Energía, dinero y trileros

He dedicado un par de entradas a analizar la evolución del precio de la energia fotovoltaica. Jesus N ha comentado que el precio no es la variable mas importante a la hora de determinar la viabilidad de la energia, que hay que tener en cuenta los costes energéticos, la TRE y todo ese rollo.

Yo creo que resulta mucho mas conveniente y útil el análisis de los costes económicos, que el de los energéticos. Por varios motivos.
1) Es mucho mas sencillo y fiable de conocer. Llevamos mas de una década discutiendo sobre los costes energéticos, sin saber cuales son. No se puede extraer conclusiones de una variable cuyo valor es desconocido.
2) Es mas completa e incluye mas factores que la energia. La energia es importante pero no lo es todo.
3) Y por ultimo y mas importante: Los costes energéticos y los económicos están relacionados, por lo que la mejor manera de estimar los costes energéticos es a partir de los costes económicos.

Como dijo Pedro Prieto en uno de los larguísimos debates sobre los costes energéticos:

La energia es dinero
La energía tiene que tener un equivalente dinerario y el dinero un equivalente energético, claro que si y lo lógico, si el dinero exige sentido común para el intercambio de bienes y servicios, es que deba existir una relación razonable y medible con cierto grado de fidelidad entre ambos. 

Pedro Prieto.( 09/09/10)

 Si el precio de los paneles fotovoltaicos ha caído drásticamente en los últimos años, lo lógico es pensar que la energia necesaria para fabricarlos también habrá sufrido una drástica caída.

Pero por desgracia las cosas no son tan sencillas como advierte  el propio Pedro Prieto:
"Otra cosa es que en este mundo raro en que vivimos, hoy General Motors valga diez mil millones de dólares y mañana no valga ni un dólar o viceversa y se recupere como de la noche a la mañana, de estar en quiebra a valer un potosí y así como su anterior presidente fue enviado a la hoguera (en el sentido virtual, claro está) el actual presidente puede ser galardonado en cualquier momento con el premio Houdini al escapismo mejor logrado o el premio David Copperfield, al mejor juego de trileros gigante, capaz de hacer aparecer un garbanzo del tamaño de la luna en un cubilete donde no había nada."

Los trileros, (es decir la especulación de los mercados) son capaces de provocar bruscas alteraciones en los precios que no tienen justificación energetica. Un ejemplo de ello nos lo encontramos en las burbujas especulativas de metales.

El precio de los metales como el Neodimio, Litio, o Cobre se puede disparar en poco tiempo multiplicándose por 10, para luego volver a bajar. Obviamente esto no se debe a cambios en los costes energéticos... sino a la especulación de los mercados.

Asi que se plantea una cuestión interesante.¿A que se debe la drástica bajada de precio de la fotovoltaica? ¿Es debido a mejoras tecnológicas que haya permitido una reducion en el consumo de recursos o por el contrario es un mero truco de los trileros?

Mirando la gráfica de la evolución del precio, no parece el típico truco de trileros de la burbuja especulativas. Las burbujas se basan en aumentos rápidos del precio de los productos, hasta que estas explotan. Mientras que en la fotovoltaica se observa una decrecimiento continuado del precio.

Pero no hay que infravalorar a los trileros, quizás se hayan inventado un nuevo truco que desconozco.

Así que para responder a la cuestión, es necesario dejar el campo económico y analizar los procesos de fabricación de los paneles. Si la bajada se debe a mejoras tecnológicas, estas deben ser muy grandes. Los procesos de fabricación han debido presentar drásticas mejoras en sus rendimientos.

El proceso de fabricación de los paneles solares es muy complejo y con  multitud de etapas, isa que me limitare a analizar un de las etapas principales que es la produccion de silicio policristalino, mas conocido como polisilicio. El polisilicio es el principal componente de los paneles solares y responsable de los mayores costes energéticos. 

Si observamos la evolución del precio de polisilicio, nos encontramos con el típico juego de trileros.

El precio del silicio va creciendo hasta que revienta la burbuja en el 2008 y el precio cae.

Este truco de trilero, permite explicar la desviación de la curva de experiencia observada entre el 2005 y 2009. Si el precio de los paneles fotovoltaicos se sale de la tendencia y se mantiene constante durante esos años es debido a que el aumento del precio de polisilicio solar, compensa la caída de precios.

Los trileros solo permiten explicar la desviación, pero no la tendencia general.

Si nos fijamos con mas detalle en la gráfica vemos que en los 10 años que abarca el precio de silicio baja desde los 30$/kg hasta los 17$/kg.

Para entender las razones de esta bajada de precio, hay que ver como ha evolucionado la produccion de silicio. Si vamos a la web del mayor fabricantes de equipos para la producción de polisilicio nos encontramos con esta interesante gráfica.

Cada año ha ido sacando un nuevo modelo de reactores, mas grande y con menor consumo especifico de energia que su predecesor.

El modelo SDR100 consumía 100kwh/kg de silicio producido... mientras que el ultimo modelo el SDR500 solo consume 40kwh/kg.

La bajada del precio del polisilicio no es debida a un truco de trileros... sino a que ahora se requiere mucha menos energia para fabricarlo.

