Instalação Fotovoltaica para Hidrogênio Verde

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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
 
 
 
 
Documento: 
Memoria 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Proyecto de una instalación 
fotovoltaica para generación 
de hidrógeno verde 
Autor: 
David Coma Gómez 
Director: 
Santiago Bogarra Rodríguez 
Titulación: 
Grado en Ingeniería Eléctrica 
Convocatoria: 
Otoño, prórroga, 2022. 
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Agradecimientos 
 
A mi familia por su soporte. 
A Santiago por la ayuda, conocimientos y consejos prestados. 
A mis compañeros por compartir tantas horas realizando este proyecto. 
A todas las personas que han contribuido a la realización de este proyecto, 
gracias.
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
 
Resumen 
Este proyecto pretende abordar una problemática actual. La Comisión Europea ha 
puesto fecha para el fin de la producción de vehículos de gasóleo y gasolina, por lo que 
la principal alternativa de la industria automovilística recae sobre el vehículo eléctrico y 
el vehículo de hidrógeno. 
Este proyecto se divide en dos partes. En primer lugar, se llevará a cabo el proyecto de 
realización de una planta fotovoltaica de 10 MW, teniendo en cuenta que esta planta 
solar abastecerá a una planta de generación de hidrógeno verde. Esta primera parte se 
centrará en seleccionar la ubicación de la planta solar y dimensionar la planta, 
seleccionando elementos como pueden ser los módulos fotovoltaicos, las protecciones, 
la instalación de puesta a tierra y la selección del transformador. 
En segundo lugar, se pretende realizar un estudio de viabilidad económica de la 
generación de hidrógeno verde para su uso como combustible vehicular, teniendo en 
cuenta los costes de generación, transporte y distribución. Este estudio se llevará a cabo 
planteando un escenario en el que se fijará el precio de la energía eléctrica. La finalidad 
de este estudio consistirá en poder realizar una estimación sobre los precios de venta 
del hidrógeno como combustible vehicular y por lo tanto deducir si el coste será viable 
en el mercado. 
Este proyecto de diferencia de otros tantos gracias a la segunda parte del trabajo. Como 
se ha explicado anteriormente la fecha limite dictaminada por la Comisión Europea se 
ha fijado en 2035, debido al gran secretismo entorno al sector, es difícil encontrar 
información de forma detallada, por lo que será realmente interesante conocer esos 
datos.
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
Abstract 
This project aims to address a current problem. The European Commission has set a 
date for the end of the production of diesel and gasoline vehicles, so the main alternative 
for the automotive industry is the electric vehicle and the hydrogen vehicle. 
This project is divided into two parts. First, the project for the realization of a 10 MW 
photovoltaic plant will be carried out, taking into account that this solar plant will supply 
a green hydrogen generation plant. This first part will focus on selecting the location of 
the solar plant and sizing it by selecting its components as photovoltaic modules, 
protections, grounding installation, and transformer selection. 
Secondly, it is intended to carry out an economic feasibility study of the generation of 
green hydrogen for use as a vehicle fuel, taking into account the costs of generation, 
transportation and distribution. This study will be carried out by considering one scenario, 
in which the price of electricity will be set. The purpose of this study will be estimate the 
selling prices of hydrogen as a vehicle fuel and therefore deduce whether the cost will 
be viable in the market. 
This project differs from many others, especially in the work's second part. As explained 
above, the deadline set by the European Commission is 2035, due to the extraordinary 
secrecy surrounding the sector, it is difficult to find detailed information, so it will be really 
interesting to know these data.
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
 
 
 
 
Trabajo fin de estudios 
 
ESEIAAT 
 
 
 
 
Grado en Ingeniería Eléctrica 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para generación de 
hidrógeno verde 
 
Índices
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Índice 
 
Agradecimientos ......................................................................................................................... 0 
Resumen ...................................................................................................................................... 0 
Abstract ........................................................................................................................................ 0 
Índice ............................................................................................................................................ 0 
Índice de figuras ......................................................................................................................... 3 
Índice de tablas ........................................................................................................................... 5 
2.1 Objetivo del proyecto ..................................................................................................... 8 
2.2 Alcance del proyecto ...................................................................................................... 9 
2.3 Requerimientos ............................................................................................................. 10 
2.4 Justificación del proyecto ............................................................................................ 11 
Memoria ..................................................................................................................................... 12 
Capítulo 1: Marco teórico .................................................................................................... 13 
1.1 Energías Renovables ........................................................................................... 13 
1.2 Energía solar ......................................................................................................... 13 
1.2.1 Energía solar fotovoltaica .................................................................................. 14 
1.2.2 Clasificación de las instalaciones solares fotovoltaicas ............................... 16 
1.2.2.1 Instalaciones independientes de la red ................................................... 16 
1.2.2.2 Instalaciones conectadas a red ................................................................ 16 
1.2.2.3 Instalaciones híbridas ................................................................................. 16 
1.3 Hidrógeno .............................................................................................................. 17 
Capítulo 2: Situación de la energía solar fotovoltaica..................................................... 18 
2.1 La energía solar fotovoltaica en Europa ........................................................... 18 
2.2 La energía solar fotovoltaica en España........................................................... 22 
2.2.1 Condiciones climáticas para la generación de energía solar ................ 23 
2.3 Plantas solares en España ................................................................................. 23 
Capítulo 3: Estado del arte, el hidrógeno ......................................................................... 26 
3.1 Usos del hidrógeno .............................................................................................. 26 
3.2 Producción de hidrógeno ....................................................................................27 
3.2.1 Procesos termoquímicos ............................................................................. 29 
3.2.1.1 Proceso de gasificación .......................................................................... 29 
3.2.1.2 Proceso de pirólisis .................................................................................. 30 
3.2.1.3 El proceso de reformado ......................................................................... 31 
3.2.2 Procesos electrolíticos ................................................................................. 33 
3.2.2.1 Electrólisis alcalina ................................................................................... 33 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.2.2 Electrólisis de intercambio protónico (PEM) ........................................ 34 
3.2.2.3 Electrólisis a alta temperatura (SOEC) ................................................. 35 
3.2.3 Procesos fotolíticos ...................................................................................... 36 
3.2.3.1 Proceso de biofotólisis ............................................................................. 36 
3.2.3.2 Proceso de fotoelectrólisis ...................................................................... 36 
3.3 Transporte y distribución del hidrógeno ............................................................ 37 
3.3.1 Transporte del hidrógeno mediante gaseoducto ..................................... 37 
3.3.2 Transporte del hidrógeno mediante medios de transporte .................... 38 
3.4 Almacenamiento del hidrógeno .......................................................................... 40 
3.4.1 Almacenamiento del hidrógeno gaseoso comprimido ............................ 40 
3.4.2 Almacenamiento del hidrógeno licuado .................................................... 42 
3.4.3 Almacenamiento del hidrógeno sólido ...................................................... 43 
Capítulo 4: Localización y requerimientos de la planta fotovoltaica ............................. 44 
4.1 Factores de localización ........................................................................................... 44 
4.2 Situación y emplazamiento de la planta fotovoltaica ........................................... 46 
4.3 Normativa .................................................................................................................... 47 
Capítulo 5: Diseño y dimensionado de la planta solar fotovoltaica .............................. 49 
1.1 Módulo fotovoltaico .............................................................................................. 50 
1.2 Estructuras de los módulos fotovoltaicos ......................................................... 51 
1.3 Inversor .................................................................................................................. 52 
1.4 Estación de MT ..................................................................................................... 54 
1.5 Estación meteorológica ....................................................................................... 55 
1.6 Estación de control ............................................................................................... 56 
1.7 Cableado ................................................................................................................ 57 
1.7.1 Cableado del circuito de corriente continua ............................................. 58 
1.7.1.1 Conductor linea de conexión strings a caja de recombinación ......... 58 
1.7.1.2 Cajas de recombinación .......................................................................... 59 
1.7.1.3 Conductor linea de conexión combiner box a inversor ...................... 61 
1.7.2 Cableado del circuito de corriente alterna ................................................ 62 
1.7.2.1 Conductores linea de conexión inversor a estación MT .................... 62 
1.8 Protecciones circuito DC ..................................................................................... 63 
1.8.1 Interruptor manual ........................................................................................ 64 
5.6.2 Protección contra sobretensiones .............................................................. 65 
5.6.3 Fusibles DC ................................................................................................... 66 
5.8 Instalación de puesta a tierra .............................................................................. 69 
 
