Los límites de las renovables: ubicaciones. Parte II: Fotovoltaica

Queridos lectores,

Proseguimos nuestro análisis de las necesidades en cuanto a recursos físicos (ubicaciones) de los sistemas de generación de energía renovable, y en este breve apunte analizaremos el caso de las instalaciones basadas en placas fotovoltaicas.

Como en los casos anteriores, me centro en el caso particular de España, aunque los lectores podrían fácilmente extrapolar los cálculos al caso de su país. Como ya comentamos en el post “Los límites de las renovables: Capital“, en España se consumen 200 Gw de potencia media, y usaremos ese número para estimar cuál sería la superficie a recubrir con paneles solares fotovoltaicos que proporciona esa potencia media.


Un amable lector, que trabaja en el sector, me ha hecho llegar unos simples cálculos para estimar esta superficie. En lo que sigue copio su derivación, cambiando solamente las unidades que usaba él.


De acuerdo con sus cálculos, la radiación media anual que recibe una superficie orientada a sur (no olvidemos que España está en el hemisferio norte) e inclinada unos 35º es de unos 166 vatios/metro cuadrado (él estaba pensando en el caso concreto de Cataluña; tomando toda España daría un valor ligeramente diferente, seguramente más de un 20% más en el sur y un 10% inferior o menos aún en el norte). Con un factor de conversión del 15% esto significa unos 25 vatios por metro cuadrado de potencia media producida, en línea con el dato que da la wikipedia (ver sección “Potencia y costes”). Nuestro comunicante nos aporta el dato de que separando los módulos para que no se hagan sombra unos a otros, dejando espacio para el paso de los operadores de mantenimiento y asumiendo que el terreno es llano y no hay otros obstáculos se producen unos 20 Kw por cada 300 metros cuadrados, es decir, 66 vatios por metro cuadrado, dato que sin duda corresponde a la potencia instalada ya que es mayor que los 25 vatios por metro cuadrado que hemos obtenido más arriba. Asumiendo el factor de conversión del 15% tenemos pues que contando con los espacios a dejar entre módulos el rendimiento medio de nuestra instalación es de unos 10 vatios por metro cuadrado. Eso quiere decir que para producir los 200 Gw de potencia media que consume hoy en día España necesitaríamos una superficie de 20.000 kilómetros cuadrados. Como España tiene una superficie aproximadamente de medio millón de kilómetros cuadrados esto representa el 4% de la superficie de España, aunque, a diferencia de los aerogeneradores eólicos, el uso ha de ser exclusivo para la generación solar. Para que se hagan una idea, como España tiene 50 provincias la superficie media de una provincia española es de unos 10.000 kilómetros cuadrados y por tanto necesitaríamos recubrir unas dos provincias españolas íntegramente de paneles solares (éste es el dato que suelo dar en las charlas de The Oil Crash).


A los más optimistas este resultado les puede parecer como algo factible. Dejando al margen el problema de la escasez de materiales, está la cuestión de la dudosa Tasa de Retorno Energética de las placas fotovoltaicas (ver la enconada discusión en Crisis Energética: hilo de 2006 e hilo de 2010; estas discusiones aportan otra mucha información relevante, así que son muy recomendables): cuando fuimos a hablar con el alcalde de Premià él nos comentó que el tiempo de recuperación de la inversión de las que estaban instalando era de unos 25 años, y él ya veía que algo no funcionaba bien con las placas fotovoltaicas. Hay, sin embargo, una cuestión entre otras muchas que hace inviable un despliegue de placas fotovoltaicas de esas características: el mantenimiento. Todos los fabricantes reconocen que las placas deben ser lavadas cada mes, tres meses, seis meses o cada año, en función de la cantidad de polvo que se pueda depositar, que depende del entorno, aparte de que se tienen que retirar otros depósitos que van haciendo disminuir el rendimiento (excrementos animales, sobre todo de pájaros; hojas y ramitas, insectos, etc). En los entornos más desfavorables se puede perder más de un 5% de rendimiento por trimestre, por lo que esta cuestión no es menor. En una de las discusiones de Crisis Energética, Pedro Prieto nos aporta el dato de que se necesitan unos 30.000 litros de agua de buena calidad para lavar una instalación de 1.85 Mw de potencia instalada; a 66 vatios por metro cuadrado eso son 28.000 metros cuadrados, o sea que hace falta aproximadamente un litro por metro cuadrado de instalación. Eso son 20.000 millones de litros, o sea, 20 hectómetros cúbicos de agua a consumir en limpieza cada tres meses o menos en las áreas más productivas, típicamente las del sur de España. En suma, unos 80 hectómetros cúbicos al año de agua que después es difícil de aprovechar, y que a litro por metro cuadrado de instalación implica un esfuerzo de mano de obra considerable, ya que se tiene que escatimar el agua para que cunda al máximo. Para que se hagan una idea, el embalse de Boadella, que suministra de agua el área donde yo vivo (unos 200.000 habitantes), tiene una capacidad de 61 hectómetros cúbicos y en este momento contiene 16, es decir, menos de lo que hace falta cada trimestre para limpiar esas colosales instalaciones fotovoltaicas que estamos proyectando. También para poner en perspectiva la cantidad de 80 hectómetros cúbicos anuales que necesitamos para limpieza, se quiere limitar el volumen trasvasado por el polémico trasvase Tajo-Segura a 120 hectómetros cúbicos al año.


