IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO INTERCONECTADO DE 40 77KWP PAPAS SELECTAS / RÍO FUERTE, S A DE CV MONTERREY, NUEVO LEÓN SFVI FIRCO

Texto completo

(1)CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS, S.C. POSGRADO.. “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO INTERCONECTADO DE 40.77KWP PAPAS SELECTAS / RÍO FUERTE, S.A. DE CV. MONTERREY, NUEVO LEÓN. SFVI-FIRCO” TESIS QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN ENERGÍAS RENOVABLES PRESENTAN:! JESÚS EMMANUEL BAUTISTA SALAZAR MARÍA ELENA GORROCINO GARCÍA DAVID MANUEL RAMOS SÁNCHEZ! JULIO ALBERTO RAYGOZA ARANA DIRECTOR DE TESIS: DR. JOSÉ ALBERTO DUARTE MÖLLER. CHIHUAHUA, CHIH., MAYO DE 2015..

(2) II. Implementación de un sist. Fotovoltaico de 40.77KWp SFVI-FIRCO; Papas selectas/Río fuerte, SA deCV. Mty, Nuevo León.. Implementación de un sistema fotovoltaico Interconectado de 40.77KWp; Papas selectas/Río fuerte, SA de CV. Monterrey, Nuevo León. SFVI-FIRCO “Tesis que como requisito para obtener el grado de Maestro en Energías Renovables” ! ! Nombre de los alumnos: Jesús Emmanuel Bautista Salazar María Elena Gorrocino García Julio Alberto Raygoza Arana David Manuel Ramos Sánchez! Director : Ph.D. José Alberto Duarte Möller. Centro de Investigación En Materiales Avanzados, S. C. Chihuahua, México 2015.

(3) Dedicatorias Jesús Emmanuel Bautista Salazar A mi esposa Tu sabiduría, compañera mía; hizo que esta parte del camino fuera un deleite con todos sus ingredientes y sabores. Gracias Diana Bautista. María Elena Gorrocino García A mis padres Quienes me apoyaron todo momento, que con su ejemplo me enseñan cada día a salir adelante y a mi Tía Esther por estar siempre a mi lado. Julio Alberto Raygoza Arana A mi familia Dedico esta tesis a mi esposa Luz María Enciso Benítez y a mi hijo Francisco Alberto, por los momentos que no estuve con ustedes, y por aguantarme estos años, así como a mis padres por acompañarme en esta etapa de preparación. David Manuel Ramos Sánchez A mis padres Margarita Sánchez y Manuel Ramos; ustedes son quienes verdaderamente son dueños de este título, sin su apoyo no lo habría logrado, mil gracias por ser mis guías, y para mí un ejemplo de trabajo, esfuerzo y dedicación..

(4)

(5) Agradecimientos Jesús Emmanuel Bautista Salazar A DIOS en todo, Él es absoluto. A mi padre y madre; José y Esperanza. Lo logramos; un paso adelante, “1”. Al equipo, María Elena, Julio y David; esto es solo el comienzo. Dr. Duarte; ejemplo, admiración y respeto a su persona; gracias en todo amigo. Dr. Orrantia y quienes estuvieron involucrados a quienes no tengo el gusto de conocer; siempre tendré presente su llamada. Cambio la dirección de mi vida.. María Elena Gorrocino García A mi esposo César y a mi hijo Eduardo quienes me apoyaron y alentaron para seguir adelante, cuando parecía que me iba a rendir. A mis compañeros Emmanuel Bautista, Julio Raygoza y David Ramos por la invitación para formar parte de este proyecto, apoyo incondicional, enseñanzas y trabajo durante este periodo. A mis amigos Araceli, Adriana, Montze, Nora, Lorena, Fam. Arciniega Rield, Fam. Miranda López y Fam. Delgadillo Sosa quienes fueron un gran apoyo emocional durante el tiempo de estudio y redacción de esta tesis..

(6) A mi maestro y asesor Dr. Alberto Duarte quien nunca desistió al enseñarme, depositando su esperanza en mí. Y por último a la Universidad Tecnológica de la Zona Metropolitana de Guadalajara por darme la oportunidad de estudiar esta maestría. Julio Alberto Raygoza Arana Al Dr. Alberto Duarte como nuestro asesor de tesis de maestría, por tenerme paciencia y mostrarse con disposición a transmitirme su conocimiento así como su amistad sincera. A mis compañeros de maestría, en especial a mis compañeros de tesis, Emmanuel Bautista, María Elena Gorrocino y David Ramos, por su apoyo para el desarrollo y conclusión de la misma. A DIOS, por darme salud, entendimiento y discernimiento. David Manuel Ramos Sánchez Primero que todo quiero dedicarle este paso en mi vida profesional a Dios todo poderoso por darme las virtudes y la fortaleza necesaria para salir siempre adelante pese a las dificultades, por colocarme en el mejor camino, iluminando cada paso de mi vida y salud a todos los seres que amo. Quiero. agradecer. sinceramente. a. aquellas. personas. que. compartieron. sus. conocimientos conmigo para hacer posible la conclusión de esta tesis. Especialmente agradezco a mi asesor el Dr. José Alberto Duarte Möller consejero principal e investigador del programa de maestría, por brindarme una oportunidad, por sus valiosos aportes, dedicación constante, confianza depositada en mi y porque en muchas oportunidades el tiempo transcurre muy rápidamente, pero descubres que no solo hay conocimiento, sino también hay lazos de amistad y personas de gran calidad humana. Gracias por brindarme todos estos valiosos detalles que me llevaron a la culminación de este gran trabajo..

(7) A mi dulce madre, Margarita Sánchez Figueroa, quien siempre esta pendiente de encomendarme en sus oraciones y de pedir por mí, para que cada día sea mejor, no solo en lo que hago como trabajo, sino de ser mejor persona, a ella por ayudarme y comprenderme a ella a quien tanto amo de nuevo Gracias. A mis compañeros de Emmanuel Bautista, Julio Raygoza y María Elena Gorrocino, por su gran apoyo incondicional en todo momento, así como la participación en el proyecto y culminación del mismo. Al Dr. Miguel Ángel Celestino Sánchez por brindarme la oportunidad de seguir mi desarrollo profesional y la M.C Lina Carmina Tapia Muñoz por ser mis guías durante todo el proceso, por estar ahí cuando los necesité al darme su apoyo, consejo académico y personal. A la Universidad Tecnológica de Manzanillo (UTeM) por permitir mi superación personal como profesional.. ! ! ! !.

(8)

(9) Resumen y Abstract. VII. Resumen En la actualidad, los derivados de la utilización de residuos fósiles son indispensables para satisfacer ciertas necesidades del ser humano, en específico, la energía eléctrica. Este recurso no renovable, finito y contaminante, forma parte de nuestro día a día; por lo tanto tendremos que generar conciencia por los daños irreversibles así como los que siguen sumando a nuestro planeta como resultado de su uso y mirar a otras fuentes y recursos disponibles pero poco explorados y explotados. Por ello actualmente el gobierno de algunos países entre ellos México, en la responsabilidad que tienen con el medio ambiente y la sociedad han generado propuestas y compromisos de valor para la utilización de las energías renovables como lo son, los beneficios fiscales, económicos y legales; incentivando así su desarrollo. Uno de los recursos renovables y abundantes en nuestro planeta es el aprovechamiento del sol, como una fuente inagotable de energía; mediante el uso de paneles fotovoltaicos, para generación eléctrica. El siguiente mapa muestra el impacto solar en la zona geográfica que corresponde a ±35º latitud en el globo y expone en diferentes escenarios, como el cultural; para la oportunidad del desarrollo de proyectos fotovoltaicos.. Impacto solar en México..

