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Esponsorizamos CPV-9. Japón, 15 – 17 Abril.

SAV participa y esponsoriza la conferencia científica internacional más importante del sector de la industria CPV.

CPV-9.

La conferencia se desarrollará en Miyazaki, Japón entre los días 15 y 18 de Abril, donde SAV aprovechará para presentar sus productos y servicios. Visite  www.cpv-9.org para mayor información sobre la conferencia.

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Calibración

Nuestro departamento de ingeniería ofrece servicios de calibración de dispositivos fotovoltaicos CPV para su posterior uso como referencias en ensayos, mediciones o toma de datos de recurso solar. Entre estos dispositivos se encuentran:

  • Monomódulos CPV: Formados por el conjunto “célula, secundario (si existiese) y primario” resultan muy útiles para evaluación previa de prototipos, usos con simuladores solares y toma de datos para gestionar trazabilidad de resultados.
  • Receivers” o “cell on carrier: Calibramos este tipo de dispositivos para su uso como referencia en nuestra gama de simuladores Helios 3030.
  • Módulos CPV: Disponer de módulos de referencia para toma de medidas de referencia (ya sea con simuladores o en condiciones de sol real) resulta clave para poder implementar políticas de control de calidad y trazabilidad de línea de fabricación.

Para garantizar la fiabilidad de los resultados disponemos tanto de equipos de medida como de  elementos proporcionados por los principales fabricantes de CPV propiamente calibrados por los mismos. De esta manera nuestras calibraciones son fácilmente trazables incluso hasta los niveles definidos por las referencias primarias comúnmente utilizadas  en la industria fotovoltaica.

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SAV presente en “CPV Internacional 2013”

El equipo humano de SAV asiste a la 4ª conferencia internacional sobre comercialización de CPV que tiene lugar en Madrid los días 21 y 22 de marzo.

La conferencia contará con la participación de importantes empresas internacionales del sector y en la misma se discutirán principalmente las distintas posibilidades que tiene la industria CPV para su expansión comercial en las distintas áreas geográficas del mundo.

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Diseño CPV

A través de este servicio asesoramos a nivel técnico a nuestros clientes adecuándonos al nivel del nivel de desarrollo de su proyecto, pudiendo alcanzar:

  • Diseño “llave en mano” de componentes y módulos CPV.
  • Evaluación y selección de potenciales proveedores.
  • Optimización de diseños existentes.
  • Asesoramiento para fase de industrialización y escalado productivo.
  • Recomendaciones para definición de políticas de calidad y testeo de componentes.

Para ello SAV pone a su disposición un equipo humano con gran experiencia  en la caracterización y evaluación de células fotovoltaicas,  elementos ópticos y sistemas mecánicos. A su vez, nuestra alianza tecnológica con la Universidad Politécnica de Madrid nos garantiza un rápido y fácil acceso a los mejores especialistas técnicos de muy diversas materias.

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Concentración Fotovoltaica – CPV

Dentro de las distintas tecnologías fotovoltaicas destaca en la actualidad la denominada energía fotovoltaica de concentración, comúnmente conocida como CPV por sus siglas en inglés.

El gran interés científico-comercial que esta tecnología ha despertado se debe principalmente al alto rendimiento que ofrecen sus instalaciones en términos de energía producida, especialmente en áreas de alta irradiación, así como por la gran potencialidad de reducción de costes que presenta si se compara no sólo con otras tecnologías solares sino también con otras fuentes de origen renovable. Estas características podrían situar en un futuro próximo a la CPV como el vector energético solar más utilizado en el futuro para grandes plantas de generación.

Solar Added Value tiene una elevada especialización técnica en el conocimiento de la tecnología CPV y cuyos principios de funcionamiento se pasan a describir a continuación.

Principios de funcionamiento de la tecnología CPV

Los módulos fotovoltaicos de concentración son capaces de colectar la radiación solar y aumentar su densidad de potencia (medida en W/m2) para focalizarlo sobre una célula solar mucho más pequeñas que el área de entrada del colector.

