Opinion · Un poco de ciencia, por favor

El mercado de la energía solar fotovoltaica

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física

En varios artículos previos publicados en este blog he descrito diversos aspectos de la ciencia y la tecnología que son el fundamento de la energía solar fotovoltaica. En este haré un breve repaso de su desarrollo tecnológico y cómo este ha favorecido una reducción significativa de los costes de la energía obtenida con módulos fotovoltaicos durante los últimos años. En el último punto del texto, detallaré quienes son los principales fabricantes de los módulos fotovoltaicos, que están propiciando la incorporación masiva de esta fuente renovable al “mix” energético global.

1. Madurez tecnológica de la energía solar fotovoltaica

El desarrollo tecnológico alcanzado por la energía solar fotovoltaica en los últimos 10-15 años es, sencillamente, impresionante. Uno de los factores que lo ha posibilitado es que la tecnología de fabricación de las células solares hereda todos los procesos empleados en la fabricación de circuitos integrados, lo que ha permitido diseñar unos pasos de fabricación muy bien contrastados, fiables y reproducibles, lo que ha redundado en altos rendimientos de fabricación y por consiguiente, en reducción de costes.

Fruto de la madurez tecnológica alcanzada, la eficiencia de las células solares se incrementa año tras año, de manera que en algo más de una década, hemos pasado de módulos con una eficiencia de conversión de la energía solar en eléctrica del 18-20% (23% en célula) a principios de los años 90, a módulos con valores de eficiencia del 25,2% (26,6% en célula) en la actualidad [1]. La siguiente figura muestra el incremento de la eficiencia experimentado por las células y los módulos desde 1990 hasta el día de hoy, detallado para las diversas tecnologías de silicio:

Evolución de la eficiencia de células solares y módulos fotovoltaicos basados en silicio cristalino (c-Si) y multi cristalino (mc-Si). En cada caso, se muestra el centro de investigación  y/o fabricante que lo obtuvo. Fuente: C. Battaglia, A. Cuevas y S. De Wolf “High-efficiency crystalline silicon solar cells: status and perspectives”. Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1552-1576

 

2. Reducción del coste de la potencia solar fotovoltaica

En paralelo con el incremento de eficiencia mostrado en el punto anterior, el precio del vatio fotovoltaico ha experimentado una reducción continuada que obedece a una ley empírica, conocida en el sector como Ley de Swanson, que toma su nombre de Richard Swanson, fundador de SunPower, un fabricante estadounidense de módulos fotovoltaicos −también se la conoce como “curva de aprendizaje de la energía fotovoltaica”−. Dicha tendencia, aunque ha sufrido altibajos en años recientes, muestra que el precio del vatio se reduce un 20% cada vez que se duplica la potencia instalada en el mundo; la siguiente figura lo muestra:

Evolución del precio del vatio fotovoltaico en los últimos 10 años para las tecnologías de Si cristalino y las de lámina delgada (esencialmente, CdTe). La tendencia para ambas es muy similar. Fuente: informe “Photovoltaic Report”, 12-july-2017, Fraunhofer ISE

La razón de esa drástica disminución se debe a la apuesta generalizada por la energía solar fotovoltaica a escala mundial, lo que ha generado unas economías de escala sin precedentes. Lógicamente, esta reducción de precios de la potencia fotovoltaica se traslada a los de la electricidad producida, tal y como analizo en el siguiente punto.

3. Reducción del coste de la energía eléctrica producida con módulos solares

La figura anterior muestra la evolución del coste del módulo (es decir, del generador de energía), al que hay que sumarle el del resto de los elementos que integran una instalación: inversor, regulador, batería, cableado, estructura de soporte de los módulos, mano de obra, etc. A los precios actuales, el coste de todos los elementos de una instalación conectada a la red, es decir, excluidos los elementos de almacenamiento, es similar al de los módulos, de manera que para una instalación determinada, el coste total será, aproximadamente dos veces el coste de los módulos, tal y como he detallado en este artículo.

A esto se añade el hecho de que las mejoras en la eficiencia de los módulos están favoreciendo la reducción de la cantidad de estos requerida para obtener una potencia determinada y esto a su vez está reduciendo tanto los costes de mano de obra como los costes generales de la instalación. En consecuencia y teniendo en cuenta los altos niveles de irradiación de España, hoy en día en la práctica totalidad de nuestro país el precio del kWh fotovoltaico está comprendido en el margen 8-14 cent€, valor muy similar al producido con fuentes no renovables (el coste del kWh generado con gas o carbón, es de 6-12 cent€).

La figura siguiente muestra la evolución del precio de kWh fotovoltaico en la última década en todo el mundo, de acuerdo al último informe elaborado por IRENA (International Renewable Energy Agency). Se muestra también la evolución de los precios del kWh obtenido con otras fuentes renovables, así como el producido mediante combustibles fósiles:

Evolución del precio del kWh (LCOE; Levelized Cost Of Energy) de instalaciones renovables en todo el mundo durante el período 2010-2017. Fuente: informe IRENA “Renewable Power Generation Costs in 2017”. El diámetro de cada círculo representa el tamaño de la instalación. Las líneas gruesas son el valor del LCOE promedio para las todas las plantas instaladas cada año. La franja verde representa el margen de precios del kWh obtenido con fuentes no renovables.