(10) Resumen y Abstract. VIII. Abstract At present, those arising from the use of fossil energy sources are required to meet certain needs of human beings, in specific, the electrical energy. This non-renewable resource, finite, polluting way, part of our day to day; therefore we will have to generate awareness for the irreversible damage as well as those that continue to add to our planet as a result of its use and look to other sources and resources available but little explored and exploited. Therefore currently the government in some countries, including Mexico, the responsibility that they have with the environment and society have generated proposals and commitments of value for the use of renewable energy such as the tax benefits, economic and legal; thus encouraging its development. One of the renewable resources and abundant on our planet is to take advantage of the sun, as an inexhaustible source of energy; through the use of photovoltaic panels, to power generation. The following map shows the impact solar in the geographical area that corresponds to ±35˚ latitude in the globe and exposes in different scenarios, such as the cultural; the opportunity for the development of photovoltaic projects.. Solar impact in México..

(11) Contenido. IX. Contenido Pág. Resumen .......................................................................................................................... VII! Lista de figuras................................................................................................................ XII! Lista de tablas ................................................................................................................ XIV! Lista de Símbolos y abreviaturas ............................................................................... XVIII! Introducción ....................................................................................................................... 1! Objetivo General ................................................................................................................ 3! Objetivos Específicos ........................................................................................................ 3! Hipótesis ............................................................................................................................. 4! 1.! CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES ............................................................................. 5! 1.1! ¿Qué es la interconexión a red? .......................................................................... 6! 1.2! Energías Renovables Interconectadas. ............................................................... 7! 1.3! Sistemas fotovoltaicos. ........................................................................................ 7! 1.4! Beneficios de interconectarse a la red de CFE.................................................... 8! 1.5! ¿Quiénes son los involucrados en un proyecto de interconexión a la red?. ....... 9! 1.6! Modalidades para la interconexión. ..................................................................... 9! 1.7! Instrumentos regulatorios para la interconexión. ............................................... 10! 1.7.1! Reglas generales de interconexión al SEN. ............................................ 10! 1.7.2! Contratos de interconexión a la red. ........................................................ 11! 1.8! Fideicomiso de Riesgo Compartido. .................................................................. 12! 1.8.1! Objetivos de FIRCO. ................................................................................ 13! 1.8.2! Objetivos específicos de FIRCO. ............................................................. 13! 1.9! Fideicomiso de Riesgo Compartido. .................................................................. 13! 1.10! Agroindustrias San Isidro SPR (Papas Selectas Río Fuerte). ......................... 14! 1.10.1! Nombre comercial de la empresa: Papas selectas. .............................. 14! 1.10.2! Localización. .......................................................................................... 15! 1.10.3! Análisis de facturación actual. ............................................................... 15! 1.10.4! Análisis de facturación actual. ............................................................... 22! 1.10.5! Superficie disponible.............................................................................. 26! 1.11! Elección de componentes. ............................................................................... 28! 1.11.1! Módulos fotovoltaicos. ........................................................................... 29! 1.11.2! Inversor de red....................................................................................... 32! 1.11.3! Estructuras y herrajes. ........................................................................... 34!.

(12) X. Título de la tesis o trabajo de investigación 1.12! Retorno de inversión........................................................................................ 35! 1.12.1! ISR – articulo 40 ley de Impuesto Sobre la Renta................................. 35! 1.12.2! Ejercicio de recuperación de la inversión. ............................................. 36!. 2.! CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN ........................................... 39! 2.1! Descripción de la instalación. ............................................................................ 40! 2.2! Equipamiento. .................................................................................................... 41! 2.3! Orientación de los paneles solares.................................................................... 42! 2.4! Distancia mínima entre filas de módulos. .......................................................... 45! 2.5! Cálculo del número de paneles en el sitio. ........................................................ 45! 2.6! Selección de inversor. ....................................................................................... 50! 2.6.1! Voltaje y corriente en el punto de máxima potencia. ............................... 50! 2.7! Corrección de voltaje y corriente por temperatura............................................. 53! 2.8! Soportes. ........................................................................................................... 56! 2.9! Cableado. .......................................................................................................... 56! 2.10! Procedimiento. ................................................................................................. 58! 2.10.1! Cálculo por ampacidad. ......................................................................... 58! 2.10.2! Cálculo por caída de voltaje. ................................................................. 60! 2.10.3! Determinación del tamaño de tubería conduit. ...................................... 62! 2.10.4! Cálculos de circuitos. ............................................................................. 62! 2.10.5! Circuitos de C1 a C9. ............................................................................ 63! 2.10.6! Circuitos de C10 a C11. ........................................................................ 63! 2.10.7! Circuitos cajas de combinación (CCP1, CCP2, CCP3) a caja de combinación de arreglo fotovoltaico (CCAF/Inversores). .................................... 67! 2.10.8! Circuitos cajas de combinación CCP4 a caja de combinación de arreglo fotovoltaico (CCAF/Inversores). .......................................................................... 68! 2.10.9! Inversores CA a tablero de paralelaje CA. ............................................ 69! 2.10.10! Tablero de paralelaje de inversores en CA a interruptor de 300A a 440VCA.70! 2.11! Canalizaciones. ............................................................................................... 72! 2.11.1! Circuito C1. ............................................................................................ 75! 2.11.2! Circuito CC4P. ....................................................................................... 75! 2.11.3! Inversor 1. .............................................................................................. 76! 2.11.4! Circuito secundario. ............................................................................... 76! 2.12! Protecciones. ................................................................................................... 77! 2.12.1! Diodo de paso (Bypass). ....................................................................... 78! 2.12.2! Diodos de bloqueo................................................................................. 78! 2.12.3! Dispositivos sobre corriente. ................................................................. 78! 2.12.4! Puesta a tierra los equipos. ................................................................... 79! 2.12.5! Puesta a tierra del sistema. ................................................................... 80! 2.12.6! Bajo voltaje en el sistema de CD........................................................... 80! 2.12.7! Medios de desconexión. ........................................................................ 81! 2.12.8! Protecciones en el lado de CA. ............................................................. 83! 3.! CAPÍTULO 3 MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA ....... 85! 3.1! Mantenimiento preventivo.................................................................................. 86! 3.2! Consideraciones. ............................................................................................... 87! 3.3! Paneles fotovoltaicos. ........................................................................................ 87! 3.4! Paneles fotovoltaicos. ........................................................................................ 87! 3.5! Inspección visual de posibles degradaciones.................................................... 88! 3.6! Estructura soporte de los paneles. .................................................................... 88!.

(13) Contenido. XI. 3.7! Cajas de combinaciones CC.............................................................................. 89! 3.8! Inversores. ......................................................................................................... 90! 3.9! Línea eléctrica.................................................................................................... 90! 3.10! Protecciones de la instalación solar fotovoltaica. ............................................ 91! 3.11! Puesta a tierra.................................................................................................. 91! 4.! CAPÍTULO 4 RESULTADOS ................................................................................ 93! 4.1! Proceso de instalación del sistema fotovoltaico interconectado a la red de 40.77KWp. .................................................................................................................. 94! 5.! CONCLUSIONES ....................................................................................................... 97! 5.1! Conclusiones ..................................................................................................... 97! A.! Anexo: Diagrama unifilar general ........................................................................... 99! B.! Anexo: Diagrama unifilar general ......................................................................... 101! C.! Anexo:Instalación. .................................................................................................. 103! D.! Anexo: Isométrico corriente alterna. .................................................................... 105! E.! Anexo: Hoja de datos panel solar SolarWorld 255Wp mono. ............................ 107! F.! Anexo: Hoja de datos panel solar SolarWorld 270Wp mono. ............................. 109! G.! Anexo: Hoja de datos inversor AuroraTrio 20K. .................................................. 111! H.! Anexo: Formulas eléctricas ................................................................................... 113! I.! Anexo: Conductores de cobre aislados corriente admisible en amperes. ........ 115! J.! Anexo: Conductores de cobre aislados corriente admisible en amperes. ....... 117! K.! Anexo: Conductores de aluminio aislados corriente admisible en amperes. .. 119! L.! Anexo: Conductores de aluminio aislados corriente admisible en amperes. .. 121! M.! Anexo: Número máximo de conductores aislados instalados en tubo conduit.123! N.! Anexo: Tabla para la corrección del factor de potencia. .................................... 125! Cronograma .................................................................................................................... 127! Glosario........................................................................................................................... 129! Bibliografía ..................................................................................................................... 136!. !. ! ! ! ! !.

