Curso CDT Parte I

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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA Introducción

PARTE I

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Introducción Energía Solar Fotovoltaica

  o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Hace 13.700 millones de años nació el Universo y lo hizo siendo única y exclusivamente exclusivamente energía. Por procesos, que a día día de hoy se siguen estudiando, una pequeña parte de esa energía se convirtió en materia. Esta materia apenas supone un 4% del Universo y gracias a ella existe la vida. El objetivo de la vida es el de conseguir energía para seguir existiendo, por lo tanto debemos considerarla como el tesoro más valioso que puede obtener cualquier ser vivo.  A excepción del hombre todos los seres vivos utilizan la energía exclusivamente para sobrevivir orgánicamente. orgánicamente. El hombre es el único ú nico ser del planeta que utiliza la energía con fines diferentes al de su propia subsistencia como organismo vivo. El nivel de vida que llevamos nos obliga a consumir tanta energía y a tal velocidad que, con inteligencia pero sin ética alguna, hemos decidido expoliar el planeta en busca de soluciones que en realidad distan mucho de serlo. Las energías primarias (aquellas que se extraen directamente de la naturaleza : Carbón, Petróleo, Gas Natural, Nuclear,,) son las elegidas por el hombre como las principales fuentes energéticas energéticas de consumo. Dichas fuentes fuentes de de energía se consumen a un ritmo millones de veces más rápido que el tiempo que necesitaron para crearse. Por lo tanto, son energías agotables y a medida que eso sucede su valor se incrementa y afecta a todo el sistema socio-económico mundial

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Hace 13.700 millones de años nació el Universo y lo hizo siendo única y exclusivamente exclusivamente energía. Por procesos, que a día día de hoy se siguen estudiando, una pequeña parte de esa energía se convirtió en materia. Esta materia apenas supone un 4% del Universo y gracias a ella existe la vida. El objetivo de la vida es el de conseguir energía para seguir existiendo, por lo tanto debemos considerarla como el tesoro más valioso que puede obtener cualquier ser vivo.  A excepción del hombre todos los seres vivos utilizan la energía exclusivamente para sobrevivir orgánicamente. orgánicamente. El hombre es el único ú nico ser del planeta que utiliza la energía con fines diferentes al de su propia subsistencia como organismo vivo. El nivel de vida que llevamos nos obliga a consumir tanta energía y a tal velocidad que, con inteligencia pero sin ética alguna, hemos decidido expoliar el planeta en busca de soluciones que en realidad distan mucho de serlo. Las energías primarias (aquellas que se extraen directamente de la naturaleza : Carbón, Petróleo, Gas Natural, Nuclear,,) son las elegidas por el hombre como las principales fuentes energéticas energéticas de consumo. Dichas fuentes fuentes de de energía se consumen a un ritmo millones de veces más rápido que el tiempo que necesitaron para crearse. Por lo tanto, son energías agotables y a medida que eso sucede su valor se incrementa y afecta a todo el sistema socio-económico mundial

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El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, necesidades, si si aprendemos aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia. La idea de utilizar el calor solar es muy a ntigua:

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1. En el siglo siglo III a.C., Arquíme Arquímedes des utilizó utilizó espejos espejos solare solares s para incendiar la flota enemiga que atacaba su ciudad. 2. En el siglo XVIII XVIII comenzó comenzó a experim experimentarse entarse con con hornos hornos solares. 3. En los inicios inicios del siglo siglo XX aumenta aumenta el interés interés por esta fuente fuente de energía. Después de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron desde cocinas solares a máquinas de vapor. 4. En 1973 se produjer produjeron on eventos eventos important importantes es en el mercado mercado del petróleo en el mundo, que se manifestaron en los años posteriores en un encarecimiento notable de esta fuente de energía no renovable, resurgieron las preocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la energía. 3

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5. En la década de los ochenta, aparecen evidencias de un aumento en las concentraciones de gases que provocan el efecto de invernadero en la atmósfera terrestre, las cuales han sido atribuidas, en gran medida, a la quema de combustibles fósiles. Esto trajo como resultado una convocatoria mundial para buscar alternativas de reducción de las concentraciones actuales de estos gases, lo que llevó a un replanteamiento de la importancia que pueden tener las energías renovables para crear sistemas sustentables.

