Necesidad
de un programa fotovoltaico para Cuba


Por
Daniel Stolik Novygrod*

 

Argumentos hacia la producción y utilización creciente de sistemas solares fotovoltaicos en el país

 

La decisión de desarrollar en Cuba un programa de producción de paneles solares fotovoltaicos (FV) pasa por su justificación económico-energética, además de otros factores.

 

La producción creciente y la disminución de los costos FV hacen que las comparaciones, los retos y los elementos de competitividad cambien rápidamente en cortos períodos.
El costo por watt-pico (Wp) del resto del sistema (BOS, completamiento posterior al módulo), que hace años era muy inferior al costo del módulo FV, hoy es del mismo orden, por lo que ha aumentado sensiblemente su peso en los análisis de costos finales de los sistemas FV.

Una gran fortaleza de Cuba para los propósitos que se plantean en este artículo, lo constituyen los recursos humanos existentes en el país en las distintas áreas del quehacer fotovoltaico, desde el académico hasta las instalaciones de los sistemas.


Las componentes del sistema FV

El análisis lo concretaremos en los sistemas FV basados en silicio cristalino, por mostrar una tecnología más madura y que, además, continúan mejorando ostensiblemente sus parámetros.

El costo final de un sistema FV instalado y conectado a red está constituido por los costos parciales de producción de los elementos siguientes: silicio grado solar (Si sog), oblea virgen (wafer), celda solar, módulo, inversor, estructura (aluminio), ingeniería de diseño y montaje, y otros. Cada uno de ellos depende de los costos de otros elementos que lo componen; por ejemplo, en el módulo (panel FV) intervienen: vidrio, láminas de EVA (etilvinilacetato), TEDLAR, marcos (aluminio), estaño, cableado, resinas y sellantes.


La producción creciente y la disminución de los costos
de l os paneles solares fotovoltaicos (FV) hacen que las
comparaciones, los retos y los elementos
de competitividad cambien rápidamente.


Las empresas líderes

Las empresas líderes son las que muestran los niveles más altos y mejores tecnologías de producción, así como los menores costos y precios. Por lo general, se especializan y diferencian; mientras que una muestra el mejor resultado en la obtención del silicio, otra lo hace en la producción de celdas, aunque la tendencia de las mayores empresas es cubrir el ciclo completo.

Es necesario tener muy en cuenta esas empresas en los análisis de factibilidad y competitividad, ya que ellas dictan las tendencias. Por otra parte, la cantidad de empresas «no líderes» es grande, e incluso algunas «salen» del mercado por no poder competir.
Existe una gran dispersión de cifras, datos y costos en la información, lo que hace muy complejo determinar en cifras exactas el porcentaje de los costos de cada uno de los pasos de la cadena productiva en el costo final del sistema FV instalado.


Costo del sistema FV por watt


Las informaciones y reportes de las distintas empresas son muy disímiles; dependen de distintos factores, como nivel tecnológico, economía de escala, monto de las ventas, si son al contado o a crédito, entre otros factores. No obstante, a partir de un detallado análisis y de comparaciones, en la tabla 1 se muestran los rangos de costos parciales aproximados actuales por watt-pico. Los más económicos corresponden a las empresas líderes, que exhiben las mejores prácticas productivas. La diferencia entre la columna de costo y de precio es la ganancia, por cierto, bastante grande.

Tabla 1
Costos de los diferentes componentes
de un sistema FV, por watt-pico



La columna del porcentaje es una especie de promedios aproximados, que fluctúan eventualmente en un intervalo determinado; no obstante, las cifras que se expresan son sumamente sugerentes para la determinación de factibilidades y de rutas críticas para el desarrollo integral FV en el país, que dictan las posibles pautas para determinar las prioridades y los esfuerzos en cada momento.


El silicio sog


A mediados del 2008, debido a su gran demanda, el precio spot del kilogramo de silicio sog llegó a estar por encima de los 300,00 USD, con grandes ganancias para sus productores.

El costo bajó sustancialmente debido a la gran cantidad de nuevas instalaciones, el aumento de la producción, el aseguramiento del notable incremento de su demanda y la disminución del gasto eléctrico en su producción. No obstante, continúa siendo un gran negocio para los productores. El precio de venta (incluye ganancias) se ha estabilizado, pero debe continuar bajando más lentamente, para situarse, según pronósticos, en unos $0,25/kg en los próximos años. Esto se reflejará en la disminución del costo del watt-pico.


Wafer (obleas vírgenes)

Se obtiene a partir del corte de los lingotes de silicio en partes más pequeñas, y al final en obleas delgadas. La tecnología de corte está muy desarrollada a partir de multihilos, cada vez en espesores más finos, que antes eran superiores a 0,3 mm.
En estos momentos los líderes tecnológicos logran industrialmente espesores de 0,16 mm, y menores de 0,1 mm a nivel experimental en laboratorios. La tendencia industrial en los próximos años es continuar disminuyendo hasta unos 0,1 mm, lo que constituye otro elemento que también seguirá reflejándose en la disminución del costo del Wp.


