Comparación de costes y superficie entre la energía solar fotovoltaica y la energía solar térmica

"¿Por qué generar electricidad primero y luego usarla para calentar? ¿No es ese el propósito de la energía solar térmica?" El Dr. Gerhard Rimpler se encontraba frecuentemente con esta pregunta y su reacción hace casi una década. Con la idea no convencional de utilizar sistemas fotovoltaicos para producir agua caliente, su empresa, my-PV, inició nada menos que un cambio de paradigma en la generación de calor solar. Desde entonces, el lema "Cables en lugar de tuberías" ha revolucionado el mercado solar con el producto ELWA lanzado en 2014, que marcó la "revolución en la energía solar térmica".

Con un consumo de cobre un noventa por ciento menor en comparación con los sistemas térmicos solares y una reducción significativa de precios en los últimos años, el calor fotovoltaico ha superado desde hace tiempo al térmico solar tanto técnica como económicamente. Estas son solo dos de las muchas ventajas de la energía fotovoltaica y una visión general inicial.

Diferencias de precio entre la energía solar térmica y la energía fotovoltaica

Desde 2015, hemos estado realizando comparaciones de precios del calor generado a través de la energía fotovoltaica frente a los sistemas térmicos solares. Para este propósito, siempre comparamos un módulo fotovoltaico actual con un colector solar térmico plano disponible comercialmente.

Según el gráfico, es evidente cómo han evolucionado los precios en los últimos años:

• El precio del colector plano se mantuvo prácticamente sin cambios entre 2015 y 2020. La razón de esto es el uso de materias primas como el cobre y el aluminio, que todavía se utilizan en grandes cantidades en la producción.

• En contraste, hubo una disminución significativa en los precios de la energía fotovoltaica hasta 2020, con una reducción de precios de alrededor del 65 por ciento por vatio pico de los módulos. Lamentablemente, esta tendencia se revirtió en 2022: debido a la difícil situación política y económica, los precios tanto de los colectores solares como de los módulos fotovoltaicos han vuelto a aumentar casi en la misma medida. Además, también hubo un aumento en los costes de los profesionales, si es que era posible encontrar alguno con disponibilidad. Ahora bien, los costes de instalación (aparte de la mano de obra) y el esfuerzo de mantenimiento al utilizar la energía fotovoltaica siguen siendo casi nulos, en comparación con la energía solar térmica. Se eliminan las tuberías, bombas, válvulas, los depósitos de expansión y anticongelantes.

• En 2023, los precios de la fotovoltaica retomaron afortunadamente su tendencia original y más rápido que antes de 2022, mientras que el precio de la energía solar térmica todavía está en una tendencia al alza. Los costes por vatio pico de la fotovoltaica han vuelto así a los niveles previos a la guerra. A partir de 2015, esto implica nuevamente una reducción de costes del 65 por ciento, desencadenada por las caídas de los precios y el aumento del rendimiento.

La pregunta es: ¿necesitamos electricidad o calor, o ambos? La corriente continua generada por la fotovoltaica se convierte en corriente alterna mediante un inversor. Esta puede usarse de varias maneras en los hogares, ¡incluida la generación de calor! La electricidad fotovoltaica se consume inmediatamente, se dirige a un almacenamiento de batería, se alimenta a la red eléctrica o, de hecho, se utiliza para el procesamiento de calor.

Este aprovechamiento diverso del calor procedente de la energía solar térmica no es posible. La energía de los colectores solares solo se puede utilizar para fines de calefacción.

Diferencias en eficiencia y el concepto erróneo asociado:

Los colectores solares teóricamente convierten un máximo del 80 por ciento de la energía solar en calor. Sin embargo, parte de esta energía se pierde durante la circulación posterior del agua caliente. Por lo tanto, se supone que los sistemas térmicos solares tienen una eficiencia del sistema efectiva de aproximadamente el 50 por ciento. Los módulos fotovoltaicos cristalinos, por otro lado, convierten casi el 20 por ciento de la energía solar en electricidad con pérdidas mínimas. Por lo tanto, el 20 % se establece comúnmente como la eficiencia general de los sistemas fotovoltaicos.

Sin embargo, esta comparación puramente numérica de eficiencias no es verdaderamente relevante. En primer lugar, la fuente de energía es gratuita y, en segundo lugar, los tejados suelen ofrecer un amplio espacio para compensar fácilmente la diferencia.

¿Y cómo afecta a la comparación directa de superficie?

En my-PV, tampoco evitamos las comparaciones directas de superficie. Utilizando una simulación de comparación dinámica con el software Polysun, my-PV ha analizado cómo ha evolucionado la proporción entre la superficie necesaria del módulo fotovoltaico requerida y la superficie del colector térmico solar a lo largo de los años, con el mismo nivel de cobertura de agua caliente. Nuestra solución de corriente continua, ELWA, un elemento calefactor autónomo para el calor de la electricidad fotovoltaica, se compara con un sistema de colector térmico solar plano con seis metros cuadrados. Ambas tecnologías canalizan la energía solar en un tanque de agua caliente de 400 litros, con extracción de agua caliente y recalentamiento idénticos para una comparación objetiva en el programa de simulación.

Para ilustrar la tendencia de mejora continua de las eficiencias de los módulos, se establecieron tipos de módulos contemporáneos en la simulación para cada año de observación. Mientras que en 2015, el estándar aún estaba en una salida de módulo de 250 Wp en un área de 1,65 m², en 2023 ya estaba en 400 Wp en un área de 1,92 m². Esto corresponde a aproximadamente 200 Wp por metro cuadrado en 2023, mientras que en 2015, era solo de 150 Wp por metro cuadrado.

En 2015 se requerían ocho módulos con un total de 13,2 m², mientras que en 2023, solo se necesitan cinco módulos que cubren 9,6 m² para lograr el mismo nivel de cobertura de agua caliente solar que un sistema térmico solar con un colector plano de 6 m². El factor de requerimiento de espacio es la única ventaja técnica que aún tiene la energía térmica solar sobre el calor fotovoltaico hoy en día. Sin embargo, incluso hace ocho años, este argumento ya no era de relevancia práctica porque los propietarios suelen tener más que suficiente espacio en el techo disponible para instalar un sistema de calor fotovoltaico.

El Dr. Gerhard Rimpler, CEO de my-PV, afirma: "A lo largo de mis muchos años de trabajo en el campo de la energía térmica solar, me he dado cuenta de los límites y las desventajas de esta tecnología desde el principio. Hasta el día de hoy, no ha habido una reducción significativa en los costes. Por el contrario, la fotovoltaica se ha convertido en un producto asequible para el mercado masivo desde hace años".