La energía solar es la fracción de la energía electromagnética del sol que atraviesa la atmósfera y absorbe parte y llega a la superficie de la Tierra .
En la Tierra, la energía solar está en el origen del ciclo del agua , el viento y la fotosíntesis que lleva a cabo el reino vegetal , del que depende el reino animal a través de las cadenas alimentarias . El Sol es la fuente de la mayor parte de la energía en la Tierra, con la excepción de la energía nuclear y la energía geotérmica profunda.
Las fuentes de energía derivadas indirectamente de la energía solar son en particular: energía hidráulica , derivada de la energía cinética del agua , cuyo ciclo depende del Sol; el viento , de la energía cinética del viento relacionada con el calentamiento y evaporación del agua, generada por el Sol, la rotación de la Tierra y la fuerza de Coriolis ; la energía de las mareas y la energía de las olas , movimientos relacionados de océanos y ríos ; la energía de la madera y la biomasa , así como la geotermia de muy baja temperatura, de las capas superficiales del suelo calentadas por el sol. Podemos agregar combustibles fósiles , provenientes de materia orgánica creada por fotosíntesis ( carbón , petróleo , gas natural …) a los que se suma la energía bioquímica de la materia orgánica viva.
Este artículo trata sobre la energía producida por el ser humano mediante la captación de la radiación solar , principalmente en forma eléctrica o térmica . Es una de las principales formas de energía renovable .
El uso de la energía solar se remonta a la antigüedad , cuando los griegos encienden la llama olímpica gracias a un sistema de espejos que concentra los rayos del sol , llamado skaphia .
Aplicaciones prácticas aparecen en el XVII ° siglo. El francés Salomon de Caus construyó una bomba solar en 1615, utilizando aire calentado por radiación solar . François Villette , óptico del Palacio de Versalles , diseña un espejo de bronce (llamado “espejo ardiente”) de un metro de diámetro, gracias al cual demuestra la fusión de objetos.
En 1747, Georges-Louis Leclerc de Buffon experimentó con un espejo que concentraba la luz solar en un punto focal . Consigue fundir una pieza de plata (más de 1044 ° C ). En la década de 1780 , Horace Bénédict de Saussure inventó un instrumento de medición que le permitió estudiar los efectos caloríficos de los rayos del sol, al que llamó "termómetro de helio". Este instrumento utiliza el efecto invernadero obtenido por un acristalamiento colocado sobre un absorbedor en una caja aislada. Crea así un colector solar térmico a baja temperatura. Al final del XVIII º siglo, gracias a una lente líquida que concentra los rayos solares, Antoine Lavoisier construyeron un horno solar alcanza la temperatura de 1800 ° C .
La conversión de luz en electricidad, aprovechando el efecto fotovoltaico , fue descubierta por Edmond Becquerel en 1839 , pero no fue hasta casi un siglo que los científicos profundizaron y explotaron este fenómeno físico. En 1875, Werner von Siemens expuso ante la Real Academia de Ciencias de Prusia un artículo sobre el efecto fotovoltaico en semiconductores .
En 1913, William Coblentz presentó la primera patente de una celda solar, que nunca podría funcionar. En 1916, Robert Andrews Millikan fue el primero en producir electricidad con una célula solar, pero durante los siguientes cuarenta años nadie progresaría mucho en la energía solar porque las células fotovoltaicas eran demasiado poco eficientes para transformar la luz del sol en energía. El fenómeno sigue siendo un descubrimiento anecdótico.
Durante 1954 , tres investigadores estadounidenses (Chapin, Pearson y Prince) desarrollaron una célula fotovoltaica de “alta eficiencia” (9%) y Bell Laboratories construyó el primer panel solar , pero era demasiado caro para producirlo en serie. Es la conquista del espacio lo que realmente hace avanzar la energía solar; el panel solar es el único medio no nuclear de suministrar energía a los satélites; además, la energía solar es una fuente constante de energía para los satélites en órbita. De hecho, fue en 1958 cuando tuvo lugar el primer lanzamiento de un satélite que funcionaba con energía fotovoltaica. La industria espacial invierte muchos fondos en el desarrollo de paneles solares.
Durante las décadas de 1970 y 1980 se realizaron esfuerzos para reducir costos, de modo que la energía fotovoltaica también se pudiera utilizar para aplicaciones terrestres. La energía solar experimentó un segundo impulso durante la primera crisis del petróleo en la década de 1970. A medida que el precio del petróleo subió drásticamente, los paneles solares fotovoltaicos comenzaron a usarse por primera vez en los hogares. En 1973 , se construyó la primera casa alimentada por células fotovoltaicas en la Universidad de Delaware, y en 1983 , el primer automóvil alimentado por energía fotovoltaica recorrió una distancia de 4000 km en Australia. Los paneles solares han crecido lentamente desde entonces. La energía solar está experimentando un nuevo auge en paralelo con la conciencia del calentamiento global y el aumento de los precios de la energía.
La energía solar se está convirtiendo en una prioridad para cada vez más países. Se están construyendo plantas de energía solar en todo el mundo. Las compañías eléctricas y los gobiernos ofrecen subvenciones y descuentos para alentar a los propietarios a invertir en energía solar para sus hogares. De hecho, en 1995 se lanzaron programas de cubiertas fotovoltaicas conectadas a la red en Japón y Alemania, y se han generalizado desde 2001.
Se están desarrollando nuevos tipos de paneles solares: paneles solares muy delgados (4 mm de espesor) y flexibles , pinturas solares , etc. . El objetivo es reducir considerablemente el coste de la energía solar.
