Panel Solar
Paneles Solares para viviendas habituales (Auto-Consumo)
Paneles Solares Características y usos.
Un panel solar es un dispositivo de tecnología de energía solar basado en colectores solares térmicos o fotovoltaicos destinados a convertir la radiación solar en energía térmica o eléctrica.
Tipos.
Hay tres tipos de paneles solares:
Los paneles solares , llamados colectores solares "térmicos solares" o colectores simplemente solares, que atrapan el calor de la luz solar y la transfiere a un fluido de transferencia de calor. La versión más potente se llama central termodinámica solar.
Los paneles fotovoltaicos solares, llamados "módulos fotovoltaicos" o paneles solares, simplemente, que convierten la luz solar en electricidad. La energía solar fotovoltaica es comúnmente llamada PV. La versión más potente se llama planta de energía solar fotovoltaica.
Los paneles fotovoltaicos híbridos que combinan ambas tecnologías anteriores y producen electricidad y calor al tiempo que mejora la eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos evitando el sobrecalentamiento de los módulos. La combinación de estas dos tecnologías puede considerarse como cogeneración.
En los tres casos, los paneles suelen ser planos, de una superficie que se acerca más o menos a los m² para facilitar y optimizar la instalación. Las placas solares son los componentes básicos de la mayoría de los equipos de generación de energía solar .
Rentabilidad y rendimiento.
La rentabilidad de las inversiones depende de una serie de parámetros:
Sensores térmicos.
Son rentables en regiones muy soleadas incluso en latitudes altas (norte de Francia, Bélgica, Canadá, etc...
Paneles solares fotovoltaicos.
Son más rentables en zonas muy soleadas. Esto explica el entusiasmo de los países del sur de Europa (Italia, Portugal, España, etc.... tanto grandes consumidores como grandes productores potenciales, para la instalación de grandes plantas. El rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos se define como la proporción de radiación solar transformada en electricidad. Varía de 6 a 8 % 2 para paneles de silicio amorfo, a 46% para la mejor tecnología actualmente disponible. El promedio es actualmente del 14,5%.
Para estimar el potencial de la energía solar, se debe saber que la energía emitida por el sol y recibida por la Tierra en aproximadamente una hora debería permitir, si se recuperara por completo, satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad durante el período. un año.
En teoría, un cuadrado de paneles solares de 344 km de lado (120 000 km 2 ) podría cubrir la totalidad de las necesidades mundiales de electricidad: el rendimiento de una instalación fotovoltaica se estima entre el 15 y el 17 % (en 2007 en Europa) 160 kWh / año / m 2 (o 160 GWh / año / km 2 N 3 ) con requisitos globales estimados en 19 000 TWh (cifra de 2006, 16 000 TWhen 2004 4 ). En el caso de Europa de 27 (3 000 TWh ), un área de 137 km (19 000 km 2 ) sería suficiente, mientras que en el caso de Francia (500 TWh ), tendría que ser 56 km de lado (3 100 km 2 ).
En general, se considera que toda la superficie de los techos existentes, debidamente expuestas y paneles cubiertos, podría ser suficiente para satisfacer las necesidades de electricidad de todo el mundo.
Los paneles solares se pueden inclinar hasta 60 grados para permitir que la nieve se deslice. Además, la superficie caliente del colector solar será suficiente para derretir los montones que podrían permanecer unidos al panel.
Paneles solares térmicos.
Hay dos tipos principales de paneles solares térmicos: "sensores de agua" y sistemas aerotérmicos ("sensores de aire" y sistemas parietodinámicos más o menos pasivos ):
Sensores de agua termal.
El agua o, más a menudo, un refrigerante (cf calentador de agua solar ) circula en tubos de circuito cerrado. Para un mejor rendimiento, los tubos pueden ser "vacío", es decir, que la superficie de los tubos es doble y entre estas dos capas se evacua. Esto permite obtener un efecto invernadero . Los paneles solares térmicos también se pueden resumir como una superficie acristalada simple bajo la cual circula el refrigerante en un circuito cerrado.
Este sistema representa la primera tecnología de sensores, la menos eficiente en la actualidad. Luego, el absorbedor se coloca dentro del tubo o debajo de la placa de vidrio, se calienta por radiación solar y transmite calorEl refrigerante que circula en los tubos.
Los colectores solares de agua se utilizan para producir agua caliente doméstica (ACS) en un calentador de agua solar individual (CESI). Actualmente es la solución más rentable para el uso de energía solar. Los sistemas combinados solares (SSC) están empezando a desarrollarse. Su objetivo es producir agua caliente doméstica y agua caliente para ayudar a calentar el hogar. Estos sistemas permiten ahorrar alrededor de 350 kWh por año y por m² de sensores.
Sensores térmicos "aire".
