Fotovoltaica / Investigación

Las tecnologías de energía alternativa, como los módulos fotovoltaicos (Figura 1), se están volviendo más populares en todo el mundo. En 2008, por primera vez, las inversiones mundiales en fuentes de energía alternativas atrajeron a más inversores que los combustibles fósiles, generando 155.000 millones de dólares de capital neto frente a 110.000 millones de dólares de nuevas inversiones en petróleo, gas natural y carbón. Sólo la energía solar generó 6.500 millones de dólares en ingresos mundiales en 2004, y se espera que casi triplique esa cifra con ingresos proyectados de 18.500 millones de dólares para 2010.

Las tecnologías de energía alternativa se están volviendo cada vez más populares en todo el mundo debido a una mayor conciencia y preocupación por la contaminación y el cambio climático global . Las tecnologías de energías alternativas ofrecen una nueva opción para obtener energía útil de fuentes que tienen un menor impacto ambiental en el planeta. ¿Pero cuánto menos?

Una revisión publicada anteriormente del análisis de energía neta de la energía fotovoltaica basada en silicio ^[1] encontró que todos los tipos de energía fotovoltaica basada en silicio (amorfo, policristalino y monocristalino) generaban mucha más energía durante su vida útil que la que se utiliza en su producción. Todos los fotovoltaicos modernos de silicio se amortizan en términos de energía en menos de cinco años, incluso en escenarios de implementación muy subóptimos.

Este artículo explora todos los impactos ambientales asociados con la producción y el uso de por vida de paneles fotovoltaicos (PV) de silicio.

Esta es una investigación de la capacidad y capacidades del módulo r.sun , una de las utilidades del Sistema de Soporte de Análisis de Recursos Geográficos (GRASS). Utilizando el sureste de Ontario como estudio de caso, se calculó la insolación, incluida la variación temporal y espacial del albedo, para producir energía solar confiable para el desarrollo de parques solares fotovoltaicos a gran escala en la región.

El texto completo del estudio está disponible aquí: HT Nguyen y JM Pearce, " Estimating Potential Photovoltaic Yield with r.sun and the Open Source Geographical Resources Analysis Support System " Solar Energy 84 , págs. 831-843, 2010. Acceso abierto

Al intentar decidir qué tipo de energía renovable tiene más sentido para una aplicación determinada, la termodinámica debería ser nuestra guía. Específicamente, la exergía es la energía que está disponible para ser utilizada: la energía útil y debería ser la figura del mérito. En este artículo comparamos tres tipos de sistemas de energía solar que utilizan exergía para sacar algunas conclusiones generalizables para la energía solar en los EE. UU.

A medida que la demanda de energía continúa creciendo, también lo hace el debate sobre el futuro del suministro de energía. Como tal, la tecnología nuclear a menudo se compara con fuentes renovables como la tecnología solar fotovoltaica (PV) mediante comparaciones de capacidad energética, ciclo de vida , emisiones de GEI y desempeño económico. Los argumentos económicos en particular están distorsionados y fuertemente definidos por los subsidios a la industria nuclear; estos pueden ser en forma de subsidios directos o indirectos. Nuestro objetivo fue evaluar los efectos de los subsidios indirectos, como el subsidio de responsabilidad del seguro nuclear, y comparar los retornos de energía si un subsidio de la misma magnitud se desviara a la industriasolar fotovoltaica .

Este proyecto investigará los efectos sobre el rendimiento anual de un concentrador plano en instalaciones solares fotovoltaicas (PV) a escala de conjunto. Los concentradores cepilladores para colectores térmicos se han estudiado exhaustivamente y se ha descubierto que aumentan sustancialmente el rendimiento energético. Algunos estudios han analizado los concentradores más planos aplicados a los sistemas fotovoltaicos y han analizado los ángulos óptimos del reflector y del panel para maximizar el aumento de la insolación. Estos estudios mostraron aumentos de rendimiento teóricos y experimentales del 20 al 30%. Sin embargo, hasta la fecha, los mecanismos de pérdidas asociados con estos sistemas no se han entendido completamente y se debe trabajar para determinar cómo se pueden optimizar los sistemas de baja concentración para tener en cuenta dichas pérdidas.

La implementación de energía solar fotovoltaica para aplicaciones de generación de energía conectada a la red está aumentando a un ritmo rápido (aproximadamente un 40% de crecimiento año tras año) como reconocimiento de que esta tecnología puede proporcionar una fuente de energía abundante y respetuosa con el medio ambiente. Actualmente, el patrón de implementación de la energía fotovoltaica se da en una variedad de latitudes que no son necesariamente las regiones ecuatoriales ideales donde se maximiza el recurso solar. De hecho, más del 70% de la energía fotovoltaica instalada a nivel mundial en 2010 se realizó en latitudes superiores a los 40⁰.