En noviembre 2015se fundó la Alianza Internacional solar (o ISA, para la alianza internacional de energía solar ). El proyecto está dirigido por Narendra Modi , entonces primer ministro de la India . Esta alianza, apoyada por el sector privado, debe acercar a los Estados con importantes recursos solares para coordinar mejor el desarrollo de su operación (térmica y fotovoltaica) a través de acciones de capacitación, estandarización de equipos, intercambio de experiencias, de joint ventures , etc. La ceremonia de lanzamiento, organizada por India y Francia, tiene lugar durante la Conferencia de París sobre el Cambio Climático de 2015 .
La energía solar proviene de la fusión nuclear que se produce en el centro del sol . Se propaga en el Sistema Solar y en el Universo principalmente en forma de radiación electromagnética de la cual la luz es solo la parte visible .
La Tierra recibe 174 peta vatios (PW) de radiación solar entrante ( irradiación solar ) en la atmósfera superior ), o alrededor de 340 W / m 2 ( radiación solar incidente promedio en la superficie de la Tierra). Alrededor del 30% se refleja en el espacio, mientras que el resto es absorbido por las nubes , los océanos y la masa terrestre. El espectro de radiación solar en la superficie terrestre se distribuye principalmente entre el espectro visible y el infrarrojo cercano, así como una pequeña parte ubicada en el ultravioleta cercano.
La energía solar total absorbida cada año por la atmósfera de la Tierra, los océanos y las masas terrestres es de aproximadamente 3.850 zetta joules (10 21 joules, o ZJ). En 2002, esto representa más energía producida en una hora que el consumo humano en un año. A modo de comparación, el viento contiene 2,2 ZJ ; la fotosíntesis captura alrededor de 3 ZJ por año en biomasa . La cantidad de energía solar que llega a la superficie del planeta es tan grande que en un año es aproximadamente el doble de la energía obtenida de todos los recursos no renovables de la Tierra ( carbón , petróleo , gas natural y uranio combinados) siempre explotados por los seres humanos. . De hecho, en 2005 , todos los usos humanos de la energía representaron 0,5 ZJ , de los cuales 0,06 ZJ fueron en forma de electricidad.
La mayoría de la población mundial vive en áreas donde el nivel de irradiación solar está entre 150 y 300 W / m 2 , o de 3,5 a 7,0 kWh / m 2 por día.
La radiación solar es absorbida por la superficie de la tierra, los océanos, que cubren aproximadamente el 71% del planeta, y la atmósfera. El aire caliente que contiene agua evaporada de los océanos se eleva, provocando la circulación o convección atmosférica . Cuando el aire cálido alcanza una gran altitud, donde la temperatura es baja, el vapor de agua se condensa en nubes y luego fluye sobre la superficie de la Tierra en forma de lluvia , completando el ciclo del agua . El calor latente de la condensación del agua a su vez calienta el aire circundante y amplifica la convección, produciendo fenómenos atmosféricos como viento , ciclones y altas . La radiación solar absorbida por los océanos y masas de tierra es de aproximadamente 240 W / m 2 y se añadió al efecto invernadero , mantiene la superficie a una temperatura media de 14 ° C . Mediante la fotosíntesis , las plantas verdes convierten la energía solar en energía almacenada químicamente, que produce alimentos, madera y la biomasa de la que se derivan los combustibles fósiles.
La energía solar recibida en un punto del globo depende en primer lugar de la energía electromagnética (luz visible, infrarroja , ultravioleta y otras radiaciones) emitida por el Sol y que llega a la Tierra, que experimenta fluctuaciones decenales, estacionales y puntuales. La latitud , la estación y el tiempo y afectan la altura del Sol y por lo tanto la energía recibida en el suelo por unidad de área, y en la nube según el clima local. Finalmente, esta nebulosidad ( nubes , niebla , etc. ) varía considerablemente según las condiciones geográficas y meteorológicas; es de fuerte a muy fuerte en regiones oceánicas templadas y subpolares, así como en regiones ecuatoriales, pero de débil a muy débil en alta presión y en regiones áridas subtropicales o polares.
Así, el flujo máximo de energía solar recibida en el suelo terrestre se encuentra en los trópicos secos (o áridos), es decir, en los desiertos cálidos donde las condiciones meteorológicas y geográficas son óptimas: latitud baja, vasto espacio, sol ininterrumpido, despejado. cielo, gran sequedad del aire. El Sahara , el desierto caliente más grande del mundo, es la región de la Tierra que recibe más calor y luz solar. De hecho, es la región del mundo donde la duración media de la insolación es más larga (hasta 4.300 h / año, es decir , entre el 97 y el 98% del día) y donde la irradiación solar media es mayor, que supera los 280 W / m 2 de media a lo largo del año.
Sin embargo, las regiones más soleadas rara vez consumen más energía. La proporción solar , definida como la energía solar recibida en comparación con la energía consumida localmente , apenas llega a 100 para los países más consumidores, pero a más de 10.000 para ciertos países del tercer mundo. Si tenemos en cuenta la eficiencia relativamente baja de los colectores solares, resulta que la energía solar representa una fuente considerable para los países en desarrollo , mientras que solo puede cubrir marginalmente el consumo de los países desarrollados .
Por tanto, se prevé la recogida y el transporte de energía desde el Sahara a los países desarrollados. Sin embargo, se topa con obstáculos técnicos y políticos, y proyectos como Desertec aún no son de actualidad. Por el contrario, las zonas desarrolladas, con un consumo importante y con la técnica requerida, ven aparecer en sus fronteras logros cada vez más importantes. Así, en el desierto de Mojave ( California y Arizona ) se encuentran las mayores centrales termosolares termodinámicas del mundo, en particular la central solar SEGS , con una capacidad total de 354 MW . Además, el uso de seguidores solares permite aumentar considerablemente el potencial de la energía solar en regiones más alejadas del ecuador, mientras que la reconversión de cortinas de estacionamiento en plantas de energía solar y el uso de cubiertas de viviendas permite responder al espacio. problemas.
