Entre 1992 y 2023, el uso mundial de energía fotovoltaica (PV) aumentó exponencialmente . Durante este período, pasó de ser un nicho de mercado de aplicaciones de pequeña escala a convertirse en una fuente de electricidad convencional. [3] Entre 2016 y 2022, se ha registrado una tasa de crecimiento anual de capacidad y producción de alrededor del 26%, duplicándose aproximadamente cada tres años.
Cuando los sistemas solares fotovoltaicos fueron reconocidos por primera vez como una tecnología de energía renovable prometedora, varios gobiernos implementaron programas de subsidios, como tarifas de alimentación , con el fin de proporcionar incentivos económicos para las inversiones. Durante varios años, el crecimiento estuvo impulsado principalmente por Japón y los países europeos pioneros. Como consecuencia, el costo de la energía solar disminuyó significativamente debido a efectos de la curva de experiencia, como mejoras en la tecnología y economías de escala . Varios programas nacionales desempeñaron un papel decisivo en el aumento del despliegue fotovoltaico, como el Energiewende en Alemania, el proyecto Million Solar Roofs en Estados Unidos y el plan quinquenal de producción de energía de China de 2011. [4] Desde entonces, el despliegue de la energía fotovoltaica ha cobrado impulso a escala mundial, compitiendo cada vez más con las fuentes de energía convencionales . A principios del siglo XXI surgió un mercado de plantas a gran escala para complementar las aplicaciones distribuidas en tejados y otras aplicaciones. [5] En 2015, unos 30 países habían alcanzado la paridad de red . [6] : 9
Desde la década de 1950, cuando se fabricaron comercialmente las primeras células solares, ha habido una sucesión de países que lideran el mundo como el mayor productor de electricidad a partir de energía solar fotovoltaica. Primero fueron Estados Unidos, luego Japón, [7] seguidos de Alemania y actualmente China.
A finales de 2022, la capacidad fotovoltaica instalada acumulada mundial alcanzó aproximadamente 1.185 gigavatios (GW), abasteciendo más del 6% de la demanda mundial de electricidad, [8] frente a aproximadamente el 3% en 2019. [9] En 2022, la energía solar fotovoltaica contribuyó con más El 10% del consumo doméstico anual de electricidad en nueve países, con España , Grecia y Chile por encima del 17%. [8]
Las agencias oficiales publican predicciones sobre el crecimiento solar, a menudo subestimándolas. [10] La Agencia Internacional de Energía (AIE) ha aumentado constantemente sus estimaciones durante décadas, aunque todavía está muy lejos de proyectar el despliegue real en cada pronóstico. [11] [12] Bloomberg NEF proyecta que 600 GW adicionales entrarán en funcionamiento para 2030 en los Estados Unidos. [13] Para 2050, la AIE prevé que la energía solar fotovoltaica alcance los 4,7 teravatios (4.674 GW) en su escenario de alta energía renovable, de los cuales más de la mitad se implementará en China y la India, lo que convertirá a la energía solar en la mayor fuente de electricidad del mundo. [14] [15]
La capacidad nominal indica la potencia máxima de salida de las centrales eléctricas en unidades de vatio con el prefijo conveniente, por ejemplo, kilovatio (kW), megavatio (MW) y gigavatio (GW). Debido a que la producción de energía de las fuentes renovables variables es impredecible, la generación promedio de una fuente es generalmente significativamente menor que la capacidad nominal. Para tener una estimación de la producción de energía promedio, la capacidad se puede multiplicar por un factor de capacidad adecuado , que tiene en cuenta las diferentes condiciones: clima, noche, latitud y mantenimiento. En todo el mundo, el factor de capacidad solar fotovoltaica promedio es del 11%. [16] Además, dependiendo del contexto, la potencia máxima indicada puede ser anterior a una conversión posterior a corriente alterna , por ejemplo, para un solo panel fotovoltaico, o incluir esta conversión y su pérdida para una central fotovoltaica conectada a la red . [17] : 15 [18] : 10