Como resultado de esta convocatoria, muchos países, particularmente los más desarrollados, establecen compromisos para limitar y reducir emisiones de gases de efecto de invernadero renovando así su interés en aplicar políticas de promoción de las energías renovables.

Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como prin cipal energético, se reconsideró el mejor aprovechamiento de la ENERGIA SOLAR y sus diversas manifestaciones secundarias tales como la energía eólica, hidráulica y las diversas formas de biomasa; e s decir, las llamadas energías renovables. 4

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Si la extracción continúa al mismo ritmo que en el 2002, salvo que se encontrasen nuevos yacimientos, las reservas mundiales durarían aproximadamente 42 años.

Se calcula que quedan unas 143.000 millones de toneladas.

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El extraordinario aumento del precio del barril de petróleo, que en las últimas fechas ha llegado a superar los 147.30 dól ares para el tipo West Texas Intermediate, es originado por la escasez de este recurso en el mercado mundial. El problema en este momento no se encuentra por el l ado de la capacidad de la oferta, sino por el lado de la fuerte demanda en el mundo La causa actual de la debilidad del mercado petrolero mundial es el continuo incremento de la demanda de las economías en expansión, que a estas fechas ha alcanzado ya los 84.4 millones d e barriles de petróleo al día, según la "Agencia Internacional de la Energía”.

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La energía solar se manifiesta de diversas formas y su aplicación ha sido fundamental para el desarrollo de toda la humanidad. A estas formas se les conoce como energías renovables, ya que son formas de energía que se van renovando o rehaciendo con el tiempo o que son tan abundantes en la tierra, que perdurarán por cientos o miles de años, las usemos o no. La energía solar consiste en la conversión directa de la luz solar en electricidad, mediante un dispositivo electrónico denominado “célula solar”. La conversión de la energía de la luz solar en energía eléctrica es un fenómeno físico conocido como efecto fotovoltaico . Presenta características peculiares entre las que se destacan: 

 Elevada calidad energética.



 Pequeño o nulo impacto ecológico.



 Inagotable a escala humana.

La energía solar es una energía garantizada, desde el punto de vista científico, para los próximos

6.000 millones de años. 9

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La energía solar que recibe nuestro planeta es resultado de un proceso de fusión nuclear que tiene lugar en el interior del Sol.    2    1    0    2   o    t   s   o   g    A

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De toda la energía que produce ese proceso nuestro planeta recibe menos de una milmillonésima parte. Esa energía, que en poco más de ocho minutos recorre los más de 145 millones de kilómetros que separan al Sol de la Tierra resulta, sin embargo, una cantidad enorme en proporción al tamaño de nuestro planeta. La energía solar se manifiesta en un espectro que se compone de radiación ultravioleta, visible e infrarroja. Al llegar a la Tierra, pierde primero su parte ultravioleta, que es absorbida por una capa de ozono que se presenta en el límite superior de la atmósfera. Ya en la atmósfera, la parte infrarroja se pierde ya sea por dispersión al reflejarse en las partículas que en ella se presentan o al llegar a las nubes, que son capaces de reflejar hasta un 80% de la radiación solar que a ellas llega. El resto llega a la superficie, ya sea de manera directa o indirectamente como reflejo de las nubes y partículas en la atmósfera. La radiación solar que llega a la superficie terrestre se puede transformar directamente en electricidad o calor. El calor, a su vez, puede ser utilizado directamente como calor o para producir vapor y generar electricidad. 10

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Necesidades energéticas mundiales   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Necesidades energéticas mundiales   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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La energía solar consiste en la conversión directa de la luz solar en electricidad, mediante un dispositivo electrónico denominado “ célula solar ”. La conversión de la energía de la luz solar en energía eléctrica es un fenómeno físico conocido como efecto fotovoltaico . Presenta características peculiares entre las que se destacan:



 Elevada calidad energética.



 Pequeño o nulo impacto ecológico.