 
 
2 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Capítulo 6: Estudio de viabilidad económica ................................................................... 71 
6.1 Equipos e infraestructura .................................................................................... 71 
6.2 Costes .................................................................................................................... 75 
Capítulo 7: Conclusiones .................................................................................................... 77 
Referencias bibliográficas ....................................................................................................... 78 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Índice de figuras 
Figura 1 Efecto fotovoltaico. Marchatic (2019). ........................................................... 14 
Figura 2 Componentes de la radiación solar. [17] ....................................................... 14 
Figura 3 Proceso de generación en una planta solar. [18] .......................................... 16 
Figura 4 Tendencia sobre la potencia del parque fotovoltaico europeo. [7] ................. 18 
Figura 5 Top 10 países con mayor potencia FV acumulada. [7] .................................. 19 
Figura 6 Top 10 países con mayor incremento de potencia FV. [7] ............................. 21 
Figura 7 Evolución potencia FV acumulada en España [MW]. [9] ............................... 22 
Figura 8 Mapa radiación solar global anual España. [19] ............................................ 23 
Figura 9 Planta fotovoltaica Núñez de Balboa. [24] ..................................................... 24 
Figura 10 Central solar fotovoltaica Mula. [21] ............................................................ 24 
Figura 11 Planta fotovoltaica Don Rodrigo. [22] .......................................................... 25 
Figura 12 Parque fotovoltaico Picón I, II y III. [23] ....................................................... 25 
Figura 13 Usos del hidrógeno. [14] ............................................................................. 26 
Figura 14 Procesos de obtención del hidrógeno. [25] ................................................. 27 
Figura 15 Clasificación del color del hidrógeno. [26] ................................................... 28 
Figura 16 Diagrama del proceso de gasificación [14] .................................................. 30 
Figura 17 Celda de electrólisis alcalina. [27] ............................................................... 34 
Figura 18 Celda electrolítica PEM. [28] ....................................................................... 34 
Figura 19 Celda electrolítica SOEC. [29]..................................................................... 35 
Figura 20 Tráiler para transporte de hidrógeno comprimido. [30] ................................ 38 
Figura 21 Depósito tipo III de hidrógeno comprimido. [53] .......................................... 41 
Figura 22 Esquema de un depósito criogénico de hidrógeno líquido. [31] ................... 42 
Figura 23 Matriz de prioridades de ubicación [Fuente propia] ..................................... 45 
Figura 24 Imagendel plano de situación de la planta fotovoltaica [32] ........................ 46 
Figura 25 Estructura Ennova Renovables [33] ............................................................ 51 
Figura 26 Inversor SG2500 [34] .................................................................................. 52 
Figura 27 Eficiencia del inversor SG2500 [34] ............................................................ 53 
Figura 28 Estación de MT MVS3150-LV [34] .............................................................. 54 
Figura 29 Elementos de la estación de media tensión [34] ......................................... 54 
Figura 30 Estación meteorológica Lambrecht Profesional [35] .................................... 55 
Figura 31 Módulo Prefabricado EP6000 [36] .............................................................. 56 
Figura 32 Cableado de una instalación fotovoltaica de gran potencia. [37] ................. 57 
Figura 33 Cable H1Z2Z2-K [38] .................................................................................. 59 
Figura 34 Caja de recombinación de strings INGECON [39] ....................................... 60 
Figura 35 Conductor Afumex XZ1FA32-K [38] ............................................................ 61 
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4 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Figura 36 Conductor AL-HEPRZ1 [38] ........................................................................ 62 
Figura 37 Protecciones caja de recombinación INGECON [39] .................................. 63 
Figura 38 Interruptor seccionador 27PV5050 [40] ....................................................... 64 
Figura 39 Dispositivo de protección contra sobretensiones Clamper Solar [41] .......... 65 
Figura 40 Fusible gPV 10x30 de 20 A [42] .................................................................. 66 
Figura 41 Base portafusibles PMX [43] ....................................................................... 66 
Figura 42 Acople MC4 para conductor [44] ................................................................. 66 
Figura 43 Distribución armario baja tensión estación MT [34] ..................................... 68 
Figura 44 Distribución del cuadro de potencia de la estación MT [34] ......................... 68 
Figura 45 Distribución de la caja de comunicaciones de la estación de MT [34] ......... 68 
Figura 46 Representación de una instalación de puesta a tierra compuesta [45] ........ 69 
Figura 47 Proceso de generación y abastecimiento del hidrógeno [46] ...................... 71 
Figura 48 Diagrama de procesos de generación del hidrógeno a través de 
electrolizadores [47] .................................................................................................... 72 
Figura 49 Skid purificador de hidrógeno Sertronic [48] ................................................ 72 
Figura 50 Compresor de hidrógeno Hiperbaric de 350 bar [49] ................................... 73 
Figura 51 Compresor de hidrógeno Hiperbaric de 950 bar [49] ................................... 73 
Figura 52 Tanque de almacenamiento de hidrógeno [50] ........................................... 74 
Figura 53 Pistola de recarga de hidrógeno para coches [51] ...................................... 74 
Figura 54 Componentes de un surtidor de hidrógeno [52] .......................................... 74 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Índice de tablas 
Tabla 1 Ranking UE Potencia Fotovoltaica per Cápita [Fuente propia] ....................... 20 
Tabla 2 Disposición de la central fotovoltaica ............................................................. 49 
Tabla 3 Disposición de los campos fotovoltaicos ........................................................ 49 
Tabla 4 Datos módulo CanadianSolar CS7N-665MS .................................................. 50 
Tabla 5 Datos inversor Sungrow SG2500 ................................................................... 53 
Tabla 6 Ficha técnica estación de media tensión MVS3150-LV ..................................55 
Tabla 7 Ficha técnica cable H1Z2Z2-K ....................................................................... 59 
Tabla 8 Resumen metros cable H1Z2Z2 ..................................................................... 59 
Tabla 9 Resumen cajas de recombinación de strings ................................................. 60 
Tabla 10 Ficha técnica AFUMEX XZ1FA32-K ............................................................. 61 
Tabla 11 Resumen metros de cable conductor AFUMEX XZ1FA32-K ........................ 61 
Tabla 12 Ficha técnica conductor AL-HEPRZ1 ........................................................... 62 
Tabla 13 Resumen metros de cable conductor AL-HEPRZ1 ....................................... 62 
Tabla 14 Resumen protecciones eléctricas combiner box .......................................... 63 
Tabla 15 Definición CAPEX y OPEX ........................................................................... 75 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Lista de abreviaturas 
CO₂ Dióxido de carbono 
RAE Real Academia Española 
H₂O Agua 
H₂ Hidrógeno gas 
FV Fotovoltaico 
UE Unión Europea 
SMR Methane Steam Reforming 
POX Partial Oxidation 
ATR Autothermal Reforming 
IEC International Electrotechnical Commission 
ENDESA Empresa Nacional de Electricidad 
MT Media tensión 
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 
CAPEX Capital Expenditures 
OPEX Operational expenditures 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Trabajo fin de estudios 
ESEIAAT 
 
 
 
 
 
 
Grado en Ingeniería Eléctrica 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para generación de 
hidrógeno verde 
 
Introducción
 
 
 