Los problemas son, en realidad, mucho mayores; por ejemplo, teniendo en cuenta la intermitencia de la radiación solar recibida es conveniente distribuir los paneles sobre el territorio nacional, también a fin de disminuir las pérdidas por transporte (de electricidad a la red, de agua a las instalaciones), lo cual implicaría seguramente tener que duplicar la superficie total para disminuir el impacto de la intermitencia solar, lo que hace esta tarea gigantesca aún más colosal. Siendo realistas, y siempre teniendo en cuenta que es dudoso que el TRE de la fotovoltaica sea demasiado brillante, podríamos aspirar a ocupar áreas de varios centenares de kilómetros cuadrados y quedarnos en una producción de entre el 5 y el 10% de nuestro consumo actual. De nuevo, la clave está en aceptar que nuestro consumo tendrá que bajar radicalmente, y no en intentar resolver un problema que está mal planteado.


Salu2,
AMT

9 comentarios en “Los límites de las renovables: ubicaciones. Parte II: Fotovoltaica

  1. Durante los comentarios en relación al proyecto Desertec (Post anterior), imaginaba a las placas solares en el desierto del Sahara o similares, desapareciendo entre “dunas vivientes”, o a “ESCLAVOS puliendo los acrílicos” de las placas, esmerilados por la arena volada del desierto.

    De adolecente, en el campo (a 120 km de distancia de la población mas cercana) había una pantalla solar destinada a cargar una batería de 12V, que hacía funcionar un equipo de radio teléfono, enlazado con otro equipamiento “repetidor” a unos 80 km en línea recta. Esta antena se encontraba a 6 km del casco de la estancia y a 1.100 msnm. Mi función era mantener dicho equipamiento en condiciones de funcionamiento, para lo que en el mejor de los casos, debía limpiar la pantalla de “restos” de las aves que allí se posaban. No me tenía que olvidar de llevar el bidón de plástico con 5 lt de agua por si acaso, y si hacía falta lavado, tener la precaución de no rayar el acrílico; en ese lugar, el agua mas cercana estaba a unos 4 km. de distancia. El trabajo mas común era medir con un densímetro el ácido de la batería, agregar agua destilada, limpiar los bornes sulfatados con agua y bicarbonato de calcio + unas pasaditas de lija fina, a fin de mantener la conductividad adecuada (al tiempo aparecieron baterías de bajo mantenimiento, que simplificaron el trabajo)

    Estas tareas normalmente se intensificaban en invierno, cuando buena parte del tiempo el sol está cubierto por espesas nubes, los días son muy cortos y las heladas de hasta -17ºC hacía flaquear a las baterías (y a uno también), por lo que buena parte del tiempo estabamos incomunicados. En caso de alguna emergencia, teníamos previsto una segunda batería, conectada a un cargador eléctrico (electricidad de una turbina hidroeléctrica), que subía a la camioneta y que luego debía acarrear al hombro por casi 200 metros, ya que era imposible el acceso vehicular hasta dicha antena. Reemplazaba la batería descargada y regresaba a casa para repetir el proceso. Varias veces llegaba a este lugar, solo para verificar si el problema de no poder comunicarnos era una falla en nuestro equipo, o en la repetidora de enlace, con lo cual no había nada que hacer.

    El objetivo de éste relato, de mínima escala comparado con lo que cuenta Antonio, es ilustrar el costo y el trabajo que había atrás de dicha placa solar, solo para hacer funcionar un radio teléfono (hace unos 25 años atrás). La tecnología a mejorado y seguramente la eficiencia hoy sería superior. Pero de todas formas, hay toda una logística, que no tiene nada que ver con la tecnología y que es dificil de cuantificar en la relación costos – beneficios.

    Es evidente que “el problema está mal planteado”.

  2. @Gabriel: Potente mensaje.