 Inagotable a escala humana.

Heinrich Hertz (1857-1894), científico alemán, fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico, en 1887, mientras trabajaba en la generación de ondas de radio. Informó esta observación pero no se dedicó a explicarla 13

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Mapa de radiaciones a escala mundial   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Más de 2500 horas de sol anuales en el norte de Chile

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La fuente de energía más constante con la que cuenta nuestro planeta es la proveniente del sol, que alcanza en promedio 1.360 W/m 2  [Arenas René, Nodo Solar] en la capa exterior de la atmósfera. La energía solar es el recurso energético más abundante en la tierra. La energía solar que

recibe la superficie del planeta en una hora es equivalente al total de energía consumida por todo s los humanos en un año. El denominado Cinturón de Sol , que va desde los 35°N hasta los 35°S, alcanza a cubrir casi la mitad del país, posibilitando el desarrollo de tecnologías de energía solar en esta área, con un potencial prácticamente ilimitado desde el punto de vista del recurso [EPIA, 2010/Estela Solar].  Además, las zonas del desierto otorgan grandes extensiones de tierras disponibles. Se estima que el potencial bruto de capacidad instalable, que posee Chile para generación de energía eléctrica a partir de energía solar es de 100.000 MW

[USM, 2008]. 15

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Sin embargo, el mercado eléctrico chileno sólo abarca un 2,9% de ERNC instalado, entre los cuales la Solar no presenta gran peso.   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Fuente: Gobierno de Chile – Mº de Energías Renovables – CORFO CNE, CDCE y CER

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Introducción Energía Solar Fotovoltaica Pero la evolución energética sigue en aumento y tal consumo no puede ser abarcado por las fuentes disponibles actualmente.   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Fuente: Gobierno de Chile – Mº de Energías Renovables – CORFO CNE, CDCE y CER

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Introducción Energía Solar Fotovoltaica Mientras que los Gases de Efecto Invernadero (GEI) asociados a las Energías Convencionales son excesivamente altos.   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Benjamin K. Sovacool. Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power:  A critical survey. Energy Policy, Vol. 36, 2008, p. 2950 Marcelo Mena-UNAB-NODO PV 2012

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Introducción Energía Solar Fotovoltaica De ahí que el gobierno chileno haya emprendido una serie de acciones para legislar la inclusión de ERNC dentro del mercado eléctrico.   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Marco Regulatorio – ERNC Chile Ley 19.940 (2004) – “Ley Corta I” Ley 20.257 (2008) – “Ley ERNC” Ley 20.365 de Sistemas Solares Térmicos Ley 20.571 “Net Billing”

De concretarse todos los proyectos, Chile equipararía a USA en energía solar PV instalada.

Ley 19.657 Concesiones Geotérmicas

Factores de planta de 24 a 30% para Solar PV

Licitaciones Ministerio de Bienes Nacionales

Demoran 1 año en construirse… proceso de aprobación sin contratiempos. 19

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Ley 20.257 (2008) – “ Ley ERNC”   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Obliga a las empresas generadoras, en los sistemas SIC y SING, a acreditar que un 10% de sus contratos afectos provengan de ERNC. 

Gradualidad de la obligación: 

 –2010-2014: 5%



 –2015-2024: aumenta 0,5% anual hasta el 10% en 2024



Crea mercado por el atributo ERNC  Precio medio 2011: 14 US$/MWh



Los contratos afectos son aquellos suscritos con posterioridad al 31 de agosto de 2007



Permite el intercambio de excedentes entre ambos sistemas



Cargo por incumplimiento de 30 US/MWh (primer año) y 45 US/MWh (si reincide en los 3 años siguientes) a beneficio de los clientes finales



 Acreditan inyecciones generadores ERNC con fecha de puesta en servicio posterior al 01 de enero de 2007

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Ley 20.571 “ Net Billing” 20 de Marzo de 2012   o   c    i   g    ó    l   o   n   c   e    T   o    l    l   o   r   r   a   s   e    D   e    d   n    ó    i   c   a   r   o   p   r   o    C

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Consumidores regulados (potencia conectada