Energía Fotovoltaica de Concentración

PROGRAMA DE POSTGRADO, UNED – CURSO 2007/2008 Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control

E.T.S. de Ingenieros Industriales de la UNED CENSOLAR ISOFOTÓN

VIII Curso de Experto Profesional en

Energía Fotovoltaica

TRABAJO FINAL

Sistemas Fotovoltaicos de Concentración

UNED C.E.P. en Energía Fotovoltaica

Trabajo Final – Sistemas Fotovoltaicos de Concentración

DATOS DEL ALUMNO

Nombre: Cesáreo Apellidos: Alamillo Dávila Cuenta: epfv07003 Teléfono: Móvil: Fax: Dirección: Código Postal y ciudad: Provincia: País: ¿Ha cambiado alguno de sus datos personales? (Escriba SI o deje en blanco): Correo electrónico (e-mail):



1. Sistemas de Concentración fotovoltaica (CPV).

Un sistema de concentración es un sistema fotovoltaico (FV) que incluye componentes ópticos. Es decir, además de las células fotovoltaicas, se introduce un elemento óptico que concentra la luz sobre la célula, haciendo que la cantidad de luz que llega a la célula solar se multiplique, alcanzando concentraciones de hasta 1.000 soles (un Sol se refiere a la máxima irradiación de 1.000 W/m2), y consiguiendo que el tamaño de la célula sea mucho menor.

2. Ventajas y desventajas de la CPV.

Esto genera una serie de ventajas en comparación con la tecnología fotovoltaica convencional:

La concentración permite reducir la superficie activa de la célula fotovoltaica a una fracción de la de los módulos convencionales. Lo que conlleva a poder utilizar células mucho más pequeñas que las tradicionales. De esta forma, el coste de la célula tiene menos influencia sobre el coste total del sistema. Por un lado esto ofrece un importante potencial de ahorro de costes por la reducción del material semiconductor utilizado, por otro lado permite la utilización de células solares de alta calidad y de coste elevado. Así, en este tipo de sistemas se pueden utilizar células III-V de altísima eficiencia (hasta 40% en las células multiunión basadas en AsGa, frente al 20% de las células de silicio, utilizadas en los módulos tradicionales), que bajo la concentración y por los efectos termodinámicos consiguen rendimientos muy elevados.

Las células multiunión combinadas con un buen diseño térmico del módulo logran que la caída de voltaje se vea menos afectada por la temperatura, proporcionando un buen comportamiento en climas cálidos.



La degradación de la eficiencia debido a las altas temperaturas es menos acusada.

Independiente de la disponibilidad de Silicio. Y utilización en más proporción de materiales con mayor disponibilidad como vidrio, plástico y aluminio.

Avanzados equipos de fabricación. Disponibilidad de la tecnología de ensamblado de chips. Compañías no expertas en células solares pueden entrar en el negocio como

subcontratas de la estructura de seguimiento, la óptica, las células, el ensamblado, etc.

Amortización energética en menos de un año. El reciclado y reutilización de los componentes de los concentradores (acero,

aluminio, plástico, vidrio, etc.) es mucho más fácil que el de los módulos convencionales, lo cual permite una mejor sostenibilidad.

Tarifa especial en varios países europeos. Generación de electricidad fotovoltaica a menor coste con la tecnología

tradicional.

Adicionalmente, en los sistemas de concentración aparecen nuevas necesidades:

Tener que seguir permanentemente al Sol, ya que sólo aprovecha la radiación solar que llega directamente perpendicular a la célula, es decir, la radiación solar directa, lo que obliga a utilizar sistemas de seguimiento muy precisos (trackers).

Aparecen problemas de temperatura, debido a la alta concentración que llega a la célula, lo que obliga a utilizar disipadores, ya sean pasivos o activos.

3. Historia de la CPV.

Ya en la década de 1970 se empezaba a hablar de concentración. Simultáneamente, las células solares de Arseniuro de Galio (GaAs), mejoraron tecnológicamente aumentando su eficiencia. Pronto comenzaron a practicarse ensayos de soluciones basadas en dichas células trabajando a concentraciones luminosas elevadas. Estas soluciones ópticas inciden directamente en el diseño del módulo fotovoltaico ya que, dependiendo de la óptica que se utilice, cambia totalmente el concepto e incluso la viabilidad comercial e industrial del producto.