8 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.1 Objetivo del proyecto 
El mes de diciembre del año 2021, el precio del MWh de energía eléctrica alcanzaba un 
máximo histórico, 409 €/MWh. [1] 
Meses más tarde, en el mes de junio del año 2022, el parlamento europeo votaba a 
favor de la prohibición de la venta de vehículos con motor de combustión para el año 
2035. Esta decisión era aprobada dentro de un paquete de medidas tomadas por la UE 
para contribuir al Acuerdo de París. 
Esa decisión junto con el dato expuesto al inicio de este documento, prevé una mala 
situación para el sector de la automoción, ya que cargar vehículos eléctricos a los 
precios estipulados actualmente por las compañías no es sostenible económicamente 
para muchas personas. Otro inconveniente recae en la red de distribución eléctrica 
española, pues ésta no soportaría la carga eléctrica simultánea en los miles de hogares 
de todo el país. 
Así pues, viendo la situación actual donde los vehículos eléctricos son cada vez menos 
sostenibles para la sociedad, pero sigue existiendo el ímpetu por reducir las emisiones 
de CO2, el objetivo de este proyecto se centrará en investigar la situación actual en la 
que se encuentra el desarrollo de la tecnología del hidrógeno, que actualmente se 
presenta como la alternativa al vehículo eléctrico, por diversos motivos. 
De la misma manera se realizará con la energía solar fotovoltaica, pues se investigará 
sobre la situación actual de ésta, y se desarrollará un proyecto de una central solar 
fotovoltaica de 10 MW, realizando el dimensionado y la selección de todos los 
componentes para alimentar las instalaciones de producción de hidrógeno verde. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.2 Alcance del proyecto 
El presente proyecto abastará los siguientes puntos: 
En primer lugar, se incluirá una introducción teórica a la energía solar fotovoltaica, dónde 
se expondrán los conceptos teóricos necesarios para el correcto entendimiento de la 
energía solar fotovoltaica. Este punto irá acompañado de un estado del arte, que 
plasmará la situación actual de la energía solar fotovoltaica. 
En segundo lugar, se incluirá un estado del arte del hidrógeno. Este mostrará todos los 
procesos que existen actualmente para generar dicho gas, se diferenciará si el 
hidrógeno generado es contaminante o no. También se explicarán todos los métodos 
de transporte, y los métodos de almacenaje del hidrógeno instaurados actualmente. 
En tercer lugar, se desarrollará el diseño de la central solar fotovoltaica de 10 MW. Este 
punto contemplará la selección de la ubicación, la selección de componentes eléctricos, 
la selección de los equipos, así como la distribución seleccionada para realizar el diseño. 
Todos los elementos seleccionados, incluirán sus respectivos cálculos justificativos. 
Por último, se concluirá con un estudio de viabilidad económica para comprobar si el 
vehículo de hidrógeno es sostenible económicamente para la sociedad actual, y 
corroborar así uno de los argumentos utilizados en la justificación de este proyecto, 
demostrar si el vehículo de hidrógeno puede competir contra el vehículo eléctrico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.3 Requerimientos 
A continuación, se listarán las especificaciones básicas y las restricciones que se han 
considerado para la realización de este proyecto. 
1. Debido a que el enfoque de este proyecto es principalmente eléctrico se considerará 
que: 
 La obra civil de la planta fotovoltaica queda fuera del alcance de este 
proyecto, así como toda la parte legislativa de esta. 
 Se da por realizado el suministro de agua para la generación de hidrógeno 
verde, por lo tanto, no se realizará ningún cálculo de la instalación del 
suministro de agua. 
 En cuanto a la conexión a red, esta se realizará solamente hasta el centro 
de transformación de la planta fotovoltaica. Por lo tanto, no se realizará 
ningún cálculo sobre la línea que une el centro de transformación hasta la 
subestación, se considerará que la proporciona la compañía eléctrica. 
 En este proyecto no se realizará el cálculo y el diseño eléctrico de la planta 
generadora de hidrógeno, solo se tomará como referencia su consumo 
eléctrico. 
 Todos los elementos que se seleccionen se procurarán que sean elementos 
ofrecidos por los distintos fabricantes en catálogos, con tal de poder justificar 
su selección. 
 
2. Para la realización del estudio económico de vialidad se trabajará con hipótesis, 
sobre el precio del MWh de luz, se trabajará con un precio de 90 €/MWh. En cuanto 
a los costes de generación, transporte y almacenaje, así como el coste de los 
equipos, se trabará con datos reales. 
 
3. Para la realización del proyecto se trabajará con la normativa vigente, con la finalidad 
que el proyecto cumpla con la legislación actual. 
 
4. Una vez realizado el presupuesto del proyecto, no se realizará ningún estudio de la 
amortización de la instalación. 
 
5. Para la realización del estudio de viabilidad económica del hidrógeno como 
combustible vehicular, se supondrá la existencia de un mercado para su consumo. 
 
 
 
 
11 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.4 Justificación del proyecto 
Tal y como se ha explicado a lo largo de este documento, el interés y la motivación de 
este trabajo nacen por dos motivos. 
El mundo globalizado tal y como se conoce se encuentra ante una problemática 
importante. Las reservas mundiales de petróleo se encuentran ante una situación 
preocupante puesto que las previsiones han fijado en 60 años el agotamiento del 
petróleo, por lo tanto, la única alternativa posible para eltransporte recae en el vehículo 
eléctrico y/o de hidrógeno. Cabe destacar también que el vehículo eléctrico requiere de 
materias primas extraídas en países en desarrollo para la fabricación de las baterías y 
por lo tanto sigue dependiendo de materias finitas. Además, la red eléctrica de 
distribución existente no soportaría la carga simultánea de miles de vehículos eléctricos, 
por lo que no es viable electrificar el 100% del parque automovilístico actual. 
Es por eso por lo que este proyecto pretende conocer y analizar los beneficios e 
inconvenientes de la producción de hidrógeno a través de energías limpias e infinitas 
como es la energía solar, teniendo en cuenta el auge de este sector en los próximos 
años, tal y como indican las principales compañías del sector. 
Además, con este proyecto el autor pretende conocer al detalle el proceso de 
construcción de una planta solar, fruto de su interés por esta energía renovable. 
El segundo motivo por el cual el autor del proyecto está interesado en esta temática se 
debe al sector donde trabaja el autor del proyecto. La empresa de éste se dedica a la 
construcción de plantas de regasificación de gas natural licuado. 
Este tipo de plantas se usa como combustible para los diferentes procesos que la 
industria requiere y para un concepto poco conocido como son las gasineras. Debido al 
auge de vehículos propulsados a gas natural, ya sea comprimido o licuado, la empresa 
se dedica a la construcción de gasineras a nivel mundial. Es por este motivo que ante 
la experiencia de trabajar con un gas como es el metano, la empresa ha visto 
conveniente empezar a indagar sobre esta nueva tecnología, el hidrógeno, y por lo tanto 
conocer un poco más sobre este nuevo gas que promete ser una alternativa para el 
sector del transporte. 
Finalmente, por todo lo explicado anteriormente y por lo que la tecnología del hidrógeno 
puede suponer y aportar a nuestra sociedad se considera de gran interés la realización 
de este proyecto. 
 
 
 
 
12 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
 
 
 
 
 
Trabajo fin de estudios 
ESEIAAT 
 
 
 
 
 
 
Grado en Ingeniería Eléctrica 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para generación de 
hidrógeno verde 
 
Memoria 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Capítulo 1: Marco teórico 
En este primer capítulo se pretenden introducir todos los conceptos que se consideran 
básicos para la correcta interpretación y compresión del proyecto. El capítulo se 
estructura en dos partes, una primera parte en la que se expondrán todos los conceptos 
relacionados con la energía solar fotovoltaica y una segunda en la que se expondrán los 
conceptos relacionados con el hidrógeno. 
1.1 Energías Renovables 
Se definen como energías renovables todas aquellas que tienen como fuente de energía 
un recurso natural. Al tratarse de un recurso natural, se puede afirmar que este tipo de 
energía es, por tanto, una energía infinita a diferencia de las energías no-renovables 
que dependen de la existencia de un recurso finito como son los combustibles fósiles. 
Otra característica de estas energías es que tienen un impacto ambiental muy escaso 
ya que no producen gases de efecto invernadero ni emisiones contaminantes. 
Los principales recursos naturales que permiten generar energías renovables son: el 
Sol, el agua, el viento y la biomasa. Las energías renovables principales son: 
 Energía solar 
 Energía eólica 
 Energía hidráulica 
 Biomasa 
 Energía geotérmica 
Debido a la naturaleza de este proyecto, únicamente se desarrollará en detalle la 
energía solar fotovoltaica 
1.2 Energía solar 
Según la RAE, se define a la energía solar como “La energía obtenida a partir de la 
radiación electromagnética del sol y utilizada para usos térmicos o generación de 
energía eléctrica”. [2] 
Por lo tanto, la obtención de la energía solar permite diferir entre: la energía solar 
fotovoltaica y la energía solar térmica. 
La diferencia principal entre ambas es que, la energía solar térmica aprovecha el calor 
obtenido a partir de la radiación solar, para calentar agua o climatizar estancias. Por otro 
lado, la energía solar fotovoltaica, utiliza la radiación solar para generar electricidad. 
 
