Ana Rosa Lagunas El marco Tecnológico de las Energías Renovables

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  • Ana Rosa Lagunas El marco Tecnolgico de las Energas Renovables
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  • Agenda Motivacin para la I + D + i en ESFV Distintas tecnologas en ESFV Rendimientos y costes Pruebas de envejecimiento y durabilidad Resumen de la situacin actual Amenazas y Oportunidades derivadas de la situacin actual Produccin mundial Propuestas de futuro: Tecnologas Conclusiones Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Hacia donde van los desarrollos tecnolgicos en Energa Solar Fotovoltaica (ESFV)? Favorecer la implantacin de la ESFV Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Cules son los obstculos para la implantacin de la ESFV? Desconocimiento: no son conocidas todas las aplicaciones posibles Precio: La ESFV es cara en su instalacin Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Cules son las alternativas para vencer los obstculos para la implantacin de la ESFV? Actividades para la Reduccin de costes Costes de fabricacin/Wp: Fabricacin ms barata (materiales, tcnicas, volumen,) Fabricacin ms cara, pero de mayor eficiencia de conversin FV Aumentando la duracin (en buen uso) de los equipos Actividades para la difusin de las posibilidades de utilizacin de la ESFV Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar fotovoltaica : Cmo aumentar su eficiencia de conversin y/o reducir su coste? Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Tecnologas de Clulas fotovoltaicas en produccin Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Clulas FV que usan Silicio como sustrato Silicio Monocristalino Silicio Multicristalino Silicio crecido en cinta o similar Clulas hbridas Clulas y mdulos de Lmina Delgada Silicio amorfo o amorfo/microcristalino Compuestos del grupo II-VI Otras Tecnologas Concentracin Compuestos del grupo III-V Materiales orgnicos Nuevos conceptos Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Distribucin por tecnologas de la produccin de clulas fotovoltaicas a nivel mundial Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables (Fuente: Photon International, 03/2007)
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  • Tecnologas de fabricacin de clulas/mdulos fotovoltaicos Silicio como sustrato Parten de una oblea de silicio y mediante diferentes etapas de fabricacin se obtiene la clula Etapas de fabricacin (tipo) Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Crecimiento de lingote: - Cz o FZ - Corte del lingote en obleas Polisilicio Limpieza de las obleas Crecimiento de lminas - EFG, String ribbon, RGS - Eliminacin del dao de corte Texturizacin - Qumica, RIE - Difusin para la formacin de la unin p-n: - Horno de difusin, spray + RTP - Eliminacin del PSG o unin parsita Deposicin de ARC: - PECVD, Sputtering - Metalizacin de los contactos traseros (Al) y frontales (Ag) - Serigrafa - Curado de los contactos traseros y frontales Aislamiento del borde - Lser, qumica, RIE - Caracterizacin de la clula Clula Solar Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • 12/7 Tecnologa para mdulos de Si cristalino a partir de oblea (89,5% (93,5%) produccin mundial a 2006 (2005)) I Silicio mono-cristalino (43,4% (38,4%) produccin mundial): Tecnologa ampliamente experimentada Originada en los rechazos de la industria microelectrnica Oblea a partir de lingote de Silicio monocristalino crecido por Czocralski habitualmente Eficiencia mxima de clula en laboratorio: 24,7% Rigidez del mdulo Alto coste, debido en parte, al caro material de partida Tradicionalmente el espesor de las obleas era de 350 micras, pero en la actualidad se procesan en el rango de 200 micras y hay proyectos en marcha para reducirlo incluso algo ms Hay variantes tecnolgicas como las clulas de contactos enterrados y las de contactos posteriores, entre otras Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • 13/7 Tecnologa para mdulos de Si cristalino a partir de oblea (89,5% (93,5%) produccin mundial a 2006 (2005)) II Silicio multicristalino (46,5% (52,3%) produccin mundial): Tecnologa ampliamente experimentada Oblea a partir de lingote multicristalino obtenido por colada habitualmente Cristales visibles en el rango de cm Ms barato que el Silicio monocristalino debido a la tcnica de obtencin del lingote, pero compartiendo el mismo material de partida