En 2000, el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo y el Consejo Mundial de Energía publicaron una estimación de la energía solar que potencialmente pueden utilizar los seres humanos cada año, que tiene en cuenta factores como la luz solar, la cobertura de nubes y la tierra utilizable por los seres humanos. Según ella, para el 2100, el 70% de la energía consumida será de origen solar.
Las técnicas para captar directamente una parte de esta energía pueden clasificarse entre solar “pasiva”, solar “térmica” y solar “eléctrica”.
El uso más antiguo y sin duda el más importante, aunque discreto, de la energía solar es beneficiarse de la entrada directa de radiación solar , es decir, energía solar pasiva . Para que un edificio se beneficie al máximo de los rayos solares, se debe tener en cuenta la energía solar durante el diseño arquitectónico (doble fachada, acristalamiento orientado al sur, aislamiento térmico , etc. ). La ganancia solar pasiva representa una parte importante de la calefacción y la iluminación del edificio y el ahorro de energía puede ser significativo.
La casa pasiva significa que los costos de energía de calefacción de un edificio se reducen en aproximadamente un 80% en comparación con una casa nueva construida según las normas alemanas de aislamiento térmico de 1995 . Por tanto, la energía solar pasiva permite calentar todo o parte de un edificio a un coste proporcional casi nulo, aprovechando las condiciones de un emplazamiento y su entorno, según los principios de la arquitectura bioclimática .
La solar térmica consiste en aprovechar el calor de la radiación solar . Este uso se declina en varios procesos:
Aparecida por primera vez en la década de 1970, la cocina solar consiste en preparar platos utilizando una cocina u horno solar. Los pequeños hornos solares permiten temperaturas de cocción en torno a los 150 ° C , las parábolas solares permiten preparar los mismos platos que una cocina convencional a gas o eléctrica.
El uso de energía solar para cocinar alimentos, más allá de ser gratuito y abundante en ciertas áreas geográficas, también ayuda a reducir la deforestación en algunos países donde cocinar con leña y carbón es la norma. Al mismo tiempo, reduce las emisiones de CO 2 .en la atmósfera, unas cuatro toneladas de CO 2 por año para una familia africana que cocina con leña, por ejemplo.
Pastel en un horno solar Global Sun Oven.
Horno solar parabólico Alsol 1.4.
Cocina solar.
Horno de campo solar (altiplano tibetano).
La energía solar se puede convertir en electricidad directamente, en forma de energía fotovoltaica (FV), o indirectamente en plantas concentradoras , que convierten la energía térmica recuperada en torres solares . Las lentes o espejos enfocan la luz del sol hacia ellos en un pequeño haz, mientras que los sistemas fotovoltaicos convierten la luz en corriente eléctrica utilizando el efecto fotoeléctrico . En 2019, las instalaciones eléctricas existentes pueden cubrir el 3% de la producción mundial. Según la Agencia Internacional de Energía , se espera que la energía solar produzca el 16% de la energía eléctrica mundial para 2050.
Las primeras plantas de energía solar comerciales se desarrollaron en la década de 1980. La planta de energía solar fotovoltaica más grande del mundo en 2020, Noor Abu Dhabi (1.177 MWp), se puso en marcha en julio de 2019 en el emirato de Abu Dhabi . Construido en 2018, el complejo solar Noor Ouarzazate , en Marruecos , era entonces la planta de energía solar termodinámica más grande del mundo con una capacidad de producción de 580 MW . Se están desarrollando proyectos de energía solar de más de 1 GW . La mayoría de las instalaciones fotovoltaicas existentes están integradas en edificios o en azoteas y producen menos de 5 kW mientras están conectadas a la red . Sin embargo, las plantas de energía solar de tamaño comercial proporcionan la mayor parte de la generación; Así, en Estados Unidos en 2019, la Administración de Información Energética registró 69.017 GWh producidos por plantas fotovoltaicas de tamaño comercial (1 MW y más) y 3.217 GWh producidos por plantas termodinámicas, frente a 35.041 GWh producidos por las instalaciones de pequeños sistemas fotovoltaicos. Por tanto, estos últimos representan el 32,7% de la producción solar total.
FotovoltaicaEl término "fotovoltaico" puede designar el fenómeno físico del efecto fotovoltaico o la técnica asociada. La energía solar fotovoltaica es electricidad producida al transformar parte de la radiación solar por una célula fotovoltaica . Varias células están interconectadas en un módulo fotovoltaico , luego los módulos se agrupan para formar paneles solares , instalados en una casa privada o en una planta de energía solar fotovoltaica . Después de la transformación en corriente alterna por medio de un inversor , la instalación solar puede satisfacer una necesidad local (en asociación con un medio de almacenamiento) o inyectarse en una red de distribución eléctrica (entonces el almacenamiento no es necesario).
A nivel de ciudad, los catastros solares , establecidos mediante modelos 3D, permiten optimizar el posicionamiento de los paneles solares.
En 2015, en Francia continental , la proporción de electricidad producida por energía fotovoltaica fue del 1,4%.
Termodinámica solarLa energía solar termodinámica es una técnica solar que consiste en concentrar la energía solar (a través de helióstatos , espejos , etc. ) para producir:
De los motores Stirling que utilizan la energía solar como se han diseñado una fuente de calor. Así el motor “Stirling SOLO V160” de la Plataforma Solar de Almería (en) , una primera instalación que data de 1992 e inicialmente compuesta por tres unidades parabólicas de 7,5 m de diámetro, capaces de captar hasta 40 kWth de energía mediante el motor y que podría generar hasta 9 kW en la zona focal. El proyecto fue seguido por una unidad parabólica de 8,5 m , siendo el motor capaz de generar 10 kWe .
Entre otros proyectos de este tipo está el Solar Sunmachine, presentado en la Feria de Energías Renovables de París, en junio 2008.