La planta de Carrizo, California (EEUU) fue un experimento a gran escala (1,5 MW) del uso de V-concentradores sobre paneles planos convencionales. El resultado fue un envejecimiento prematuro del EVA (encapsulante transparente) a causa de la temperatura de operación de los módulos.

El SANDIA-II en 1977, fue el primer gran concentrador (Laboratorios SANDIA en Alburqueque, Nuevo Méjico (EEUU)). Consistente en células de Silicio de 5 cm de diámetro con lentes Fresnel de 32X y refrigeración pasiva.

Y SOLERAS (Arabia Saudí) en 1980, fue la primera gran planta, construida (350 kWp) con tecnología de los laboratorios SANDIA.



BP Solar el segundo fabricante mundial de células fotovoltaicas de Silicio y en posesión de la tecnología de contactos enterrados (Buried-Contact Solar Cells), muy adecuada para células de concentración por la baja resistencia de los dispositivos, ha trabajado activamente en la mejora y adaptación de sus células solares para su uso en concentración y ha participado en el desarrollo de sistemas de concentración de diversa índole con ganancias entre 2X y 20X. Destacamos entre ellos el concentrador estático con células bifaciales PRIDE de 2,5X, el sistema de concentración 2X con seguimiento termo-hidráulico ARQUÍMEDES y el concentrador cilindro parabólico 30X EUCLIDES.

La empresa española Isofotón también ha participado activamente en proyectos de concentración en los últimos años. Como proyectos originales destacamos el VENETIAN de 5X, un concentrador estático con células bifaciales para integración en fachadas. Y sobre todos los esfuerzos realizados para sacar un producto de concentración al mercado, basado en concentradores compactos de alta ganancia y dispositivos III-V. Este trabajo se ha articulado a través de proyectos co-financiados por la Comisión Europea como el HÉRCULES, el INFLATCOM y el HAMLET, que han llevado al anuncio por parte de Isofotón de la entrada en el mercado fotovoltaico de un módulo de concentración.



El sistema de concentración fotovoltaica Ramón Areces fue realizado por el Instituto de Energía Solar (IES) en 1980, un concentrador de foco puntual basado en lentes de Fresnel y células de Silicio.

El sistema EUCLIDES es un concentrador cilíndrico-parabólico con un solo eje de seguimiento N-S y que trabaja con concentraciones en el rango de 30 a 40X. Un prototipo fue instalado en las instalaciones del IES en Madrid, en el año 1995. Posteriormente, en el año 1998 se construyó en Tenerife la mayor planta de concentración del momento, con una potencia de 480 kWp.



La planta EUCLIDES-THERMIE de Tenerife ha supuesto una fuente de aprendizaje en lo que se refiere a la caracterización de concentradores fotovoltaicos. En este proyecto el concentrador EUCLIDES supera la fase de prototipo y alcanza la de preindustrialización, con el objetivo principal de determinar los costes reales de la tecnología. En el devenir del proyecto es necesario afrontar nuevos retos de muy diversa índole, y también en lo que se refiere a la caracterización de los diferentes subsistemas (células, módulos, espejos, sistema de puntería, etc.) en las particulares condiciones de operación a las que están sometidas en un concentrador.

Fuera de nuestras fronteras existen ya algunos productos de concentración fotovoltaica disponibles en el mercado. Por ejemplo, la empresa americana AMONIX dispone de un sistema de concentración 250X llamado IHCPV, que está basado en lentes de Fresnel y células de silicio de contacto posterior. El sistema está formado por 5 módulos (MEGAMODULETM), para una potencia total en condiciones nominales de 25 kWp.



La empresa australiana Solar Systems dispone de un concentrador 480X que usa espejos en forma de disco parabólico que reflejan el Sol en un punto central con parquet de células de silicio (CS500) instalado en Fosterville, Norhern Victoria (Australia), con una potencia nominal de 20 kWp y que compite con la generación diesel en el mercado de redes eléctricas aisladas.

Otra empresa de nacionalidad americana, ENTECH, dispone de un módulo de concentración de 1 kWp basado en lentes de Fresnel curvadas.

4. La Tecnología CPV en el mercado global de la electricidad solar.

La situación general del mercado fotovoltaico es muy favorable. Muchos países han establecido leyes para promover la expansión de las energías renovables.