El aire circula y se calienta en contacto con absorbentes o en un área de efecto invernadero . El aire así calentado se ventila en los hábitats, generalmente para calefacción y, a veces, para usos industriales o agrícolas (secado de los productos).
En Francia, el "Plan Soleil", lanzado en 2000 por la Agencia de Gestión de Energía y Medio Ambiente de Francia (ADEME) para calentadores de agua solares y producción de calor, alienta a las personas a equiparse. Energía solar gracias a incentivos del Estado, las Regiones, ciertos Departamentos y ciertas agrupaciones municipales. El Estado ha implementado un crédito fiscal para el desarrollo sostenible que concierne a varios sistemas. Estas tasas son re-evaluadas cada año. En cuanto a los paneles solares térmicos, un calentador de agua solar tiene una tasa del 15% en 2014.
Paneles solares fotovoltaicos.
Las placas solares fotovoltaicas incluyen células fotovoltaicas conectadas entre sí en serie y en paralelo.
Se pueden instalar en soportes fijos en el suelo o en sistemas de seguimiento móviles llamados rastreadores , en este último caso, la producción eléctrica aumenta en aproximadamente un 30% en comparación con una instalación fija.
Fuera de las plantas de energía solar, las instalaciones fijas se ubican actualmente en los techos de viviendas o edificios, ya sea integrados en el techo o colocados arriba. En algunos casos, los paneles verticales se colocan en la fachada de un edificio.
Esta inclinación no es óptima para la producción de electricidad; en Francia, la posición fija óptima es una inclinación de 30 ° con respecto a la horizontal, o 60 ° si el objetivo es maximizar la producción de electricidad en invierno 8. Sin embargo, como estos paneles reemplazan el revestimiento de la fachada, los ahorros en el revestimiento compensan, al menos parcialmente, la producción más baja.
Existen diferentes tecnologías fotovoltaicas:
El silicio policristalino (pc-Si) que representa aproximadamente el 57,0% del mercado mundial;
El silicio de cristal único (sc-Si) que representa aproximadamente el 30,9% del mercado mundial;
El telururo de cadmio (CdTe) que representa aproximadamente el 5,5% del mercado mundial;
El silicio amorfo (a-Si) que representa aproximadamente el 3,4% del mercado mundial;
CIS (cobre, indio, selenio), CIGS (cobre, indio, galio, selenio), CIGSS (cobre, indio, galio, diselenuro, disulfuro) y arseniuro de galio (Ga-As) que representa menos del 5% del mercado mundial.
Producción mundial.
La producción global de paneles se distribuye principalmente entre China, Taiwán, Alemania, Japón y Estados Unidos. Se trata principalmente de ensamblajes (encapsulación, control electrónico, configuración del marco, estuche de protección ...) porque en 2010, aproximadamente el 50% de la producción mundial de células fotovoltaicas proviene de China y el 80% de Asia. Hoy en día, las principales marcas internacionales tienen sus módulos producidos en Asia y, a veces, logran una etapa de transformación en el producto, mientras que otras grandes empresas simplemente subcontratan su producción.
Aspectos ambientales.
Al igual que muchos procesos industriales, la fabricación de paneles solares plantea riesgos para el medio ambiente , especialmente en términos de calentamiento global.
La fabricación (más el montaje, el transporte y la instalación) también requiere energía. En 2004, el Departamento de Energía de Estados Unidos estima que el panel puso cuatro años para producir una cantidad equivalente de energía. Los fabricantes buscan minimizar los costos y los requisitos de materiales ( especialmente el silicio ), que incidentalmente tiene el efecto de reducir el consumo de energía durante el ciclo de vida del panel, reduciendo el tiempo de recuperación de la energía invertida. Sin embargo, la fabricación de paneles solares puede albergar residuos industriales de silicio 12 , 13 que a la larga sería una ganancia interesante en términos ecológicos.
Desde el punto de vista del balance de dióxido de carbono, a lo largo de un ciclo de vida de 20 años, la emisión de CO 2por kWh producido por un panel fotovoltaico representa según el tipo considerado del 7 al 37% de las emisiones por kWh producido por una central térmica convencional.
Reciclaje.
La mayoría de los componentes de un módulo solar (hasta 95% de ciertos materiales semiconductores), mientras que el vidrio y grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos pueden ser recuperados y reciclados 15 . Algunas empresas privadas 16 y organizaciones sin fines de lucro, como PV CYCLE (s) en la Unión Europea, están estableciendo sistemas de recolección y reciclaje para paneles fotovoltaicos al final de su vida útil. Desde 2010, una conferencia reúne a fabricantes, recicladores e investigadores que se reúnen para discutir juntos el futuro del reciclaje de paneles fotovoltaicos.