(14) Contenido. XII. Lista de figuras Pág. Figura 1-1:! Sistema de interconexión a red eléctrica...................................................... 6! Figura 1-2:! Fuentes de energías renovables que generan electricidad.......................... 7! Figura 1-3:! Sistema fotovoltaico para interconexión a CFE y tipo isla............................ 8! Figura 1-4:! Involucrados en un proyecto de interconexión a la red. ............................... 9! Figura 1-5:! Localización de la empresa Papas Selectas Río Fuerte. ........................... 15! Figura 1-6:! Localización de la empresa Papas Selectas Río Fuerte. ........................... 16! Figura 1-7:! Periodo de consumo del 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011. ... 17! Figura 1-8:! Consumo del mes medido 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011. 18! Figura 1-9:! Regiones tarifarias en el país de Comisión Federal de Electricidad. ......... 18! Figura 1-10:! Estado de cuenta...................................................................................... 21! Figura 1-11:! Historial de consumos mensuales. ........................................................... 22! Figura 1-12:! Insolación promedio mensual sobre una superficie horizontal. ................ 24! Figura 1-13:! Ubicación en Google Maps de la empresa Papas Selectas Río Fuerte... 24! Figura 1-14:! Superficie disponible. ............................................................................... 26! Figura 1-15:! Parámetros que cabe considerar en el cálculo de la distancia entre filas de paneles solares. ................................................................................................................ 26! Figura 1-16:! Dimensiones de panel solar fotovoltaico. ................................................. 28! Figura 1-17:! Superficie disponible. ............................................................................... 29! Figura 1-18:! Hoja de datos correspondiente a los paneles fotovoltaicos SolarWorld de 255W y 270W. 31! Figura 1-19:! Hoja de datos correspondiente al inversor AuroraTrio 20K...................... 33! Figura 1-20:! Soporte y punto de anclaje. ..................................................................... 34! Figura 1-21:! Gráfica cargo por kilowatt – hora de energía intermedia a lo largo de 150 meses. 37! Figura 1-22:! Gráfica cargo por kilowatt – hora de energía con tendencia de 25 años inicio 2001. 37! Figura 2-1:! Ángulo de azimut. ....................................................................................... 42! Figura 2-2:! Simulación 1. .............................................................................................. 43! Figura 2-3:! Simulación 2. .............................................................................................. 44! Figura 2-4:! Dimensiones. .............................................................................................. 46! Figura 2-5:! Dimensiones de panel solar fotovoltaico.. .................................................. 46! Figura 2-6:! Circuitos secundarios. ................................................................................ 52! Figura 2-7:! Distancias (cotas en m) estimadas del área donde se efectuarán el sembrado de módulos, canalizaciones y puntos de seccionamiento en CD y CA. .......... 57! Figura 2-8:! Distancias y trayectorias de los inversores al interruptor de 300A-440V. .. 57!.

(15) Contenido. XIII. Figura 2-12:! Diagrama 4. .............................................................................................. 79! Figura 2-11:! Diagrama 3. .............................................................................................. 79! Figura 2-10:! Diagrama 2. .............................................................................................. 79! Figura 2-9:! Diagrama 1. ................................................................................................ 79! Figura 2-13:! Diagrama 5 ............................................................................................... 82! Figura 2-14:! Diagrama 6 ............................................................................................... 83! Figura 2-15:! Diagrama 6 ............................................................................................... 84! Figura 4-1:! Área destinada para la instalación del equipamiento. ................................ 94! Figura 4-2:! Instalación de paneles fotovoltaicos y errajes. ........................................... 94! Figura 4-3:! IInversores Aurora instalados. .................................................................... 95! Figura 4-4:! Instalación fotovoltaico interconectada terminada de 40.77KWp. .............. 95!.

(16) Contenido. XIV. Lista de tablas Pág. Tabla 1-1:! Beneficios de interconexión a red. ................................................................. 8! Tabla 1-2:! Montos de apoyo de Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO). ............ 12! Tabla 1-3:! Consumo del mes medido 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011... 17! Tabla 1-4:! Costos en tarifa HM para la zona noreste del 2011. .................................... 19! Tabla 1-5:! Costo en tarifa HM para el mes de diciembre del 2011-CFE. ...................... 20! Tabla 1-6:! Costos de energía base, intermedia y punta mes de diciembre del 2011recibo del cliente. .............................................................................................................. 20! Tabla 1-7:! Pago por demanda facturable. ..................................................................... 20! Tabla 1-8:! Cálculo del 2%. ............................................................................................ 20! Tabla 1-9:! Cálculos realizados. ..................................................................................... 22! Tabla 1-10:! Historial de consumos mensuales.............................................................. 23! Tabla 1-11:! Determinación de eficiencia. ...................................................................... 24! Tabla 1-12:! Insolación KWh/m2!día. con módulos SW 255w Monocristalinos. ............. 25! Tabla 1-13:! Componentes del sistema fotovoltaico....................................................... 28! Tabla 1-14:! Análisis del retorno de la inversión. ............................................................ 36! Tabla 1-15:! Emisiones en Kg de CO2!por KWh de generación eléctrica. ...................... 38! Tabla 2-1:! Resumen de simulaciones. .......................................................................... 45! Tabla 2-2:! Distribución de paneles en sección a y b. .................................................... 47! Tabla 2-3:! Datos sobre circuitos primarios. ................................................................... 49! Tabla 2-4:! Máxima potencia para cada modelo de panel fotovoltaico. .......................... 51! Tabla 2-5:! Datos obtenidos sobre el circuito denominado primario. ............................. 51! Tabla 2-6:! Condiciones estándar de prueba en máxima potencia. ............................... 52! Tabla 2-7:! Parámetros climáticos promedio de Monterrey. ........................................... 53! Tabla 2-8:! Datos sobre voltajes y corrientes en circuitos primarios. ............................. 54! Tabla 2-9:! Valores para los circuitos secundarios que llegarán a los inversores AuroraTrio20K. .................................................................................................................. 54! Tabla 2-10:! Rango de voltajes y corrientes en el punto de máxima potencia para cada punto de conexión. ............................................................................................................ 55! Tabla 2-11:! Rango para operación adecuada de inversor – entrada en CD. ................ 55! Tabla 2-12:! Datos del AuroraTrio 20K. .......................................................................... 56! Tabla 2-13:! Tablas de ampacidad de la NOM-001-SEDE-2005, instalaciones eléctricas y factores de corrección. ................................................................................................... 59! Tabla 2-14:! Factores de corrección por agrupamiento de conductores de canalización. 59!.

(17) Contenido Tabla 2-15:! Tabla 2-16:! Tabla 2-17:! Tabla 2-18:! Tabla 2-19:! Tabla 2-20:! Tabla 2-21:! Tabla 2-22:! Tabla 2-23:! Tabla 2-24:! Tabla 2-25:! Tabla 2-26:! Tabla 2-27:! Tabla 2-28:!. XV Propiedades de los conductores. ............................................................... 60! Número máximo de conductores y cables de aparatos en tubo (conduit). 62! Resultados para todos los circuitos secundarios de C1 a C11. ................. 67! Resultados para todos los circuitos secundarios de cajas de combinación. 69! Resultados para todos los circuitos secundarios de cajas de combinación. 69! Calibres para los circuitos primarios y secundarios en CA. ....................... 72! Número máximo de conductores y cables de apartados en tubo (conduit). 72! Conductores –Aislamientos y usos. ........................................................... 73! Diámetros permitidos en circuitos primarios y secundarios en CD ............ 73! Diámetros permitidos en circuitos primarios y secundarios en CA. ........... 74! Datos técnicos del cable Viakon tipo THW-LS. .......................................... 74! Tipos de fallas en GFV fuente CIE. ............................................................ 77! Ficha técnica. ............................................................................................. 78! Voltajes máximos de los circuitos............................................................... 81!.