En Marzo de 2007 el Consejo Europeo ratificó el objetivo de que Europa abasteciera un 20% de sus necesidades energéticas mediante energías renovables en 2020. Es indudable que la electricidad solar va a jugar un papel muy importante en la consecución de este objetivo, como lo ratifica un crecimiento sostenido global de casi un 40% (en España se ha crecido casi un 500% en el año 2007). A finales de 2006, en Europa se había instalado ya una capacidad total de 3,4 GW en sistemas fotovoltaicos.

La concentración fotovoltaica se presenta ante un mercado en amplia expansión económica y técnica. Las empresas del sector buscan la mejora de la eficiencia y la productividad a través de los desarrollos técnicos que requiere esta industria. La



estrategia de penetración de la CPV se debe definir como una apuesta tecnológica que mejora de forma drástica la productividad de las instalaciones y con productos de fiabilidad comprobada. La situación actual de las empresas de CPV está en el desarrollo de productos comerciales, apareciendo en un mercado de gran competitividad como una alternativa óptima de reducción de costes de instalación.

El mercado fotovoltaico ha mostrado recientemente una clara tendencia hacia las grandes instalaciones. Estas instalaciones son el objetivo de la incipiente industria de CPV, que prevé poder suministrar en 2020 precios llave en mano de sistemas por un precio de 2 €/W con precios de generación que podrían bajar hasta los 12 céntimos de €/kW·h. En localizaciones con una elevada radiación directa, las plantas CPV alcanzarán costes de producción de electricidad significativamente menores que aquellas plantas fotovoltaicas convencionales (de un 10 a un 20% menores). El objetivo es el proporcionar sistemas fiables, con una eficiencia de módulos de hasta un 30% y con una cifra de retorno energético de un año. Estas características hacen de la concentración fotovoltaica una tecnología prometedora y que va a jugar un papel muy importante en el desarrollo y aplicación de las energías renovables en el sistema energético europeo.

La tecnología de concentración fotovoltaica (CPV) se encuentra en un estado de desarrollo industrial. En los últimos años han aparecido un buen número de prototipos de sistemas de concentración e incluso algunos productos en el mercado. Este interés se ha despertado no solo en centros de investigación, sino que varias empresas del sector se han acercado a la concentración. Sin salir de nuestras fronteras, los dos grandes fabricantes de células y módulos fotovoltaicos afincados en nuestro país están participando activamente en proyectos de concentración en colaboración con el IES.

El mejor ejemplo del creciente interés en la concentración fotovoltaica por parte de la industria es la gran competencia actual en sacar al mercado un módulo de concentración compacto. Esta solución consiste en un concentrador refractivo, tipo lente de Fresnel o similar que trabaja en rangos de concentración entre 250X (células de Silicio) y 1.200X (dispositivos III-V), con un aspecto final de módulo muy compacto y semejante a un módulo plano convencional. Es precisamente esta última característica la que ha hecho despertar el interés de la industria que ve más sencilla la introducción en el mercado fotovoltaico por su semejanza a los productos que ya tiene en catálogo.

Otra razón que ha hecho despertar el interés en la concentración es la proliferación de nuevos conceptos e ideas en aras de un mejor aprovechamiento del espectro solar. Estos dispositivos, conocidos como células de tercera generación obtienen eficiencias muy superiores a las células convencionales, pero su elevado coste no los hace competitivos salvo que operen a elevadas concentraciones. Las células de



alta eficiencia necesitan de la concentración y encuentran en ella la forma de ser competitivas en el mercado fotovoltaico. Entre estos dispositivos, las células multiunión llevan una ventaja destacada al resto, siendo ya una realidad que han logrado eficiencias superiores al 30% y que empiezan a ser utilizadas en sistemas de concentración.

En los últimos años han aparecido un número importante de sistemas de concentración que pueden encontrarse en la bibliografía. Aquellos que hemos considerado más destacados los revisaremos posteriormente en una clasificación de sistemas de concentración. Una prueba de que la tecnología no está aún madura es la gran cantidad de soluciones técnicas que pueden encontrarse, reafirmado por el hecho que la mayoría de ellas no han superado la fase de prototipo o de preindustrialización.

Se han realizado múltiples prototipos y pequeñas plantas de demostración, pero no se habían producido iniciativas empresariales de comercialización. Hasta que en el año 2006, gracias entre otras, a la iniciativa lanzada por el Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC) en Puertollano, varias empresas están desarrollando productos comerciales CPV y llevando a cabo su industrialización.

