Un poco de ciencia, por favor: La energía solar fotovoltaica: de la ficción a la solución en tres décadas

9 Dic 2016 http://blogs.publico.es/ignacio-martil/2016/12/09/la-energia-solar-fotovoltaica-de-la-ficcion-a-la-solucion-en-tres-decadas/

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica. Universidad Complutense de Madrid

1. Un antecedente: la telefonía móvil
A comienzos de los años 80 del siglo pasado, algunas influyentes empresas de consultoría mostraron su escepticismo acerca de las posibilidades de la telefonía móvil. Una de las más conocidas en EEUU es McKinsey & Company, empresa líder en consultoría estratégica global, presta sus servicios a las mayores empresas de negocios del mundo, gobiernos e instituciones. Hay que hacer un poco de historia y recordar que en los años 80, los teléfonos móviles eran pesados, la carga de las baterías no duraba más que unas pocas horas, la cobertura era muy deficiente, ya que se limitaba a los grandes núcleos urbanos y el coste de las llamadas era exorbitante. Por aquel entonces, se estimaba que para comienzos del siglo XXI, el número de móviles que habría en el mundo rondaría el millón de unidades. Con estas previsiones, McKinsey & Company aconsejó a A.T. & T., una de las grandes empresas del sector de las comunicaciones, que se retirara de ese mercado.
Por supuesto McKinsey se equivocó y ese error acarreó grandes perjuicios económicos a A.T.&T., como era de esperar. En el año 2000 ya había en uso más de 100 millones de teléfonos móviles en el mundo; hoy día hay prácticamente tantos como habitantes tiene el planeta, ya que las últimas estimaciones sitúan la cantidad en 7.000 millones.
En años recientes, algunas de esas mismas empresas dicen de la energía solar fotovoltaica lo mismo que dijeron en su tiempo de la telefonía móvil. Para reforzar sus argumentos, señalan que después de décadas de desarrollo, apenas suministra un 1% de las necesidades energéticas del mundo, es ineficiente, cara y poco fiable, ya que depende mucho del clima. Para completar sus razonamientos, indican que sin primas o algún tipo de subsidio público es una fuente de energía no rentable. Como ocurrió con la telefonía móvil, ahora también se equivocan. La energía solar fotovoltaica será en pocos años tan omnipresente como los teléfonos móviles lo son en la actualidad, aunque ahora su participación en el mix energético global sea insignificante.
En este artículo desarrollaré esta tesis mediante un análisis de la evolución histórica de los precios de la energía solar fotovoltaica en comparación con el coste de la electricidad y mostraré que esos precios ya son iguales o inferiores a los que se obtienen con fuentes de energía convencionales.
2. Paridad de red de la energía solar fotovoltaica en el mercado eléctrico
La paridad de red se define como el momento temporal en el que una fuente de energía produce electricidad a un coste igual o menor al precio de compra de energía en el mercado eléctrico.
Establecer los condicionantes que determinan el precio de la electricidad es una cuestión compleja, que varía mucho de un país a otro y que en el caso de España he explicado con algún detalle en otro artículo. En general, en cualquier país, el precio de la electricidad se ve fuertemente influido por factores tales como el nivel de la demanda, el precio de los combustibles (petróleo, carbón y gas), los costes indirectos (muy variables de un país a otro), etc. Como consecuencia, el precio de la electricidad varía de hora en hora, por lo que no se puede hablar de un precio de esta sino de un margen para el mismo.
Por otra parte, para la energía solar fotovoltaica, puesto que el combustible es gratuito y las instalaciones apenas requieren mantenimiento, el coste de la electricidad generada con paneles solares viene determinado esencialmente por el capital invertido en la instalación del sistema, que  se puede desglosar en los siguientes factores:

Coste de los paneles (55% del total)
Coste de la instalación (35% del total)
Costes de financiación (10% del total)

De manera que se puede calcular de forma bastante aproximada el precio de la energía producida de la siguiente forma:

Coste de la energía fotovoltaica (€/kWh) = (Coste de los módulos + Coste de la instalación + Costes de financiación) (€)/Energía producida (kWh)

Para calcular cuanta energía produce una instalación fotovoltaica, hay que tener en cuenta que ésta es fuertemente dependiente del nivel de irradiación solar del lugar donde esté instalado y de la eficiencia de los paneles, de modo que se puede  calcular la energía producida de la siguiente manera:
Energía producida (kWh) = Irradiación (kWh/m².año) x Superficie del módulo (m²) x Eficiencia del módulo (%) x Años de uso