En estas latitudes, un conjunto fotovoltaico convencional de inclinación fija consta de múltiples filas de este a oeste que contienen paneles fotovoltaicos orientados al sur. Para minimizar el sombreado de una fila a otra durante períodos de baja altitud solar (mañana y noche), estas filas están espaciadas en dirección norte-sur. Sin embargo, en los momentos de mayor potencial solar (mediodía solar), esta distancia entre hileras se ilumina y la energía no se aprovecha por completo. Los concentradores Planer permiten que esta energía no utilizada sea capturada por los paneles fotovoltaicos.

Hemos creado un marco teórico para modelar un concentrador plano en una instalación fotovoltaica a escala de matriz. Este modelo tiene en cuenta minuciosamente los mecanismos de pérdida en este sistema, incluidos los térmicos, el ángulo de incidencia, la reflectividad y el desajuste de las cadenas, para permitir un diseño informado de sistemas fotovoltaicos de baja concentración. Utilizando este modelo, se realizó un estudio de caso en Canadá y los resultados de la simulación muestran que un sistema reflector plano instalado en una granja fotovoltaica tradicional de silicio cristalino puede producir aumentos en el rendimiento eléctrico del 23 % al 34 %. ^[2]

Nuestro objetivo es realizar más trabajos experimentales en el Centro de Investigación Aplicada de Energía Sostenible (SEARC), una instalación de pruebas al aire libre de última generación y uno de los principales bancos de pruebas fotovoltaicas de América del Norte, para demostrar la precisión del modelo. El trabajo experimental analizará el mecanismo de pérdida y cómo optimizar la producción de energía para tenerlo en cuenta, tanto en paneles fotovoltaicos de silicio cristalino como amorfo. Finalmente, debido al monitoreo detallado de la temperatura de los paneles bajo concentración, este estudio espera no solo verificar el modelo y mejorar el rendimiento fotovoltaico, sino también proporcionar los datos necesarios para eliminar las cláusulas de anulación de garantía para la baja concentración de los módulos fotovoltaicos basados ​​en silicio.

Los sistemas de células solares fotovoltaicas representan uno de los medios más prometedores para mantener nuestros niveles de vida intensivos en energía. ^[3] acceso abierto Dado que Canadá, y Ontario en particular, concentran una atención mucho mayor en el desarrollo fotovoltaico, existe un gran interés y preocupación por los efectos de la capa de nieve en el rendimiento de la energía solar. Desde proyectos residenciales de pequeña escala hasta grandes proyectos de varios MW, los promotores están interesados ​​en el efecto de la nieve en el rendimiento de diferentes tipos de paneles y en la optimización de los ángulos de estantería. Se han realizado muy pocos estudios exhaustivos que intenten cuantificar los efectos de las nevadas y ninguno que proporcione estimaciones universalmente aplicables de las pérdidas relacionadas con la nieve. Por lo tanto, el primer objetivo de este estudio es intentar comprender mejor los efectos de las nevadas en el rendimiento fotovoltaico y proporcionar algunas recomendaciones para reducir estas pérdidas.

En respuesta a esto, se ha iniciado un proyecto para investigar el rendimiento práctico de los paneles fotovoltaicos comerciales en el clima de Ontario. Por lo tanto, se está encargando un gran sitio de pruebas al aire libre como una colaboración entre el Queen's Applied Sustainability Group (ASG) y el St. Lawrence Sustainable Energy Applied Research Center (SEARC) con el fin de proporcionar datos altamente precisos y prácticos sobre el rendimiento fotovoltaico durante todo el año. Este sitio se utiliza además del sitio de prueba del Queen's Innovation Park, originalmente encargado por el grupo Queen's Applied Sustainability y patrocinado por Sustainable Energy Technologies. Además de proporcionar información práctica a la industria y una plataforma de prueba para la investigación avanzada del diseño de sistemas fotovoltaicos, el sistema también se integrará en el plan de estudios del programa ESAT St.Lawrence College, que ayuda a formar a la próxima generación de instaladores y desarrolladores fotovoltaicos.

Los datos recopilados en este proyecto conducirán al desarrollo de un modelo que predecirá las pérdidas anuales debidas a las nevadas para conjuntos colocados en diversos ángulos. Esta información permitirá a los desarrolladores tomar decisiones más informadas al instalar paneles fotovoltaicos en climas del norte. Además, las capacidades de prueba que se están desarrollando se pueden aplicar a futuras evaluaciones prácticas en exteriores del rendimiento de los paneles.