 
 
14 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
1.2.1 Energía solar fotovoltaica 
Como se mencionaba anteriormente, la energía solar fotovoltaica usa la radiación 
electromagnética emitida por el sol para generar electricidad. El principio de 
funcionamiento de esta tecnología se basa en el efecto fotoeléctrico que consiste en la 
absorción por parte de ciertos materiales de determinadas partículas lumínicas, también 
conocidas como fotones, y como consecuencia la liberación de electrones. 
 
 
 
 
 
 
 
Para realizar este proceso se emplean dispositivos semiconductores, conocidos como 
celdas fotovoltaicas. Estas celdas pueden estar compuestas, en primer lugar, por 
materiales derivados del silicio cristalino, la mayoría de ellas compuestas por silicio 
monocristalino siendo estas las más eficientes y en segundo lugar las compuestas por 
silicio policristalino. Para poder realizar este proceso, es necesaria la radiación solar. 
Se define como radiación solar la energía emitida por el sol. Esta se propaga a través 
del espacio mediante ondas electromagnéticas. Cabe destacar que la radiación total 
recibida por un panel solar, llamada radiación solar global, es el resultado de diferentes 
radiaciones que debido a la incisión de esta en el 
planeta tierra se ve descompuesta debido a factores 
geográficos y atmosféricos. Estas radiaciones son: 
 Radiación directa: La luz solar es recibida 
directamente en el panel sin ser modificada su 
trayectoria, a pesar de ser filtrada por la atmosfera 
(Romero, 2010). [3] 
 
 Radiación difusa: Luz solar procedente de la 
atmosfera y dispersada debido a los procesos de 
reflexión difracción dispersión y absorción. En 
días nublados, es la única radiación de la que se 
dispone. [3] 
 Radiación de albedo o reflejada: Procede de la 
reflexión de la radiación directa sobre la superficie 
terrestre. [3] 
Figura 2 Componentes de la radiación solar. [17] 
Ext 
 
Figura 1 Efecto fotovoltaico. Marchatic (2019). 
 
 
 
15 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Para medir la radiación solar, se utilizan dos valores: la irradiancia y la irradiación. 
- Irradiancia: Es la radiación incidente o potencia recibida por unidad de superficie e 
indica la intensidad de la radiación solar. Se mide en vatios por metro cuadrado 
(𝑊/𝑚2). [4] 
- Irradiación: Es la energía recibida durante un tiempo por unidad de superficie, es 
decir, la suma de las irradiancias durante un período de tiempo determinado. Se 
mide en vatios hora por metro cuadrado (𝑊ℎ/𝑚2). [4] 
En una instalación fotovoltaica, bien sea una gran central o una instalación de 
autoconsumo hay varios elementos indispensables para la generación de electricidad. 
Éstos son: 
-Paneles fotovoltaicos: Se trata de módulos de celdas fotovoltaicas, en las que se 
produce el efecto fotovoltaico. 
-Reguladores de carga: Su función, tal y como indica su nombre, consiste en controlar 
el flujo de energía que circula entre los módulos fotovoltaicos y las baterías, así como el 
flujo que circula hacia las cargas. El principio de funcionamiento se basa en fijar el valor 
de la tensión nominal a la que trabaja la instalación. 
-Baterías: Estos elementos son imprescindibles en instalaciones independientes de la 
red (véase punto 1.2.2.1). Su función consiste en proporcionar energía a la instalación 
en los periodos que no sea posible generar electricidad a través de los paneles, y 
acumular la energía en momentos en los que la producción supere alconsumo. 
-Inversores: Son dispositivos eléctricos que se encargan de transformar la corriente 
continua producida por los paneles fotovoltaicos, en corriente alterna para que esta sea 
apta para su consumo. 
-Transformadores: Estos equipos son utilizados en las grandes instalaciones 
fotovoltaicas y su función consiste en elevar la tensión generada en la instalación hasta 
una tensión apta para su distribución por las líneas de media-alta tensión. 
Aproximadamente estos equipos elevan la tensión desde 20 kV hasta 36 kV. 
 
 
 
 
 
16 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2.2 Clasificación de las instalaciones solares fotovoltaicas 
La clasificación de las instalaciones fotovoltaicas se puede diferenciar teniendo en 
cuenta distintos criterios. Por ejemplo, se pueden clasificar según su aplicabilidad y su 
independencia respecto a la red eléctrica. 
1.2.2.1 Instalaciones independientes de la red 
Este tipo de instalaciones está concebido para producir energía eléctrica sin tener 
ningún tipo de conexión con la red eléctrica. Normalmente cuentan con sistemas de 
acumulación de energía, para poder disponer de ella durante todo el día. Tienen 
múltiples aplicaciones, entre las que destacan, por ejemplo, la electrificación de zonas 
rurales y/o aisladas, la señalización de tráfico y el alumbrado público, instalaciones de 
autoconsumo o el abastecimiento de la red de telecomunicaciones. [5] 
1.2.2.2 Instalaciones conectadas a red 
De las instalaciones conectadas a red se pueden destacar dos usos distintos: el 
autoconsumo y la producción de electricidad. El primero de ellos lo podemos encontrar 
por ejemplo en pequeñas instalaciones realizadas en viviendas; el segundo de los usos, 
en instalaciones de grandes dimensiones, destinadas a la producción de energía 
eléctrica para abastecer el consumo eléctrico del país. [5] 
1.2.2.3 Instalaciones híbridas 
Estas instalaciones complementan en ocasiones a las instalaciones aisladas de la red. 
El principio de funcionamiento se basa en una instalación fotovoltaica que además 
incorpora un generador eléctrico que se alimenta con combustible. [5] 
 
Figura 3 Proceso de generación en una planta solar. [18] 
 
 
 
 
17 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
1.3 Hidrógeno 
El hidrógeno, de simbología H es el primer elemento químico y el más simple que 
constituye la tabla periódica debido a su número atómico, 1. 
 Este elemento tiene una gran presencia en el Universo, ya que constituye 
aproximadamente el 75% de toda la materia, encontrándose siempre combinado con 
otras moléculas. 
Lo podemos hallar por ejemplo combinado con el oxígeno, formando el agua (𝐻2𝑂) o 
combinándose con el carbono para formar compuestos orgánicos, siendo por lo tanto 
uno de los fundamentos para la creación de vida. Es por este motivo, que el hidrógeno 
no puede obtenerse directamente como un combustible o una materia prima, primero 
debe sintetizarse. [6] 
Existen diferentes procesos para la obtención del hidrógeno (véase capítulo 3). Una vez 
sintetizado, en condiciones normales de presión y temperatura se presenta en estado 
gaseoso, formando un gas diatómico (𝐻2) siendo incoloro, inodoro y no tóxico, además 
tiene una alta inflamabilidad ante el contacto con el oxígeno. 
Otro dato interesante acerca de este elemento es que puede ser utilizado como una 
fuente de energía (combustible) y como una materia prima para la fabricación de 
productos derivados. 
Cabe destacar también que, mediante procesos combinados con electricidad, 
detallados más adelante, él hidrógeno se sintetiza. A su vez, este gas tiene la 
característica que se puede volver a transformar en energía eléctrica mediante el uso 
de pilas de hidrógeno1. Por lo tanto, es muy interesante ya que se podría producir 
hidrógeno en momentos en los que se produzcan excedentes de energía eléctrica y 
posteriormente ante picos de demanda reconvertir el hidrógeno producido en 
electricidad. 
Finalmente, es por lo anteriormente expuesto que se ha decidido apostar en el futuro 
por el hidrógeno como un vector energético dado que, actualmente ofrece un abanico 
de posibilidades muy extenso. 
 
 
 
1 Pila de hidrógeno: La pila de hidrógeno es un dispositivo electroquímico de conversión de energía similar 
a una batería, pero se diferencia en ésta en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo 
de los reactivos consumidos (hidrógeno y oxígeno) y producir electricidad. [20] 
 
 
 
18 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Capítulo 2: Situación de la energía solar fotovoltaica 
 
Este capítulo tiene como finalidad contextualizar la situación actual de la tecnología 
fotovoltaica a nivel europeo y estatal para ver el nivel de implementación en el que se 
encuentra la generación de energía a través la energía solar fotovoltaica. 
2.1 La energía solar fotovoltaica en Europa 
Un estudio realizado por SolarPower Europe concluyó en 2021 que la potencia actual 
del parque fotovoltaico europeo es de 165 GW, pero esta cifra prevé elevarse hasta los 
328 GW en 2025 y hasta los 672 GW en 20230. A continuación, se puede observar la 
gráfica extraída del estudio en la que se aprecian los diferentes escenarios. [7] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por lo tanto, siguiendo las observaciones obtenidas en este estudio, el futuro de la 
energía solar fotovoltaica en Europa está más que asegurado, pero todo esto son 
predicciones, entonces, ¿cuál es la situación actual de los estados miembros? 
 