La investigación solar global actual se centra en mejorar los sistemas (aumentar la eficiencia ) y reducir los costos de los equipos.
En el espacio , la presión de radiación de la luz solar se puede utilizar directamente para propulsar una vela solar .
La investigación en Francia la lleva a cabo principalmente el sector privado, pero el Centro Científico y Técnico de la Edificación (CSTB) y el Laboratorio Nacional de Metrología y Ensayos (LNE) inaugurados ennoviembre 2010en Chambéry , Certisolis, un laboratorio que será a la vez lugar de ensayo y certificación según las normas internacionales NF EN 61215, NF EN 61646, NF EN 61730 y con respecto al comportamiento medioambiental y energético de los módulos fotovoltaicos. Una treintena de pruebas se refieren a la producción eléctrica y la seguridad (prueba de flash o simulador pulsado, pruebas dieléctricas y de voltaje, pruebas de pulso o rayos). Las pruebas climáticas y de insolación estiman los efectos del envejecimiento de los módulos (en cámara climática, con exposición al espectro solar). Las pruebas mecánicas se refieren a la resistencia del módulo y al sistema de sujeción.
A largo plazo, los precios del carbón , el gas natural y el petróleo aumentan con el agotamiento del recurso. La energía solar proporciona una fuente de energía prácticamente inagotable y la Comisión Europea de Energías Renovables predice que la energía solar representará una proporción del 20% de las energías renovables , que deberían proporcionar el 20% de la energía eléctrica en 2020 y el 50% en 2040.
Los sistemas de producción de energía solar tienen un costo proporcional casi nulo: no hay combustible, solo costos (mantenimiento, resguardo, reparación, etc.) que dependen muy poco de la producción. El obstáculo económico radica en los costes de inversión, que son mucho más elevados que los de las técnicas fósiles u otras renovables (eólica, hidráulica, etc.). Por lo tanto, muchos países han establecido sistemas de incentivos financieros, en forma de tasa cero, subsidios o tarifas ventajosas para la recompra de la energía producida.
El uso de sistemas de producción de energía solar también se justifica en situaciones en las que es muy costoso transportar combustibles (fósiles) o conectarse a la red eléctrica, como para dispositivos aislados ( balizas marinas , parquímetros ), o en lugares aislados o escasamente poblados. áreas. En Francia, la electrificación de muchos refugios de montaña y pueblos aislados (en Guyana ) se llevó a cabo mediante módulos fotovoltaicos, a veces acoplados a un generador de respaldo.
A pesar de su profusión y por sus elevados costes de inversión, la energía solar es hoy una energía poco competitiva, salvo en situaciones especiales, y que solo se desarrolla gracias a las ayudas gubernamentales. Sin embargo, un número creciente de actores cree que no sería prudente esperar los efectos del pico de producción de petróleo en el precio (económico y político) de los combustibles fósiles , o los del cambio climático debido a su combustión (efecto invernadero).); cuando estos fenómenos se manifiesten, será demasiado tarde para reaccionar, lo que justifica el apoyo estatal a esta técnica que tiene un gran potencial de reducción de precios, especialmente a través de un aumento de la producción.
A finales de 2010, el parque fotovoltaico global representaba más de 34 GW , un aumento del 70% desde 2009; la energía así producida ronda los 40 TWh , o 2,5 ⁄ 1000 de toda la electricidad producida en el mundo (40 TWh contra 16.000 TWh ).
En Francia, 10 m 2 de paneles fotovoltaicos producen alrededor de 1.000 kWh de electricidad cada año , por lo que un área de 5.000 km 2 de paneles (es decir, el 1% del área) produciría el equivalente al consumo de electricidad del país.
El sector solar francés ha sufrido, como su homólogo alemán, la caída del precio de compra de la electricidad producida por energía solar: Photowatt , líder del sector con sede en Bourgoin-Jallieu ( Isère ) con más de 400 empleados, ha pagado el precio , obligado a declararse en quiebra ennoviembre 2011 antes de ser comprada por EDF Énergies Nouvelles Distribuida en febrero de 2012.
Un clúster de competitividad , Tenerrdis, fue creado en 2007 y reúne a alrededor de 100 actores del sector solar francés (incluida la Comisión de Energía Atómica y Energías Alternativas (CEA) y 60 “pymes innovadoras”), que participan en 43 proyectos etiquetados que se benefician de un total financiación de 100 millones de euros , destinada a ayudar a Francia a ponerse al día en el sector solar. Esta división trabaja, en particular, en el sector upstream, en equipos de producción, materiales (especialmente silicio), células solares, paneles fotovoltaicos y sistemas eléctricos (6.500 puestos de trabajo en Francia en 2010).
En 2010 y 2011, Geneviève Fioraso , entonces miembro del Parlamento por Isère, vicepresidenta de la comunidad de aglomeración Grenoble-Alpes Métropole y administradora del clúster Tenerrdis , instó al gobierno a al menos triplicar el objetivo anunciado de 5,4 GW para 2020, en particular para cumplir los objetivos de la Grenelle de l'Environnement . También pide a los grandes grupos que inviertan en el sector en Francia alertando de los retrasos que se están produciendo para la segunda fase del Instituto Nacional de Energía Solar (INES) debido a la financiación bloqueada. Según Jean-Pierre Vial , senador de la UMP y vicepresidente del consejo general de Saboya , copresidente de INES y administrador del polo Tenerrdis, si estos proyectos de inversión están bloqueados y los grandes grupos no invierten en Francia c También es porque hay una responsabilidad del Estado que no ha invertido lo suficiente en este sector.
A finales de 2010, Tenerrdis había certificado más de 400 proyectos de investigación y desarrollo desde su creación, de los cuales 146 con ayudas por valor de 142 millones de euros (para un presupuesto global de 322 millones de euros ). 41 proyectos de I + D se referían a energía solar fotovoltaica (etiquetados y financiados).