Pero en lo que se refiere a normativa de caracterización y medida estandarizada, muy profusa en sistemas fotovoltaicos convencionales, no existe aún normativa alguna para sistemas de concentración. Aunque, como es lógico, algunas de las ideas presentes en la normativa de medida de sistemas convencionales pueden ser aplicadas a sistemas de concentración, las particularidades de estos últimos y la presencia de elementos que no existen en sistemas convencionales hace que sean necesarios métodos y procedimientos específicos para caracterizar los sistemas de concentración fotovoltaica. Este trabajo no ha sido abordado en profundidad por la comunidad científica, aunque si existen ciertas costumbres o ideas extendidas para caracterizar parcialmente estos sistemas.

Junto con esta proliferación de concentradores y el acercamiento de la industria a la concentración, ha surgido la necesidad y el interés por la normativa asociada. Sin embargo, existe un vacío de normativa para sistemas de concentración fotovoltaica, muy necesario para garantizar la calidad de producto de forma equivalente a los sistemas fotovoltaicos convencionales.

En el proceso de industrialización y comercialización de esta tecnología, la normativa y ensayos de calidad son una herramienta necesaria, y actualmente se está desarrollando una actividad conjunta entre todos los participantes de esta industria, incluyendo centros de investigación y universidades. La demostración de la productividad y la fiabilidad de la CPV permitirán que en breve aparezcan productos en el mercado.

Las normas de cualificación, hechas para garantizar la calidad del producto han sido las primeras en aparecer, aunque por el momento sólo para los módulos. Existen ya dos normas internacionales como son la IEEE 1513-2001, aprobada en el 2001, y la IEC 62108 que marcan los ensayos que se deben realizar sobre los módulos o sistemas para probar su duración de vida, equivalente a la 61215 para módulos de Silicio convencionales. Esta última especificación fue llevada a cabo por el IEC TC82 Working Group 7 y aprobada en Diciembre de 2007. El ISFOC marcó la obligatoriedad de realización de los ensayos de la norma, y sus proveedores se han convertido en los



primeros fabricantes a nivel mundial en superarla, lo que ayudará a aumentar la confianza en esta tecnología, al poder certificar los productos. No existe normativa para el resto de subsistemas, aunque ya se ha iniciado el trabajo en otras normas IEC de cualificación de sistemas de seguimiento y de medición de las prestaciones de los sistemas de concentración, de la que el ISFOC lidera su redacción. Como adelanto a la norma de medición, ha establecido un procedimiento de medida de plantas en su licitación, que marca la forma en la que se miden prototipos y arrays de sus proveedores.

5. Clases.

Fruto de la amplia experiencia en la caracterización y medida de sistemas de concentración, el IES lidera el proyecto C-RATING, iniciado en el año 2000, y que es una propuesta europea para definir métodos estandarizados y criterios de medida, caracterización y especificación de sistemas de concentración. El objetivo del proyecto es paliar el vacío de normativa existente para estos sistemas, muy necesaria para dotar a esta tecnología de los mismos criterios y garantías de calidad que los paneles convencionales. En este proyecto han participado además del IES, diversas instituciones y empresas europeas como el Fraunhofer-ISE, Joint Research Center ESTI, el Instituto de Tecnología y Energías Renovables (ITER) y la empresa alemana RWE Solar (antes ASE).

Una de las primeras tareas llevadas a cabo en el proyecto C-RATING ha sido la de revisar las diferentes propuestas de sistemas de concentración que han sido llevados a la práctica. Fruto de este análisis se han establecido cinco clases o concentradores de referencia, atendiendo a sus propiedades geométricas, ópticas eléctricas y mecánicas, y que abarcan todos los sistemas de concentración encontrados.

5.1. Concentrador de foco puntual con una única célula por colector.

Las principales características de este tipo de sistemas de concentración son:

Óptica basada en lentes de Fresnel, con la opción de un secundario para aumentar la aceptancia/concentración o mejorar la uniformidad.

Rangos de concentración muy variables, entre 50X y 500X para células de Silicio y de hasta 1.200X (alta concentración) para dispositivos III-V.

Refrigeración pasiva en la mayoría de casos puesto que la compacidad del receptor no es muy alta.

Necesitan un sistema de estanqueidad. Sistema de seguimiento en dos ejes, con precisión de ±0,2º para aceptancias del

orden de 1º.