(18) Contenido. XVI. Lista de Símbolos y abreviaturas Subíndices ! Subíndice dmin L H β Lo Ls WPs cx Wpm ms Vpm Imp Umpp Δuuoc Rl Iop L. Término Distancia entre módulos Longitud de módulo Altura solar en el mediodía del mes Grado de inclinación de los módulos Lado Oeste Lado Sur Watt pico por rama, cadena o string Circuito número x Watt pico por modulo Módulo por string Voltaje de punto de máxima potencia Corriente de punto de máxima potencia Voltaje de máxima potencia de módulo fotovoltaico Coeficiente de temperatura del voltaje a circuito abierto Resistencia lineal del conductor a temperatura de operación Corriente máxima operativa circulando por circuito en cuestión Longitud simple de trayectoria del conductor del circuito.. Abreviaturas ! Abreviatura. Término. CFE. Comisión Federal de Electricidad.. CRE. Comisión Reguladora de Energía.. FIRCO. Fideicomiso de Riesgo compartido.. RDT REL SAGARPA. Requisitos técnicos. Red eléctrica local.. SEN. SFVI. Sistema Eléctrico Nacional. Sistemas Fotovoltaicos Interconectados.. LSPEE. Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.. CRE. Comisión Reguladora de Energía.. Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación..

(19) Contenido. XVII. KWH. Unidad de medida que utiliza CFE para retribuir los consumos de energía en todos los casos se refiere a la cantidad de energía utilizada durante un periodo.. PVSYST. Software para simulación de sistemas fotovoltaicos.. CC1P. Caja de Combinación Paralelo 1.. CCAF. Caja de Combinación de Arreglo Fotovoltaico..

(20)

(21) Introducción Con la apertura legal que ofrece la Comisión Federal de Electricidad (CFE) para proyectos basados en fuentes de energía renovable; el sector agropecuario de México, se ve beneficiado a través de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) por medio del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO), con la promoción de subsidios a fondo perdido a empresas del sector agroproductivo, abriendo la posibilidad de reducir sus consumos de energía eléctrica desarrollando proyectos de generación fotovoltaica. Por lo tanto la propuesta se centralizó en el aprovechamiento de estos recursos para un usuario del giro “papero”. Se propondrá la integración de un sistema fotovoltaico de interconexión al sistema eléctrico nacional para satisfacer un porcentaje del consumo anual del negocio Papas Selectas Rio Fuerte en el municipio de San Nicolás de los Garza en el estado de Nuevo León. El proyecto de interconexión a la red considerará un análisis de los consumos anualizados y registrados en CFE, análisis costo beneficio aprovechando los subsidios y apoyos fiscales que estos proyectos reciben, el diseño del sistema que considerará la ingeniería eléctrica, sembrado de módulos, análisis de sombreados, ubicación del arreglo fotovoltaico, así como la propuesta y puntos clave para el desarrollo e implementación de un programa de revisión y manteniendo preventivo del mismo. El objetivo es que el sistema de interconexión sea subsidiado en un 50% de su costo total y cumplirá con los requerimientos técnicos que establece CFE así como el FIRCO para su puesta en marcha en enero del 2014. El inicio del proyecto se hará definiendo y analizando 3 criterios que se considerarán clave para definir la dirección del proyecto, se describirá el lugar donde se realizará el proyecto así como el análisis de los consumos de la empresa en tarifa HM, para.

(22) 2. Introducción. determinar la capacidad del SFVI como lo son la elección de los componentes que integrara el proyecto; definiendo, inversores, módulos, estructuras y herrajes; así como análisis de retorno de inversión y las disposiciones económicas con las que se cuentan; para este caso se dispondrá de un recurso estimado de $2,000,000.00 MN, que está dividido 50% FIRCO y 50% la empresa. El segundo capítulo considerará el análisis del sitio donde se llevará a cabo la instalación, levantamiento de información, la distribución (sembrado de módulos), análisis de sombreados, ingeniería eléctrica, ubicación de acondicionamiento de potencia, cálculo de cableado y canalizaciones. En el último capítulo se definirá el programa de revisión y auditoria, así como y los puntos clave para considerarlos en una futura propuesta para la elaboración de un programa de mantenimiento preventivo del SFVI..

(23) Introducción. 3. Objetivo General Se realizará la propuesta, integración, suministro y puesta en marcha de un sistema SFVI al sistema eléctrico nacional el cual cubrirá un porcentaje del consumo anual del negocio Papas Selectas Río Fuerte en el municipio de San Nicolás de los Garza en el estado de Nuevo León, para la reducción de los costos por concepto de energía eléctrica aprovechando los subsidios a fondo perdido del FIRCO, que representan el 50% del costo total de este proyecto.. Objetivos Específicos ! Generar un porcentaje del consumo anual de energía eléctrica del negocio Papas Selectas Río Fuerte. ! Aprovechar los financiamientos existentes al máximo para empresas del giro agro-industrial con el FIRCO. ! Fomentar las energías renovables en el estado..

(24) 4. Introducción. Hipótesis Se generará energía eléctrica con un Sistema Fotovoltaico Interconectado al sistema eléctrico nacional con el financiamiento FIRCO, considerando los niveles de radiación locales con el objetivo de poder incrementar la capacidad operativa representada por el consumo de energía eléctrica registrado durante un año hasta diciembre del 2011 en un 250% para aprovechar el tope de financiamiento y con el fin de incrementar la operación actual impactando en los costos de energía eléctrica manteniendo a lo más un pago mensual equivalente a los registros de demanda facturable del equipamiento eléctrico utilizado en el periodo de cobro por CFE..

(25) 1. CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES.

(26) 6. 1.1 ¿Qué es la interconexión a red? En México, La Comisión Federal de Electricidad (CFE) es la única empresa suministradora que puede comercializar energía eléctrica. Sin embargo, la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE) a través de la Comisión Reguladora de Energía (CRE), permite la participación de particulares en la generación de electricidad mediante energía renovable en diversas modalidades. Cuando estas energías renovables interactúan con la red convencional, intercambiando y entregando energía al Sistema Eléctrico Nacional (SEN), se habla de Interconexión a la red. La interconexión a la red (Figura 1-1) con fuentes renovables de energía permite cubrir el total o parte de las demandas de la energía eléctrica en las unidades productivas del sector agropecuario para el caso del FIRCO, entre otras.. Figura 1-1:. Sistema de interconexión a red eléctrica..

(27) Capítulo 1. 7. 1.2 Energías Renovables Interconectadas. Algunas fuentes de energía renovable (Figura 1-2) que generan electricidad y que tienen la capacidad para interconectarse a la red eléctrica de CFE son: los aerogeneradores, sistemas fotovoltaicos, los sistemas integrales de biodigestión anaerobia (biodigestores con motogenerador), etc. México, La Comisión Federal de Electricidad (CFE) es la única empresa suministradora que puede comercializar energía eléctrica. Sin embargo, la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE) a través de la Comisión Reguladora de Energía. (CRE),. permite la participación de particulares en la generación de electricidad mediante energía renovable en diversas modalidades.. Figura 1-2:. Fuentes de energías renovables que generan electricidad.. 1.3 Sistemas fotovoltaicos. Los sistemas fotovoltaicos interconectados en México inyectan energía en sincronía con la red de CFE (Figura 1-3); funcionan como plantas generadoras de autoabastecimiento que suministra la red y complementan la energía que se demanda a la misma. Este modo de operación es versátil, debido a que son sistemas que requieren poco mantenimiento, son confiables y de fácil uso, también ofrecen la posibilidad de consumir energía eléctrica producida por el generador fotovoltaico a partir de la disponibilidad del recurso solar o de CFE, cuando no haya luz solar o ésta sea insuficiente, el usuario puede tomar la energía faltante de la red eléctrica como respaldo para sus necesidades energéticas..