En consecuencia, debido a todos los factores apuntados en los párrafos anteriores, la energía solar fotovoltaica es una fuente de electricidad rentable y sostenible en un número creciente de países. De hecho, los precios de las instalaciones por debajo de 1 €/Wp son ahora comunes en muchos países, incluidos varios de Europa. Esto se ha logrado gracias a la disminución de los precios de los módulos −excepto en Europa, donde el precio mínimo de importación de módulos procedentes de China ha mantenido los precios a un nivel superior al del mercado− e inversores, que combinados con economías de escala, han reducido los costes de instalación mucho más rápido de lo que se esperaba hace muy pocos años. El resultado global son unos valores del coste del kWh altamente competitivos, según se muestra en la figura anterior [2].

4. Los grandes fabricantes de módulos fotovoltaicos en la actualidad

Como buena parte de la industria relacionada con la electrónica, los grandes fabricantes de módulos están localizados en Asia y en Norteamérica, siendo algunas de las empresas de carácter multinacional. La práctica totalidad de los fabricantes basan su tecnología en el silicio cristalino y multi cristalino, aunque los detalles del proceso de fabricación empleado por cada productor son secretos y están celosamente guardados por cada uno de ellos, lógicamente. El siguiente vídeo ilustra la ruta de fabricación de un módulo fotovoltaico; con variantes, este es el proceso seguido por la mayoría de fabricantes:

Algunos de los fabricantes de fuera de China aportan al mercado diferenciación tecnológica; el caso más paradigmático es el de First Solar, que ostenta el dominio casi absoluto de la tecnología de CdTe.

La siguiente tabla muestra el ranking de los 10 primeros fabricantes en 2016 y 2017; en conjunto, fueron responsables del 52% de la producción total de módulos fotovoltaicos:

Los 10 primeros fabricantes de módulos en 2017. A efectos comparativos, se muestra la lista en 2016. Fuente: Finlay Colville, “Top 10 module suppliers in 2017”, PV Tech, 15-enero-2018

 De un año al siguiente, algunos de los fabricantes de la tabla han cambiado de lugar, otros se han caído (de estos últimos, solo First Solar tiene una hoja de ruta para aumentar su producción en los próximos años), otros se han retirado de la producción y otros han quebrado.

Como ejemplo de lo cambiante que es este mercado, Sharp Solar (Japón) fue el primer fabricante de módulos solares entre 2001 y 2007, el período más largo para cualquier fabricante individual. Sharp Solar es uno de los pioneros de la industria fotovoltaica en tecnología de silicio cristalino y amorfo. Como se ve en la tabla, no figura entre los diez grandes y eso sucede ya desde hace cerca de una década. Otro caso es el del fabricante español Isofotón, situado entre los diez grandes en el período 2000-2005 y hoy en día desaparecido tras la liquidación de la empresa en 2014. De modo similar, BP Solar estuvo entre los primeros fabricantes del mundo en el período 2000-2007, para finalmente desaparecer en 2011, aunque parece que BP quiere reflotar su división de fotovoltaicos con el nombre Lightsource BP, según se anunció a finales del año pasado; para ello, BP adquirirá una participación de capital de 43% en Lightsource.

Volviendo a los mayores fabricantes en 2017, la parte de la “tarta” del mercado fotovoltaico mundial que se llevan las compañías chinas ha sido mayor que nunca hasta la fecha, ya que salvo Canadian Solar, las otras nueve empresas son fábricas chinas, y solo Hanwha Q-Cells tiene en su catálogo productos con patentes que no son propias (Q-Cells fue un gran fabricante alemán, adquirido por Hanwha en 2012 tras la quiebra del primero).

¿A qué se debe este dominio casi absoluto de los fabricantes chinos? hay dos razones esenciales que lo explican:

La primera, el propio mercado de China, que en estos momentos representa más del 50% del mercado fotovoltaico mundial y el hecho de que solo los fabricantes chinos juegan en ese mercado, prácticamente cerrado a cualquier competidor externo. La otra razón, algo más compleja de entender, es que la mayoría de esos fabricantes tienen plantas de producción en diversos países del sudeste asiático (Malasia, Tailandia y Vietnam), lo que les permite salvar las restricciones a la importación vigentes en Europa y Estados Unidos de América para módulos provenientes de China, con lo que el mercado mundial se nutre masivamente de los productos de estos fabricantes [3].

Así pues, es probable que la lista de los 10 principales proveedores de módulos para este año sea muy parecida a la de 2017, debido esencialmente al continuo crecimiento del mercado fotovoltaico en China, de manera que fabricantes chinos venderán módulos fabricados en China a los clientes de China. En definitiva, no hace falta ser un lince para concluir que los fabricantes chinos seguirán en el “Top Ten” del ranking mundial en 2018 y probablemente más allá de esa fecha.
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[1] En la actualidad, el record mundial de eficiencia de células de silicio lo ostenta Kaneka Corporation (Japón), que fabricó en agosto de 2017 una célula con una eficiencia del 26,6%, muy próximo al valor máximo teórico (30%), lo que da idea del grado de madurez alcanzado por esta tecnología.

[2] Para seguir al día la evolución del mercado fotovoltaico en el mundo, recomiendo consultar Energy Trend PV.

[3] La razón es la siguiente: un módulo de un fabricante chino, con la etiqueta “Made in China”, tiene restringido el acceso a los mercados de Europa y EEUU; en cambio, el mismo módulo del mismo fabricante con la etiqueta “Made in Malasia” no sufre esas restricciones, con lo que a efectos prácticos, no hay límites a las ventas en esos mercados.