificaciones.
- No hay necesidad de utilizar baterías.
- Además de ser consumidoras, las edificaciones también se convierten en
productoras de energía eléctrica.
1 Paneles Fotovoltaicos
2 Inversor CC/CA
3 Red eléctrica
4 Electrodomésticos
Diagramas esquemáticos de instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red
pública.

22. “Sistema Fotovoltaico Domiciliario, SFD”
•SFD / SHS tradicional (“Solar home system”):
• un panel FV de 50 – 75 Wp; 5 – 8 kWh/mes
• una batería de 12 V, 100 -150 Ah de Pb acido (automotriz o “solar”)
• un regulador de carga
• cargas: varias luminarias LFC de 5 – 20 W, 12 V DC, TV b/n, radio, etc.
• costo $ 500 - 1000
Con una radiación solar de
5 kWh/m2día, un panel
FV de 50 Wp,
produce 50 W x 5h/d =
250 Wh/día

23. Módulos fotovoltaicos
Función: Generación eléctrica (DC) a partir de la
radiación solar
Regulador de
Consumo
carga
DC
Tecnologías: Generador
• Silicio cristalino FV
• Silicio amorfo
Batería
Puntos importantes:
− Potencia real vs. Potencia nominal
− Degradación módulos, según tecnología
(amorfo>cristalino)
Potencia nominal (pico) (Wp)
Máxima potencia que puede extraerse, en unas
condiciones ideales de medida (Condiciones Estándar →
laboratorio)
23

24. Baterías
Función: Acumulación de energía
Regulador de Consumo
carga DC
Generador
FV
Batería
Puntos importantes:
− Capacidad real vs. capacidad nominal
(inicial y estabilizada)
− Profundidad de descarga excesiva
Capacidad nominal (CB) (Ah) − Sobrecarga excesiva
Máxima carga eléctrica que puede extraerse.
Depende de la temperatura, la corriente de descarga
y la tensión final de la batería
24

25. Controladores de carga
Regulador Consumo
de carga DC
Generador
FV
Batería
Vbatería
Función: Protección de la batería,
control del sistema
tiempo
Umbrales de regulación Influencia a través de la batería
incorrectos (diseño / operación) • Tiempo de vida
• Suministro eléctrico diario
Fallo súbito del controlador Parada completa del
(1-2%/año) suministro eléctrico
25

26. Inversores DC/AC
Función: Conversión energía
generada en DC a consumo (o red
eléctrica) en AC
26

27. “Sistema pico fotovoltaico”
• Sistema Pico FV (moderno):
• un panel FV de 3 – 10 Wp; 0,3 - 1 kWh/mes
• Cargas: una (s) lámpara(s) LED, radio, celular, etc.
• una batería Li-ion (eventualmente Ni MH),
generalmente incorporada en la luminaria
• un regulador de carga, generalmente incorporado
en la luminaria
• costo $ 50 - 200

28. Baterías modernas (acumuladores de energía eléctrica),
usadas en “sistemas pico FV”
Tipo de Vida (ciclos) Eficiencia Costo ($/Wh) Densidad de
batería energética (%) carga (Wh / kg)
Plomo ácido 300 (@ 30% DOD) 80 0,1 35
NiMH 500 60 - 80 0,25 70
Li Ion 500 - 2000 85 - 95 0,3 100 - 250
(gasolina) 12 000
Hay diferentes tipos de baterías de Li Ion, con 3,3 – 3,7 V:
grafito/ electrolito de sal de Li en solvente organico / Li FePO ó
LiMn0, LiCoO
Las baterias de Li ion son
selladas, no requieren
mantenimiento, tienen una
densidad de carga alta y
resisten muchos ciclos de
carga /descarga
Batería de Pb

29. Eficacia de diferentes lámparas eléctricas
LED:”Díodo emisor de luz”: para producir luz visible
una nueva fuente de luz muy eficaz,
usada en “Sistemas pico fotovoltaicos” Tipo de lámpara Eficacia (lm / W)
Incandescente (50 W) 11
Eficacia de un LED: Ahorrador LFC 50
con 1 W de electricidad,
LED (luz blanca) 5 - 150
un LED puede producir 150 lm
Lámpara “ideal” 250
La intensidad de la luz visible se mide (luz blanca)
en Lumen (lm)
Lámpara ideal 683
Principios físicos de un LED: (555 nm, verde)
Un LED es un dispositivo semiconductor
que transforma energía eléctrica en
luz (monocromática)
Espectro de “LED blanco”
En un material fluorescente encima
LEDs[ de distintos colores del LED se produce “luz blanco”

30. Costo de la electricidad solar fotovoltaica
Costo de modulos FV 0.5- 2 $/ Wp
Costo de 1kWh (conectado a la red) 0.1 – 0.5 $
Costo de un SFD (50 -100 Wp) 100 – 500 $
Costo de un pico – SF 30 - 200 $
Costo 1 kWh (con SFD) 0.5 - 1.6 $
Ref: Costo de 1kWh de la electricidad de la red
0.10 – 0.15 $
30

31. PV Module Production Experience (or “Learning”) Curve
1976
20% “learning curve” since 1975
Module price decreases by
20% for every doubling of
cumulative production
2015: 100 GWp
2005 35% growth
2008: ~ 17.8 GWp 80%
Source: Ajeet Rohatgi, Solar 2009

32. Capacidad de producción en 2011 de los
10 fabricantes más grandes de paneles FV
Mono c-
Company name Estimate Poly c-Si Thin film
Si
1. LDK Solar Co., Ltd 3,0 GW
2. Sharp Solar 2,8 GW
3. Suntech Power Holdings Co. Ltd 2,4 GW
4. First Solar Inc. 2,3 GW
5. JA Solar Holdings Co., Ltd. 2,2 GW
6. Canadian Solar Inc 2,0 GW
7. Trina Solar Limited 1,9 GW
Yingli Green Energy Holding Company
8. 1,7 GW
Limited
9. Hanwha SolarOne Co.,Limited 1,5 GW
10. Jinko Solar Holding Co., Ltd 1,5 GW

34. Potencia FV instalada hasta fines de 2011
total, a nivel mundial: 67.4 GW

35. Ejemplos de instalaciones fotovoltaicas

38. Pronóstico del Consejo Científico del Gobierno de Alemania para
las fuentes primarias de energía (en EJ/a) Fuente:
www.solarwirtschaft.de