Un proceso Photosil (silicio metalúrgico) fue apoyado por INES , Apollon Solar y FerroAtlantica con preproducción industrial anunciada para 2011. Fabricantes franceses de silicio cristalino y aplicaciones (ECM Technologies, Vesuvius, Mersen (antes Carbone Lorraine), Emix y Photowatt Technologies) se están dando a conocer en todo el mundo. SolarForce y S'tile innovan en tecnologías de película delgada. Concentrix (adquirida por Soitec ) y Heliotrop se están desarrollando en el campo de la energía fotovoltaica concentrada. El primer campo francés operativo de seguidores , que incluye ochenta unidades repartidas en poco más de dos hectáreas, producido por Concentrix, está en producción en la localidad de RIANS, no lejos del CEA de Cadarache , en el departamento de Var. Su conexión a la red FEDER será efectiva enMayo de 2011.
INES y el consorcio PV Alliance (Photowatt, EDF ENR y CEA) han puesto en marcha un proyecto “NanoCrystal” (190 M € ) que debería permitir producir células de alta eficiencia y bajo coste (unidad piloto de demostración “LabFab” (25 MW ) en curso), con un proyecto PV20 (liderado por MPO Énergie). Nexcis y Screen Solar están trabajando en películas delgadas CIGS. El proceso Nice (siglas de New Industrial Cell Encapsulation ) desarrollado con INES, Apollon Solar y Vincent Industries. Monta células solares al vacío, sin soldaduras (las cadenas se ensamblan en Francia y Túnez en 2010). Los proyectos de plantas de montaje de paneles fotovoltaicos fueron realizados en 2010 por Tenesol y Photowatt, pero también por Sillia, Auversun, Fonroche Énergie , Solarezo, France Watts, Elifrance, que cuentan con proveedores de componentes y materiales como Micel Films, Toray, Arkema , MAP. , Saint-Gobain , Versaplast, A. Raymond, Air liquide , Komax, Semco Engineering, Machines Dubuit, check Up Solar, IBS, Ardeje, etc.
El sector downstream ha visto el nacimiento de nuevas empresas (Nexans, Ogire, Schneider Electric, Radiall, Heliotrop, Exosun , Greenercos, Fleet Technologies, EHW Research, Multicontact).
En 2012, el grupo Total afirmó ser "el empleador líder en la industria solar en Francia con dos plantas de fabricación de paneles solares y más de 400 empleados": de hecho, es el propietario de Sunpower , que debe abrir una planta en Porcelette. , en Moselle , así como Tenesol. Con los departamentos de ultramar, Francia alcanzó entonces una capacidad fotovoltaica instalada de 4.286 MWp.
Uno de los 17 objetivos de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas es proporcionar acceso a la energía renovable para todos. Estos objetivos apuntan a fomentar el desarrollo sostenible en el mundo para 2030. Además, el Tratado de Lisboa , que entró en vigor en1 st de diciembre de 2009, incluye un capítulo sobre energías renovables en Europa. Para lograr los objetivos formulados en el marco de este tratado, varios países están desarrollando leyes y reglamentos, algunos de los cuales promueven la producción de electricidad producida a partir de paneles solares y su recompra por parte de agencias gubernamentales. La Francia , el Reino Unido y Suiza cuentan con programas legislativos y diversos apoyos gubernamentales.
En Francia, un ejemplo de iniciativa gubernamental para fomentar la energía solar es la Ley de Energía Climática , adoptada el8 de noviembre de 2019, que tiene como objetivo reducir la dependencia nacional de los combustibles fósiles y para ello fomenta el uso de energías renovables, especialmente la solar. Esta ley supuso la modificación de dos artículos del Código Urbanístico , creando nuevas oportunidades en el ámbito de las instalaciones fotovoltaicas:
Las normativas relativas a la instalación de paneles solares dependen de la localidad de que se trate (región, departamento, municipio) y los criterios estéticos, específicos de estas localidades, pueden limitar esta instalación. El plan urbano local (PLU) ayuda a los ciudadanos a saber si pueden instalar paneles solares en sus hogares y cómo pueden hacerlo. Así, el documento especifica, por ejemplo, que está prohibido instalar paneles solares en un edificio catalogado como patrimonio nacional o como patrimonio local. Para instalar paneles solares individuales, los procedimientos administrativos a seguir son:
En el Reino Unido, el gobierno británico buscaba cuadriplicar su energía solar entre 2014 y 2020, de 5,5 a 22 GW / año . Para ello, se han tomado medidas para facilitar la producción de energía eléctrica para las personas, como la Garantía Inteligente de Exportación (SEG), aprobada enjunio de 2019, y entró en vigor el 1 st 01 2020. Este último permite a particulares y empresas revender su electricidad a la red nacional si cuentan con una instalación de hasta 5 MW de potencia, para varias energías renovables como la fotovoltaica, eólica o hidroeléctrica. El precio de reventa lo determina el comprador, que debe ser un proveedor oficial de electricidad.
Se deben observar varias reglas al instalar paneles solares. Por ejemplo, estos no pueden instalarse por encima de la parte más alta del techo y no pueden exceder el borde del techo en más de 20 cm . Como en Francia, si el edificio en cuestión está catalogado como parte de un patrimonio o patrimonio nacional, no se puede colocar ningún panel solar en él. Para los paneles aislados que no forman parte de un edificio, se aplican otras reglas.
En Francia, el gobierno apoya el desarrollo de la energía solar mediante tarifas de compra obligatorias para pequeñas instalaciones (<100 kWp) y licitaciones para instalaciones más potentes. Las tarifas de obligación de compra están establecidas por la Ley 2000-108 de10 de febrero de 2000y obligar a los distribuidores nacionales de energía a comprar electricidad producida por productores elegibles a un precio fijo. Los productores elegibles son las instalaciones fotovoltaicas con una capacidad inferior a 12 MW habiendo obtenido un expediente de la dirección regional de Industria, Investigación y Medio Ambiente .