El interés de esta tecnología radica en la ya disponibilidad a nivel comercial de células solares de alta eficiencia (> 40%) que aunque aún caras, permiten minimizar su impacto en el coste global del sistema mediante el uso de dispositivos ópticos capaces de intensificar hasta 1000 veces la irradiancia (W/m²) que llega del sol, y que permiten de esta manera minimizar el área de semiconductor necesaria tal y como se muestra en el esquema.

Efecto de Concentración Fotovoltaica por uso de lente refractiva.

Concentración Fotovoltaica por uso de lente refractiva.

El aumento de la intensidad energética incidente sobre las células debido al uso de los elementos ópticos, comporta inevitablemente un estrechamiento del ángulo de aceptancia de los rayos de luz por lo que únicamente se podrá aprovechar la radiación solar directa proveniente del sol con una tolerancia aproximada de ±1º. Esto último obliga a que dentro del BOS sea indispensable la utilización de dispositivos de seguimiento de doble eje.

Elementos básicos característicos de los sistemas CPV

Tipología de células

Los módulos CPV utilizan por lo general células fotovoltaicas multiunión ó MJ por sus siglas en inglés. Estas células son en realidad varias células solares, denominadas sub-células, conectadas en serie y hechas de materiales semiconductores distintos. La ventaja que permite esta configuración es que permite un mejor aprovechamiento de las energías de los fotones presentes en el espectro solar, proveyendo al sistema por lo tanto de un mejor rendimiento de conversión de la luz en electricidad.

Las células MJ, se puede diseñar y calibrar específicamente para un determinado espectro de manera que la conversión fotovoltaica resulte aún todavía más eficiente. En la actualidad, las células MJ más extendidas son las denominada triple-unión y presentan eficiencias superiores al 40% como se puede ver en el gráfico, y muy superiores a otras más conocidas comercialmente.

Eficiencias alcanzadas por distintas células fotovoltaicas según tipo. Fuente: NREL, USA.

Eficiencias alcanzadas por células fotovoltaicas según tipo.
Fuente: NREL, USA.

Uso de elementos ópticos

Las lentes que se suelen utilizar en el la industria CPV para amentar la densidad de energía incidente sobre la célula pueden ser tanto reflexivas (espejos) como refractivas (lentes de Fresnel), a estos elementos los denominamos por lo general “primario”.

Distintos diseños de SOE montados sobre células MJ

Distintos diseños de SOE montados sobre células MJ

A su vez, por lo general se suele dotar adicionalmente al sistema de un segundo elemento óptico (secundario o SOE) que se coloca adherido o próximo a la célula y cuya misión principal, entre otras, en aumentar la aceptancia angular del conjunto a la vez que asegurar una distribución uniforme de la energía incidente en la célula que evite la generación de puntos calientes sobre la misma.

Necesidad de uso de elementos de seguimiento de doble eje.

Como se ha explicado con anterioridad, los sistemas CPV únicamente aprovechan el recurso solar proveniente de la radiación solar directa (la más energética), lo que obliga a que los módulos deban ser instalados en estructuras de seguimiento de doble eje.

Para un módulo CPV convencional, el valor de aceptancia angular puede variar por lo general entre 0.7 y 1.2º. Este valor debe ser tenido en cuenta a la hora de diseñar o seleccionar el seguidor a utilizar. En la actualidad existen seguidores y dispositivos de seguimiento suficientemente precisos que garanticen este requisito, de manera que permiten orientar los módulos de forma óptimo incluso con cargas elevadas.

Seguidor de doble eje y dispositivo de seguimiento  con gran carga de módulos CPV

Seguidor de doble eje y dispositivo de seguimiento
con gran carga de módulos CPV

Con la excepción de la tipología de célula, no resulta difícil inferir que la mayor la parte de elementos característicos que definen la tecnología CPV (ópticas, seguidores, dispositivos de seguimiento y monitorización etc.) vienen siendo ya utilizados en otros sectores como la industria del automóvil, IT o industria aeroespacial, por lo que una mera optimización en la forma de utilizarlos de manera conjunta podría aportar importantes mejoras de forma aparentemente sencilla. Este hecho, la existencia de importantes centros tecnológicos que siguen investigando en la optimización de esta tecnología, y la apuesta clara de importantes empresas a nivel mundial por su utilización, permiten concluir que la tecnología CPV irá adquiriendo en las próximas décadas un gran peso específico dentro del sector eléctrico y más concretamente en el sector de las energías renovables.