    Una de las cosas que, al menos yo voy dándome cuenta súbitamente, es de la del impresionante coste de mantenimiento que requieren los servicios a los que estamos acostumbrados. Y que buena parte de este coste ha estado subvencionado por el petróleo. Porque esos cuatro kilómetros, ¿los hacías a pie? ¿o en vehículo motorizado? Si era en vehículo motorizado, el futuro precio de los combustibles obligará a que, para realizar un tal mantenimiento, alguien se vaya a vivir a pie del repetidor. Como un farero del futuro.

  3. Claro que necesitan mantenimiento, como todas las infraestructuras que tenemos, lo que pasa es que con energia “barata” no resulta un coste excesivo.

    La cuestion es que dentro de 10 o 20 años, este tipo de energias seran casi las unicas que tendremos, y cuando la sociedad se haya adaptado a un consumo mas moderado, lo que no entenderán las proximas generaciones será el gasto estúpido que tenemos hoy en dia.

    Si pensamos en hace 30 años, la gente hacia su vida mas o menos comodamente y el consumo energético era muy inferior al actual.
    El ser humano es estúpido por gastar mas simplemente porque ahora es facil. PAN PARA HOY y HAMBRE PARA MAÑANA.

  4. Normalmente lo hacía en una camioneta 4×4 y en un par de ocasiones a caballo, con la batería “por delante”, envuelta con bastante plástico por si se derramaba ácido (había ocasiones en que en invierno, la nieve tampoco permitía el paso de la 4×4).

    Mi abuelo materno, bastante hosco y de muy pocas palabras, decía: “…lo mejor es no hacer nada…”

    Puede sonar a extremo, pero como dices, Quim, es tremendo el costo de mantener cosas… lo que sea… en la casa, en el auto, en la computadora, en el celular, en la empresa, en… en… ¡Estamos atrapados en nuestra propia tela-araña!.

    Cada aparato que uno compra viene con gruesos manuales de uso que hay que aprenderse, con una cantidad de funciones que apenas se utilizan, todos consumen energía, todos se ponen obsoletos demasiado rápido (por tecnología, por software, por incompatibilidad con otros hardwares/softwares, por durabilidad, por no conseguir lo respuestos “importados”, por diseño, por moda…)

    El tiempo y la energía que diariamente utilizamos “en hacer cosas” para finalmente “hacer LA COSA” -Objetivo final y verdadero- que en demasiados casos, si la analizamos friamente, tampoco es escencial… bueno, entonces llegaremos a la conclusión de que me abuelo transmitía mucho con su “frasecita”.

    Me pregunto, cuantos de los millones de automóviles que diariamente se movilizan por las gigantezcas infraestructuras construidas(que hay que mantener), con sus únicos conductores (mayoría), tienen consiencia de para qué y por qué hacen lo que hacen; a donde van, para quien trabajan, QUE APORTAN a sus vidas y a las de sus familias, a las de terceros, al planeta, a las generaciones futuras…

    Es esa INCOMODA SENSACIÓN de darme cuenta que la mayor parte del tiempo la dedicamos a “destruir” mas que a “construir”, a un costo enorme y subsidiados por una energía que se acaba. Una gran mentira… una gran ilusión…

    Creo que lo verdaderamente positivo de esta crisis, es que vamos a “bajar a tierra”, para empezar a vivir la vida de verdad.

    Saludos

  5. Hola a tod@s,

    Echo en falta en este análisis algún dato sobre las tecnologías termosolares (Energía Solar por Concentración) que tienen una capacidad de generación por unidad de superficie mucho mayor que los paneles y que haría bailar algo más positivamente las cifras. Desconozco su TRE, pues al tratarse de obras de alta ingeniería que requieren mucho tiempo de implantación y desarrollo es realmente problemático de calcular, algo parecido a una planta nuclear. Un TRE elevado en este tipo de plantas indicaría un camino a seguir.

    Hace poco le preguntaba sobre la TRE de este tipo de plantas a un amigo embarcado en uno de estos proyectos. Después de mirarme con expresión de “por qué me preguntas eso” se encogió de hombros y solo acertó a decir que desde un punto de vista económico el proyecto parecía rentable… Tras varias horas de interrogatorio quedé convencido sobre el potencial de la planta que están desarrollando frente a las tecnologías pre-existentes (sobre todo en aspectos de seguridad y capacidad de producción, incluso en ausencia de radiación hasta 7 horas, mas información en http://www.aecientificos.es/escaparate/noticias.cgi?idnoticias=112450), sin embargo identifiqué lagunas por cubrir en un proyecto altamente sensible a la rentabilidad del negocio (como dejaban entender sus palabras) y por tanto a la llegada del oil crash…

    Desde luego me resultó desconcertante que alguien inmerso en un proyecto energético como ese no se plantee ninguna pregunta sobre sobre su TRE…

    En cualquier caso y como decía, solo conseguiremos que las cifras bailen un poco mejor a nuestro favor.