En el Reino Unido, el Energy Entrepreneur Fund , un fondo mayoritario respaldado por el estado, apoya el desarrollo de tecnologías, productos y procesos de energía renovable. Busca las mejores ideas del sector público y privado, enfocándose en el apoyo a la pequeña y mediana empresa. Desde 2012, este fondo ya ha invertido 75 millones de libras en más de 130 empresas.
En Suiza, un voto popular de 21 de mayo de 2017resultó en el establecimiento de una tarifa única (RU) para reemplazar la “remuneración de precio de costo” (RPC), que no estaba adecuadamente financiada. El Reino Unido es una ayuda a la inversión única que cubre entre el 20 y el 30% del coste de inversión de una instalación. La remuneración depende en gran medida de la potencia del dispositivo y su fecha de instalación. El sistema de pago único diferencia el caso de una instalación pequeña (<100 kWp), que puede beneficiarse de un "pago único pequeño" (PRU), de las grandes instalaciones (> 100 kWp) que pueden beneficiarse del "pago único grande" (GRU). Sin embargo, el tiempo de espera para estos pagos es relativamente largo: alrededor de un año y medio para el PRU y alrededor de dos años para el GRU.
En muchos países africanos , también se pueden encontrar sistemas de apoyo solar, a menudo en forma de proyectos e iniciativas respaldados por el Banco Mundial , el Banco Africano de Desarrollo y la Unión Europea . La Alianza Solar Internacional (ASI) fue lanzada por Francia e India y tiene 47 miembros, más de la mitad de los cuales son estados africanos. Su primera línea de trabajo es la mejora de los marcos regulatorios en el contexto de la energía solar. El UPS ha lanzado programas de soporte para redes locales y techos solares desde 2018. Otro programa, “Terawatt Initiative”, fue lanzado en 2015, llevado a cabo por empresas privadas como Engie , Total , IBM , y busca estructurar el diálogo entre los Estados y el sector privado para desplegar un teravatio de capacidad voltaica en el mundo. Para 2030 .
La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), fundada en 2011, agrupa a 159 estados. Tiene como objetivo facilitar la creación de proyectos poniendo a disposición herramientas ( navegador de proyectos , Marketplace ) y ayudas económicas.
Para todas las descripciones del apoyo del gobierno europeo, la Comisión Europea ha creado una herramienta de investigación sobre sistemas de apoyo a las energías renovables .
En un estudio realizado en Suecia entre 2008/2009 y 2014/2016 que evaluó la perspectiva de los propietarios de viviendas, las principales razones dadas para comprar e instalar paneles solares son el deseo de disminuir el impacto ambiental del hogar y ahorrar dinero comprando menos electricidad. . Por lo tanto, los propietarios de paneles solares desean idealmente satisfacer sus propias necesidades energéticas. Sin embargo, las leyes suecas estipulan para el período 2008/2009 que producir electricidad en la propia propiedad es sinónimo de actividad económica, por lo que los impuestos son necesarios, lo que representa un primer obstáculo para la compra de estos dispositivos.
También se menciona un problema administrativo: los propietarios consideran que carecen de información confiable e imparcial. Las autoridades locales están mal informadas y no pueden responder a las preguntas de los propietarios sobre los beneficios potenciales (especialmente económicos) de convertirse en un prosumidor .
Comprar paneles solares es relativamente simple: se puede hacer a través de Internet, pero existen varios problemas con la instalación, ya que los propietarios a menudo no pueden realizar la instalación por sí mismos, con el riesgo de obstaculizar el funcionamiento óptimo del sistema. Además, la instalación requiere un cambio del contador de electricidad que mide la cantidad de electricidad consumida. La electricidad producida en exceso debe contarse y algunos medidores de electricidad más tradicionales no pueden dar marcha atrás. Este reemplazo es para el período 2008/2009 a cargo de los propietarios.
Para el período 2014/2016 se mencionan los mismos problemas, con mayor énfasis en los problemas administrativos: antes de convertirse en prosumidor, es necesario cumplir con muchos contratos para obtener subsidios estatales o para poder revender el excedente de electricidad producida a Compañías eléctricas. En ocasiones, también es necesario obtener un permiso de construcción antes de poder instalar paneles solares, un proceso que puede implicar grandes retrasos.
Las modalidades para poder revender el excedente producido son restrictivas: por ejemplo, algunas empresas eléctricas exigen que el propietario ya sea su cliente antes de la adquisición de paneles solares.
Para lograr sus objetivos climáticos establecidos para 2030, California depende en gran medida de los paneles fotovoltaicos. Una ley titulada "El mandato solar de California" adoptada enMayo de 2018 obliga a instalar paneles fotovoltaicos en viviendas nuevas desde 1 st 01 2020para compensar su consumo de energía. Sin embargo, el exceso de electricidad se reinyecta a la red urbana que se sobrecarga durante el día. Tal situación ocurrió en la primavera de 2018, cuando las plantas de energía solar fotovoltaica se vieron obligadas a reducir su producción en 95.000 MWh para evitar la saturación. Por el contrario , con la ausencia de sol por la noche y otras fuentes renovables de electricidad que no logran cerrar esta brecha, la electricidad tiende a faltar, especialmente cuando el viento es demasiado débil para las turbinas eólicas. Estos déficits se compensan actualmente con fuentes de energía no renovables, que a menudo emiten gases de efecto invernadero .
Una solución propuesta es almacenar energía para su posterior reutilización. La infraestructura de almacenamiento, sin embargo, es muy costosa y requiere condiciones geográficas específicas, como un paisaje montañoso para represas hidroeléctricas o un cierto tipo de suelo para el almacenamiento de energía en forma de aire comprimido . Estas restricciones limitan su uso .