(28) 8 Cabe mencionar que, los sistemas fotovoltaicos tienen la cualidad de ser modulares.. Figura 1-3:. Sistema fotovoltaico para interconexión a CFE y tipo isla.. 1.4 Beneficios de interconectarse a la red de CFE. Uno de los beneficios de interconectarse a la red es la oportunidad para reducir costos de operación en los agronegocios por consumo de energía eléctrica en el caso del FIRCO. Considerando. el. enorme. interconectadas a la. beneficio. de. implementar. las. energías. renovables. red que existen en el sector agropecuario, se hace necesario. conocer los esquemas mediante los cuales estas unidades pueden interconectarse a la red. Los beneficios se muestran a continuación (Tabla 1-1). Beneficios de interconexión a la Red Productivos 1.- Generación de energía eléctrica 2.- Reducción de costos de operación 3.- Compensación de energía eléctrica Económicos 1.- Ahorro por desplazamiento de energía eléctrica de la red por la generada por una fuente de energía renovable. Socio-Ambientales 1.- Reducción de emisiones de Gases de Efecto Invernadero 2.- Disminución en el uso de combustibles fósiles. Tabla 1-1:. Beneficios de interconexión a red..

(29) Capítulo 1. 9. 1.5 ¿Quiénes son los involucrados en un proyecto de interconexión a la red?. En el desarrollo de proyectos de interconexión, se involucran diversas entidades de gobierno y particulares que trabajan coordinadamente para garantizar una correcta instrumentación de las acciones. Que se podrá dividir en: Solicitante: Representante legal de la unidad productiva con fuente renovable de energía implementada para la generación de energía eléctrica en pequeña escala (menor a 30KW) y mediana escala (hasta 500KW).. Figura 1-4:. Involucrados en un proyecto de interconexión a la red.. CFE: Comisión Federal de Electricidad. Única entidad oficial autorizada para celebrar el contrato de interconexión al Sistema Eléctrico Nacional SEN. CRE: Comisión Reguladora de Energía, entidad encargada de otorga permisos de autoabastecimiento para portear energía a sus cargas cuando la capacidad de la fuente es menor a 500KW y el solicitante requiera hacer uso del Sistema Eléctrico Nacional SEN (en este caso el solicitante deberá apegarse a los términos y condiciones del Contrato de interconexión para Centrales de Generación de Energía Eléctrica con Energía Renovable).. 1.6 Modalidades para la interconexión. Actualmente, a partir de las modificaciones hechas a esta ley (LSPEE) se permite la intervención de particulares en cuanto a generación, conducción, transformación y abastecimiento considerando fuera del servicio público..

(30) 10 Las modalidades para la generación y/o abastecimiento de energía eléctrica son las siguientes: •. Autoabastecimiento: Ocurre cuando la generación de energía eléctrica tiene como propósito satisfacer las necesidades propias de la unidad productiva a través de la implementación de un proyecto de energías renovables.. •. Cogeneración.. •. Producción independiente.. •. Exportación e importación de energía eléctrica. 1.7 Instrumentos regulatorios para la interconexión. Corresponde a la Comisión Reguladora de Energía (CRE) ser el organismo responsable de que se aplique el marco regulatorio, entre los particulares y la CFE, tales como los contratos y permisos de generación. En el campo de la energía renovable, la CRE cuenta con reglas y regulaciones específicas con la finalidad de fomentar la interconexión y el desarrollo de proyectos de generación de energía eléctrica dentro del marco legal. •. Reglas Generales de interconexión al Sistema Eléctrico Nacional (SEN).. •. Modelos de contratos de Interconexión.. •. Permisos de generación de Energía Eléctrica.. •. Convenios de transmisión.. •. Metodología para realizar porteo. 1.7.1 Reglas generales de interconexión al SEN. La CRE junto con CFE han establecido las reglas Generales de Interconexión al Sistema Eléctrico Nacional para generadores o permisionarios con fuentes de energía renovable o cogeneración eficiente, éstas señalan la normatividad para la correcta interconexión a la red, la obligación de realizar un estudio de factibilidad para la interconexión y el de perfectibilidad para el porteo de energía y los requerimientos técnicos de obras necesarias para la interconexión..

(31) Capítulo 1. 11. 1.7.2 Contratos de interconexión a la red. Los contratos de interconexión son instrumentos regulatorios que consideran la relevancia, las características de las fuentes renovables de energía así como la disponibilidad intermitente. del recurso renovable e incluye conceptos únicamente. aplicables a dichas fuentes como: energía excedente, energía faltante, energía complementaria, capacidad aportada al Sistema Eléctrico Nacional (SEN). Estos contratos en instrumentos regulatorios donde se establecen las condiciones de facturación de la energía eléctrica demandada por la unidad productiva con energía renovable implementada, así como el esquema de compensación cuando ésta genere más electricidad de la que demanda las instalaciones de la unidad. Los contratos aplicables a los rubros de autoabastecimiento y cogeneración, son los siguientes: •. Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en Pequeña Escala. Aplicable a todos los Generadores con Fuente de Energía Renovable y Generadores con Sistema de Cogeneración en Pequeña Escala con capacidad hasta de 30KW, que se interconecten a la red eléctrica del suministrador en voltajes inferiores a 1KV, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energía a sus cargas.. •. Contrato de Interconexión para Fuente de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en Media Escala. El contrato aplicable a todos los Generadores con fuente de Energía Renovable y Generadores con Sistemas de Cogeneración en mediana escala con capacidad de hasta 500KW, que se interconecten a la red eléctrica del Suministrador en voltajes mayores a 1KV y menores a 69KV, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energía a sus cargas.. •. Contrato de Interconexión para Centrales de Generación de Energía Eléctrica con energía renovable o cogeneración eficiente.. Estos modelos pueden ser estudiados en las páginas correspondientes de la CRE y CFE: •. http://www.cfe.gob.mx/sustentabilidad/enrgiarenovable/Paginas/default.aspx. •. http://www.cre.gob.mx/articulo.aspx?id=184.

(32) 12. 1.8 Fideicomiso de Riesgo Compartido. El Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO), es una entidad paraestatal, creada por Decreto Presidencial y sectorizado en la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), para fomentar los agronegocios, el desarrollo rural por micro cuencas y realizar funciones de agente técnico en programas del sector agropecuario y pesquero. Teniendo como misión promover e impulsar en el espacio rural agronegocios competitivos y sustentables, a través de los programas de fomento, facilitando el acceso de la población a los recursos públicos y privados con la conjugación de la necesidad contra los servicios especializados de excelencia y teniendo la visión de ser una agencia promotora de agronegocios que coadyuve a generar un espacio rural con alta calidad de vida, a través del fomento de una estructura económica diversificada y de competitividad. Este fideicomiso ofrecerá en 2013 apoyos técnicos y económicos para la implementación de proyectos de energías renovables, conforme a sus reglas de operación. Los montos de apoyo FIRCO son los siguientes (Tabla 1-2):. Concepto de apoyo. Montos máximos de apoyo. Sistemas Fotovoltaicos Interconectados a. Hasta 50% del costo del sistema, sin. la Red. rebasar $1´000,000.00 M.N. Hasta 50% del costo del sistema, sin. Moto generador. rebasar $500,000.00 M.N.. Obras Accesorias para la Interconexión a. Hasta 50% del costo de las obras, sin. red. rebasar los $500,000.00 M.N. Tabla 1-2:. Montos de apoyo de Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO)..

