El sistema SIFAC de GUASCOR FOTON

Sistemas fotovoltaicos de
Alta Concentración
El sistema SIFAC de GUASCOR FOTON
Introducción.
La energía solar puede ser aprovechada de formas distintas para generar electricidad,
mediante sistemas térmicos y sistemas fotovoltaicos. Los sistemas solares térmicos se basan
en la transformación de la energía del sol en calor mediante espejos. Éstos concentran la luz
del sol sobre un punto, en el que se calienta un fluido que acumula la energía para cederla
posteriormente a un motor. Los sistemas solares fotovoltaicos transforman la luz solar
directamente en energía eléctrica mediante una célula solar o célula fotovoltaica, utilizando el
efecto fotovoltaico.
SUNLIGHT
Luz solar
Una de las estrategias a seguir para optimizar el rendimiento
de los sistemas fotovoltaicos consiste en utilizar sistemas de
concentración. Éstos consisten en un sistema óptico (más
barato) que concentra la luz solar en un área mucho menor de
célula solar (más cara), fig. 1. En un sistema fotovoltaico
convencional, como los paneles planos, el coste de la célula
puede llegar a suponer más del 60% del coste total del
sistema. Sin embargo, concentrando la luz, podemos disminuir
el área de célula notablemente, de forma que es posible
fabricar
células
fotovoltaicas
más
sofisticadas
tecnológicamente y de mayor rendimiento con una influencia
mucho menor en el precio final del sistema. Además, es
posible tener rendimientos mayores en células funcionando
con luz concentrada.
ONE - SUN
Un sol
SUNLIGHT
Luz solar
Alta- Concentración
HIGH
CONCENTRATION
Fig. 1. Esquema de funcionamiento
El sistema fotovoltaico de GUASCOR FOTON pertenece a de la concentración solar
este tipo de sistemas, utilizando una concentración de 400
soles (es decir, el equivalente a 400 veces la luz que nos llega del sol en un día despejado de
verano, ó 40 W/cm2). Consiste en un sistema con seguimiento en dos ejes (torre SIFAC)
compuesto por 5 MegaMódulos en los cuales un parquet de lentes de Fresnel concentra la luz
en una matriz de células solares de silicio de área 400 veces menor.
La tecnología GUASCOR FOTON.
El sistema fabricado por GUASCOR FOTON, está basado en el uso de células muy eficientes
trabajando a 400 soles. Estas células, que tienen los contactos en la parte posterior de la
célula, permiten el mejor aprovechamiento de la luz que les llega, puesto que no presentan
sombras debidas a metalización ni a terminales de interconexión como en las células
convencionales de un panel plano.
Tales células fotovoltaicas han sido desarrolladas en Silicon Valley por la empresa AMONIX,
y ensayadas exhaustivamente por la empresa de electricidad de Arizona APS en múltiples
instalaciones en funcionamiento en Arizona así como por otras empresas eléctricas en
California, Nevada y Texas.
La extraordinaria reducción de la cantidad de silicio que se obtiene mediante el sistema
adoptado por GUASCOR FOTON se consigue gracias a una serie de innovaciones
tecnológicas introducidas en la célula fotovoltaica que permiten su operación a elevada
temperatura sin detrimento de su rendimiento o de sus prestaciones en el tiempo. Tales
innovaciones tecnológicas permiten una captura de los electrones generados por el efecto
fotovoltaico muy eficaz, ostentando el más elevado rendimiento obtenido hasta la fecha por
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Sistemas fotovoltaicos de
Alta Concentración
células fotovoltaicas de silicio, alcanzando en proceso de producción comercial el 27% a 400
soles.
Para concentrar la luz proveniente del sol, se
utilizan lentes de Fresnel. Estas lentes están
fabricadas en un material acrílico que presenta
una elevada transparencia y gran resistencia a la
fatiga térmica. Cada lente concentra la luz solar
en un único FotoReceptor, compuesto de una
célula de contacto posterior, un diodo de by-pass
y un reflector secundario, fig. 2. Dicho
FotoReceptor está encapsulado en un sustrato que
permite la transmisión del calor, permitiendo la
disipación de calor de forma pasiva por la cara
posterior del módulo.
Elemento óptico secundario
Célula de contacto
posterior de alta eficiencia
en concentración
Capa conductora de cobre
Soldante
Capa aislante
Sustrato de Aluminio
Fig. 2. Esquema del FotoReceptor
La torre SIFAC
La torre SIFAC está formada por una columna sobre la que se apoya una viga horizontal que
soporta 5 MegaMódulos de 13,5 x 3,5 m cada uno, fig. 3. Las estructuras metálicas son de
gran resistencia a la corrosión y su fabricación modular permite un montaje rápido y eficiente.
Cada torre lleva un mecanismo de orientación y seguimiento, que permite orientar la torre en
función de la posición del Sol. Dicha orientación está controlada por un circuito hidráulico
que acciona 3 cilindros de posicionamiento y un sistema electrónico que establece la consigna
de giro para todas las torres del parque. Este sistema permite orientar la torre al sol con una
gran precisión.
Cada torre tiene una potencia nominal de 25 kWp, medidos en condiciones PVUSA (850
W/m2 de irradiancia normal directa, 20 ºC de temperatura ambiente y 1 m/s de velocidad de
viento, medido a 10 m del suelo) y dispone de un inversor de corriente continua a alterna, con
una tensión de salida de 380 V, dotado de sus correspondientes protecciones eléctricas.
Además, dispone de un telemando apto para operación y supervisión a distancia.
Torre SIFAC DE 25 kWP
Módulo
(24 lentes / 24 células)
Megamódulo de 5
kW
Sistema hidráulico
Inversor y
controladores
Fig. 3. Torre SIFAC.