En Francia desde finales de agosto de 2014, como parte de la responsabilidad extendida del productor (fabricantes, importadores y / o revendedores), estos últimos deben recuperar, además de los productos eléctricos para el hogar convencionales (WEEE), paneles fotovoltaicos usados (gratis y sin obligación de compra) 19 . Estas empresas tienen la obligación de financiar y recolectar el tratamiento de estos nuevos desechos, sin ningún período de transición, lo que resultará en una participación ecológica.En cada nuevo sensor fotovoltaico vendido. En 2010-2014, varias encuestas y la Unión Europea estimaron que dos tercios de esos desechos nunca llegan a los centros de reprocesamiento aprobados, sino que terminan en vertederos o en el extranjero. Los nuevos objetivos de tasa de recolección son de 2016, se debe recolectar el 45% del peso del equipo vendido en los tres años anteriores (esta tasa se incrementará a 65% en 2019) 19 . Este texto también es más restrictivo con respecto a los envíos de RAEE a países extranjeros.
Dos de las soluciones de reciclaje más comunes son:
Módulos a base de silicona.
Los marcos de aluminio y las cajas de conexiones se retiran manualmente al comienzo del proceso. Luego, el módulo se muele en un molino y las diversas fracciones resultantes de este proceso son metales ferrosos y no ferrosos, vidrio y plástico con una cuota de reciclaje promedio cercana al 80% (peso de entrada). Por ejemplo, el vidrio de los paneles fotovoltaicos se mezcla con el vidrio estándar para ser reintroducido en el sector de fibra de vidrio o aislamiento. Este proceso puede ser realizado por recicladores de vidrio plano, ya que la morfología y la composición de un módulo fotovoltaico es similar a la del vidrio plano utilizado en la industria de la construcción y la automoción.
Paneles fotovoltaicos sin silicona.
Existen tecnologías para el reciclaje de paneles fotovoltaicos sin silicona; algunos utilizan un baño químico para deslaminar y separar los diferentes componentes de los paneles fotovoltaicos. Para los paneles de teluro de cadmio , el proceso de reciclaje comienza con el aplastamiento del panel, lo que resulta en la posterior separación de las diferentes fracciones. Este proceso de reciclaje está diseñado para recuperar hasta el 90% del vidrio y el 95% de los materiales semiconductores 20 . En los últimos años, varias empresas privadas han creado varias instalaciones de reciclaje.
Las baterías también deben reciclarse: si muchas instalaciones fotovoltaicas están conectadas a la red EDF, algunas funcionan de manera independiente. La energía producida durante el día se almacena en baterías especiales (que se descargan de manera más gradual y mejor soportan frecuentes descargas poco profundas, con un regulador instalado entre la batería y el módulo) y, en ocasiones, en baterías cercanas a las de los automóviles. Una batería tiene una vida útil de 4 a 5 años (7 a 15 años para algunos modelos recientes) y contiene metales y productos preciosos y / o tóxicos (comúnmente plomo y ácido). Entonces, para un panel fotovoltaico que puede durar 25 años, será necesario reciclar de 2 a 6 veces las baterías (si su vida útil no aumenta).
Cuestiones geopolíticas.
Desde 2012 hasta 2018, China se convirtió en el líder mundial en 2013 (70% de la producción mundial). También ha sido el principal inversor mundial en energía renovable desde 2012, pero aún carece de una infraestructura adecuada para conectar todas las granjas solares planificadas, lo que empuja a los fabricantes chinos a vender más paneles en el extranjero, con la reacción temprana en 2018 aumentó los aranceles sobre los paneles chinos en los Estados Unidos.
En 2018 , en el mundo, el 70% de los módulos fotovoltaicos se producen en China, a veces hasta un 25% más baratos que en Francia, según Enerplan (que representa a las empresas solares francesas).
En la Unión Europea , en 2017, la energía solar alcanzó el 3% del consumo total de electricidad, pero frente a la competencia de China, Europa estaba en peligro de perder unos 30 000 puestos de trabajo, lo que la empujó a aplicar un sistema anti -Dumping del 11,8% en el mes deJunio 2013y el 47,6% dos meses más tarde en los paneles importados de China.
Europa acusa a China de subvencionar en exceso a las empresas que producen paneles solares, lo que le permite vender paneles solares en Europa a un precio más bajo que su costo de producción. Europa ha extendido estas medidas hasta agosto de 2018 para proteger su industria solar.
Pero en 2017 la Comisión Europea inició una reducción gradual de estas medidas durante dieciocho meses, a pesar de las protestas de la Federación de Productores de la Unión Europea.que un centenar de productores se declararon en quiebra frente a la competencia china, que también se ha adaptado construyendo fábricas en Turquía o en la República Checa o comprando empresas europeas con, por ejemplo, la compra en 2016 del Dutchman Solland Power por parte de Trina solar china (líder mundial). Según la federación SolarPower Europe que representa a los parques fotovoltaicos, estos parques continuarán desarrollándose en Europa.
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