La energía eólica tiene características diferentes, por ejemplo, un mayor factor de capacidad y aproximadamente cuatro veces la producción de electricidad de la energía solar en 2015. En comparación con la energía eólica, la producción de energía fotovoltaica se correlaciona bien con el consumo de energía para aire acondicionado en los países cálidos. A partir de 2017 [actualizar], un puñado de empresas de servicios públicos comenzaron a combinar instalaciones fotovoltaicas con bancos de baterías, obteniendo así varias horas de generación gestionable para ayudar a mitigar los problemas asociados con la curva de pato después del atardecer. [19] [20]
En 2022, la capacidad fotovoltaica total mundial aumentó en 228 GW, con un crecimiento interanual del 24% en nuevas instalaciones. Como resultado, la capacidad global total superó los 1.185 GW a finales de año. [8]
Asia fue el mayor instalador de energía solar en 2022, con el 60% de la capacidad nueva y el 60% de la capacidad total. Solo China representó más del 40% de la nueva energía solar y casi el 40% de la capacidad total, pero sólo el 30% de la generación. [21]
América del Norte produjo el 16% del total mundial, encabezada por Estados Unidos . América del Norte tuvo el factor de capacidad más alto de todos los continentes en 2022, con un 20%, por delante de América del Sur (16%) y el mundo en general (14%). [21]
Casi toda la energía solar de Oceanía (39TWh) se generó en Australia en 2022, lo que representa en cualquier caso el 3% del total mundial. Sin embargo, Oceanía tuvo la mayor proporción de electricidad solar en 2022, con un 12%, por delante de Europa (4,9%), Asia (4,9%) y el mundo en general (4,6%). [21]
Estados Unidos fue durante muchos años el líder en energía fotovoltaica instalada y su capacidad total era de 77 megavatios en 1996, más que cualquier otro país del mundo en ese momento. Desde finales de la década de 1990, Japón fue el líder mundial en producción de electricidad solar hasta 2005, cuando Alemania tomó la delantera y en 2016 tenía una capacidad de más de 40 gigavatios . En 2015, China superó a Alemania para convertirse en el mayor productor mundial de energía fotovoltaica, [22] y en 2017 se convirtió en el primer país en superar los 100 GW de capacidad instalada. Los países líderes per cápita en 2022 fueron Australia, Países Bajos y Alemania.
Estados Unidos , donde se inventó la energía solar fotovoltaica moderna, lideró la capacidad instalada durante muchos años. Basándose en trabajos anteriores de ingenieros suecos y alemanes, el ingeniero estadounidense Russell Ohl de los Laboratorios Bell patentó la primera célula solar moderna en 1946. [23] [24] [25] También fue allí, en los Laboratorios Bell, donde se desarrolló el primer silicio-c práctico. La célula se desarrolló en 1954. [26] [27] Hoffman Electronics , el principal fabricante de células solares de silicio en las décadas de 1950 y 1960, mejoró la eficiencia de la célula, produjo radios solares y equipó el Vanguard I , el primer satélite impulsado por energía solar lanzado en órbita en 1958.
En 1977, el presidente estadounidense Jimmy Carter instaló paneles solares de agua caliente en la Casa Blanca (luego retirados por el presidente Reagan) promoviendo la energía solar [28] y se estableció en Golden, Colorado, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable , originalmente llamado Instituto de Investigación de Energía Solar . En la década de 1980 y principios de la de 1990, la mayoría de los módulos fotovoltaicos se utilizaban en sistemas de energía independientes o en productos de consumo alimentados como relojes , calculadoras y juguetes, pero desde alrededor de 1995, los esfuerzos de la industria se han centrado cada vez más en el desarrollo de sistemas de energía y sistemas fotovoltaicos para tejados conectados a la red. estaciones . En 1996, la capacidad de energía solar fotovoltaica en Estados Unidos ascendía a 77 megavatios, más que cualquier otro país del mundo en ese momento. Entonces Japón siguió adelante.