(33) Capítulo 1. 13. 1.8.1 Objetivos de FIRCO. •. Otorgar apoyos temporales de riesgo compartido.. •. Participar en la inserción de productores agropecuarios a las cadenas productivas.. •. Fomento a los agronegocios.. •. Fomentar el desarrollo rural por microcuencas.. •. Impulso de la energía renovable.. •. Apoyar a la SAGARPA para la competitividad de la producción del campo mexicano.. 1.8.2 Objetivos específicos de FIRCO. •. Promover el uso y aplicación de energías renovables en los procesos productivos de los proyectos de Agricultura Protegida.. •. Contribuir en la tarea de revertir el deterioro ambiental a través del uso sustentable del suelo, agua y agroquímicos.. 1.9 Fideicomiso de Riesgo Compartido. Los apoyos de los programas operados por FIRCO se han sustentado en el concepto de Riesgo Compartido, instrumento de política gubernamental, con el cual se coopera en el desarrollo integral del sector rural, mediante la canalización de recursos económicos complementarios, que minimicen el riesgo que implica el emprender inversiones para el fortalecimiento de cadenas y la diversificación productiva. Estos recursos serán recuperables al éxito de la misma, sin costo financiero ni participación en utilidades. El "Riesgo Compartido" es un instrumento de fomento que permite canalizar recursos públicos, privados o mixtos, para resolver la insuficiencia financiera de los inversionistas y sus limitantes iníciales para acceder al capital de riesgo ó al crédito requerido para emprendimiento y el éxito de sus proyectos..

(34) 14. 1.10 Agroindustrias San Isidro SPR (Papas Selectas Río Fuerte). Los financiamientos a fondo perdido han incentivado una oportunidad de generar proyectos de energías renovables en el giro agro-industrial; específicamente en fotovoltaica para Papas Selectas Río Fuerte. La oportunidad se centrara en analizar tres situaciones. La primera es evaluando si la aportación económica del gobierno sumada a su aportación conforme a los requerimientos del FIRCO representan una oportunidad de reducción de costos en el consumo actual de energía eléctrica así como el incremento en su capacidad del uso del equipo que se reflejara en mayor consumo eléctrico. Por lo tanto analizaremos su recibo de energía eléctrica y evaluaremos sus retornos de inversión. La segunda es saber si las condiciones del sitio favorecen a un costo óptimo en la colocación del generador fotovoltaico, esto es, cuanta superficie hay para hacer la distribución de paneles fotovoltaicos a un costo menor. La tercera es estar dentro de. las capacidades permitas por CFE para generadores. fotovoltaicos y determinar si el sistema se redefine por su capacidad.. 1.10.1 Nombre comercial de la empresa: Papas selectas. Compra y Venta de Papa Selecta. Buen precio, calidad y servicio, todo pueden encontrarse en Papas Selectas rio Fuerte. Grandes profesionales en Papas con la garantía que usted necesita..

(35) Capítulo 1. 15. 1.10.2 Localización. Calle Santo Domingo 1201, Lechería LaGrange P77 Y Col. LaGrange ID-DD11A 290 LaGrange San Nicolás de los Garza Nuevo León México (Figura 1-5):. Figura 1-5:. Localización de la empresa Papas Selectas Río Fuerte.. 1.10.3 Análisis de facturación actual. Primeramente se mostrará y se identificará las secciones del recibo de energía eléctrica de la siguiente manera según CFE (Figura 1-6):. •. Datos generales.. •. Periodo de consumo.. •. Información del consumo.. •. Características del servicio.. •. Gráfica con datos históricos de consumo.. •. Facturación básica.. •. Avisos importantes.. •. Facturación neta.. •. Impuesto al valor agregado.. •. Derecho de alumbrado público.. •. Facturación total.. •. Cadena y sello digital.. •. Talón de caja..

(36) 16. Figura 1-6:. Localización de la empresa Papas Selectas Río Fuerte..

(37) Capítulo 1. 17. Por lo tanto, en el recibo de luz de Papas Selectas Río Fuerte se tendrá: •. Servicio 415-020-900-011.. •. Número de medidor 7P9J34.. •. Ruta 51DD10E020222900.. •. Tarifa contratada es HM.. •. Carga conectada de 320KW.. •. Demanda contratada de 204KW.. Se muestra la información descrita en el periodo 30 noviembre del 2011 al 31 de diciembre del 2011 (Figura 1-7):. Figura 1-7:. Periodo de consumo del 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011.. Teniendo dividido el consumo del mes medido desde el 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011 es de 4.624KWh de la siguiente manera se hace la confirmación respecto al recibo de luz (Figura 1-8) (Tabla 1-3):. Tabla 1-3:. KWh Base. 1456. KWh Intermedia. 2488. KWh Punta. 680. Consumo del mes medido 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011..

(38) 18. Figura 1-8:. Consumo del mes medido 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011.. Se considera que CFE se encuentra zonificado en la república mexicana de la siguiente manera (Figura 1-9):. Figura 1-9:. Regiones tarifarias en el país de Comisión Federal de Electricidad.. Se tomará en cuenta los costos horarios en tarifa HM para la zona noreste del 2011 (datos tomados de la página web de CFE), que son los asignados por la ubicación geográfica donde se desarrollará el proyecto (Tabla 1-4):.

(39) Capítulo 1. Año. Mes. 19. Región. Cargo por Kilowatt. Cargo por Kilowatt -. Cargo por Kilowatt -. Cargo por Kilowatt -. de demanda. hora de energía de. hora de energía. hora de energía de. facturable. punta. intermedia. base. 2011. Diciembre. Noreste. 162,19. 1,9438. 1,2068. 0,9886. 2011. Noviembre. Noreste. 159,98. 1,8888. 1,1526. 0,9442. 2011. Octubre. Noreste. 157,43. 1,8534. 1,1271. 0,9233. 2011. Septiembre. Noreste. 155,66. 1,8497. 1,1372. 0,9316. 2011. Agosto. Noreste. 155,32. 1,8197. 1,1007. 0,9017. 2011. Julio. Noreste. 154,86. 1,8474. 1,1419. 0,9355. 2011. Junio. Noreste. 155,37. 1,8284. 1,1125. 0,9114. 2011. Mayo. Noreste. 154,81. 1,7991. 1,0788. 0,8838. 2011. Abril. Noreste. 153,86. 1,7208. 0,9883. 0,8096. 2011. Marzo. Noreste. 152,52. 1,7328. 1,014. 0,8306. 2011. Febrero. Noreste. 150,97. 1,6992. 0,9835. 0,8056. 2011. Enero. Noreste. 150,08. 1,67. 0,9582. 0,7849. Tabla 1-4:. Costos en tarifa HM para la zona noreste del 2011.. Por lo tanto el pago del recibo correspondiente al mes en curso en el concepto de energía eléctrica se refiere al consumo que se tiene de la red en un tiempo determinado, en horas (KWh). El consumo de energía eléctrica se mide en (KWh) siendo:. •. K = kilo = 1000.. •. W = watts = unidad de potencia.. •. h = hora = unidad de tiempo.. El KWh es la unidad de medida que utiliza CFE para retribuir los consumos de energía eléctrica de los usuarios, en todos los casos se refiere a la cantidad de energía utilizada durante un periodo determinado. El rubro de energía, se divide en los tres horarios (Tabla 1-5), donde el costo más caro es el de la energía punta y el más barato de la energía base (Tabla 1-6), se tomarán los KWh consumidos en el periodo de tiempo del 30 de noviembre al 31 de diciembre del 2011 se tendrá:.

(40) 20. Mes. Diciembre. Región. Noreste. Tabla 1-5:. Tabla 1-6:. Cargo por Kilowatt. Cargo por Kilowatt -. Cargo por Kilowatt -. Cargo por Kilowatt -. de demanda. hora de energía de. hora de energía. hora de energía de. facturable. punta. intermedia. base. 162,19. 1,9438. 1,2068. 0,9886. Costo en tarifa HM para el mes de diciembre del 2011-CFE.. KWh. $. Total. Base. 1.456. $ 0,99. $ 1.439,40. Intermedia. 2.488. $ 1,21. $ 3.002,52. Punta. 680. $ 1,94. $ 1.321,78. Total:. $ 5.763,70. Costos de energía base, intermedia y punta mes de diciembre del 2011recibo del cliente.. Así mismo el pago por demanda facturable (Tabla 1-7), se deriva de la potencia demandada (KW) que se consume en un instante de 15 minutos, y es independiente de la energía consumida para utilizar las maquinas. Demanda facturable. Tabla 1-7:. KW. $. Total. 14,00. $ 162,19. $ 2.270,66. Total:. $ 2.270,66. Pago por demanda facturable.. Dado que la empresa cuenta con un transformador secundario y el equipo de medición en el lado del mismo, se agregará el 2% de la suma de “cargo por energía” más “cargo por demanda”, por lo tanto se obtendrá (Tabla 1-8):. Total Energía Demanda facturable Total 2%. Tabla 1-8:. $ 5.763,70 $ 2.270,66 $ 8.034,36 $. 160,69. Cálculo del 2%..