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Alta Concentración
Parques fotovoltaicos
Los parques solares fotovoltaicos
basados
en
la
tecnología
GUASCOR FOTON se componen
de
agrupaciones
de
torres
fotovoltaicas de 25 kW de potencia
cada una.
La modularidad del sistema es de
una gran flexibilidad, lo que
permite su óptima aplicación en
instalaciones fotovoltaicas del
rango entre 25 kW y varios
megavatios.
Fig. 4. Torres SIFAC instaladas en Arizona por la empresa APS.
Ventajas del sistema.
El sistema GUASCOR FOTON se ha probado extensamente en APS -Arizona Public Serviceen competencia con el resto de tecnologías existentes, y en otras ubicaciones. Lográndose los
siguientes resultados comparativos:
• Es el mejor sistema en cantidad de energía solar transformada, llegando al 27% de
eficiencia de célula en producción, debido a que las conexiones eléctricas en la cara
posterior no interfieren los rayos solares y a la reducida tasa de recombinación de cargas de
signo contrario presentes en el volumen del semiconductor. Además, el rendimiento de toda
la instalación calculado como el cociente entre la energía solar recibida y la energía eléctrica
entregada a la red es superior al 18 %. El sistema de SIFAC permite obtener hasta un 30%
más de energía que los sistemas convencionales.
• Es el mejor sistema en términos de coste de instalación y de coste de mantenimiento. Los
equipos de orientación de los paneles y de transformación de energía eléctrica continua en
alterna son personalizados, muy fiables y con incidencias mínimas.
• Requiere la utilización de 400 veces menos de silicio que los sistemas sin concentración.
Tiene un impacto ecológico mucho menor en fabricación y desguace, puesto que los
componentes de la instalación son 100% reciclables.
• Menor superficie de terreno ocupada, debido al mayor rendimiento energético, y posibilidad
de añadir otros usos paralelos. Regeneración del suelo por menor evaporación de agua,
debido a las sombras proyectadas por los paneles.
• En las instalaciones realizadas, el paso del tiempo no ha producido ninguna degradación de
los elementos del sistema ni de su rendimiento de transformación eléctrica.
o El paso del tiempo no produce degradación de los elementos ópticos del sistema: las
lentes de Fresnel frontales mantienen su nivel de transparencia óptica, controlándose
ésta mediante muestras patrón comparadas con muestras extraídas de paneles instalados.
o No se produce disminución del rendimiento de transformación eléctrica. Las células
fotovoltaicas mantienen sus características eléctricas: no se degrada el semiconductor, ni
disminuye su rendimiento.
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Sistemas fotovoltaicos de
Alta Concentración
o Se mantiene el grado de precisión de los sistemas de orientación y la fiabilidad de los
elementos electrónicos es estable.
• Es el sistema que soporta mejor la intemperie: viento, rayos, granizo y nieve. La pérdida de
rendimiento a alta temperatura es la mitad que en los otros sistemas.
o Se autoprotege activamente del viento y nieve. Dispone de sensores que reorientan los
paneles y los coloca en la mejor posición para soportarlos.
o Soporta pasivamente rayos y granizo, ya que los elementos activos están protegidos
mecánicamente y toda la torre tiene buena conductividad eléctrica.
Dispositivo
Ventajas
Beneficios
Lentes de Fresnel
Menor cantidad de silicio para la
misma potencial instalada
Menor coste del sistema
Sistema integrado de
seguimiento solar
Mejor aprovechamiento de la luz
solar
Más cantidad de electricidad generada
durante las horas de mayor
demanda
Célula solar de alta
eficiencia
Más eficiencia de conversión de la luz
solar en electricidad
Menor superficie de suelo requerida
para una instalación
Posicionado automático en
caso de fuerte viento
Protege el equipo en condiciones de
fuertes vientos
Permite la instalacion del sistema en
regiones de clima severo
Sistema de posicionado y
control por ordenador
Instalaciones remotas sin personal
Atención continua de los equipos desde
GUASCOR FOTON
Célula fotovoltaica de
contacto posterior
•
•
Fácil montaje del circuito
No hay sombras en la cara de la
célula expuesta al sol mejor
aprovechamiento de la luz
•
Matriz fotovoltaica
integrada
Simplifica la interconexión de las
células
•
Posibilita producción automática y
reduce costes en series largas
Torre fotovoltaica
Permite el uso del suelo para otros
fines.
•
•
Minimiza el impacto ambiental.
Aumenta la rentabilidad del
terreno utilizado
•
Posibilita producción automática y
reduce costes en series largas
Mayor producción de energía
Tabla 1. Ventajas del sistema SIFAC con respecto a un módulo plano.
La fábrica de GUASCOR FOTON en Vizcaya
Para producir estos sistemas, GUASCOR FOTON está poniendo en marcha una fábrica en el
Polígono Industrial Granada, en Ortuella (Vizcaya). En ella se dispone de 5.500 m2 donde se
realiza todo el proceso de fabricación de FotoReceptores y montaje de MegaMódulos.
La fabricación de FotoReceptores se realizará en una sala limpia de 800 m2 con dos zonas, de
clases 10.000 y 100.000. En la zona de clase 10.000 se realizará el postprocesado de las
células fotovoltaicas, y en la zona de clase 100.000 se procede al ensamblaje de los
FotoReceptores. En ambiente no clasificado se procede al montaje de los FotoReceptores en
matrices de 24 unidades, que posteriormente son ensambladas en estructuras metálicas con las
lentes para formar el MegaMódulo.
Se estima que en ésta se fabricarán 10 MW de MegaMódulos en el año 2.006, estando
prevista su ampliación hasta 20 MW/año en años posteriores.
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