La Generación Distribuida y el Dilema del Panel Solar

octubre 10, 2022

El cumplimiento de los objetivos internacionales sobre el cambio climático y la generación de energía limpia requerirá que la industria solar fotovoltaica crezca a una escala sin precedentes, y para lograr este objetivo será necesario una expansión significativa de la capacidad de fabricación de los componentes, lo que está planteando preocupaciones para desarrollar rápidamente cadenas de suministro globales resilientes capaces de satisfacer la creciente demanda.

Estas adiciones anuales de capacidad solar fotovoltaica a los sistemas eléctricos deberán cuadruplicarse para 2030 para estar en camino y alcanzar las emisiones netas cero propuestas para 2050.

En agosto de este año, se reveló que las nuevas instalaciones de energía solar a gran escala estaban un 20% atrasadas debido a la cadena de suministro de paneles solares, entre otros problemas, según la Administración de Información de Energía (EIA) del Departamento de Energía de Estados Unidos. Como referencia, antes de la pandemia de Covid-19, el retraso promedio era inferior al 12%.

Los desarrolladores a escala de servicios públicos habían planeado instalar 17,8 GW de nueva capacidad de generación solar fotovoltaica a gran escala en 2022, según el Inventario Mensual Preliminar de Generadores Eléctricos de junio de 2022 de la EIA. Sin embargo, durante el primer semestre del año, solo se conectaron 4,2 GW de capacidad.

La capacidad de producción global de los componentes clave de los paneles solares (polisilicio, lingotes, obleas, células y módulos) debe ampliarse desde los niveles actuales y, en muchos casos, las instalaciones de producción existentes deberían modernizarse.

Hoy en día, China, debido a sus políticas, se ha centrado en expandir la producción y los mercados de paneles solares para que la energía solar fotovoltaica pueda convertirse en una tecnología de generación de electricidad más asequible a nivel internacional, pero al mismo tiempo ha causado desequilibrios en las cadenas de suministro de energía solar fotovoltaica a nivel mundial, según el informe especial de la Agencia Internacional de Energía sobre las cadenas de suministro mundiales de energía solar fotovoltaica.

En los últimos 10 años, la capacidad global de fabricación de paneles solares se ha trasladado a China, que ha tomado la delantera en términos de inversión e innovación, desplazando a Europa, Japón y los Estados Unidos en ese ranking. Por lo tanto, los desafíos en China están teniendo un profundo impacto en los precios y los problemas de la cadena de suministro en todo el mundo.
Cuáles son los elementos clave que explican el aumento del precio.

Según el informe, la participación de China, en todas las fases clave de la fabricación de paneles solares, supera el 80% en la actualidad, y en el caso de elementos clave, como el polisilicio y las obleas, se proyecta que aumentará a más del 95% en los próximos años, sobre la base de la capacidad de fabricación actual en construcción.

No hace mucho, pensábamos que la tendencia en la disminución gradual de los precios de los módulos fotovoltaicos iba a ser una constante, los gráficos de precios al menos indicaban que estaba expandiendo su capacidad de fabricación a un ritmo muy bueno y la demanda estaba teniendo un efecto positivo. Sin embargo, cuando llegó el COVID-19 y los fabricantes comenzaron a sufrir sobrecostos, cierres temporales de plantas y escasez de materias primas, se produjeron retrasos creando problemas de precios y logística.

Por ejemplo, en julio de 2020, el precio del polisilio, un componente crítico de una oblea solar, se situó en US $ 7 / kg, en este momento es de más de US $ 42 / kg, lo que ha tenido un profundo impacto en el costo de producción.

En relación con la escasez de vidrio solar, que representa alrededor del 20% del costo total del módulo solar, puede estar relacionada con la casi parálisis de los subsidios otorgados por el gobierno chino para su fabricación. Como resultado, la oferta se ha reducido cuando su demanda ha ido en aumento.

Cada panel solar fabricado contiene aproximadamente 20 gramos de plata, que se utiliza debido a su gran capacidad conductora, y generalmente representa aproximadamente el 7% del costo total del elemento. La tendencia del precio de la plata ha encontrado su apoyo debido a su creciente uso en entornos industriales, que representan aproximadamente la mitad de la demanda anual del metal. Sin embargo, el precio de la plata se disparó de US $ 18 por onza a niveles de US $ 28 por onza a mediados de 2021. Desde entonces, su precio ha estado fluctuando con altibajos significativos y en este momento está por encima de los niveles de US $ 19.50 por onza. Este año, se espera que termine con un aumento del 5% en la demanda de uso industrial con respecto a 2021.

Además, los ensambladores de paneles también han visto aumentar el precio del acetato de vinilo etílico (también conocido como caucho EVA), cuyo costo representó aproximadamente el 10% del módulo durante la primera mitad de 2022 en los mercados norteamericano y europeo. Sin embargo, en China fue todo lo contrario, cayó en el mismo período, motivado principalmente por el suministro constante y estable de gas natural como materia prima de Rusia a China.

Finalmente, el aluminio, que puede representar hasta el 17% del costo de cada panel solar, en julio de 2020 se vendió por tonelada por US $1,600. Alcanzó un máximo de US $4.000 en marzo de este año y desde entonces ha ido disminuyendo paulatinamente, sin poder romper el soporte de US $2.200 registrado este septiembre de 2022.
Consecuencias y reacción.