 
 
 
Figura 4 Tendencia sobre la potencia del parque fotovoltaico europeo. [7] 
 
 
 
19 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
El estudio realizado por SolarPower Europe, también recoge los datos de la potencia 
fotovoltaica acumulada en 2021 por todos los países miembros de la UE. A continuación, 
se puede ver un gráfico que se ha realizado a partir de los datos recogidos en dicho 
estudio: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este gráfico muestra los diez países europeos con mayor potencia fotovoltaica 
acumulada. Sorprende que un país como Alemania, país en el que las condiciones para 
la generación de energía fotovoltaica son menos apropiadas que las de los países del 
sur, pero ese tema se tratará más tarde. Sin embargo, hay que tener en cuenta otro 
factor, y es el número de habitantes que tiene cada país. 
Pero ¿porque es importante valorar el número de habitantes que tiene cada país en 
función de la potencia de la que dispone actualmente? 
Es importante saber la potencia acumulada de cada país en función del número de 
habitantes ya que cómo más alto sea este valor, indicará que el país tiene un porcentaje 
más elevado de generación de energía limpia. 
Por ello, a continuación, se muestra una tabla que muestra los países con mayor 
potencia solar per cápita de la UE. 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
P
o
te
n
ci
a 
FV
 [
G
W
]
Top 10 Países EU Potencia FV Acumulada
Figura 5 Top 10 países con mayor potencia FV acumulada. [7] 
 
 
 
20 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 
Posición País Potencia [Watts/Cápita] 
1 Países Bajos 765 
2 Alemania 715 
3 Bélgica 596 
4 Malta 491 
5 Dinamarca 490 
6 Grecia 465 
7 Estonia 412 
8 Luxemburgo 405 
9 España 384 
10 Italia 364 
 Tabla 1 Ranking UE Potencia Fotovoltaica per Cápita [Fuente propia] 
Como se puede ver ahora el ranking es totalmente distinto, tanto en el cambio de 
posiciones de los países, como en la aparición de unos y desaparición de otros. En 
cuanto a los resultados obtenidos en la tabla anterior llama la atención que sean países 
del norte de Europa los que liderenel ranking, países en los que las condiciones 
climáticas para la producción de energía solar fotovoltaica, a priori, no son tan ideales 
como lo serían las de los países del sur de Europa que curiosamente se sitúan en los 
últimos puestos del ranking. Esta tabla permite ver también que la potencia total 
acumulada se debe relativizar al número de habitantes, ya que en el gráfico anterior los 
Países Bajos ocupaban el quinto lugar, sin embargo, el total de su potencia acumulada 
es suficiente para ser el país europeo con mayor energía solar fotovoltaica producida 
per cápita. 
 La motivación de esta aparente discordancia se debe, entre otros motivos, a que en 
estos países las políticas ambientales centran sus esfuerzos en la generación de 
energía eléctrica a partir de energías renovables. 
Tal y como dijo el presidente de SpaceX en Twitter, “Spain should build a massive solar 
array. Could power all of Europe [8]. En esta publicación el físico y empresario Elon 
Musk comentó que España debería poseer una infraestructura fotovoltaica mucho 
mayor que la que tiene actualmente, y poder así comercializar parte de esa energía al 
resto de Europa, y así debería ser. Tal y como se ha comentado anteriormente, 
sorprende que países del norte de Europa lideren el ranking, cuando países como 
España o Italia deberían colocarse en las primeras posiciones, tanto en la potencia 
acumulada, como la potencia fotovoltaica per cápita. 
 
 
 
21 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Finalmente, para concluir con la situación de la energía solar fotovoltaica se mostrará 
un gráfico en el que se pueden observar los diez países europeos que mayor incremento 
de potencia solar fotovoltaica realizaron en el año 2021 respecto al año 2020. 
 
 
Este gráfico es interesante para poder deducir una tendencia acerca de los países que 
más apuestan por este método de producción de energía. Como se puede observar, 
exceptuando el caso de España y Francia, son países del norte los que lideran las 
posiciones de este gráfico. Una vez analizados los gráficos y la tabla anteriores, se 
puede concluir que actualmente Alemania y los Países Bajos son los que lideran 
notablemente la producción de energía solar en la UE. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 Top 10 países con mayor incremento de potencia FV. [7] 
 
 
 
22 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.2 La energía solar fotovoltaica en España 
El parque fotovoltaico español cerró el año 2021 con una potencia acumulada de 15 
GW. Según los últimos datos acerca de la potencia generada en España el año 2021 
publicados por Red Eléctrica Española, el país generó 15.05 GW a través de la energía 
solar fotovoltaica. Este dato solo representa el 13% de la energía total producida en el 
país ese año, unos 143.17 GW. [9] 
De toda la potencia fotovoltaica con la que cuenta España, solamente un 8% está 
destinada al autoconsumo, en otros datos, 1.15 GW se destinan al autoconsumo, 
concretamente de esos 1.15 GW, 0.253 GW están destinados al autoconsumo 
residencial. A continuación, se puede ver un gráfico publicado por Red Eléctrica 
Española, en el que se puede ver la evolución de la energía solar fotovoltaica en España. 
 
Es importante analizar la evolución de este gráfico y explicar porque en 2019, 
aumentaron significativamente los valores. El motivo por el que en 2019 los valores 
aumentan casi en un 50% es porque en el año 2015 entro en vigor una nueva tasa que 
obligaba a los usuarios que contaban con instalaciones de autoconsumo en sus 
viviendas a pagar un impuesto por estar conectado a la red eléctrica. Esta tasa 
denominada “Impuesto del Sol”, se estableció con el fin de contribuir a mantener el 
sistema eléctrico. No fue hasta el año 2018 cuando esta tasa fue derogada por el Real 
Decreto ley 15/2018, 5 de octubre, de medidas urgentes para la transición energética y 
la protección de los consumidores. Esa reforma permitía a los usuarios autoabastecerse 
o autoconsumir energía eléctrica sin tener que pagar por ello ningún tipo de impuesto. 
Como consecuencia de la derogación del impuesto del sol, en 2019 se duplicó la 
potencia acumulada respecto al año anterior. Desde entonces, la evolución de la energía 
solar fotovoltaica en España sigue una tendencia ascendente, tal y como se puede 
comprobar en el gráfico. 
 
Figura 7 Evolución potencia FV acumulada en España [MW]. [9] 
 
 
 
23 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
2.2.1 Condiciones climáticas para la generación de energía solar 
Tal y como se ha ido introduciendo anteriormente, España es un país que reúne las 
condiciones climáticas idóneas para la generación de energía solar fotovoltaica. La 
media anual de horas de sol, en el país, es de 2500 horas de sol aproximadamente, 
pero en comunidades situadas al sur de la península esta cifra puede llegar a ascender 
hasta las 3000 horas de sol anuales. Además de las horas anuales de sol del país, otro 
factor importante a tener en cuenta para la generación de energía solar fotovoltaica es 
la intensidad de la radiación solar. A continuación, se puede observar un mapa de la 
península ibérica, con los datos de la radiación global media anual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como se puede ver en el mapa, exceptuando la parte norte del país, los datos de 
radiación global media son idóneos y aptos para la generación de energía solar 
fotovoltaica. 
2.3 Plantas solares en España 
En España son varias las plantas fotovoltaicas de las que se dispone para la producción 
masiva de energía eléctrica. Cada vez son más las compañías del sector energético que 
desarrollan proyectos fotovoltaicos de grandes dimensiones. Por todos los motivos 
expuestos anteriormente, España es un país que reúne las condiciones perfectas para 
la generación de energía fotovoltaica, y eso resulta muy llamativo para las grandes 
empresas que deciden desarrollar un proyecto de estas características, ya que la 
capacidad de generación de dichas plantas es muy superior a la que se obtiene en 
paisas del norte. Actualmente los proyectos más importantes que se han realizado en 
España debido a la gran cantidad de potencia que poseen, se pueden observar a 
continuación. 
Figura 8 Mapa radiación solar global anual España. [19] 
 