La celda

El costo por watt-pico del procesamiento industrial de la celda solar a base de silicio cristalino (no incluye el costo del wafer), continúa disminuyendo debido al aumento de la eficiencia de las celdas, la automatización y la optimización fabril. Por ejemplo, uno de los líderes, la Empresa China JA SOLAR, logra costos de producción de $0,20/wp. La producción de la celda solar es uno de los aspectos tecnológicos de la cadena de producción en que se ha avanzado más. Otros líderes también lograrán producir costos < $0,20/Wp, y los que no se acerquen a esos costos de producción tendrán que salir del mercado en el futuro.

La disminución del costo del Wp por este concepto de celda, será mucho menor que las disminuciones que se producirán a cuenta de futuros costos del silicio sog y a la obtención de los wafers (obleas vírgenes).


Los módulos

En los dos últimos años ha sido notable la disminución de los precios del Wp de los módulos (paneles) FV (incluye los costos parciales de: Si sog + wafer + celda + módulo), tendencia que continuará (Tabla 2). Ese factor es muy favorable, pero al mismo tiempo impone un reto a la producción nacional de módulos. Hoy es factible la compra al contado de módulos (paneles) FV a $1,60 el watt-pico, por lo que las producciones nacionales tienen que ser hoy de costos menores y continuar disminuyendo en un futuro cercano en que se pronostican precios de compra-venta aún menores. A este objetivo puede contribuir la producción en Cuba de parte de los insumos que lleva el módulo, como por ejemplo, los marcos de aluminio y el vidrio plano templado de alta transparencia.


Inversores

Los costos de los inversores han disminuido. La empresa líder en calidad es la SMA, de Alemania, pero no es la más económica. Los componentes (hard) de un inversor constituyen su parte más barata ($0,15/Wp para SMA y menos de $ 0,08/Wp en otras empresas). La tendencia es a disminuir los costos de los inversores sobre la base de producirlos con el hard mínimo necesario, y obtener la excelencia con mejores sistemas de software. Los pronósticos indican que paulatinamente el precio de venta seguirá bajando hasta menos de $0,20/Wp.

Si el hard se compra barato y el desarrollo del software es una parte de mayor valor agregado, se hace evidente que una producción futura nacional de inversores es atractiva y factible, y constituye otro elemento concreto para la disminución del costo del sistema FV, y por ende del kWh en Cuba.

Tabla 2
Tendencia actual de los costos
y precios de los módulos FV



Estructuras de aluminio

En la medida en que el costo del módulo disminuya, el peso del costo de los soportes y estructuras de aluminio debe aumentar, y comprende una parte sustancial del costo final de los sistemas FV.

En Cuba hay capacidad para producir los perfiles de aluminio para las instalaciones FV. Este es un elemento que puede contribuir a una notable disminución del costo FV. Se prevé que en el futuro su costo tenderá a $0,15/Wp. Llama la atención la cantidad de aluminio que se recupera como materia prima (latas) y que se exporta.

Reciclar aluminio representa un ahorro de 91% de la energía que se requiere para producirlo a partir de la bauxita, y evita mayor contaminación de la atmósfera. Reciclando una lata de aluminio se ahorra suficiente energía como para hacer funcionar un televisor durante 3,5 horas. Su reciclaje produce ahorros de 95% del consumo de agua, además del consumo de energía y de la emisión de contaminantes atmosféricos.

Un kilogramo de aluminio está formado por aproximadamente 65 latas: 15 millones 400 mil latas producen 240 toneladas de aluminio (99% de todas las latas de cerveza y el 97% de las latas de refrescos, son de aluminio). Cuatro de cada cinco latas de bebidas que se fabrican en el mundo son de aluminio y sólo 50% se recupera para su reciclaje. Una lata de aluminio continúa siendo un residuo sólido después de 500 años.

Habría que valorar si sería mejor exportar el aluminio o fabricar en cambio los perfiles FV en el país, lo que puede constituir otro nicho para disminuir los costos.


La tendencia es a disminuir los costos de los inversores
sobre la base de producirlos con el hard mínimo necesario,
y obtener la excelencia con mejores sistemas de software.


La ingeniería

El diseño y la instalación de los sistemas FV comprenden aproximadamente 10% de su costo total, una parte que no debe despreciarse en comparación con el resto de los factores. Cuba posee la fortaleza de contar con la empresa EcoSol, que tiene gran experiencia al respecto. Muchos de sus gastos son en salarios en moneda nacional, lo que propicia un aporte importante en la disminución del costo en divisas de las inversiones FV en Cuba.