Desde el 2012, no se han  desarrollado nuevos modelos ya que un aumento de tamaño no permite una reducción significativa del consumo especifico de energia. Pero eso no significa que no se pueda seguir reduciendo el consumo y precio del silicio. Existe un nuevo proceso denominado "Fluidized Bed Reactor (FBR)" cuyo consumo de energia es de solo 5kwh/kg de silicio. Ya existen planta de produccion comerciales que están empleando este proceso. Así que el polisilicio todavia tiene recorrido para poder bajar sus costes energéticos... y con ello su precio.

Pero no solo ha mejorado la eficiencia de la produccion de silicio, tambien hay que tener en cuenta que los paneles solares cada vez necesitan menos silicio. En el 2005 los paneles solares contenian un promedio de 10gramos de silicio por Wp. en la actualidad contienen menos de 5g/Wp. Esta reducion se debe a que ahora se utilizan espesores menores al tiempo que ha mejorado la eficiencia de los paneles. 

Combinando la mejora en la produccion de silicio, con la reduccion del consumo de silicio, obtenemos  consumo energetico de los paneles expresado en W·hora/Wp = horas,  esto significa el tiempo que tarda el panel en producir esa cantidad de energia funcionando a su potencia pico. El consumo energético ha pasado de las 1000horas a 200horas se ha reducido a la quinta parte.

Este descenso coincide con el descenso en el precio de los paneles solares de 4 a 0,8€/wp

No solo se han reducido los costes en la produccion de silicio, en el resto del proceso también se han producido reducciones similares o mayores.

Seguramente en el procesado de las obleas la reduccion de costes también este ligado a una reducción del consumo de energia especifico.

Pero no todo son mejoras. Para estudiar la evolución de los consumos energéticos, no basta con analizar las mejoras, también hay que analizar los procesos en los que ha aumentado el consumo energético.
Como les gusta recordad a los socio-optimistas, la ley de los rendimientos decrecientes, hace que cada vez sea mas costoso obtener los recursos minerales necesarios para fabricar los paneles. Por ello hay quien afirma que la TRE de las renovables disminuirá con el tiempo.

En mi opinión, de todos los componentes que forman los paneles solares, el que mas sufre la ley de los rendimientos decrecientes es el cobre. La energia fotovoltaica requiere una gran cantidad de cobre, para los conectores, cableado, inversores, transformadores, lineas de transmisión etc. Se estima entre 4-5tn/MWp, lo que supone unas 5 veces mas que las centrales térmicas convencionales.
 El cobre  es un metal intensamente explotado y se encuentra muy cerca de su cenit.
La concentración o ley de cobre en las minas esta decayendo. En las dos ultimas décadas ha decaído un 23%  pasando desde 1,45% a 1,12%. En Chile, que es el mayor productor,  la caída ha sido mucho mas drastica y ha caído desde 1,61% a 0,87% y se estima que para el 2020 se reduzca hasta 0,67%
Esta caida ha aumentado los consumos especificos de energia. En Chile, en el 2005 se necesitaban 5,3kwh/kg de cobre refinado, mientras que en la actualidad a subido hasta los 7,2kwh/kg.  Por lo tanto la energia necesaria para obtener el cobre de una instalación fotovoltaica ha pasado de 26horas  a 35horas.

El agotamiento del cobre a aumentado el consumo de energia en 9 horas, lo cual es una cantidad relativamente pequeña comparada con las 800horas que ha reducido las mejoras técnicas en la produccion de polisilicio.

Por el efecto de las mejoras tecnológicas es unos 2 ordenes de magnitud mayor que la ley de los rendimiento decrecientes.

Por lo tanto podemos concluir que :
Existe una relación entre los costes energéticos y económicos de la energia fotovoltaica.

¿Y como afecta todo esto a la TRE de la energía fotovoltaica?

De todos los estudios realizados sobre la TRE, los que arrojan unos valores mas bajos son los de Pedro Prieto en su libro "Spain´s Photovoltaic Revolution"  , que analiza la situación de la fotovoltaica en España en el 2009 y obtiene un valor de 2,45:1 en términos térmicos o 7,3:1 si se tienen en cuenta el rendimiento de la conversion de calor a electricidad.

La fotovoltaica existen en España en el 2009 se conecto durante el 2008 por lo que los paneles se fabricarían durante el 2007 o antes.

El polisilicio se obtenía en los reactores SDR-100 o mas antiguos con enormes consumos específicos de energia. Los precios de los paneles, descontando el efecto de la burbuja especulativa del silicio, rondarian  los 3$/Wp. Que es el cuadruple de su precio actual.

Como la energia es dinero, podemos estimar de manera grosera que los costes energeticos se han reducido a la cuarta parte, Por lo tanto la TRE actual quedaría en 10:1 o 30:1 y sigue subiendo. Probablemente alcance los 50:1 antes del 2020.

¿Que implicaciones tiene este aumento de la TRE?
En mi opinión ninguna, como ya he dicho en muchas ocasiones, creo que la TRE es un parámetro sin ninguna utilidad practica. No aporta ninguna informacion útil que no conociéramos.
Se podría concluir que como la fotovoltaica tiene una TRE>10 entonces es  viable.... pero para eso no hacia falta tanto rollo, basta con mirar que se están fabricando e instalando mas de 50GW de paneles solares y que sigue manteniendo cifras de crecimiento de dos dígitos.