Un poco de ciencia, por favor

Fotovoltaica: el imparable ascenso de una tecnología global

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

 

(El contenido de este artículo está recogido de forma más amplia y detallada en el Capítulo 5 de mi libro: "Energía Solar. De la utopía a la esperanza"; 2020, Guillermo Escolar Editor)

 

La tecnología fotovoltaica, que comenzó su recorrido con aplicaciones marginales (satélites artificiales, faros de costa) ha ido progresivamente alcanzando mayor importancia, hasta llegar al momento presente, en el que ya forma parte en porcentajes cada vez más significativos del mix energético de los principales países del planeta. Las instalaciones de autoconsumo doméstico y los grandes huertos solares son ya una realidad cotidiana. A este segundo tipo de instalaciones está dedicado este artículo.

Topaz Solar Farm, situado en Carrizo Plain, California, EEUU, visto desde el espacio. Es una instalación basada en la tecnología de CdTe. Tiene nueve millones de módulos fotovoltaicos, con una potencia de 550 MW y ocupa una extensión equivalente a la tercera parte de la isla de Manhattan (25.6 km2)

 

El siguiente vídeo muestra el proceso de instalación de este huerto, que supuso todo un reto logístico:

1. Los grandes huertos solares y los problemas que acarrean

El tamaño de los grandes sistemas fotovoltaicos se ha incrementado de manera progresiva desde comienzos del presente siglo, momento que ha supuesto el despegue definitivo de esta fuente energética en todo el planeta, marcando cada año un nuevo record. Así, el primer huerto solar con una potencia cercana a los 100 MW (Sarnia Photovoltaic Power Plant, 97 MW, Ontario, Canada) se puso en marcha en 2010. Los 200 MW se alcanzaron en 2012, con el huerto Huanghe Hydropower Golmud Solar Park  (Golmud, Qinghai, China). En 2014, Topaz Solar Farm, se convirtió en la mayor planta del mundo con 550 MW, siendo la primera en superar 500 MW.

A partir de 2016, las grandes instalaciones se están ubicando mayoritariamente en Asia, principalmente en India y China, países que están instalando, un año tras otro, enormes cantidades de potencia fotovoltaica. En este momento, la mayor planta fotovoltaica del mundo es Bhadla Solar Park, instalado en 2020 (Bhadla, Phalodi tehsil, Jodhpur), con una potencia de 2245 MW.

La evolución del tamaño de los huertos solares desde 2006 hasta el día de hoy se muestra en la siguiente Tabla, señalando las instalaciones que han marcado records en el momento de su puesta en marcha:

Año Huerto solar País Potencia (MW)
2006 Erlasse Alemania 11.4
2008 Olmedilla España 60
2010 Sarnia Canada 97
2011 Huanghe China 200
2014 Topaz EEUU 550
2015 Longyangxia Damm China 850
2016 Tengger China 1547
2020 Bhadla Solar Park India 2245

Huertos solares que marcaron en su momento un record de potencia instalada. Se indica el año de instalación, la localización, el país y la potencia nominal

 

En España, tras años de parálisis, el sector fotovoltaico ha crecido de manera muy significativa en los dos últimos años. En la actualidad, se acaba de poner en funcionamiento la planta fotovoltaica Núñez de Balboa, la mayor de Europa en el momento de publicar este artículo. Está situada en Usagre, Badajoz, Extremadura, con 500 MW de potencia instalada:

Plano de la planta Núñez de Balboa, puesta en comparación con el de la ciudad de Badajoz, para hacerse una idea del tamaño de la instalación

 

Quiero destacar que estas grandes instalaciones plantean problemas de sostenibilidad de gran callado y deberían ser la excepción y no la norma. Los huertos solares de una potencia más pequeña, situados en el margen de 1-10 MW son mucho más fáciles de integrar en el entorno, pues la superficie que ocupan es manejable (en el margen 1-10 hectáreas por instalación) y se pueden conectar de manera inmediata a la red de distribución de media tensión, que alimentan a los centros de transformación con los que se atiende el 75% de la demanda de energía eléctrica del país. Necesitamos una implantación de generación fotovoltaica en nuestro país mucho más equilibrada, mejor distribuida en el territorio y que contribuya a la mejora de la economía local. En ese sentido, el auge del autoconsumo será un factor clave para lograr un modelo energético menos centralizado que el actual, tal y como ya estamos viendo en otros países.