Otros


Incluye costos como cableados complementarios, bases de hormigón, transportación, gastos de operación y mantenimiento, que son muy pequeños (los más bajos en comparación con el resto de las fuentes generadoras de electricidad, y una gran parte son en moneda nacional).


Costos totales de los sistemas FV

Los costos parciales actuales más bajos, debido a las mejores prácticas de cada elemento constitutivo del sistema FV, lo ostentan distintas empresas productoras, que si las sumamos, en un ejercicio formal, se obtiene un increíble costo final (sin ganancia) del sistema FV instalado de $1,65/Wp, mientras se comercializa a $2,95/Wp, con una ganancia superior a $1,00/Wp.

Los costos y precios más altos corresponden a empresas que muestran algún elemento de calidad específica superior, pero en gran parte por aquellas que probablemente estén tratando de disminuir sus costos para no salir del mercado.

Posiblemente la ganancia sea aún un tanto mayor, y los resultados muestran que para la producción mundial del 2010, la ganancia fue por lo menos de 16 mil millones de dólares. Esto demuestra, lamentablemente, que la energía FV no es la excepción del resto de las fuentes de generación eléctrica, en el sentido de comportarse más como «negocio», que como «necesidad».


Perspectivas de la energía FV en Cuba

Sería sumamente importante para Cuba lograr la independencia electroenergética. En ese sentido, una gran fortaleza de las distintas fuentes renovables de energía es que todas se complementan. La FV es una de las que tiene gran perspectiva. Otra arista del asunto sería el análisis y comparaciones pertinentes con las fuentes actuales de generación eléctrica basada en los combustibles fósiles.


Costo actual del kWh en Cuba

El 17 de diciembre del 2010, Marino Murillo, ministro de Economía y Planificación, informó en la Sesión de la Asamblea Nacional que para producir 1 GWh de energía eléctrica en Cuba se deben quemar, como promedio, 340 t de petróleo, que cuestan $500/t. Ello arroja que el costo en Cuba de la energía eléctrica es de aproximadamente $0,17/kWh. Esto sería en principio un costo mínimo, ya que habría que profundizar más para conocer si ciertamente se han tenido en cuenta otros componentes de gastos, como transporte, almacenamiento, pérdidas por transmisión y distribución, operación y mantenimiento, accidentes, inversiones futuras por modernización, contaminación del medio ambiente, paro y gastos por roturas y reparaciones, paros por «ahorro de combustible», entre otros aspectos.

Posiblemente, sobre la base de los precios internacionales y no coyunturales del barril de petróleo, la realidad corresponde hoy a más de $0,20/kWh en base a los combustibles fósiles. Estos cálculos no incluyen el previsible encarecimiento de los combustibles fósiles.


El encarecimiento del petróleo

La generación eléctrica con combustible fósil más barata es la del carbón, seguida por el gas; la del petróleo es mucho más cara, y con el diésel aún más. Por eso la generación eléctrica mundial por carbón es > 50%, y por petróleo es < 3%. Lamentablemente, en Cuba la mayor parte se realiza en base a las más caras, por lo que se debe tener muy en cuenta su encarecimiento en el tiempo, y por extensión el sostenido incremento que tendrá el kWh por ese concepto.

Según la consultora financiera norteamericana CIBC World Markets, el precio del barril de petróleo en el mundo para el 2012 rondará los 150,00 USD, debido a que la oferta se restringirá por el agotamiento en más de 4% anual de los pozos existentes, y los proyectos para la explotación de nuevos yacimientos están calculados en plazos poco realistas. La demanda se incrementará en casi 10%, sin tener en cuenta la ocurrencia de conflictos políticos que disparen mucho más los precios.

El precio que se informó en la Asamblea Nacional fue de unos 68,00 USD por barril
(1 tonelada = 7,33 barriles). Por lo tanto, el día que debamos comprar el barril a 150,00 USD, sólo por ese concepto el kWh costará más de 0,37 USD.


Costo del kWh FV en Cuba

el promedio de radiación solar en Cuba es superior a los 1 800 kWh/m2/año.
Teniendo en cuenta las pérdidas, se puede fijar, con un amplísimo margen de disminución, la cifra de 1 400 kWh/m2/año para el cálculo correspondiente.

Si se estima que la vida útil del módulo sea de 25 años (aunque el perfeccionamiento de los encapsulamientos tiende a garantizar más años de duración), para determinar el costo del kWh se deben sumar los costos parciales por Wp de cada elemento constitutivo del sistema FV. De acuerdo con el estudio realizado, en la tabla 3 se exponen los costos, suponiendo que prácticamente se importa todo, sin producciones nacionales.