Se diferencian del tipo 2 en que existe sistema óptico diferenciado por cada dispositivo de conversión fotovoltaica, de tal forma que cada célula recibe luz proveniente sólo de una lente. Esto hace que la compacidad del receptor sea baja y, por tanto, que la densidad de calor que es necesario extraer también lo sea.

5.2. Concentrador de foco puntual de gran área (parquet de células).

A diferencia del caso anterior, existe una única óptica que ilumina a un único receptor formado por muchos dispositivos. La compacidad del receptor es muy elevada y existe una elevada densidad de potencia calorífica que es necesario extraer. En esta categoría se incluyen los discos parabólicos y las plantas de torre central, aunque estas últimas no son muy habituales en el caso de conversión fotovoltaica. Otras características son:

Óptica basada en espejos. Rangos de concentración entre 150X y 500X para el caso de discos, y hasta

2.000X en torres centrales (alta concentración). Óptica secundaria opcional en el caso de discos.

Refrigeración activa por la elevada compacidad del receptor. Sistema de seguimiento en dos ejes. La aceptancia de estos sistemas suele ser

mucho menor que los de tipo 1 y necesitan mayor precisión del sistema de seguimiento (±0,05º para el caso de óptica basada exclusivamente en un disco parabólico).



5.3. Concentrador lineal.

La característica principal es un foco de luz con forma de línea. Otras características distintivas son:

Óptica basada en espejos o lentes de Fresnel lineales. Óptica secundaria opcional para mejorar la uniformidad, aumentar la ganancia o

la aceptancia. Puede conseguirse un significativo aumento de la concentración sin reducción de aceptancia con secundarios 3D.

Rango de concentración entre 10X y 60X (media concentración). Con secundarios 3D puede alcanzarse 300X.

Células de silicio para conseguir viabilidad económica. La opción de dispositivos III-V sólo es aceptable para el caso de concentración 300X con secundarios 3D.

Tanto la refrigeración pasiva como la activa son posibles. Es necesario un seguimiento en dos ejes para el caso de lentes, excepto para

concentraciones muy bajas. Con espejos es posible también el seguimiento en un sólo eje.

5.4. Concentrador estático.

Los concentradores estáticos aprovechan, además de la radiación directa, parte de la difusa que proviene de la bóveda celeste. No necesitan sistema de seguimiento, aunque opcionalmente pueden requerir un ajuste en función de la época del año. El conexionado y encapsulado es muy semejante al de los módulos convencionales, lo que les confiere un elevado parecido a estos. Otras características son:



Células de Silicio monofaciales o bifaciales. Ganancia de concentración entre 1,3X y 10X. Concentraciones mayores

requieren muchos ajustes de posicionamiento para considerarse estáticos. Refrigeración pasiva.

5.5. Mini concentrador de foco puntual.

Existen en la actualidad nuevas familias de dispositivos fotovoltaicos de alta eficiencia, pero que necesitan de elevadas concentraciones, en el rango de 1.000X, para ser competitivos en coste. El tamaño de los mismos es muy pequeño (entre 1 y 5 mm2), ya que viene limitado por razones térmicas. Aun siendo la ganancia tan elevada, el tamaño de la óptica de concentración es pequeño, impuesto por el propio tamaño de la célula.

Los módulos, debido a estos condicionantes, tienen un aspecto cerrado y compacto, e incluyen las propias células, las lentes, los secundarios, los diodos de paso, el disipador y las interconexiones. Las células que forman el módulo suelen montarse sobre una chapa o semejante, que hace tanto de disipador como de cerramiento, y proporciona zonas de interconexionado de dispositivos.

Aunque este tipo de sistemas comparte muchas características comunes con el tipo 1, su tamaño y compacidad hacen que necesiten algunos procedimientos de caracterización y medida especiales. En algunos casos el dispositivo está completamente embebido en la óptica de concentración. La célula y la lente se diseñan de forma conjunta y la caracterización de colector y receptor por separado no es tan necesaria en muchos casos, y en otros, ni siquiera es posible.



6. Componentes.

En este nuevo módulo fotovoltaico se pueden identificar los siguientes componentes principales.