En muchos estudios, los científicos han determinado métodos para obtener el potencial fotovoltaico integrado en edificios ( BIPV ) en función del área de techo disponible. Sin embargo, el área del techo generalmente se deja como una variable, ya que no hay datos directos disponibles sobre el área del techo en la mayoría de las regiones del mundo. Diversas técnicas de modelado pueden determinar el área de techo disponible para una muestra que consta de unos pocos edificios, o quizás un campus universitario. Sin embargo, para estimar el potencial de BIPV para una región grande, estas técnicas requieren demasiada mano de obra. Sin embargo, se cree que esta información puede aproximarse a gran escala utilizando datos sobre áreas urbanas, edificaciones y densidad de población, en combinación con análisis de fotografías aéreas o imágenes satelitales de regiones urbanas.

Esto ha sido completado por Izquierdo, Rodrigues y Fueyo en la Universidad de Zaragoza y LITEC en España (artículo disponible a continuación). El propósito de esta investigación es intentar personalizar su metodología para aplicarla en la región sureste de Ontario, Canadá. Se utilizará la extensión GIS Feature Analyst de Visual Learning Systems.

Este trabajo se está realizando en conjunto con el Queen's Institute for Energy and Environment Policy .

La tecnología solar fotovoltaica (PV) puede proporcionar energía sostenible para la creciente población mundial en las ciudades, pero exige una superficie de terreno considerable. Este es un desafío para las ciudades densamente pobladas. Sin embargo, los activos abandonados de las áreas de estacionamiento no productivas se pueden convertir en parques solares con marquesinas fotovoltaicas, lo que permitirá la generación de electricidad sostenible y al mismo tiempo preservará su función para estacionar automóviles. Este estudio proporciona un método para determinar el potencial técnico y económico para convertir el área de estacionamiento de una empresa minorista a escala nacional en un parque solar. En primer lugar, se determina el área de estacionamiento de la empresa y se divide en zonas según el flujo solar mediante mapas virtuales. Luego se calcula el rendimiento fotovoltaico potencial en cada zona. Se realiza un análisis de sensibilidad sobre el precio por unidad de energía instalada, la producción de energía solar como indicador de la eficiencia de conversión, las tarifas eléctricas y los ingresos obtenidos por unidad de área. Para demostrar este método, se presenta como estudio de caso el análisis de los supercentros de Walmart, EE. UU. Los resultados muestran que las marquesinas solares para áreas de estacionamiento son un paso rentable y responsable en la mayoría de los lugares y que existe un potencial significativo para el despliegue de energía sostenible en las ciudades por parte de otros minoristas similares que utilizan marquesinas solares fotovoltaicas.

• Impacto económico de la instalación de sistemas fotovoltaicos en los techos de los estacionamientos de Walmart: revisión de la literatura

Los sistemas solares fotovoltaicos (PV) conectados a la red permiten a las pequeñas y medianas empresas (PYME) obtener electricidad a un costo más bajo que el que pagan actualmente por la electricidad de la red en los EE. UU. Estas realidades económicas amenazan a las empresas eléctricas convencionales, que han comenzado a manipular las estructuras de tarifas para reducir el costo. rentabilidad de la generación distribuida (GD), además de poner límites arbitrarios a la GD en sus territorios de servicio. Las PYMES pueden reducir los costos de la electricidad si logran sustituir la red con sistemas de energía híbridos cautivos compuestos por subsistemas solares, de baterías y de generadores. Este artículo analiza la viabilidad técnica y económica de los sistemas solares híbridos desplegados en el sector comercial para permitir la autogeneración. Específicamente, por primera vez, se analiza la economía de la deserción de la red en tres estudios de caso de PYME en el norte de EE. UU., que representan un caso técnico desafiante debido a los inviernos largos y oscuros, pero también tienen altos costos de servicios públicos. Los resultados de las simulaciones dejan claro que, con los precios actuales de todos los componentes del sistema híbrido solar, la deserción de la red ya es viable para las PYME. Estos resultados fueron consistentes en toda la escala, el perfil de carga y la tasa de servicios públicos. Estas proyecciones económicas no incluyeron incentivos ni subsidios gubernamentales y, por lo tanto, pueden considerarse extremadamente conservadoras para los estudios de caso específicos. Se discuten cambios de políticas para las empresas de servicios eléctricos para evitar la posibilidad de una espiral de muerte de las empresas de servicios públicos en este y otros lugares de desempeño similares.