A una escala diferente, pero significativa, en la última década también ha habido una generalización de instalaciones de tamaño mediano situadas en tejados de grandes fábricas, recintos deportivos y centros logísticos o de investigación de grandes empresas. Hay infinidad de estos equipamientos proliferando en todo el mundo; algunos de los más llamativos que hay en funcionamiento en la actualidad son los que muestro en la siguiente imagen compuesta:

Izquierda: Estadio Nacional de Taiwan (2.5 MW) con el tejado de las gradas y el aparcamiento totalmente recubiertos de paneles fotovoltaicos, con una forma que recuerda a un dragón. Derecha: sede central de Apple en Cupertino, California (17 MW). Todo el tejado circular del edificio está recubierto de paneles fotovoltaicos, que suministran el 75% de la energía del edificio

 

Este tipo de instalaciones es mucho más fácil de gestionar e incorporar al mix energético y en unión con las instalaciones de autoconsumo ya comentadas, se evitarían inversiones adicionales de transporte, que en caso de los grandes huertos ha de realizarse en alta tensión; lo que acabaría aumentando los costes del sistema eléctrico y la factura de la luz.

El 95% de las instalaciones fotovoltaicas del planeta, de todos los tamaños, utilizan tecnología basada en silicio, en sus dos variantes mono y multicristalino. En este vídeo explico las razones que explican esta hegemonía tecnológica:

 

2. Potencia fotovoltaica instalada en el planeta

El crecimiento mundial de la energía solar fotovoltaica ha seguido un crecimiento exponencial desde finales de la década de 1990. A partir de entonces, ha evolucionado desde las aplicaciones a pequeña y muy pequeña escala hasta convertirse hoy en día en una más de las fuentes de producción de electricidad que integran el mix energético de numerosos países.

Cuando los sistemas fotovoltaicos se identificaron por primera vez como una tecnología viable para la producción de energía eléctrica de carácter renovable, varios gobiernos pusieron en marcha programas para proporcionar incentivos económicos a las inversiones y a la producción de energía fotovoltaica, denominados genéricamente primas a la producción o feed-in-tariff; ese ha sido el caso de Japón, Alemania, España, Italia, Gran Bretaña, EEUU, etc. El caso de España es ciertamente pintoresco, ya que los vaivenes regulatorios habidos desde los años del despegue de las instalaciones fotovoltaicas (2007-2008) han hecho que la potencia instalada cada año haya seguido una verdadera montaña rusa, con años de record mundial, seguidos de otros de instalaciones casi nulas.

Como consecuencia de todos estos programas gubernamentales de estímulo a las instalaciones fotovoltaicas, el coste de la electricidad se ha reducido drásticamente, debido a los efectos de estas primas en el coste de la tecnología, tal y como se muestra en la siguiente figura:

Evolución del coste del vatio solar en los últimos cuarenta años. En la actualidad, el precio está por debajo de los 25 céntimos de euro

 

Este crecimiento se hizo todavía más significativo cuando la producción de módulos solares se incrementó en los Estados Unidos y, especialmente, cuando China incorporó esta fuente energética al Plan Quinquenal puesto en marcha en 2011. Desde entonces, su despliegue ha cobrado impulso a escala mundial, particularmente en Asia, pero también en América del Norte y Europa. Esto ha provocado que en la actualidad la energía solar fotovoltaica se encuentre en situación de paridad de red -condición, tanto geográfica como temporal, que se da cuando una fuente de generación de energía eléctrica es capaz de producir la energía a un coste igual o inferior al precio de compra de la electricidad de la red eléctrica-. Europa es el líder mundial de paridad de red, ya que prácticamente todo el continente se encuentra en esa situación lo que es debido, entre otros factores, a los elevados costes de la energía eléctrica en la mayor parte de los países de Europa occidental. Se estima que en 2019 el 80% de los países alcanzaron la situación de paridad de red y globalmente se alcanzará en todo el planeta hacia  2022-2024.

Históricamente, Estados Unidos fue el líder de la energía fotovoltaica instalada durante muchos años. Posteriormente, Japón se situó en primer lugar y mantuvo esa plaza desde finales de la década de 1990 hasta 2005, año en el que Alemania tomó la delantera, posición que mantuvo durante la siguiente década. En 2015, China superó a Alemania para convertirse en el mayor productor mundial de energía fotovoltaica y en 2017 se convirtió en el primer país en superar los 100 GW de capacidad instalada. A fines de 2019, la capacidad instalada acumulada global alcanzó 627 GW. La siguiente figura muestra la evolución de la potencia instalada en el planeta desde comienzos de la presente década:

Crecimiento de la potencia instalada en el mundo en la última década

 

Sin ningún género de dudas, la energía solar fotovoltaica, junto con la eólica, van a protagonizar la transición energética en la que están inmersos la mayoría de las potencias industrializadas del mundo.