6.1. Células solares fotovoltaicas multiunión.

La célula solar fotovoltaica multiunión (MJ) es el elemento donde se lleva a cabo el efecto fotoeléctrico. Se basa en materiales semiconductores, distintos al silicio propio de la fotovoltaica convencional, compuestos por elementos de los grupos III y V de la tabla periódica, como el GaAs.

Estas células comenzaron a sustituir a las células de silicio cristalino en la década de 1990 en aplicaciones espaciales insensibles al coste, donde la relación potencia-peso era crítica. El uso de células multiunión es ahora predominante para la generación eléctrica en el espacio.

El empleo de las células solares fotovoltaicas multiunión, ubicadas exactamente en el punto focal, transforma la luz del Sol concentrada a través de la lente Fresnel en energía eléctrica. El uso de la concentración, permite la sustitución del coste efectivo de materiales como lentes y espejos por el mayor coste de los materiales semiconductores de este tipo de células.



Mediante células solares tándem o triples es posible alcanzar rendimientos muy elevados por encima del 35%, casi el doble que los rendimientos más altos de la tecnología fotovoltaica convencional. Apilándose células solares de diferentes materiales semiconductores uno sobre otro, cada una de las tres células de una triple es responsable de la conversión de una parte determinada del espectro solar, lográndose un gran potencial de aprovechamiento de este, mayor que con las células fotovoltaicas convencionales de silicio.

La empresa Spectrolab de Boeing es líder en la industria de producción de células de multiunión para uso en concentradores solares terrestre, donde mantiene la eficiencia record del 40,7%. Otros de los mayores productores actualmente son Emcore y Azur Space.



A tal efecto se utilizan semiconductores compuestos por el fosfuro de galio e indio (GaInP), arseniuro de galio e indio (GaInAs) y germanio (Ge).

Con un diseño del sistema perfectamente coordinado es posible obtener con las nuevas células solares triples, incrementos en el rendimiento por módulo de hasta un 28%. En los módulos prototipos equipados con células solares tándem se han podido lograr rendimientos mayores al 26% bajo circunstancias reales de funcionamiento.

6.2. Sistema óptico.

Diferentes elementos de óptica como espejos, lentes Fresnel, etc. hacen la labor de concentrar la radiación solar en un punto donde se coloca una célula fotovoltaica muy pequeña. Por ejemplo, bajo una concentración de 500X, una célula solar de 1 cm2 de área produce la misma electricidad que otra de 500 cm2 sin concentración.

6.2.1. Lentes de Fresnel.

La luz solar directa es focusada mediante lentes Fresnel.

Sin secundario: las lentes Fresnel concentran la luz solar directa en un punto focal de 2,3 mm de diámetro. Lo que significa una tasa de concentración de 500X.



Cg 300 1.250 α ≈±0,5º -

Con secundario:

Cg 300 1.250 α ±2,4º ±1,2º

6.2.2. Parábola.

Con baratas lentes basadas en óptica, se consiguen flujos de concentración en instalaciones fotovoltaicas comerciales limitadas sobre el rango de 100 a 400X.

Las lentes con aberraciones geométricas y cromáticas combinadas con diseños poco compactos, limitan el flujo alcanzado y la facilidad de agrupar muchos sistemas idénticos. Estos factores preluden desarrollos de sistemas ópticos que satisfagan simultáneamente una alta eficiencia, un alto flujo de concentración y compacidad.



La óptica reflectiva está libre de aberraciones cromáticas que pueden socavar la eficiencia de las células multiunión y proporciona un elevado ángulo de aceptancia, reduciendo el coste del seguidor. Además de utilizar cristal de bajo coste mediante técnicas adaptadas de las industrias de automoción y fotografía.

Cg 300 1.250 α ±1,6º ±0,8º

6.2.3. TIR (Total Internal Reflexion).

La solución del sistema óptico TIR-R, basado en reflexión total interna y refracción, permite módulos fotovoltaicos del mismo grosor que los convencionales. En cambio, una óptica de Fresnel alcanza menos concentración y proporciona módulos de mayor grosor, además de ser menos efectiva en coste.

Consta de dos lentes y se basa en la óptica no formadora de imágenes. A la lente que se encuentra pegada a la célula se le denomina SOE. Y a la que se instala a una cierta distancia (entorno a 18 mm), se le llama POE; esta célula se encuentra adherida al vidrio frontal que conforma parte de la estructura del módulo. Con un diseño muy innovador, estas lentes se fabrican mediante la técnica de moldeo por inyección de plásticos con capacidad para garantizar calidad óptica de las piezas que fabrica. Este sistema posee un gran atractivo para el conjunto de instaladores.