Eficiencia mxima de clula en laboratorio: 20,3% Caractersticas similares al Si-mono para fabricacin de mdulos Se est trabajando en la reduccin del espesor de las obleas como en el caso del Si mono Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • 14/7 Tecnologas para mdulos de Si cristalino a partir de oblea (89,5% (93,5%) produccin mundial a 2006 (2005) ) III - Silicio String Ribbon/EFG (2,6% (2,9%) produccin mundial) Tecnologa de clula similar a las de Si mono y multicristalino Obtencin de la oblea se realiza a partir de crecimiento en cinta, lo que elimina la prdida de material de Si durante el corte, como sucede con el lingote Eficiencia: aprox. 15% IV - Clulas Hbridas Mezclan la tecnologa de Si cristalino en oblea con procesos de lmina delgada (Heterojunction with Intrinsic Thin Layer (HIT) de Sanyo) En el mercado hay clulas basadas en Si monocristalino y en proyecto estn todava las clulas basadas en Si multicristal Eficiencia 19% en clula (16,5% en mdulo) Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar fotovoltaica : Cmo aumentar su eficiencia de conversin y/o reducir su coste? Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar de Silicio: REDUCCIN DE COSTES BASADA EN REDUCCIN DE COSTES DE MATERIAL 1.-Inicialmente fueron Silicio MONO-cristalino rechazos de la industria microelectrnica 2.-Posteriormente fabricaban sustratos de Silicio de menor calidad cristalina (MULTI-cristalino) 3.- Actualmente se est reduciendo el espesor de la oblea de partida 4.- Alternativa es depositar nicamente la cantidad de material necesaria para producir efecto FV (LMINA DELGADA) Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar de Silicio: REDUCCIN DE COSTES PARA TECNOLOGA DE SILICIO BASADA EN AUMENTO DE EFICIENCIA 1.- Ajuste ptimo de los procesos individuales: 2.- Reduccin de los materiales pantalla: * Contactos enterrados * Contactos posteriores 3.- Aumento del aprovechamiento del espectro solar (Tndem) Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar: Capacidad de absorcin dependiendo de la tecnologa y la longitud de onda de la radiacin Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • La clula solar: REDUCCIN DE COSTES PARA TECNOLOGA DE SILICIO BASADA EN AUMENTO DE VOLUMEN DE PRODUCCIN 1.- Automatizacin: equipos ms rpidos y eficientes 2.- Economa de escala Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Tecnologas de fabricacin de clulas/mdulos fotovoltaicos: Lmina Delgada Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Tecnologas para mdulos de Lmina Delgada (7,6% de la produccin mundial a 2006, ligero aumento en porcentaje respecto de 2005 (6,5%)) Caractersticas generales: Requieren menor consumo de material en su fabricacin (2-3 micras de espesor es suficiente) Utilizan tcnicas de procesado ms complejas, en algunos casos, que las tecnologas de Si basado en oblea Permiten su realizacin sobre sustratos de diversas caractersticas, flexibles, metlicos, transparentes y de grandes dimensiones Parte del proceso del mdulo est integrado en la fabricacin de la clula No compiten con tecnologas de otros sectores para la obtencin de la materia prima Requieren un periodo de estabilizacin Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Sustrato: Vidrio, plstico, acero inoxidable, Limpieza del sustrato Deposicin de capa TCO y contacto metlico (Al): - Sputtering - Grabado del TCO y contactos: - Lser, Fotolitografa - Deposicin de pelcula absorbente: silicio amorfo- PECVD o CIS-otras tcnicas Grabado de los contactos de la clula - Lser, Fotolitografa - Deposicin de capa TCO y contacto metlico (Ag) - Sputtering - Clula/mdulo FV de lmina delgada Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • Tecnologas para mdulos de Lmina Delgada Tecnologas de lmina delgada actualmente en produccin: Silicio amorfo y microcristalino (4,7% produccin mundial) CdTe y otros compuestos de grupos II-VI (2,7% de la produccin mundial, importante subida desde 1,6% en 2005) CIS/CIGS (CuInSe2/CuInGaSe2) 0,2% de la produccin mundial a 2006 Investigacin y Desarrollos Tecnolgicos de las Energas Renovables
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  • 24/7 I - Lmina delgada de Silicio: amorfo simple, multiunin, micro-cristalino (4,7% de produccin mundial) Proceso de fabricacin del material absorbente a-Si mediante PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) Obtencin a partir de Silano (SiH4) habitualmente