Por todo lo anterior, muchas empresas, gobiernos y otras partes interesadas de todo el mundo han comenzado a prestar cada vez más atención a las cadenas de suministro de energía solar fotovoltaica, ya que los altos precios de las materias primas y los cuellos de botella de la cadena de suministro han llevado a un aumento de alrededor del 20% en los precios de los paneles solares durante el año pasado. Todo parece indicar que esta tendencia podría continuar durante el resto de este año y todo 2023, y no será hasta 2024 cuando se cree que algunas de las medidas que se están implementando para ayudar a la industria a mejorar la cadena de suministro y la fabricación comenzarán a sentirse.

Un ejemplo de ello es Estados Unidos, donde en agosto de este año, el presidente Biden firmó la Ley de Reducción de la Inflación, que él mismo calificó como “la acción más agresiva jamás tomada para combatir la crisis climática”. Es este proyecto de ley el que se ha comprometido a gastar $ 369 mil millones de dólares como un incentivo para la generación de energía magra y la reducción de los gases de efecto invernadero.

Según la EIA, el país tiene la capacidad de producir materiales como silicio de grado metalúrgico, polisilicio, acero, aluminio, resinas, marcos y ensamblajes, todos los ingredientes importantes de los paneles solares, sin embargo, hay brechas significativas en la cadena de suministro ya que no tienen la capacidad para la fabricación de lingotes, obleas o células solares y solo una capacidad modesta para producir módulos solares, inversores y seguidores; por lo que se asignarán $ 60.000 millones de dólares para aumentar la capacidad instalada y ayudar a alcanzar sus metas.

Al parecer, en México no existen grandes planes en marcha, y, por lo tanto, el enfoque ha sido crecer la capacidad de generación solar a pequeña escala (<500 kW) debido a limitaciones regulatorias. A consecuencia, los grandes consumidores de energía que contemplan tener generación distribuida en sus instalaciones deben considerar estas tendencias macroeconómicas, ya que podrían impactar el desempeño financiero con el que su proyecto está siendo evaluado. Incluso con los aumentos en los componentes de los sistemas y el tiempo requerido para tener el retorno de la inversión extendido, los ahorros que se podrían obtener aún pueden hacerlo atractivo y justificado.

Recomendamos hacer una evaluación adicional para incorporar bancos de baterías a estos proyectos, ya que en algunos casos puntuales pueden hacerlo aún más atractivo, no solo por el resultado económico, sino también por el cumplimiento de metas y criterios ESG.

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Sección Extra: Descripción técnica y terminología adicional del panel solar
Si bien el artículo anterior proporciona una justificación para los desafíos actuales del mercado, pensamos que algunos lectores podrían apreciar detalles adicionales con respecto a los elementos centrales involucrados en la producción de paneles solares.

1. Extracción y purificación de polisilicio: El cuarzo o dióxido de silicio (SiO2) se calienta hasta 2,000 grados centígrados combinándolo con un agente reductor (Carbono) para obtener silicio metalúrgico con una pureza cercana a 99%. Luego, se extrae silicio de alta pureza al 99.999 % (grado solar) típicamente a través del proceso de Siemens, el cual se logra haciendo reaccionar el silicio grado metalúrgico con una solución de ácido clorhídrico (3HCI), obteniendo triclorosilano (SiHCl3), que es una forma de gas de silicio, el cual se condensa y se destila. Este proceso consume mucha energía, es un proceso discontinuo y tiene un bajo rendimiento por unidad.
2. Fundición de lingotes: el material de silicio o de grado solar se funde en un crisol bajo enfriamiento controlado. Después de algún tiempo, la interfaz cristal-líquido se mueve hacia arriba desde el fondo del crisol para obtener un lingote o barra de cristal de Si.
3. Producción de obleas (wafer): la sección periférica de los lingotes se corta para obtener lingotes cúbicos que se laminan utilizando máquinas de sierra de hilo múltiple. Se prefieren las obleas que tienen un espesor de 100 a 500 micras y unas dimensiones de 100 a 200 mm2. Aproximadamente el 30% del silicio se desperdicia como pérdida de corte en forma de residuos durante este proceso. La fabricación de obleas representa aproximadamente el 30% del costo de la celda solar.
4. Producción de células solares: implica la selección de obleas de alta calidad y doparlas con impurezas con el propósito de modular sus propiedades eléctricas y estructurales, seguidas de calentamiento. Se dan contactos cuidadosamente metálicos en los lados frontal y posterior.
5. Formación de módulos fotovoltaicos: Se seleccionan y sueldan entre sí células solares de características similares. Un polímero, acetato de vinilo de etileno (EVA) se pega en todo el conjunto de células solares soldadas para protegerlo de la humedad. Se coloca una hoja de vidrio transparente sobre la parte frontal del panel para protegerlo del polvo y las piedras. Dado que la reflectividad del vidrio es alta, se aplica una capa antirreflejante de dióxido de titanio (TiO2) y película (Si1-xNx) debajo del vidrio. La parte posterior del panel fotovoltaico está cubierta con polímero de fluoruro de polivinilo (PVF) conocido comúnmente como Tedlar para resistir el ataque de productos químicos, aceites y manchas. Luego, el módulo se somete a diferentes pruebas antes de ser embalado para su envío a su destino. Cerramos el paréntesis.