Cg 300 1.250 α ±2,8º ±1,4º

6.2.4. Nuevos sistemas (XR, XRI, …).

Cg 300 1.250 α ±3,8º ±1,8º

6.3. Refrigeración.

Debido a las altas temperaturas que se alcanzan en las células a causa de la concentración, es necesario según el flujo de concentración, un sistema de refrigeración pasiva para concentraciones menores o activa para concentraciones mayores.

Refrigeración pasiva: radiador de aire.



Refrigeración activa: circulación de agua.

6.4. Seguidores.

Con el fin de aumentar el rendimiento de nuestro sistema, el seguidor tiene la función de orientar nuestro módulo fotovoltaico de concentración en dirección al Sol.

Los seguidores a un eje no son válidos para alta concentración.

Los seguidores a dos ejes son los más complejos, pero garantizan el máximo aprovechamiento de la radiación directa. Para ello se utilizan seguidores con seguimiento por sensores:

El sensor Ricerca tiene cuatro fotoresistencias que forman un puente de Wheastone por cada eje de movimiento.

El sensor Sandia, está basado en las diferentes intensidades generadas por las células fotovoltaicas según la distinta iluminación que reciben gracias a su ubicación en el panel.

Pero en caso de poca luminosidad es necesario otro sistema que siga la posición del Sol:

Seguimiento por reloj solar. Seguimiento por coordenadas calculadas.

El objetivo no es seguir al Sol sino conseguir que el foco de luz caiga sobre todas las células instaladas en el concentrador, por esto es muy importante el diseño mecánico de los seguidores:

La precisión del apuntamiento de este tipo de seguidores es de 0,1º aproximadamente.



Se requiere precisión en el apuntamiento (sistema de control).

Se requiere rigidez mecánica, ya que si la estructura flecta afecta a la aceptancia angular.



CARACTERÍSTICAS Condiciones obligatorias Condiciones recomendadas Duración de vida 25 años 30 años Precisión < aceptancia angular – tolerancias de

funcionamiento y montaje de las piezas Precisión < 0,2º (0,1º)

Flexión máxima < aceptancia angular – tolerancias de funcionamiento y montaje (vientos menores al viento máximo de operación)

Flexión < 0,3º (0,1º)

Juego < aceptancia angular – tolerancias de funcionamiento y montaje

Juego < 0,3º (0,1º)

Viento máximo de operación

Debe trabajar correctamente con vientos menores de posición de seguridad

Entre 35 km/h y 45 km/h

Viento máximo de supervivencia

El seguidor debe sobrevivir a los vientos máximos de la zona

Más de 100 km/h

Tipo de seguimiento Debe permitir un seguimiento del Sol, con una precisión igual o menor a la especificada

Híbrido (con coordenadas solares con nubes, con sensores de apuntamiento directo con Sol)

Precisión del reloj interno

El reloj interno no debe desajustarse Con puesta en hora automática cada cierto tiempo (GSM, Internet, etc.)

Comunicaciones Conexión con la red de comunicaciones Comunicación via Ethrnet, RS232, RS485, GSM, etc.

7. Referencia internacional en Castilla-La Mancha: ISFOC.

El Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC), empresa filial del Instituto de Finanzas de Castilla-La Mancha, es el resultado del Plan de I+D promovido por la Consejería de Educación y Ciencia de Castilla-La Mancha y el Instituto de Energía Solar (IES) de la Universidad Politécnica de Madrid. El proyecto está financiado por el Ministerio de Educación. La sede, laboratorios y parte de las plantas fotovoltaicas piloto del ISFOC, se están construyendo en Puertollano, desde donde se coordinarán todas las actividades del Instituto.

El objetivo principal es aportar información fiable a la comunidad internacional sobre potencia y productividad de sistemas CPV comerciales, estableciendo en Castilla-La Mancha el motor para el desarrollo mundial de la tecnología CPV. Para poder generar conocimientos sobre esta tecnología, se están instalando bajo la administración del ISFOC varias plantas con una potencia eléctrica de 3 MW, utilizando diversas tecnologías de concentradores de las que están incipientemente disponibles en el mercado.