Siguiendo el procedimiento descrito, en la siguiente tabla muestro la evolución del precio de la electricidad fotovoltaica durante los últimos 35 años. He supuesto que la instalación está en una zona con un nivel de irradiación de 1500 kWh/m².año, característico de la franja central de la península ibérica; también he supuesto una vida media de la instalación de 25 años [1]. Así mismo, muestro la evolución del precio de la electricidad obtenida con fuentes de energía no renovables:

Evolución del precio del vatio solar (€/W) y del kWh de electricidad (€/kWh), obtenida con diversas fuentes de energía. Fuente: elaboración propia a partir de los datos consultados en Efficiency of solar PV y Fraunhofer PV report 2016

Para efectuar el cálculo del precio de la electricidad obtenida con fuentes no renovables, se contabilizan los costes de las instalaciones, del combustible y del mantenimiento y están basados en los datos publicados en este artículo, actualizados a finales de 2015, suponiendo que todas las tecnologías no renovables tienen 30 años de vida útil y que una planta de estos combustibles funciona 7.000 horas/año, lo que implica admitir un grado de utilización del 80% sobre el máximo anual. Debe entenderse que los valores mostrados en la tabla son aproximados y expresan costes promedio de la energía para los principales países industrializados, principalmente Europa occidental y EEUU.
Por lo que respecta al coste de la energía solar fotovoltaica, tal y como he indicado en el párrafo precedente, este no sólo depende solo de su potencia nominal, sino del lugar de instalación, de manera que el mismo sistema puede producir diferentes cantidades de energía para la misma inversión de capital inicial. Por ejemplo, en Berlín el nivel de irradiación solar es de 900 kWh/m².año, mientras que en Sevilla es de 1.800 kWh/m².año. Por lo tanto, no hay una única localización geográfica donde la electricidad fotovoltaica alcance la “paridad de red”. A su vez, los precios de la electricidad son dependientes del día, de la hora y de una gran variedad de factores. Esto significa que la definición exacta de “paridad de red” varía no sólo de un lugar a otro, sino de un cliente a otro e incluso de una hora a otra.
En función del nivel de irradiación solar de una determinada ubicación geográfica, así como del coste de la electricidad en el mercado eléctrico donde se sitúe la instalación fotovoltaica, en la actualidad la paridad de red ya se ha alcanzado en gran número de latitudes con altos niveles de irradiación, mientras que en las que reciben menor cantidad de irradiación sólo se alcanzará hacia 2020, tal y como muestra la siguiente gráfica:

Franja Azul-Verdosa: evolución del coste de la energía solar fotovoltaica para el período 2000-2025, según los niveles de irradiación. Franja naranja: previsible evolución de los precios de la electricidad. Allí donde ambas franjas se cruzan se alcanza la paridad de red.

Teniendo en cuenta todas las consideraciones precedentes, la siguiente figura muestra los países donde se ha alcanzado la paridad de red a fínales de 2015. Como se puede apreciar, Europa es el líder de paridad de red, ya que prácticamente todo el continente se encuentra en esa situación, lo que es debido, entre otros factores, a los elevados costes de la energía eléctrica en la mayor parte de los países de Europa occidental.

Verde oscuro: países con la gran mayoría de su territorio con paridad de red. Verde claro: países con paridad de red en las regiones donde la electricidad tiene precios elevados. Fuente: “Solar grid parity in a low oil price era”. Deutsche Bank, Informe Marzo 2015

Los países más pobres, donde la electricidad es generalmente más barata, están más lejos de la paridad de red, debido principalmente al problema de reducir los costos de las instalaciones fotovoltaicas. No obstante, se estima, que en 2017, el 80% de los países estarán en situación de paridad de red y globalmente, se alcanzará en todo el planeta hacia el año 2020.
3. Unas breves conclusiones
Gracias a las importantes reducciones experimentadas en las tres últimas décadas por la generación eléctrica de origen solar fotovoltaico, unido al continuo aumento del precio de la electricidad (recuérdese que, en nuestro país, en los últimos cinco años el precio de la luz ha subido en promedio un 10%),  hoy en día ya es posible obtener energía eléctrica mediante instalaciones fotovoltaicas a precios comparables a los del mercado eléctrico sin necesidad de primas o incentivos económicos de cualquier naturaleza, siempre que la legislación no penalice el uso de estas instalaciones, como sucede en la actualidad en España.
Lo que en las últimas décadas del siglo XX parecía una curiosidad tecnológica sin mayor interés práctico, se ha convertido en una parte esencial de la solución a algunos de los principales problemas de los sistemas energéticos que carecen de recursos propios, como es el caso de España: reducción de la dependencia exterior y limitación de emisiones de gases de efecto invernadero.
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[1] Este cálculo no tiene en cuenta las denominadas “externalidades”, como por ejemplo los costes de emisiones que evita la energía fotovoltaica,  las importaciones de combustibles fósiles ahorradas, etc.