Una estrategia paralela sería incentivar a la población a realizar determinadas tareas intensivas en energía durante el día en lugar de por la noche, cortando el consumo . Un ejemplo es la recarga de vehículos eléctricos , que consumen mucha electricidad. Alentar a la población a recargar sus vehículos a plena luz del día permitiría satisfacer la demanda de almacenamiento de energía y equilibrar la sobrecarga de la red con picos de radiación solar.
La política fotovoltaica actual de California, que no proporciona suficiente almacenamiento, tiene la consecuencia directa de una caída en el precio de la electricidad. Esto hace que la instalación de otros dispositivos para la producción de energía renovable y convencional sea desventajosa, lo que plantea grandes problemas a las empresas afectadas, que ven sus beneficios caer drásticamente .
A nivel individual, existe un escepticismo de los ciudadanos hacia la financiación directa de tales proyectos, la inversión parece sustancial y las ganancias a corto plazo bajas.
Una alternativa que ofrecen algunos proveedores es la instalación de los paneles de forma gratuita. Los residentes pagan la electricidad producida en casa a la empresa que se encarga del mantenimiento de la infraestructura. La compra de los paneles es posible en una fecha posterior. Esta estrategia ayuda a contrarrestar este miedo a la inversión inicial y por tanto facilita la compra de paneles solares .
Las zonas rurales de los países en desarrollo , principalmente en África pero también en América Latina , regiones generalmente soleadas, ofrecen un gran potencial para la energía solar. Sin embargo, muchos factores dificultan su integración socio-material.
También se ha informado de un sesgo de género: en las zonas rurales, las mujeres dedican más tiempo que los hombres a actividades que requieren energía. Los hombres suelen ser responsables de las decisiones presupuestarias, como la compra de una instalación solar, y a menudo no están dispuestos a invertir su capital en dispositivos cuyo uso beneficiaría principalmente a las mujeres. Por ejemplo, son ellos los que cocinan, o confeccionan ropa, tareas que requieren energía.
Cargadores de baterías, ventiladores, luces de jardín, bombas hidráulicas, mesas , etc. Cada vez más dispositivos pueden funcionar con energía solar. Ahora puede llevar un GPS equipado con un cargador solar en su bolso , y los paneles fotovoltaicos se están multiplicando en los techos. Indispensable para la vida en la Tierra, el Sol puede brindarnos muchos otros servicios: calentar nuestras casas, suministrar energía a los lugares más remotos.
En el mundo, los proyectos de centrales eléctricas están surgiendo en casi todas partes, basados en un inmenso potencial: "El 5% de la superficie de los desiertos permitiría producir toda la electricidad del planeta" , afirman Patrick Jourde y Jean-Claude Muller. investigadores de la Comisión Francesa de Energía Atómica y Energías Alternativas (CEA) y del CNRS .
También hay medios de transporte individuales, de bicicletas asistidas eléctricamente al eléctricos coches , incluyendo scooters y motocicletas eléctricas, para potencias de 500 W a 45 kW ( 60 CV ) o incluso más. Algunos coches eléctricos se pueden recargar mediante producción individual (en las condiciones climáticas adecuadas).
El principal obstáculo para la explotación industrial de la energía solar es su intermitencia en la mayoría de las regiones con una necesidad regular de energía. Por este motivo, el futuro de este recurso energético está íntimamente ligado a la mejora de las técnicas de almacenamiento y transporte de energía, especialmente la electricidad .
En la década de 1990 apareció la calculadora solar de bolsillo. Algunas células fotovoltaicas sustituyeron ventajosamente a las baterías eléctricas , tóxicas para el medio ambiente. En 2013 , las tiendas dedicadas a la ecología, pero también las marcas de público más general, ofrecieron muchos objetos que funcionaban con energía solar: linternas, luces de jardín, radio relojes, móviles animados, relojes ... Prueba de que la energía solar seduce a los consumidores con el “verde”. imagen que transmite. Su otro activo es su lado nómada: los cargadores solares ahora pueden suministrar electricidad, esté donde esté, un teléfono móvil , un GPS o una computadora portátil. Para los viajeros de larga distancia, incluso hay mochilas equipadas con colectores solares. Algunas personas imaginan ropa también equipada con células fotovoltaicas, para conectar directamente su reproductor MP3 o incluso su teléfono móvil.
El principio de una planta de energía solar térmica es concentrar los rayos del sol, mediante espejos parabólicos, hacia tubos o una caldera que contenga un fluido caloportador . El calor así recuperado se transmite al agua. El agua se convierte en vapor, que impulsa una turbina acoplada a un generador que produce electricidad.
La España puso esta tecnología en lugar de la PV , el costo de producción es más alta se debe a que el precio del silicio fotocélulas. España cuenta desde 2009 con la planta termosolar termodinámica más potente de Europa Andasol , con una capacidad de 150 MW . Unos 400.000 espejos, o un área de 1,5 millones de metros cuadrados, recogen energía del sol y suministran electricidad a 45.000 hogares.
El Marruecos también se puso en marcha a principios de 2010, aprovechando su desierto, con una inversión de dos mil millones de euros en la construcción de una de las mayores centrales termosolares del mundo en Ouarzazate con una capacidad de 510 MW , en 3.040 hectáreas. A la central solar de Noor Ouarzazate le siguieron otras centrales de concentración que se han programado como parte del plan solar marroquí. El objetivo es instalar 2.000 MW en 2020. Las plantas termosolares marroquíes en servicio a finales de 2019 son Noor Ouarzazate I, II y III (510 MW ) y Aïn Beni Mathar (20 MW ).
En Estados Unidos , la empresa Florida Power & Light anunció la apertura a finales de 2010 de una planta de energía solar con 190.000 espejos y 75 MW . Está ubicado en Florida en la costa este, al norte del condado de Palm Beach y cubre más de 200 hectáreas.