Japón tomó la delantera como el mayor productor mundial de electricidad fotovoltaica, después de que la ciudad de Kobe fuera golpeada por el gran terremoto de Hanshin en 1995. Kobe experimentó graves cortes de energía después del terremoto, y los sistemas fotovoltaicos fueron considerados entonces como un proveedor temporal. de energía durante tales eventos, ya que la interrupción de la red eléctrica paralizó toda la infraestructura, incluidas las gasolineras que dependían de la electricidad para bombear gasolina. Además, en diciembre de ese mismo año se produjo un accidente en la multimillonaria central nuclear experimental de Monju . Una fuga de sodio provocó un gran incendio y obligó a un cierre (clasificado como INES 1). Hubo una enorme indignación pública cuando se reveló que la agencia semigubernamental a cargo de Monju había tratado de encubrir la magnitud del accidente y los daños resultantes. [29] [30] Japón siguió siendo líder mundial en energía fotovoltaica hasta 2004, cuando su capacidad ascendía a 1.132 megavatios. Luego, el foco en el despliegue fotovoltaico se trasladó a Europa.
En 2005, Alemania tomó la delantera a Japón. Con la introducción de la Ley de Energía Renovable en 2000, se adoptaron tarifas de alimentación como mecanismo de política. Esta política estableció que las energías renovables tienen prioridad en la red y que se debe pagar un precio fijo por la electricidad producida durante un período de 20 años, proporcionando un retorno de la inversión garantizado independientemente de los precios reales del mercado. Como consecuencia, un alto nivel de seguridad de la inversión condujo a un número vertiginoso de nuevas instalaciones fotovoltaicas que alcanzaron su punto máximo en 2011, mientras que los costes de inversión en tecnologías renovables se redujeron considerablemente. En 2016, la capacidad fotovoltaica instalada en Alemania superó los 40 GW.
China superó la capacidad de Alemania a finales de 2015, convirtiéndose en el mayor productor de energía fotovoltaica del mundo. [31] El rápido crecimiento fotovoltaico de China continuó en 2016, con 34,2 GW de energía solar fotovoltaica instalados. [32] La rápida reducción de los tipos arancelarios [33] a finales de 2015 motivó a muchos promotores a asegurar los tipos arancelarios antes de mediados de 2016, ya que anticipaban nuevos recortes (con razón [34] ). A lo largo del año, China anunció su objetivo de instalar 100 GW durante el próximo Plan Económico Quinquenal chino (2016-2020). China esperaba gastar 1 billón de yenes (145 mil millones de dólares) en construcción solar [35] durante ese período. Gran parte de la capacidad fotovoltaica de China se construyó en el oeste relativamente menos poblado del país, mientras que los principales centros de consumo de energía estaban en el este (como Shanghai y Beijing). [36] Debido a la falta de líneas de transmisión de energía adecuadas para transportar la energía de las plantas de energía solar, China tuvo que reducir su energía generada fotovoltaica. [36] [37] [38]
El precio promedio por vatio de las células solares cayó drásticamente en las décadas previas a 2017. Mientras que en 1977 los precios de las células de silicio cristalino eran de alrededor de 77 dólares por vatio, los precios spot promedio en agosto de 2018 eran tan bajos como 0,13 dólares por vatio o casi 600 veces menos. que hace cuarenta años. Los precios de las células solares de película fina y de los paneles solares c-Si rondaban los 0,60 dólares por vatio. [41] Los precios de los módulos y las células disminuyeron aún más después de 2014 (véanse las cotizaciones de precios en la tabla) .