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Otras Tecnologías Fotovoltaicas

Definición e Historia

La Energía Solar Fotovoltaica es una tecnología que permite generar corriente eléctrica continua (CC) por medio del uso de elementos semiconductores cuando éstos son iluminados por un haz de fotones provenientes del sol.

En las aplicaciones fotovoltaicas las células solares, que son los elementos semiconductores, se interconectan y encapsulan en los llamados módulos fotovoltaicos con el objetivo de dotar a las células de mayor durabilidad, resistencia y aislamiento. De esta manera su funcionalidad queda garantizada durante largo tiempo, normalmente entre 20 y 25 años, con producciones superiores al 85% de la potencia nominal inicial. La corriente generada suele, por lo general, transformarse en corriente alterna (CA), más útil, mediante un dispositivo electrónico llamado inversor u ondulador.

El inversor, las baterías, en caso de que se necesite almacenamiento, las estructuras sobre las que se montan y orientan los módulos al sol (fijas, conseguimiento de un eje, con doble eje de seguimiento) así como otros elementos necesarios para construir el sistema completo en la planta (cableado, protecciones, transformadores, etc.) se denominan por lo general “Balance of System” (BOS), que significa, sencillamente, “resto de sistema”.

Planta Fotovoltaica de paneles de Si Policristalino instalados sobre sobre estructuras soporte sin seguimiento. Fuente: Instituto de Energía Solar.

Planta Fotovoltaica de paneles de Si Policristalino instalados sobre sobre estructuras soporte sin seguimiento. Fuente: Instituto de Energía Solar.

A nivel histórico, cabe mencionar que el efecto fotovoltaico fue ya descubierto en el año 1839 por Becqueler, aunque no fue hasta el año 1954 cuando se desarrolló la primera célula de silicio en USA (concretamente en los laboratorios Bell, USA). No obstante, es a partir de los años 60 cuando se empieza a desarrollar la teoría fundamental de la célula solar en todos los aspectos más relevantes conocidos hasta ahora y que caracterizan cada una de las tecnologías solares existentes hoy en día, como son: materiales, espectro de radiación, termodinámica y eficiencia.

Tecnologías Solares Fotovoltaicas: tipologías

Dependiendo principalmente de la tipología de célula seleccionada podemos clasificar las tecnologías fotovoltaicas en distintos subgrupos, cuyas características también inferirán en mayor o menor medida tanto en la configuración del BOS.
Sin entrar en profundidad de detalles, las tecnologías comercialmente disponibles en la actualidad y nombradas en orden decreciente por el número de MW instalados a nivel mundial hoy, son:

Sicilio – monocristalino y policristalino

Barra de Silicio Monocristalino previo corte

SI Monocristalino previo corte

Representan prácticamente el 90% de las instalaciones fotovoltaicas existentes a nivel mundial en la actualidad. Se caracterizan por ser de fácil instalación aunque los ratios la eficiencia de los paneles no superan niveles del 20%. A nivel de BOS pueden ser instalados tanto en estructuras fijas como de seguimiento. En la actualidad su uso es muy extendido pero la gran superficie de células necesaria por metro cuadrado de instalación junto con la necesidad de utilizar muchos otros materiales auxiliares para la producción del módulo hace que su potencial reducción de costes sea limitada.

Thin Film

Se basan principalmente en el uso de células de Si amorfo, teluro de cadmio, CIGS (células flexibles) y otros similares. Normalmente se caracterizan alcanzar eficiencias bajas, entorno al 10%, lo que penaliza mucho su uso en zonas de media y alta irradiación pero lo favorece en zonas con niveles de irradiancia bajas. Por lo general el área necesaria para su la instalaciones alta. Aunque su coste de fabricación es bajo, uno de los mayores inconvenientes que presentan la inversión inicial necesaria en las plantas de producción sea la más elevada de todas.