Si toda la instalación FV cuesta $2,80/Wp, de acuerdo con una radiación de 1 400 kWh/m2/año y 25 años de vida, el costo del kWh sería de $0,08/kWh.

Este costo puede ser menor si se logra competir en costos y precios con producciones nacionales de perfiles de aluminio, inversores, módulos e, inclusive, en celdas y corte de wafers a partir de lingotes importados.

El día que se logre un costo de $2,10/Wp, generaríamos a $0,06/kWh ($0,05/kWh si la vida del módulo lograra ser de 30 años).

Los cálculos anteriores se basan fundamentalmente en un esquema de costos, sin tener en cuenta ganancias.

Tabla 3
Costos de los componentes del sistema PV




Exportaciones y alianzas

El análisis anterior está dirigido a poner el granito de arena FV para la solución definitiva, en un futuro, de la generación eléctrica del país, junto con las otras fuentes renovables de energía (bagazo, eólica, hidro, etcétera).

Otro valor agregado importantísimo sería el de las exportaciones. En ese sentido se le haría atractiva a empresas extranjeras realizar alianzas productivas (joint ventures) con Cuba.

Teniendo en cuenta el espectacular peso que en tan pocos años ha logrado China en la economía mundial, que cuenta actualmente con los principales líderes de las mejores prácticas productivas FV, lo más recomendable sería el logro de alianzas con ese país. Cuba podría convertirse en trampolín de exportaciones competitivas FV en la región.


El área

El área que necesita la energía FV es menor de lo que muchos alegan o suponen. Por ejemplo, Cuba consume actualmente unos 16 000 GWh de energía eléctrica al año. Para producir una cuarta parte, o sea, 4 000 GWh por la vía FV, se necesitarían unos 25 km2 repartidos en miles de sistemas distribuidos por todo el país en techos, cubiertas, zonas necesarias de sombras, zonas áridas, bordes de carreteras, etcétera.

Cuando lleguemos en un futuro lejano a producir 20 mil GWh FV al año, se necesitarían posiblemente menos de 100 km2, teniendo en cuenta el aumento de la eficiencia de las celdas y paneles FV al captar más energía solar por unidad de área.


El área que necesita la energía solar fotovoltaica
es menor de lo que muchos alegan o suponen.

Financiamientos

El costo de la generación de energía eléctrica a partir de combustibles fósiles tiene el peso mayor en el propio costo del combustible (que continúa aumentando), mientras que la FV está concentrada en la inversión

inicial (que continuará disminuyendo), ya que el «combustible» que brinda el Sol es gratis, y los gastos de operación y mantenimiento son mínimos.

Una vez determinada la decisión sobre la necesidad de un desarrollo nacional FV, ante la realidad del alto costo de las inversiones iniciales y la ausencia de recursos financieros necesarios para afrontarlas, se hace imprescindible abordar variantes factibles al respecto, como:

• Realizar alianzas productivas con empresas FV líderes, que aporten una parte del financiamiento inicial, con riesgos menores compartidos y recuperación de las inversiones a través de las exportaciones y las propias aplicaciones nacionales.
• Invertir en la FV sólo un pequeñísimo porcentaje de la subvención en divisas dedicada a la compra de petróleo para la generación eléctrica, que es considerable.
• Tener en cuenta que las compras al contado y en mayores volúmenes son mucho más ventajosas.
• No realizar por la parte cubana compras a créditos en divisas, ya que encarecen el kWh por pago de intereses en el tiempo.
• Hacer, en el marco de las aplicaciones nacionales, mutuamente atractivo el compartir las inversiones iniciales FV con clientes solventes, como cooperativas, empresas, fábricas y regiones, sobre todo a partir de la nueva tarifa eléctrica de 5,00 CUP/kWh cuando el consumo supera los 5 000 kWh al mes.

Conclusiones

Es necesario incluir el análisis de inversiones para el desarrollo de la energía y la industria FV en Cuba de acuerdo con lo planteado en el lineamiento 109 propuesto de la Política Económica y Social:
«Las inversiones responderán a la estrategia de desarrollo del país a corto, mediano y largo plazos; erradicando: espontaneidad, improvisación, superficialidad, incumplimiento de alcances, falta de profundidad en estudios de factibilidad y carencia de integralidad…».

por lo tanto, una estrategia FV merece, además, un objetivo como el siguiente:
«Establecer un programa integral de desarrollo y producción FV, paulatino, de corto a largo plazos, de conexión a la red, que favorezca la competencia con otras fuentes convencionales de energía eléctrica, con vistas a ir convirtiendo al país en una potencia solar, que tribute a las necesidades nacionales y de exportación».

 

* Doctor en Ciencias y Profesor Titular de la Facultad de Física y el Instituto de Materiales y Reactivos (IMRE), Universidad de La Habana, Cuba.
e-mail: dstolik@fisica.uh.cu