    Saludos

  6. Hola, Sergio:

    No en vano el título dice explícitamente “fotovoltaicas”. Termosolares será un capítulo aparte. Por otro lado, es normal que nadie sepa el TRE de nada, puesto que en nuestro mundo actual la única variable es la económica.

    Por cierto, Gabriel, gracias por tus comentarios, que creo que han ilustrado muy bien la complejidad y esfuerzo de las operaciones de mantenimiento.

    Salu2.

  7. Hay una empresa dedicada a instalar sistemas fotovoltaicos con implantación en varios paises que ofrece en su página web instalaciones fotovoltaicas a precios muy ajustados incluso tratándose de instalaciones de pequeña potencia.

    En concreto hay una instalación con una potencia pico de 2,88 kW (tener en cuenta que en torno a 3-5 kW bastan para producir la energía eléctrica consumida por una vivienda por lo que resultaría apropiada para una instalación conectada a red en un esquema de remuneración de net-metering o balance neto que esperemos que se apruebe en España en los próximos meses) que utiliza modulos policristalinos fabricados en China con las garantías habituales (con una eficiencia del 14,78%) y un inversor de marca reconocida y cuyo coste incluyendo instalación sobre tejado inclinado asciende a 5.679 euros (¡¡¡ 1,97 euros por vatio pico !!!) sin incluir el IVA.

    Si no hay letra pequeña ni costes ocultos en lo que ofrece esta empresa esto implica claramente que en España la paridad con la red ya es una realidad.

    Voy a realizar una cuentas rápidas (en las que se va a excluir el efecto de la inflación, las previsibles subidas en las tarifas eléctricas y la tasa de actualización del dinero que se usa habitualmente en las valoraciones de inversiones).

    La vida útil de las placas fotovoltaicas se estima en un rango de 25-40 y la vida útil de los inversores en 10 años.
    No obstante voy a hacer los cálculos utilizando un periodo de 20 años con un cambio de inversor a los 10 años (es razonable que al cabo de 20 años podamos prolongar la vida de la instalación al menos otros 10 años con un nuevo cambio de inversor o incluso que el inversor de la primera sustitución con tecnología de dentro de una decada ya tenga una garantía del fabricante de 20-25 años).

    Si tenemos en cuenta una degradación del 1% anual del rendimiento del panel (la garantía estandar establece un rendimiento del 90% a los 10 años y del 80% a los 25 años) esto supone que a lo largo de 20 años la instalación producirá 18,1 veces la energía producida durante el primer año.

    Con la insolación media en España podemos suponer una producción media en España el primer año de funcionamiento de la instalación de 1.200 kWh por kilovatio pico por lo que la energía producida durante los primeros veinte años se puede estimar en 62.554 kWh.

    Si actualmente tuvieramos en España legislación que permitiera el balance neto y la producción de la instalación fuese inferior al consumo de la vivienda esta electricidad habría que valorarla al precio del kWh que actualmente es de aproximadamente 15 céntimos para la tarifa de último recurso incluyendo impuesto de electricidad y excluyendo IVA por lo que podemos estimar el retorno económico a lo largo de los primeros 20 años en 9.383 euros.

    Supongamos que estimamos el gasto anual de la instación en el 2% del coste de inversión (en principio debería bastar con cubrir el mantenimiento que en caso de una pequeña instalación en cubierta debería ser mínimo y un sobrecoste en el seguro de la vivienda) por lo que al cabo de 20 años supone un coste de 2.272 euros y el coste de sustituir el inversor al cabo de 10 años a 40 céntimos por kilowatio pico supone 1.152 euros.

    Sumando todo nos da un coste a lo largo de los 20 primeros años de 9.102 euros. Así pues el coste de la instalación se podría recuperar antes de los 20 años de funcionamiento quedando todavía varios años de funcionamiento (salvo las eventuales reparaciones de los inversores).

    Si fuese necesario recurrir a un crédito para pagar la instalación la cosa ya iría muy justita. Lo ideal sería incluirlo en la hipoteca de la vivienda para obtener un interés razonable pero si es necesario utilizar un crédito al consumo podríamos estimar un crédito a 10 años al 7% de interés anual con un 1% de comisión de estudio que añadiría 2.464 euros al coste de la instalación con lo que ascendería a 11.566 por lo que ya se iria la recuperación de la inversión a los 26 años.

  8. inquietud dijo…
    Hay una empresa dedicada a instalar sistemas fotovoltaicos con implantación en varios paises que ofrece en su página web instalaciones fotovoltaicas a precios muy ajustados

    Puedes dar el nombre de la empresa o poner la dirección web?
    Gracias

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