 
 
24 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
- Planta fotovoltaica Núñez de Balboa: Es la planta solar más grande de todo 
Europa. Se encuentra ubicada en Badajoz y cuenta con una potencia pico de 
500 MW. Para obtener esta potencia se han instalado aproximadamente 1,5 
millones de paneles solares distribuidos en 1 𝑘𝑚2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Central solar fotovoltaica Mula: Es la segunda planta con mayor potencia de 
España, concretamente tiene una potencia de 494 MW. Se encuentra cerca de 
la ciudad de Murcia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9 Planta fotovoltaica Núñez de Balboa. [24] 
 
Figura 10 Central solar fotovoltaica Mula. [21] 
 
 
 
25 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
- Planta fotovoltaica Don Rodrigo: Ubicada en Sevilla, tiene una potencia de 194 
MW. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Parque fotovoltaico Picón I, II y III: Tiene una potencia total de 150 MW y se ubica 
en la localidad de Porzuna en la provincia de Castilla-La-Mancha. 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Parque fotovoltaico Puertollano: Tiene una potencia de 79,2 MW. En esta 
localidad, Puertollano, Iberdrola está construyendo otra planta de 100 MW de 
potencia. Esta planta se destinará únicamente a la generación de hidrógeno 
verde. 
 
 
 
Figura 11 Planta fotovoltaica Don Rodrigo. [22] 
Figura 12 Parque fotovoltaico Picón I, II y III. [23] 
 
 
 
26 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verdeCapítulo 3: Estado del arte, el hidrógeno 
 
En este capítulo se pondrá en contexto la situación actual del hidrógeno. Tratando 
puntos como los principales usos que se le dan a este gas actualmente además de los 
procesos de generación, transporte y consumo de éste. 
3.1 Usos del hidrógeno 
El hidrógeno actualmente es la materia prima principal en numerosos procesos 
productivos. Debido a que este elemento no se encuentra disponible en la 
naturaleza, se obtiene industrialmente. Tal y como se puede apreciar en la 
siguiente figura, más de dos tercios de la producción del hidrógeno se destinan 
a la fabricación de productos químicos y el resto se consume en procesos de 
metalurgia, electrónica o como combustible espacial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Según Llera y Zabalza (2011) afirman que cerca del 40% del hidrógeno que se produce 
en el mundo destinado a la industria química, se usa como materia prima para la 
producción de amoniaco. Entre otras aplicaciones de este gas, destacan también, el uso 
de hidrógeno en la industria petrolífera para procesos de refino y mejoras del 
rendimiento de los combustibles fósiles. Este libro, también cita que, solo una pequeña 
fracción del hidrógeno producido anualmente se destina a usos energéticos. Debido al 
auge actual del uso del hidrógeno como vector energético juntamente con la 
implementación de nuevas tecnologías en este ámbito, se prevé un auge del porcentaje 
destinado a usos energéticos de esta materia. [10] 
78%
7%
6%
6%3%
Usos del hidrógeno
Industria Química
Electrónica
Metalurgia
Otras
Aeroespacial
Figura 13 Usos del hidrógeno. [14] 
 
 
 
27 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Usos como por ejemplo las pilas de hidrógeno, o los motores de combustión de 
hidrógeno tal y como se plantea la situación actualmente, prevén ser un claro candidato 
a la substitución de los vehículos actuales. Pero ¿cómo podemos disponer de 
hidrógeno? En el siguiente punto, se describen los principales procesos de producción 
del hidrógeno. 
3.2 Producción de hidrógeno 
 
En general, cualquier substancia en cuya composición aparezca hidrógeno puede servir 
como una posible fuente para su obtención. Se puede producir hidrógeno a partir del 
agua o de los hidrocarburos, así como de materia orgánica de origen vegetal o animal. 
(Llera y Zabalza, 2011, p.33). 
Debido a lo citado anteriormente, existen diferentes métodos para obtener esta materia 
prima. En el siguiente diagrama se pueden ver los diferentes procesos. 
 
Estos procesos de generación de hidrógeno se pueden clasificar siguiendo diferentes 
criterios, uno de ellos es la clasificación del hidrógeno mediante una escala de colores, 
asignándole un color a cada proceso de obtención de hidrógeno según el impacto 
ambiental que tenga cada uno de ellos. Principalmente se clasifican en 4 colores y estos 
son: 
- Hidrógeno verde: El hidrógeno verde, es todo aquel hidrógeno que ha sido 
obtenido mediante un proceso de electrólisis del agua, y la energía utilizada 
durante el proceso proviene de fuentes renovables. [11] 
Figura 14 Procesos de obtención del hidrógeno. [25] 
 
 
 
28 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
- Hidrógeno azul: Se llama hidrógeno azul a aquel hidrógeno que en su producción 
se han capturado las emisiones de dióxido de carbono, evitando que estas se 
liberen a la atmosfera. Durante este proceso de producción las partículas de 
dióxido de carbono son almacenadas para posteriormente, ser utilizadas para la 
fabricación de ecocombustible. [11] 
- Hidrógeno gris: Es aquel hidrógeno obtenido a partir de materias primas con un 
alto contenido de hidrocarburo. En concreto el hidrógeno gris, es aquel producido 
a partir del gas natural, que, mediante un reformado con vapor de agua, se 
obtiene dicho gas. [11] 
- Hidrógeno negro o marrón: Es un tipo de hidrógeno similar al gris, la 
característica que lo diferencia de este último, es que para la obtención del 
hidrógeno se utiliza la reacción de gasificación del carbón. Este proceso es el 
más contaminante de todos, en consecuencia, es el menos utilizado 
actualmente. [11] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Otra clasificación, posible de los procesos de producción de hidrógeno, es la 
clasificación del proceso en función del tipo de reacción química que se use en este. 
Siguiendo esta clasificación, existen los siguientes procesos: 
 Procesos termoquímicos 
 Procesos electrolíticos 
 Procesos fotolíticos 
 
Figura 15 Clasificación del color del hidrógeno. [26] 
 
 
 
29 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.1 Procesos termoquímicos 
La principal característica de este tipo de procesos de obtención del hidrógeno es que, 
en la mayoría de ellos, se produce 𝐶𝑂2. Estos procesos se aplican a combustibles y 
alcoholes. Los principales procesos termoquímicos son: 
- La gasificación 
- La pirólisis 
- El reformado 
3.2.1.1 Proceso de gasificación 
Este proceso de obtención del hidrógeno basa su principio de funcionamiento en una 
reacción de combustión incompleta2, en la que a partir de carbono y vapor de agua se 
obtiene como producto una mezcla gaseosa de dióxido de carbono e hidrógeno. 
𝐶(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑔)(1000 °𝐶) → 2𝐻2(𝑔) + 𝐶𝑂2(𝑔) 
El resultado de la reacción es un gas de síntesis, que puede ser utilizado en la 
fabricación de combustibles tales como el metanol o la gasolina. En función del diseño 
del reactor en el que se produce la reacción y de la cantidad de reactivo, se obtiene una 
u otra composición del producto, los tres tipos de reactores son: 
- Gasificadores de lecho fijo: Este tipo de reactores, produce un gas a baja 
temperatura (650 °𝐶) que contiene hidrógeno, metano y etano, además de 
diferentes hidrocarburos en estado líquido. 
- Gasificadores de lecho de arrastre: Estos reactores dan lugar a un producto 
gaseoso a alta temperatura (1260 °𝐶). Debido a la alta temperatura, 
desaparecen los hidrocarburos en estado líquido que aparecen como producto 
de la reacción, por ello, en este tipo de reactor se obtiene únicamente hidrógeno, 
monóxido y dióxido de carbono. 
- Gasificadores de lecho fluido: Estos reactores combinan los procesos de los dos 
gasificadores explicados anteriormente. 
Una vez se ha obtenido la mezcla de gas de síntesis, esta debe ser purificada para ir 
separando el hidrógeno de los otros componentes que conforman la mezcla. El primer 
paso es eliminar las impurezas de la mezcla como por ejemplo sulfuros y partículas 
pesadas como el alquitrán. Finalmente, cuando la mezcla está libre de impurezas, se 
desplazan las moléculas de CO, para obtener hidrógeno puro. [10] 
 
2 Reacción de combustión incompleta: Reacción de combustión que tiene lugar cuando no se oxidan 
todos los componentes del combustible. 
 