Esta tendencia de precios fue vista como evidencia que respalda la ley de Swanson (una observación similar a la famosa Ley de Moore ) que establece que el costo por vatio de las células y paneles solares cae un 20 por ciento por cada duplicación de la producción fotovoltaica acumulada. [42] Un estudio de 2015 mostró que el precio/kWh cayó un 10% por año desde 1980, y predijo que la energía solar podría contribuir con el 20% del consumo total de electricidad para 2030. [43]
Las siguientes cifras para países seleccionados representan el costo por kilovatio de generación solar a escala de servicios públicos, así como el precio por kilovatio-hora en 2022 y una comparación con 2010. Los dólares están expresados en dólares internacionales de 2022 . Los datos son de IRENA. [44]
Hubo avances significativos en la tecnología convencional de silicio cristalino (c-Si) en los años previos a 2017. La caída del costo del polisilicio desde 2009, que siguió a un período de grave escasez (ver más abajo) de materia prima de silicio, aumentó la presión sobre Los fabricantes de tecnologías fotovoltaicas comerciales de película delgada , incluido el silicio amorfo de película delgada (a-Si), el telururo de cadmio (CdTe) y el diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), llevaron a la quiebra de varias empresas de película delgada que alguna vez habían sido muy promocionado. [46] El sector se enfrentaba a la competencia de precios de los fabricantes chinos de células y módulos de silicio cristalino, y algunas empresas, junto con sus patentes, se vendían por debajo del coste. [47]
En 2013, las tecnologías de película delgada representaron alrededor del 9 por ciento del despliegue mundial, mientras que el 91 por ciento correspondió al silicio cristalino ( mono-Si y multi-Si ). Con el 5 por ciento del mercado total, CdTe poseía más de la mitad del mercado de películas delgadas, dejando un 2 por ciento para CIGS y silicio amorfo. [48] : 24-25
A principios de la década de 2000, los precios del polisilicio , la materia prima para las células solares convencionales, eran tan bajos como 30 dólares por kilogramo y los fabricantes de silicio no tenían incentivos para ampliar la producción.
Sin embargo, hubo una grave escasez de silicio en 2005, cuando los programas gubernamentales provocaron un aumento del 75% en el despliegue de energía solar fotovoltaica en Europa. Además, la demanda de silicio por parte de los fabricantes de semiconductores iba en aumento. Dado que la cantidad de silicio necesaria para los semiconductores representa una porción mucho menor de los costos de producción, los fabricantes de semiconductores pudieron superar las ofertas de las empresas solares por el silicio disponible en el mercado. [60]
Inicialmente, los actuales productores de polisilicio tardaron en responder a la creciente demanda de aplicaciones solares, debido a su dolorosa experiencia con el exceso de inversión en el pasado. Los precios del silicio aumentaron bruscamente a alrededor de 80 dólares por kilogramo, y alcanzaron hasta 400 dólares/kg para contratos a largo plazo y precios al contado. En 2007, las limitaciones del silicio se volvieron tan severas que la industria solar se vio obligada a dejar inactiva alrededor de una cuarta parte de su capacidad de fabricación de células y módulos: aproximadamente 777 MW de la capacidad de producción disponible en ese momento. La escasez también proporcionó a los especialistas en silicio dinero en efectivo y un incentivo para desarrollar nuevas tecnologías y varios nuevos productores entraron en el mercado. Las primeras respuestas de la industria solar se centraron en mejoras en el reciclaje del silicio. Cuando se agotó este potencial, las empresas examinaron más detenidamente alternativas al proceso convencional de Siemens . [61]
Como se necesitan unos tres años para construir una nueva planta de polisilicio, la escasez continuó hasta 2008. Los precios de las células solares convencionales se mantuvieron constantes o incluso aumentaron ligeramente durante el período de escasez de silicio de 2005 a 2008. Esto se considera especialmente un "hombro". eso sobresale en la curva de aprendizaje fotovoltaico de Swanson y se temía que una escasez prolongada pudiera retrasar que la energía solar se vuelva competitiva con los precios de la energía convencional sin subsidios.
Mientras tanto, la industria solar redujo la cantidad de gramos por vatio reduciendo el espesor de las obleas y la pérdida de corte, aumentando el rendimiento en cada paso de fabricación, reduciendo la pérdida de módulos y aumentando la eficiencia de los paneles. Por último, el aumento de la producción de polisilicio alivió la escasez de silicio en los mercados mundiales en 2009 y, posteriormente, provocó un exceso de capacidad con precios en fuerte caída en la industria fotovoltaica durante los años siguientes.