Los paneles fotovoltaicos convierten la luz del sol en electricidad . De 2000 a 2013, en Francia y Bélgica, gracias a la ayuda fiscal estatal, cada vez más personas la utilizaron. En Francia, el productor tiene la posibilidad de elegir entre el autoconsumo y la venta de toda su producción a EDF , que ha estado obligada desde 2002 a recomprar electricidad a partir de fuentes renovables producidas por individuos o comunidades.
Tras un aumento mayor de lo esperado en las solicitudes de conexión de instalaciones fotovoltaicas, se decidió una moratoria en diciembre de 2010del Estado francés para instalaciones de más de 3 kWp : “Se suspende por un período de tres meses la obligación de celebrar un contrato de compraventa de la electricidad producida por las instalaciones mencionadas en el 3 ° del artículo 2 del citado decreto de 6 de diciembre de 2000 desde la entrada en vigor de este decreto. No se pudo presentar ninguna nueva solicitud durante el período de suspensión ”, moratoria criticada por actores involucrados en operaciones ya iniciadas o que el Estado debía financiar.
A pesar de estas moratorias, la energía solar instalada a principios de 2012 en tejados y en parques solares equipados con células fotovoltaicas representó 2.672 MW en Francia y 1.500 MW en Bélgica. A modo de comparación, en 2010 se vendieron y conectaron a la red más de 7.400 MW de energía fotovoltaica en Alemania (país líder en el sector fotovoltaico) para un parque total instalado de 17.320 MW .
Una nueva generación de paneles, denominados paneles solares híbridos , apareció en el mercado en 2010, produciendo tanto calor como electricidad, con una eficiencia fotovoltaica mejorada gracias a la refrigeración y cogeneración del panel .
Un tema prospectivo , particularmente identificado por Jeremy Rifkin con su concepto de la Tercera Revolución Industrial , es asociar la domótica avanzada con una red eléctrica inteligente (habla de una “Internet de la energía”), para dirigir el excedente de energía. Electricidad producida a la necesidad más cercana y así evitar pérdidas en línea o ligadas al almacenamiento . Los conjuntos de techos solares podrían convertirse así en el equivalente de grandes plantas de energía solar, cuyos elementos se distribuyen lo más cerca posible de las necesidades. Los vehículos eléctricos también pueden servir como almacenamiento intermedio del excedente de electricidad producida. Alrededor de 2010, aparecieron herramientas de software y modelos 3D, que permitieron colocar los paneles solares en una ubicación ideal en las ciudades, lo que también es útil para predecir la cantidad de luz solar en terrazas verdes; así, un “catastro solar” estará disponible para todos los parisinos en 2012. Estas mismas herramientas generalmente pueden integrar la termografía aérea, lo que permite aprovechar las operaciones de renovación térmica de cubiertas para reemplazarlas por paneles solares.
En 2011, las plantas solares fotovoltaicas más potentes del mundo son las de Sarnia en Canadá , Finsterwalde en Alemania y Okhotnykovo en Ucrania . Cada uno de ellos ocupa más de 300 hectáreas, con una capacidad instalada en torno a los 80 MWp , están formados por más de un millón de paneles fotovoltaicos fijos, en la mayoría de los casos o capaces de orientarse automáticamente hacia el Sol, para los demás.
FranciaDespués de las plantas de Chambéry , inauguradas en 2005, la Isla de la Reunión , en 2006, y Narbona , construida en 2007-2008 (10 MWp, aproximadamente 10.120 MWh / año , con 80.000 m 2 de paneles fotovoltaicos ), las mayores plantas de energía solar fotovoltaica en servicio a finales de 2011 fueron los de Losse (Landas). Construido por EDF Energies Nouvelles y terminado a mediados de 2011, comprende 300 ha de paneles en su mayoría fijos con una potencia máxima de 67,2 MW . El 2 nd (por el poder) que en 2011 fue de Mées (31 MWp) en los Alpes de Alta Provenza.
La mayor planta de energía solar fotovoltaica en servicio en Francia en 2016 es la de Cestas en el sur de Burdeos; su potencia máxima alcanza los 300 MW . Es una de las diez plantas de energía solar más poderosas del mundo .
Suiza también se ha embarcado en la carrera solar.
AlemaniaLos 57.000 paneles del parque solar Bavaria están en funcionamiento desde 2005 (10 MWp); les siguieron las centrales Brandis , 40 MWp en 2009 y Finsterwalde , 80 MWp en 2011.
Estados UnidosLa 27 de octubre de 2009, El presidente Barack Obama inauguró la planta de energía solar más grande de los Estados Unidos en DeSoto, cerca de Miami . Equipada con más de 9.000 paneles, la central de 25 MWp puede abastecer a más de 3.000 hogares.
IndiaIndia ha hecho de la energía solar una de sus prioridades, Narendra Modi , ha prometido convertir a su país en una nueva potencia en este campo, concretamente se han instalado más de 420.000 paneles fotovoltaicos en el noroeste de la India. ”India.
En una chimenea solar , un gran colector solar de vidrio calienta el aire, que a medida que asciende a gran velocidad en la torre, impulsa turbinas que generan electricidad .
Un primer prototipo se puso en servicio en 1982 en Manzanares en España ; El siguiente paso fue construir una torre solar de 750 metros de altura, capaz de abastecer a 120.000 hogares.
En países lo suficientemente cerca del ecuador terrestre , donde la luz solar es a menudo muy importante, la energía solar puede proporcionar a las áreas rurales y urbanas energía descentralizada para iluminar y alimentar refrigeradores, bombas hidráulicas, instalaciones de telecomunicaciones, etc., etc.
Con el apoyo de ONG , se están llevando a cabo proyectos de electrificación de aldeas en muchos países de África y América del Sur .