Título completo: Retorno financiero del apoyo gubernamental a la fabricación de energía solar fotovoltaica de película delgada a gran escala en Canadá.

Resumen: A medida que el gobierno de Ontario ha reconocido que la conversión de energía solar fotovoltaica (PV) es una solución para satisfacer las demandas energéticas de la sociedad y al mismo tiempo reducir los impactos antropogénicos adversos en el medio ambiente global que comprometen el bienestar social, ha comenzado a generar políticas y programas de financiación para apoyar incentivos financieros para la energía fotovoltaica. Este documento (publicación a continuación) proporciona un análisis financiero para la inversión en una planta de fabricación fotovoltaica de silicio amorfo llave en mano de 1 GW por año. Los beneficios financieros para el gobierno provincial y federal se cuantificaron para: i) subsidio total a la construcción, ii) subsidio y venta de la construcción, iii) subsidio parcial a la construcción, iv) una planta de propiedad pública, v) garantía de préstamo para la construcción, y vi) una moratoria del impuesto sobre la renta. Los ingresos para los gobiernos se derivan de: impuestos (personales, corporativos y de ventas), ventas de paneles en Ontario y ahorros en costos sanitarios, ambientales y económicos asociados con la compensación de la electricidad alimentada con carbón. Ambos gobiernos disfrutaron de flujos de caja positivos de estas inversiones en menos de 12 años y en muchos de los escenarios ambos gobiernos ganaron mucho más del 8% en inversiones desde cientos de millones hasta 2.400 millones de dólares. Los resultados mostraron que lo mejor para los gobiernos federales de Ontario y Canadá es implementar una política fiscal agresiva para apoyar la fabricación fotovoltaica a gran escala.

Fuente: K. Branker y JM Pearce, " Financial Return for Government Support of Large-Scale Thin-Film Solar Photovoltaic Manufacturing in Canada ", Energy Policy 38, págs. 4291–4303 (2010). Acceso abierto

Esta página es parte de un proyecto del Grupo de Investigación de Tecnología de Sostenibilidad Abierta de Michigan Tech que explora la simbiosis industrial de plantas de fabricación de energía solar fotovoltaica a gran escala. Al acoplar industrias tradicionalmente separadas en el intercambio físico de materiales, energía, agua y subproductos, podemos reducir el impacto ambiental y al mismo tiempo brindar a las empresas una ventaja económica competitiva. Aprende más . Leer más...
Simbiosis industrial en la fabricación fotovoltaica: panorama general * Planta de vidrio+PV * Reciclaje de silano * Vidrio+Invernadero

Las células solares fotovoltaicas (PV) ofrecen una solución técnicamente sostenible a las enormes demandas energéticas futuras proyectadas. Este proyecto explora la utilización de la simbiosis industrial para obtener economías de escala y mayores eficiencias de fabricación de células solares fotovoltaicas para que la electricidad solar compita económicamente con la electricidad alimentada por combustibles fósiles.

El parque ecoindustrial ha sido diseñado para estar formado por al menos 8 fábricas simbióticas como se ve en la Fig. 1: ^[4]

1. Instalación de reciclaje convencional
2. Fábrica de láminas de vidrio
3. a) invernadero ob) cuarto de cultivo de hongos
4. la planta fotovoltaica
5. planta de reciclaje de semiconductores
6. Fábrica de aluminio
7. Planta de envasado
8. Fábrica de cartón

El estudio ^[4] de acceso abierto encontró que al ubicar estas fábricas en el parque ecoindustrial , los costos de transporte y la energía entre ellas se pueden minimizar y muchos de los insumos para la planta solar fotovoltaica pueden provenir literalmente de productos de desecho en el núcleos de población circundantes. Cabe señalar que cada fábrica se escalará adecuadamente para el sistema simbiótico y deberá ser rentable individualmente para que las empresas independientes puedan replicar este modelo mediante la coubicación y beneficiarse de la simbiosis industrial en instalaciones futuras.