 
 
30 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
 Finalmente se puede resumir el proceso de gasificación explicado anteriormente con el 
siguiente diagrama. 
 
3.2.1.2 Proceso de pirólisis 
El proceso de pirólisis se basa en la disociación de las moléculas de un combustible 
determinado. Este combustible puede ser carbón en estado sólido o biogás3, que, 
mediante la acción de calor, se degradan térmicamente, en ausencia de oxígeno las 
moléculas del combustible en los elementos que las forman. Una de las reacciones 
más comunes en este tipo de procesos es la descomposición del metano y la reacción 
resulta: 
𝐶𝐻4(𝑔) + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 → 𝐶(𝑠) + 2𝐻2(𝑔) 
Tal y como se puede observar en la reacción descrita, los productos obtenidos en este 
tipo de reacción, en función del reactivo, pueden ser gases, líquidos y sólidos. Los 
productos gases obtenidos suelen ser una mezcla de CO, CO2, H2 y CH4. Los productos 
líquidos están compuestosbásicamente por hidrocarburos, como aceites o fenoles. 
Finalmente, el residuo sólido, está compuesto por materiales no combustibles que no 
han sido transformados o poseen un alto contenido en carbono. Los productos líquidos 
y gaseosos obtenidos en este proceso son utilizados para la generación de electricidad 
mediante la combustión de estos. Este proceso es realmente prometedor debido al bajo 
impacto ambiental que posee. [12] 
 
 
3 Biogás: Gas obtenido a partir de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica como por 
ejemplo residuos urbanos o residuos agrícolas. También conocido como biometano, presenta la misma 
estructura molecular que el metano. 
Figura 16 Diagrama del proceso de gasificación [14] 
 
 
 
31 
 
Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.1.3 El proceso de reformado 
El 50% del hidrógeno producido en el mundo, se obtiene a partir del reformado del gas 
natural. Este proceso no es compatible con la generación de hidrógeno verde ya que las 
materias primas empleadas para la obtención del hidrógeno son combustibles fósiles. 
Aun así, es este proceso cuenta con una de las tecnologías más maduras y es el más 
adecuado para obtener hidrógeno a partir de biogás o bioalcoholes. [13] 
El fundamento de este proceso es similar al proceso de gasificación. El proceso de 
reformado consta de cuatro etapas: la purificación, el reformado catalítico, el 
desplazamiento y la depuración. 
En primer lugar, la etapa de purificación es necesaria para evitar que los catalizadores 
del reformado se contaminen con sustancias como el azufre, para evitarlo, el 
combustible se somete a una etapa de purificación por absorción selectiva antes de 
entrar al reformador. 
La segunda etapa del proceso es el reformado catalítico. Las principales reacciones 
empleadas en el reformado son: 
- Reformado con vapor de agua (SMR, Steam Methane Reformer) 
Es un proceso aplicable a la mayoría de los hidrocarburos, pero el más utilizado 
es el metano. Consiste en mezclar el hidrocarburo y el vapor de agua a altas 
temperaturas dentro de un catalizador. La reacción de esta tapa se define como: 
𝐶𝐻4 + +3 𝐻2𝑂 → 𝐶𝑂 + 3 𝐻2 
El calor necesario para que la reacción tenga lugar, se obtiene quemando el 
combustible alimentado en unos quemadores. Estos quemadores suelen ser 
quemadores de llama o quemadores catalíticos. La mezcla de gases obtenida a 
la salida se enfría en una caldera y posteriormente se purifica con tal de obtener 
hidrógeno de máxima pureza. 
- Reformado de oxidación parcial (POX, Partial Oxidation) 
En este proceso el hidrocarburo, se hace reaccionar con una cantidad 
determinada de oxígeno en presencia de catalizadores, como en el reformado 
por vapor de agua, el hidrocarburo más utilizado es el metano y su reacción es 
la siguiente: 
2 𝐶𝐻4 + 𝑂2 → 2 𝐶𝑂 + 4 𝐻2 
A diferencia del reformado por vapor de agua, en esta reacción el agente 
oxidante es el oxígeno puro o aire que al reaccionar con el hidrocarburo libera 
calor. [10] 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Es por ese motivo que este proceso no requiere de quemadores. 
Si se analiza la reacción del reformado con vapor de agua y la reacción de 
oxidación parcial se observa que, con esta última se obtiene menor cantidad de 
hidrógeno por unidad de combustible. 
- Reformado autotérmico (ATR, Autothermal Reformer) 
Este proceso se utiliza principalmente para aplicaciones industriales a grande 
escala. En un reformador autotérmico, los reactivos (combustible, vapor y 
oxígeno) se introducen en el catalizador. Debido al calor liberado por la reacción 
de oxidación, éste se aprovecha para realizar la reacción que tiene lugar en el 
reformado por vapor de agua, eliminando así la necesidad de usar quemadores. 
En la tercera etapa, cuando la reacción de reformado ha finalizado todo el 
carbono que contiene el combustible se transforma en monóxido de carbono. 
Este compuesto debe ser eliminado de la mezcla, puesto que los sistemas de 
aprovechamiento del hidrógeno solo admiten hidrógeno de alta pureza. Este 
proceso de purificación se divide en dos etapas, primero se elimina el monóxido 
de carbono de la mezcla. 
Finalmente, la última etapa del proceso de reformado consiste en extraer de la 
corriente del reformado el hidrógeno mediante membranas obteniendo así 
hidrógeno puro. [10] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.2 Procesos electrolíticos 
El proceso de electrólisis consiste en la descomposición de una substancia en disolución 
mediante el paso de la corriente eléctrica. Para la producción de hidrógeno se suele 
utilizar agua separando las componentes elementales de esta en: hidrógeno y oxígeno. 
Los equipos necesarios para realizar este proceso se denominan electrolizadores. Un 
electrolizador está formado por un conjunto de celdas, cada celda posee un electrodo 
positivo que recibe el nombre de ánodo, y un electrodo negativo que recibe el nombre 
de cátodo. Los electrodos se deben sumergir en un electrólito, una solución acuosa que 
permite a los iones ser transferidos entre los electrodos, creando una conexión entre 
ellos. La solución del electrólito, suele ser una solución compuesta por cloruros o 
hidróxidos, en el caso de. Los electrodos se polarizan mediante corriente continua, de 
este modo, los aniones de OH− se dirigen hacia el ánodo atraídos por su carga positiva, 
donde tiene lugar la siguiente reacción: 
 
Por otro lado, los cationes H+ se dirigen hacia el cátodo, produciéndose así la siguiente 
reacción: 
 
Como resultado final de estas dos semirreacciones, en la zona del cátodo se obtiene 
hidrógeno puro en estado gaseoso, y en la zona del ánodo se obtiene oxígeno. [10] 
Actualmente los procesos de electrolisis se diferencian en función del tipo de 
electrolizador y el proceso que se utiliza, y estos son: 
- Electrólisis alcalina 
- Electrólisis de intercambio protónico (PEM) 
- Electrólisis a alta temperatura (SOEC) 
 
3.2.2.1 Electrólisis alcalina 
Este proceso recibe su nombre debido a la tecnología que usan sus electrolizadores. La 
electrolisis alcalina es el proceso más habitual para la generación de hidrógeno 
mediante electrolisis del agua, además de ser el más comercializado desde hace años. 
Las celdas de estos electrolizadores están constituidas por los electrodos, una 
membrana de separación microporosa y un electrólito consistente en una disolución 
acuosa de un 30% hidróxido de sodio. El proceso de generación en este tipo de 
electrolisis es similar al explicado anteriormente. [12] 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
El agua se introduce en el cátodo donde se descompone en 𝐻2 y OH−. El ion OH− se 
desplaza a través del electrólito hasta llegar al ánodo, donde se forma oxígeno. El 
hidrógeno se queda en el electrólito y se separa fuera del electrolizador. 
La presión de trabajo en este proceso se sitúa en un rango de 20-30 bares, la 
temperatura varía entre los 65-90°C, y se obtiene, sin el uso de un purificador, una 
pureza del hidrógeno de entre el 99,2 y el 99,8%. 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.2.2 Electrólisis de intercambio protónico (PEM) 
Esta tecnología es la más reciente de todas. Lo que diferencia a esta tecnología de las 
demás es que el electrólito que usa es un polímero conductor, en concreto, una 
membrana polimérica constituida por un medio ácido, como por ejemplo el Nafion, a 
diferencia de las otras que utilizan un medio básico. La membrana polimérica en este 
proceso tiene dos funciones: actúa como separadora de los electrodos y como 
electrólito. Esta membrana permite el paso de los cationes, pero se lo impide a los 
electrones y los gases. [10] 
En estasceldas, el agua se introduce en el ánodo, donde 
se disocia en protones y oxígeno. Los protones de 
hidrógeno atraviesan la membrana dirigiéndose al 
cátodo, donde en contacto con los electrones del circuito 
eléctrico, forman hidrógeno gaseoso. El oxígeno que no 
ha reaccionado permanece en el agua, y el resto es 
evacuado por la parte del ánodo. La pureza del 
hidrógeno obtenido con este proceso, sin el uso de un 
purificador es del 99,99%. La presión de trabajo en este 
proceso suele estar en torno a 200 bares. 
 