Como la industria del polisilicio había comenzado a desarrollar grandes capacidades de producción adicionales durante el período de escasez, los precios cayeron hasta 15 dólares por kilogramo, lo que obligó a algunos productores a suspender la producción o abandonar el sector. Los precios del silicio se estabilizaron alrededor de 20 dólares por kilogramo y el floreciente mercado de la energía solar fotovoltaica ayudó a reducir el enorme exceso de capacidad mundial a partir de 2009. Sin embargo, el exceso de capacidad en la industria fotovoltaica siguió persistiendo. En 2013, el despliegue récord mundial de 38 GW (cifra actualizada de la EPIA [17] ) era aún mucho menor que la capacidad de producción anual de China de aproximadamente 60 GW. El continuo exceso de capacidad se redujo aún más al bajar significativamente los precios de los módulos solares y, como consecuencia, muchos fabricantes ya no pudieron cubrir los costos ni seguir siendo competitivos. A medida que continuaba el crecimiento mundial del despliegue fotovoltaico, se esperaba que en 2014 la brecha entre el exceso de capacidad y la demanda global se cerrara en los próximos años. [63]
La IEA-PVPS publicó en 2014 datos históricos sobre la utilización mundial de la capacidad de producción de módulos solares fotovoltaicos que mostraron un lento retorno a la normalización en la fabricación en los años previos a 2014. La tasa de utilización es la relación entre las capacidades de producción y la producción real para un año dado. En 2007 se alcanzó un mínimo del 49% y reflejó el pico de la escasez de silicio que dejó inactiva una parte importante de la capacidad de producción de módulos. En 2013, la tasa de utilización se había recuperado algo y aumentó al 63%. [62] : 47
Después de que se presentó una petición antidumping y se llevaron a cabo investigaciones, [64] Estados Unidos impuso aranceles del 31 por ciento al 250 por ciento sobre los productos solares importados de China en 2012. [65] Un año después, la UE también impuso medidas antidumping definitivas. y medidas antisubsidios sobre las importaciones de paneles solares de China en un promedio del 47,7 por ciento durante un período de dos años. [66]
Poco después, China, a su vez, impuso derechos sobre las importaciones estadounidenses de polisilicio, la materia prima para la producción de células solares. [67] En enero de 2014, el Ministerio de Comercio chino fijó su arancel antidumping sobre los productores de polisilicio estadounidenses, como Hemlock Semiconductor Corporation, en un 57%, mientras que otras importantes empresas productoras de polisilicio , como la alemana Wacker Chemie y la coreana OCI, lo fueron mucho menos. afectado. Todo esto ha causado mucha controversia entre partidarios y opositores y fue objeto de debate.
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Las cifras de despliegue a escala global, regional y nacional están bien documentadas desde principios de los años 1990. Si bien la capacidad fotovoltaica mundial creció continuamente, las cifras de despliegue por país fueron mucho más dinámicas, ya que dependían en gran medida de las políticas nacionales. Varias organizaciones publican anualmente informes completos sobre la implementación de energía fotovoltaica. Incluyen capacidad fotovoltaica desplegada anual y acumulada , generalmente expresada en vatios-pico , un desglose por mercados, así como análisis en profundidad y pronósticos sobre tendencias futuras.
despliegue anual desde 2002
2023: 413 GW (estimación) [68]
Número de países con
capacidades fotovoltaicas en la escala de gigavatios
Entre 2000 y 2022, la capacidad solar aumentó una media del 37% anual, duplicándose cada 2,2 años. Durante el mismo período, el factor de capacidad aumentó del 10% al 14%. Los datos de la siguiente tabla son de Ember, publicados en 2023, [21] y datos anteriores de BP publicados en 2014. [70]