Luego, este estudio se desarrolló analizando específicamente la relación entre (1) la instalación de reciclaje y (2) la fábrica de vidrio para proporcionar el sustrato de vidrio necesario para (3) la fábrica fotovoltaica. ^[5] Este artículo cuantificó las entradas y salidas para el componente de fabricación de vidrio de dicho sistema utilizando técnicas de fabricación estándar y encontró que utilizando la simbiosis industrial de esta manera, las reducciones potenciales para dicha planta fueron de aproximadamente 30.000 toneladas/año en materia prima. materiales y más de 220.000 GJ/año en energía incorporada . ^[5]

La tarifa de alimentación de Ontario (FIT) para la tecnología solar fotovoltaica (PV) ha brindado a las comunidades aborígenes de Ontario la oportunidad de i) debilitar el ciclo de pobreza; ii) contrarrestar directamente el cambio climático mediante la producción de energía renovable; y iii) volverse más autosuficientes. Este documento analiza críticamente la viabilidad técnica, cultural y económica de aprovechar el FIT para fotovoltaica para proporcionar electricidad verde e ingresos para ayudar a las comunidades de las Primeras Naciones en el desarrollo sostenible. Se desarrolló un protocolo generalizado y gratuito basado en energía SIG para determinar el potencial fotovoltaico de las comunidades aborígenes. Este modelo se aplicó a un estudio de caso de la comunidad de las Primeras Naciones de Constance Lake y un análisis económico mostró tasas de rendimiento financieramente viables durante 20 años. Al generalizar estos hallazgos a Ontario, el potencial de despliegue fotovoltaico sólo en los tejados de las Primeras Naciones es de más de 200 MW, lo que claramente brinda una oportunidad para desarrollar el orgullo asociado con ser propietario de un proyecto de energía local, ambientalmente beneficioso y liderado por la comunidad.

La rápida expansión de la industria solar fotovoltaica (PV) está provocando que la energía solar desempeñe rápidamente una importancia cada vez mayor en la combinación energética del mundo. Durante todo su ciclo de vida , aunque en menor medida que las fuentes de energía tradicionales, la energía fotovoltaica también genera residuos sólidos . Este documento examina la posible necesidad de políticas de reciclaje fotovoltaico analizando los protocolos de reciclaje existentes para los cinco tipos principales de materiales fotovoltaicos comercializados. Se cuantifica físicamente la cantidad de material semiconductor recuperable y vidrio en un módulo solar de 1 m ² de superficie para los cinco tipos de células y se determina el potencial de beneficios del reciclaje. También se determinó para cada tipo de módulo solar el coste de eliminación en vertedero de todo el módulo solar, incluidos el vidrio y los semiconductores. Se descubrió que la motivación económica para reciclar la mayoría de los módulos fotovoltaicos es desfavorable sin políticas adecuadas. Se discuten los resultados sobre la necesidad de regular una política energética y medioambiental adecuada en la industria de fabricación de energía fotovoltaica, en particular para la energía fotovoltaica que contiene materiales peligrosos. Los resultados demuestran la necesidad de fomentar la responsabilidad del productor no sólo en el sector de fabricación fotovoltaica sino también en toda la industria energética.

Citación

McDonald, Carolina del Norte y JM Pearce. «Responsabilidad del productor y reciclaje de módulos solares fotovoltaicos» . Política energética 38(11) (2010): 7041-7047. Acceso abierto a la preimpresión de QSpace

Trabajos recientes han propuesto que la hibridación de la cogeneración a escala residencial con paneles solares fotovoltaicos montados en tejados puede aumentar el nivel de penetración fotovoltaica en situaciones ideales en un factor de cinco. En regiones donde hay una carga de refrigeración significativa, los sistemas híbridos fotovoltaicos y cogeneradores podrían acoplarse a un enfriador de absorción para utilizar el calor residual de la unidad de cogeneración. Para investigar las cargas realistas (no ideales) que un sistema híbrido de este tipo necesitaría dar servicio, se creó una nueva simulación numérica llamada PVTOM (modelo de optimización de trigeneración fotovoltaica) y se acopló a los resultados del CHREM ( Canadian Hybrid Residential End) establecido. -Utilización del Modelo de Energía y Emisiones ). En este artículo, PVTOM se aplica a casas representativas en regiones canadienses seleccionadas, que experimentan cargas de enfriamiento, para evaluar la eficiencia de utilización del combustible y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de los sistemas híbridos fotovoltaicos-cogen y trigen en comparación con los sistemas convencionales. Se proporcionan los resultados de las ejecuciones de optimización y se analiza la eficacia de los sistemas PV-cogen y PV-trigen. Tanto los sistemas de trigeno fotovoltaico como los de cogen fotovoltaico han demostrado ser más eficaces para reducir las emisiones en comparación con la combinación actual de plantas de energía centralizadas y tecnologías de calefacción doméstica en algunas regiones.

Fuente

• AH Nosrat, LG Swan, JM Pearce, "Rendimiento mejorado de los sistemas híbridos de trigeneración fotovoltaica sobre los sistemas de cogeneración fotovoltaica, incluidos los efectos del almacenamiento en batería", Energy 49, págs. 366-374 (2013). DOI , acceso abierto .