Figura 18 Celda electrolítica PEM. [28] 
Figura 17 Celda de electrólisis alcalina. [27] 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.2.3 Electrólisis a alta temperatura (SOEC) 
Para este proceso, se utilizan electrolizadores de alta temperatura que aprovechan la 
energía térmica consumiendo así, menor energía eléctrica. Los electrolizadores usados 
son de óxido sólido y utilizan como electrólito un material cerámico sólido, para evitar la 
corrosión y poder soportar las altas temperaturas del proceso. Este material suele ser 
circonio o itrio. El funcionamiento de este tipo de electrolizadores es el mismo que el 
electrolizador alcalino, el oxígeno se desplaza mediante el electrólito y el hidrógeno 
permanece sin reaccionar. [10] 
La temperatura de este proceso se sitúa en torno a los 700-1000°C, y de esta depende 
la eficiencia del proceso, ya que electrolizar el agua, en este caso vapor de agua, a esas 
temperaturas consume menos energía en el proceso. Una buena fuente de energía para 
alimentar este tipo de electrolizadores sería la energía solar térmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19 Celda electrolítica SOEC. [29] 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.2.3 Procesos fotolíticos 
Este tipo de proceso se caracteriza por utilizar la radiación solar para provocar la 
hidrólisis del agua4. En concreto, los dos procesos fotolíticos que existen actualmente 
para la producción de hidrógeno son: 
- Biofotólisis 
- Fotoelectrólisis 
3.2.3.1 Proceso de biofotólisis 
Para la obtención del hidrógeno mediante este proceso, se requiere de radiación solar 
y microorganismos especializados. Estos microorganismos pueden ser algas o bien 
cianobacterias, el proceso que realizan es similar a la fotosíntesis de las plantas. Los 
microorganismos consumen agua y debido a sus procesos metabólicos internos 
producen hidrógeno como subproducto. El hidrógeno obtenido en este proceso es 
considerado hidrógeno verde. 
Este tipo de proceso de producción de hidrógeno no es viable en una escala de 
producción industrial, debido a que los microorganismos hidrolizan el agua a baja 
velocidad, además su eficiencia es muy baja, tan solo del 10%. [14] 
3.2.3.2 Proceso de fotoelectrólisis 
En proceso, la diferencia de potencial generada por la radiación solar se aplica sobre 
unos electrodos con unos semiconductores concretos, que provocan la electrolisis del 
agua. Estos semiconductores, están fabricados a partir de materiales fotoactivos, es 
decir, materiales que absorben la luz solar y son capaces de distribuir las cargas 
fotogeneradas. El resto del proceso es el mismo que el proceso de electrólisis alcalina 
(véase punto 3.2.2.1). 
Este proceso, tiene un gran potencial ya que tiene un 30% más de eficiencia que la 
electrolisis alcalina realizada con energía solar fotovoltaica y además es capaz de cubrir 
la demanda de producción a escala industrial. [10] 
 
 
 
 
 
 
4 Hidrólisis del agua: Reacción química en la que las moléculas de agua (H2O), se dividen en los 
elementos que las constituyen, siendo estos hidrógeno y oxígeno. 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
3.3 Transporte y distribución del hidrógeno 
Tal y como se ha explicado al principio de este documento, se prevé que el hidrógeno 
sea una de las alternativas principales a los combustibles fósiles. Para poder 
implementar este hecho, se deben desarrollar y construir infraestructuras para el 
transporte de esta materia ya que actualmente el transporte del hidrógeno junto con el 
almacenaje, suponen los principales hándicaps para su implementación. No obstante, 
la complejidad del transporte del hidrógeno es lo que encarece significativamente su 
coste. 
Actualmente un grupo formado por once compañías europeas, dedicadas a la 
infraestructura del gas natural, de las cuales destaca la empresa española Enagás, han 
presentado el plan de Red Troncal de Hidrógeno de Europa. Este plan, prevé desarrollar 
una red de gaseoductos destinados al transporte de hidrógeno que prevé implementar 
6.800 kilómetros de longitud para el año 2030, y que aumentará su longitud hasta los 
23.000 kilómetros en el año 2040. [15] 
Este proyecto sería, por lo tanto, el primer paso para solucionar una de las mayores 
problemáticas para la implementación del hidrógeno, pero hasta que este proyecto no 
se desarrolle, el hidrógeno actualmente se puede transportar mediante tuberías o 
mediante medios de transporte. 
3.3.1 Transporte del hidrógeno mediante gaseoducto 
Este tipo de distribución de hidrógeno es el más óptimo cuando se debe transportar el 
hidrógeno a largas distancias, y grandes cantidades. Este transporte se realiza mediante 
tuberías similares a los gaseoductos de gas natural. El proceso consiste en presurizar 
el hidrógeno a una presión de entre 3 y 100 bares e inyectarlo en un gaseoducto para 
su distribución a los diferentes puntos de consumo. Actualmente ya existe una red de 
tuberías en todo el mundo que suministran hidrógeno a diferentes puntos de consumo, 
pero si se quiere implementar el hidrógeno como una alternativa a los combustibles 
fósiles, tal y como se ha explicado anteriormente, esta red debe ampliarse de forma 
significativa. Este tipo de distribución del hidrógeno posee unos gastos de explotación 
muy bajos, pero requiere de una gran inversión inicial de capital inicial para poder iniciar 
la distribución. Las redes de distribución de hidrógeno son más complejas que las del 
gas natural ya que deben contar con mayor cantidad de seguridades para detectar y 
prevenir las fugas de hidrógeno. [10] 
Actualmente se valora la posibilidad de adaptar parte de la red de distribución de gas 
natural para la distribución del hidrógeno. 
 
 
 
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Proyecto de una instalación fotovoltaica para 
generación de hidrógeno verde 
Otra opción para la distribución del hidrógeno por tubería consiste en producir un 
portador de hidrógeno líquido, como por ejemplo el etanol. El proceso consiste en 
bombear el portador hasta los puntos de consumo, y una vez allí se procesa el 
compuesto para la obtención del hidrógeno puro. 
3.3.2 Transporte del hidrógeno mediante medios de transporte 
El transporte del hidrógeno mediante medio de transportes se ve condicionado por el 
tipo de almacenaje en que se encuentre el hidrógeno. En este tipo de distribución el 
hidrógeno puede ser transportado por carretera mediante el uso de tráileres 
especializados, con ferrocarriles o con barcos que según la cantidad requerida en el 
punto de consumo y de las condiciones de la zona abastecimiento se opta por uno u 
otro, o una combinación de ambos. Otro factor que condiciona el tipo de transporte es 
el tipo de almacenaje en el que se encuentre el hidrógeno, las diferentes maneras de 
transportar el hidrógeno mediante medios de transporte son: 
-Transporte de hidrógeno gaseoso: El gas se transporta usando tráileres de tubos. Para 
poder ser transportado se debe comprimir a 400 bar y cada tubo solo almacena 1,8 kg 
de hidrógeno por lo que lo convierte en un transporte costoso y poco eficiente. [10] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Transporte de hidrógeno licuado: Se opta por este tipo de transporte, cuando se