Concentración fotovoltaica (CPV)

Normalmente basada en el uso de células multiunión, es la tecnología fotovoltaica más novedosa y de más reciente aplicación comercial a nivel terrestre (ya venía siendo utilizada por la industria aeroespacial). Por lo general se ayuda de dispositivos ópticos para concentrar la luz y reducir por tanto el alto coste de las células multiunión; lo que a nivel BOS obliga a su vez al uso de sistemas de seguimiento de doble eje.  Sus elevados rendimientos (los paneles alcanzan eficiencias superiores al 30% hoy en día pero se cree que puedan llegar a niveles próximos al 40-50%) la hacen ideal para la generación de electricidad en grandes plantas situadas en zonas de gran radiación solar presentando a su vez la tecnología con mayor potencialidad de reducción de costes.

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Instalación de planta fotovoltaica con módulos CPV y seguidores de doble eje tipo monoposte. Fuente: ISFOC.

Instalación de planta fotovoltaica con módulos CPV y seguidores de doble eje tipo monoposte.
Fuente: ISFOC.

Desde los orígenes, todos los esfuerzos se han ido enfocando en conseguir células de mayores eficiencias de conversión (diferencia entre energía incidente del sol y energía generada por el dispositivo) de manera que los módulos alcanzasen las mayores potencias con los menores costes de fabricación posibles. Así pues, desde un punto de vista más comercial, los módulos se califican por lo general no sólo por la eficiencia de conversión sino también por la relación €/Wp, siendo el vatio pico (Wp) la potencia que proporciona un módulo a una carga perfectamente adaptada cuando una luz incidente de 1 kW/m² y un espectro determinado caen sobre él mientras las células se mantienen a 25ºC.

Una vez instalados los paneles, el parámetro más importante a nivel planta es la producción de energía en términos de Kw/h/m², que no indica otra cosa que el nivel de electricidad producido por hora y que con independencia de la tecnología y configuración del BOS del sistema, dependerá también de la cantidad de recurso solar disponible en cada localización.

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Due Diligence

Desde SAV ponemos a su disposición nuestro servicio de due diligence técnica” para plantas fotovoltaicas – y en particular para aquellas construidas con tecnología CPV.

Conocer y valorar de una manera independiente las especificaciones técnicas y condiciones de funcionamiento una planta fotovoltaica es un proceso esencial para estimar la capacidad de producción de la misma. Nuestra valoración puede incluir:

  • Medidas “in situ” de plantas.
  • Cálculo de rendimiento de las instalaciones.
  • Análisis de desviaciones y aplicación de medidas correctivas.

Por este motivo nuestros servicios pueden resultar muy útiles no sólo para productores sino también para potenciales Inversores, Bancos, Despachos de Abogados y Otros Clientes.

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Formación

Dada la gran experiencia de nuestros ingenieros en el sector, nos ponemos a disposición de nuestros clientes para planificar procesos de formación a medida sobre Concentración Fotovoltaica.

De manera adicional – y como valor añadido a nuestros equipos de medida – nos encargamos de realizar la formación en su uso en casa del cliente tras cada instalación; encargándose nuestro servicio Post-Venta de que este proceso de aprendizaje se prolongue de forma continuada en el tiempo para poder obtener de nuestros equipos el mejor rendimiento para su empresa.

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Servicios Informáticos

La experiencia que nos aporta el desarrollo de las aplicaciones informáticas para el uso de nuestros equipos electrónicos de fabricación propia, nos permite ofrecer servicios de ingeniería de software a medidas para el gobierno de dispositivos electrónicos.

La formación contínua de nuestros ingenieros en este campo, hacen que nos encontremos a la vanguardia tecnológica en el uso de herramientas informáticas para el gobierno de dispositivos electrónicos, pudiendo desarrollar aplicaciones a medida según necesidades.

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Caracterizadores CPV

Desde el departamento de Ingeniería e I+D, nos ponemos a su disposición para diseñar la electrónica de control que dé respuesta a las necesidades de medida de particulares que puedan surgir en cada empresa para medir elementos CPV.

De forma paralela, la singularidad de nuestros equipos de medida y control hace que sean altamente adaptables a requerimientos particulares de los clientes aportando, aportando un valor añadido extra a nuestros equipos y diseños.