(41) Capítulo 1. 21. Para la bonificación o recargo por factor de potencia que se aplicará será: •. Bonificación si el factor de potencia esta por arriba del 90% (ver ecuación (1.1)). •. Recargo económico si es menor del 90% (ver ecuación (1.2)). !. !". Bonificación = Demanda!facturable ∗ ! 1 − !" ∗ 100% !. !Recargo = Demanda!facturable ∗ !. !" !". − ! ∗ 100%. (1.1). (1.2). Para este caso será necesario utilizar la ecuación de bonificación, con un factor de potencia (FP) en el mes de diciembre de 99,99% por lo tanto se obtendrá: Bonificación: ($8.195,05). ( 0,25). (. 0,10 )( 100%). Bonificación: $204,88 A continuación se muestra la información sobre (Figura 1-10): •. Los importes por energía.. •. Demanda facturable.. •. Aplicación del 2%.. •. Bonificación del factor de potencia.. Figura 1-10: Estado de cuenta..

(42) 22 Donde se cotejaron los siguientes valores calculados (Tabla 1-9). Energía:. $. 5.763,70. Demanda facturable. $. 2.270,66. 2%. $. 160,69. Bonificación:. -$. 204,88. Subtotal:. $. 7.990,17. IVA 16%. $. 1.278,43. Total:. $. 9.268,60. Tabla 1-9:. Cálculos realizados.. La diferencia corresponde a los 0.44 centavos no pagados en el adeudo anterior, si se realiza la suma: $ 9,268.60 + 0.44 obtendremos el total: $ 9,269.04. 1.10.4 Análisis de facturación actual. A continuación se mostrarán los consumos mensuales reflejados (Figura 1-11) (Tabla 1-10):. Figura 1-11: Historial de consumos mensuales..

(43) Capítulo 1. 23. Tabla 1-10:. Periodo. (KWh). 1. 768,00. 2. 528,00. 3. 752,00. 4. 408,00. 5. 464,00. 6. 2.784,00. 7. 3.448,00. 8. 488,00. 9. 320,00. 10. 472,00. 11. 1.392,00. 12. 4.624,00. Historial de consumos mensuales.. Teniendo en cuenta un consumo promedio diario de 44.84 KWh y un promedio mensual de 1363 KWh, se establecerá un procedimiento para referenciar y poder estimar una base para referir un arreglo pico para esta cantidad de energía así como para determinar si la superficie disponible será suficiente y poder cotizar el equipamiento necesario. Por otro lado el cálculo nos ayudará a identificar los límites máximos y mínimos de superficie necesaria y/o disponible para el generador fotovoltaico si es que se presenta la condición donde el recurso económico no sea una limitante..

(44) 24 Se realizarán las siguientes acciones: a) Los datos sobre la insolación se obtienen de la pagina de la NASA sobre horizontal, 0º: •. Referencia https://eosweb.larc.nasa.gov (Figura 1-12). •. Ubicación: 25°43'33.71"N, -100°15'42.37"O (Figura 1-13). Figura 1-12: Insolación promedio mensual sobre una superficie horizontal.. Figura 1-13: Ubicación en Google Maps de la empresa Papas Selectas Río Fuerte. b) Se determinará la eficiencia en base a los criterios de pérdida del FIRCO, eficiencias de equipos y datos obtenidos de simulaciones previas como polvo y calentamiento en el simulador PVSyst. Se obtendrá la energía considerando un 79% de eficiencia (Tabla 1-11): Eficiencia. 79%. Inversor (porcentaje máximo de FIRCO). 5%. Calentamiento (PVSyst). 12%. Perdidas en Cableado (porcentaje máximo de FIRCO) Polvo (estimación simulador PVSyst ). Tabla 1-11:. 1,0% 3%. Determinación de eficiencia..

(45) Capítulo 1. 25. c) Estimación de energía: con el estimado de eficiencia se definirá la energía promedio anual sobre la horizontal en el generador fotovoltaico con módulos SW 255w monocristalinos (Tabla 1-12): Estado. Ciudad. Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Min. Max. Med. N.L.. Mty. 3,83. 4,61. 5,73. 5,94. 6,27. 6,19. 6,06. 5,74. 5,05. 4,66. 4,20. 3,64. 3,64. 6,27. 5,16. 255. 977. 1.176. 1.461. 1.515. 1.599. 1.578. 1.545. 1.464. 1.288. 1.188. 1.071. 928. 928. 1.599. 1.316. 201. 772. 929. 1.154. 1.197. 1.263. 1.247. 1.221. 1.156. 1.017. 939. 846. 733. 733. 1.263. 1.039. Generación. Bruta Generación. Corregida. Tabla 1-12:. Insolación KWh/! ! − !í!. con módulos SW 255w Monocristalinos.. Donde la generación bruta en la energía sin aplicación de factor de eficiencia y la generación corregida es aplicando dicho factor de 79%. Se podrá ver que la generación estimada promedio anual (Tabla 0-12) por un panel fotovoltaico SW de 255 Wp (panel fotovoltaico propuesto) es equivalente a 1.039KWh, por lo tanto la cantidad de paneles que requeriremos para la generación del 100% de la necesidad de energía serán 45 paneles fotovoltaicos de 255wp de silicio monocristalino, esto es 11.25KWp de generador fotovoltaico estimado para la empresa..

(46) 26. 1.10.5 Superficie disponible. La superficie del predio será de 20m frente por 63m de fondo. La superficie disponible para colocación de paneles fotovoltaicos se identificará en 3 secciones denominándolas de la siguiente manera (Figura 1-14); cara sur-este (a) y nor-oeste (b) de 20 metros de frente por 11.5m de fondo (230! ! ) y plana (c) de 8m frente por 37m fondo (296! ! ).. Fondo. Frente. Figura 1-14: Superficie disponible. Se Identificó un área total de 526!! ! para hacer el sembrado de los módulos fotovoltaicos; Distribuida en 3 superficies que tienen diferentes características. Se iniciará asumiéndose que la superficie de instalación es plana, para referir una cantidad estimada de equipo que puede colocarse. Ya que la separación entre filas de los módulos fotovoltaicos en instalaciones que utilizan la misma orientación todo el año se debe establecer el día donde altura solar es mínima (o solsticio de invierno) para el cálculo de sombreado y se debe considerar que la sombra de la arista superior de una fila se proyecte, como máximo, sobre la arista inferior de la fila siguiente (Figura 1-15):. Figura 1-15: Parámetros que cabe considerar en el cálculo de la distancia entre filas de paneles solares..

(47) Capítulo 1. 27. En (Figura 1-15), h es la altura desde la esquina del panel hasta el suelo; d, la distancia entre filas; a, la longitud del panel, y el β, el ángulo de inclinación óptimo. Se podrá calcular la distancia entre filas de los paneles solares (ver Ecuación (1.3)).. !!"# = Ι ∗ !"#!! +. !"#!! !"#. (1.3). Donde: •. dmin es la distancia entre módulos para evitar sombras (expresada en metros).. •. l es la longitud del módulo (incluido el marco y el soporte correspondiente).. •. H altura solar en el mediodía del mes más desfavorable.. •. β es el grado de inclinación de los módulos respecto a la horizontal.. Considerado como el día más corto el 21 de diciembre (solsticio de invierno). Donde la altura solar es mínima y al medio día se tendrá (ver Ecuación (1.4)):. H = 90° − !"#$#%&!!"#!!"#$% − 23.5°. (1.4). En el proyecto será: •. Latitud del lugar: 26 º.. •. Altura solar al mediodía del 21 de diciembre será: H = (90 º - 26 º) – 23,5º = 40.5º.. •. Longitud de la placa solar: L1=1 m (1 módulo).. •. Inclinación óptima de los paneles: β= 26º Por lo que la separación entre líneas de módulos será: d min(1) = 1.3 (Cos 26º + Sen 26º / tg 40.5º) = 2 m.. Si el largo del panel fotovoltaico (Figura 1-16), es 1.675m, la superficie que requerirá cada modulo a 26º de inclinación será: (1.675m) ( 2 )= 3.35m2 de superficie..