Se pretende además formar a un grupo de expertos capaz de promocionar tanto el desarrollo local de la industria como investigación de alto nivel, por medio de la instalación de plantas piloto de CPV. Actualmente se están instalando 1,7 MW de la tecnología española Isofotón, de la americana SolFocus y de la alemana Concentrix. En una segunda licitación, se han seleccionado cuatro compañías más que se van a unir al proyecto: Emcore, de Estados Unidos; Arima Eco, de Taiwán; Sol3G, de España, y Concentración Solar La Mancha, de España, que instalarán conjuntamente una potencia total de 1,3 MW. El objetivo de estas plantas de demostración es facilitar a las industrias la creación de líneas piloto de fabricación y además obtener información valiosa sobre la idoneidad, fiabilidad y energía producida por cada tecnología.

Concentrix Solar: empresa alemana, spin-off del Instituto Fraunhofer de Friburgo.

o Potencia: 200 kW en Puertollano y 300 kW en Sotos (Cuenca). o Tecnología: concentradores de 5,4 kW, 800 V y 6 A; con módulos

Flatcon (una lente Fesnel sin secundario) y células III-V de tres uniones.



Solfocus: empresa estadounidense, Palo Alto, California. o Potencia: 200 kW en Puertollano y 300 kW en Almoguera

(Guadalajara). o Tecnología: concentradores de 6,2 kW, 460 V y 16 A, con óptica de

parábola más espejo más prisma y células III-V de tres uniones.

Isofotón: empresa española que trabaja en fotovoltaica desde hace 25 años. o Potencia: 400 kW en Puertollano y 300 kW en Talabera de la Reina

(Toledo). o Tecnología: concentradores de 15 kW, 800 V y 6 A, con óptica TIR más

secundario y células III-V de tres uniones.

Se promoverá el desarrollo regional mediante la implantación de empresas auxiliares relacionadas con la CPV: instaladoras, mantenimiento, recuperación y reciclado de plantas, promotoras de plantas de generación, asesoría financiera, etc., además de impulsar la instalación en Castilla-La Mancha de centrales conectadas a la red con capital privado, puesto que esta Comunidad reúne las condiciones idóneas para la CPV.

El ISFOC es ya un referente nacional e internacional en el campo de la energía solar fotovoltaica de concentración. Con las infraestructuras adquiridas e instaladas después del período de implantación de aproximadamente dos años, se podrán realizar investigaciones enfocadas a la expansión comercial de estas tecnologías, formar a expertos en el campo de la CPV, participar en proyectos nacionales e internacionales de I+D, diseminar los resultados del ISFOC en el ámbito fotovoltaico internacional, atraer inversiones a la región a cuenta de la energía solar fotovoltaica y certificar la producción esperada de cada sistema en lugares tipificados como objetivos prioritarios.



Durante décadas, la CPV ha estado esperando su oportunidad desde el ámbito académico. Los desarrollos tecnológicos y la oportunidad del mercado se unen en estos momentos para que la CPV juegue por fin un papel importante. El mundo está esperando resultados y esta iniciativa los aportará, a la vez que convertirá a Castilla-La Mancha en el referente mundial para la CPV.

ISFOC está abierto a colaboraciones con grupos de investigación e industrias afines, buscando servir de puente entre la industria y la academia y acelerando la industrialización de las tecnologías CPV. La sociedad se verá muy pronto beneficiada por todos los esfuerzos invertidos en la CPV en los últimos años.

8. Bibliografía.

‘Curso de Instalaciones Solares Fotovoltaicas’ COIIM. ‘III Jornadas Técnicas sobre Energía Solar Fotovoltaica’ COITI. ‘Métodos y Equipos para la Caracterización de Sistemas Fotovoltaicos

de Concentración’ UPM. ‘Concentración Fotovoltaica: Realidad y Futuro’ ISFOC. Abengoa Solar web site. Amonix web site (www.amonix.com). Arima web site (www.arimaeco.com). Azur Space web site (www.azurspace.com). BP Solar web site (www.bp.com). Concentrix web site (www.concentrixsolar.de). Emcore web site (www.emcore.com). Entech web site (www.entechsolar.com). Guascor Fotón web site (www.guascorfoton.com). Inspira web site (www.inspira.es) Isofotón web site (www.isofoton.com). Sol 3G web site (www.sol3g.com). Solar Systems web site (www.solarsystems.com.au). Solfocus web site (www.solfocus.com).

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