(48) 28. Figura 1-16: Dimensiones de panel solar fotovoltaico. Por lo tanto si tenemos 526!! ! de superficie disponible y lo dividimos por los 3.35!! ! del requerimiento por pieza estimamos que podremos colocar 157 piezas que representan un sistema fotovoltaico de 40.035KWp, mismos que están dentro de la capacidad permitida por CFE para sistema de interconexión en mediana escala.. 1.11 Elección de componentes. A continuación se hace un resumen sobre los componentes del sistema fotovoltaico propuesto (Tabla 1-13): Elemento. Marca. Modelo. Panel fotovoltaico. Solarworld. 255 monocristalino. Panel fotovoltaico. Solarworld. 270 monocristalino. Inversor de red. PowerOne. Aurora trio-20.0. Estructura y herrajes. De manufactura y EFC Internacional. Tabla 1-13:. Componentes del sistema fotovoltaico..

(49) Capítulo 1. 29. 1.11.1 Módulos fotovoltaicos. Para la elección de los paneles solares a utilizar, se tendrán en cuentas varias consideraciones:. •. Característica de área a ocupar: Se estudiará la cantidad de área de la que se dispone a la hora de dimensionar el campo fotovoltaico, en este caso será sobre el techo de una nave industrial. Uno de los objetivos a la hora de diseñar este tipo de instalaciones es la optimización de los recursos, se comprueba que la fachada sur-este, no está orientada de forma óptima, este dato es importante ya que se orientarán para obtener la captación de radiación solar máxima a lo largo del día y año con el recurso económico disponible. En el proyecto, los obstáculos existentes en el techo serán removidos para que no provoquen sombras sobre los paneles, por lo que podrá utilizarse todo el espacio del que se dispone de forma que la orientación sea óptima con recursos disponibles, por lo tanto si se escoge un área del techo que pueda estar orientada al sur, se evaluara la factibilidad del espacio para establecer el número de paneles que podrán colocarse. Se han seleccionado varias áreas que se consideran como útiles estas son sección “a”, “b” y “c” (Figura 1-17).. Figura 1-17: Superficie disponible.. •. Tecnología a utilizar: Existen varios tipos de paneles solares fotovoltaicos dependiendo al tipo de célula solar del que están compuestos: silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. Para el diseño del proyecto se utilizarán paneles de tipo silicio monocristalino..

(50) 30. •. Presupuesto: Se tendrá en cuenta la cantidad que el cliente está dispuesto a invertir sobre el proyecto fotovoltaico, para este en particular el presupuesto total de 2,000,000.00 MN + IVA.. Teniendo en cuenta estas consideraciones se ha propuesto utilizar el panel solar fotovoltaico SolarWorld de 255W y 270W, que tienen las siguientes características (Figura 1-18):. •. Calidad de clase mundial.. •. Líneas de producción totalmente automatizada y monitoreo continuo de los procesos y materiales que garantizan la calidad que la empresa establece como punto de referencia para sus sitios en todo el mundo.. •. Garantías Plus-Clasificación más alta eficiencia del sistema.. •. Garantía de 25 años de rendimiento lineal y extensión de garantía de producto de 10 años SolarWorld, máximo rendimiento del 0,7% anual de envejecimiento en el curso de 25 años..

(51) Capítulo 1. 31. Figura 1-18: Hoja de datos correspondiente a los paneles fotovoltaicos SolarWorld de 255W y 270W. Dónde: •. Corriente de cortocircuito (ISC): es la máxima intensidad que se genera en el panel cuando no está conectada ninguna carga y se cortocircuitan sus bornes.. •. Voltaje de circuito abierto (VOC): es el máximo voltaje que proporciona el panel cuando no hay conectada ninguna carga entre los bornes del panel y dichos bornes están al aire.. •. Punto de máxima potencia (Imp, Vmp): es el punto para el cual la potencia entregada es máxima, obteniéndose el mayor rendimiento posible del panel.. •. Coeficiente de temperatura TCVOC: es el coeficiente de corrección para el voltaje máximo que se produce a circuito abierto cuando no existe ninguna carga conectada, este coeficiente muestra como varía el voltaje con una variación de temperatura. El VOC aumenta cuando la temperatura disminuye y disminuye cuando la temperatura aumenta..

(52) 32. •. Coeficiente de temperatura TCISC: es el coeficiente de corrección para la corriente máxima que se produce en el panel cuando no hay conectada ninguna carga y cortocircuitamos los bornes del panel, este coeficiente muestra como varía la intensidad con una variación de la temperatura. La intensidad de cortocircuito aumenta cuando aumenta la temperatura y disminuye cuando disminuye la temperatura.. Con estos coeficientes de temperatura, puede representarse el comportamiento de los paneles ante variaciones de temperatura observando cómo cambian el voltaje y corriente de máxima potencia, tomando como referencia la irradiancia en condiciones estándar de prueba (1000W/m2). Cabe señalar que la propuesta se hará valida después de confirmar que serán compatibles con los equipos que complementarán el proyecto, como inversores y herrajes.. 1.11.2 Inversor de red. El inversor propuesto es el AuroraTrio 20K. Este considera (Figura 1-19): •. Maximiza la producción de energía, con el 97,5% de eficiencia.. •. Utilizar al máximo el espacio disponible en el techo y maximizando con dos MPPT independientes.. •. Voltaje de entrada 1.000 Vdc para menores costos de instalación.. •. El diseño utiliza la refrigeración por convección natural y sin condensadores electrolíticos..

(53) Capítulo 1. Figura 1-19: Hoja de datos correspondiente al inversor AuroraTrio 20K.. 33.

(54) 34. 1.11.3 Estructuras y herrajes. Se pueden tener en cuenta dos tipos de estructura de soporte: fijas y móviles. Las estructuras fijas tienen una orientación e inclinación definida que se calcula a la hora de diseñar el proyecto, suelen ser definidas por las instalaciones (en este caso los techos), como tejados con una determinada inclinación y orientación, o bien las óptimas para la localización donde vamos a realizar la instalación solar dependiendo de la latitud. Las estructuras móviles son utilizadas donde los paneles pueden orientarse en posición del sol. La estructura soporte deberá resistir el peso de los módulos fotovoltaicos y las sobrecargas del viento o inclemencias del tiempo, así como las posibles dilataciones térmicas provocadas por aumentos de temperatura en diferentes estaciones del año. La sujeción de los módulos solares deberá estar homologada para los paneles utilizados en la instalación según las especificaciones del fabricante, además las partes de sujeción de los paneles solares no deberán generar sombras indeseadas sobre los módulos. La tornillería utilizada tanto para la sujeción de los módulos fotovoltaicos como para la sujeción de la propia estructura deberá ser de acero inoxidable. Para el proyecto, los soportes propuestos son de manufactura y el punto de anclaje (Figura 1-20) considera las siguientes características:. •. Fijación externa de la costura de lámina, no requiere tornillos que penetran a través de la costura o de la misma hoja.. •. Fácil de instalar debido a una pinza de resorte que permite la retención de los paneles del techo, con un perno de montaje superior.. •. Los materiales de fabricación son de acero inoxidable de la serie 300, de aluminio 6061-T6.. Figura 1-20: Soporte y punto de anclaje..