Sistemas Fotovoltaicos
Conectados a Red en México:
Situación Actual y Perspectivas
Jorge M Huacuz
Unidad de Energías No Convencionales
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Cuernavaca, México
jhuacuz@iie.org.mx
Taller Internacional sobre Generación Distribuida con Sistemas
Fotovoltaicos Conectados a la Red
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
CONECTADOS A RED EN MÉXICO: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS Primera edición digital
Julio, 2011 Lima - Perú
© Jorge M. Huacuz
PROYECTO LIBRO DIGITAL PLD 0272
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/ guzlopster@gmail.com guzlopnano@gmail.com facebook.com/guzlop twitter.com/guzlopster 428 4071 - 999 921 348 Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:
• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),
• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),
• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),
• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),
• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:
• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.
• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. • Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.
• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. • El per sonal docente jugará un rol de tutor, facilitador y conductor de proyectos
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.
• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:
• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.
• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011 “El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica”
Víctor López Guzmán Editor
El Sistema Eléctrico Mexicano
•
Una empresa eléctrica estatal,CFE
•
Otros actores:
Productores independientes
Auto-abastecedores
Co-generadores
Pequeños generadores
Exportadores
•
Más de 55 GW de capacidad
instalada
•
Demanda crece al 5% por año
•
Mayor capacidad requerida para
los próximos años
•
76.5% generado con combustibles
fósiles
•
Muy baja participación de las
energías renovables no
convencionales
Tipo de Combustible
Combustible fósil Hidroelectricidad Nuclear Geotermia Viento Sistema Nacional de Transmisión y Distribución
COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA: ZONA MEXICALI (DIA TIPICO) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 HORA M V A Verano Invierno Demanda Máx: 16:30 hrs Horario punta: 12 a 18:00 hrs
Motivación para la Línea de I+D
-1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 k W h /m e s
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Mes
Consumo de energía de un usuario de tarifa DAC en Mexicali vs producción FV
Demanda de energía Energía cons umida en horario FV Prod. FV 6 kWe
•
Sistema BC no conectado a
la red nacional; generación
con gas importado
•
Demanda eléctrica en
verano 2-3 veces mayor
que en invierno por uso de
aire acondicionado
•
Consecuencias:
Menor eficiencia
termodinámica de centrales
generadoras
Exceso de capacidad en
invierno
Mayores inversiones en
subsistema de distribución
Mayores costos de
mantenimiento
La energía solar como solución
•
Disponible en todo el territorio
•
Altos valores de insolación
(Promedio diario anual: 5.5
kWh/m
2)
•
Coincidente con regiones de alta
demanda por aire acondicionado
•
Muy pocas aplicaciones
Fuera de red: ~20 MW
Conectada a red: apenas
iniciando
Red
Eléctrica
Generador FV
Medidor
Bidireccional
Cargas EléctricasInversor FV
En operación 220 casas, 1kW c/u
Primer vecindario FV en México Mexicali
2006-a la fecha Gob.BC-CFE-IIE
En operación ~10, 1-2 kW c/u
Contratos comerciales con medición neta Tijuana, Guadalajara Región Laguna 2008 Usuarios domiciliarios En operación 30
Prueba piloto autogeneración comercial Ciudad de México 2005-a la fecha IIE-LFC-IP En operación 6.5
Prueba piloto usuario DAC La Paz, BCS 2006-a la fecha IIE-CFE-IP En operación 1 Prueba de concepto autogeneración institucional Nuevo León 2002- a la fecha IIE-IP Desmantelado 1.5 Prueba de concepto autogeneración Hermosillo 2001- 2006 IIE-CFE Desmantelado 1.5 – 2 kW cada uno
4 sistemas: evaluar beneficios a red y a usuarios; probar tecnologías Mexicali 2000- 2006 IIE-CFE Desmantelado 1.5 Prueba de concepto autogeneración Mexicali 1999-2000 IIE-CFE Desmantelado 1.7
Investigación del sistema Cuernavaca 1997-1999 IIE
Situación
Actual
Potencia Pico
(kW)
Objetivo
Localidad
Año
Proyectos Piloto Período 1997 - 2002
1. Cuernavaca
(IIE)
2. Mexicali
3. Hermosillo
4. Monterrey
1
2
3
4
Instalaciones piloto-demostrativas
Casa 1 Casa 2 Casa 3 Casa 4 Casa 2 SIP4 CIS1Potencia promedio demandada en el transformador de distribución: Mexicali
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 SEPTIEMBRE 2001 (Promedio Mensual)
P o te n c ia r e a l y r e a c ti v a ( K w K v a rs ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 T e m p e ra tu ra ( ºC ) y F .P . (% )
Efecto de Nivelación de Carga en la Vivienda (Agosto 1999) -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 Hora D e m a n d a ( W a tt s ) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 T e m p e ra tu ra ( ºC )
Demanda Promedio a la Red con FV Aportación FV Promedio Demanda Promedio de la Vivienda Temperatura Ambiente Promedio
Inyección a red en la vivienda (Promedio mensual)
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 AGOSTO 2001 D e m a n d a ( W a tt s ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Demanda con FVAportación FVDemanda en la viviendaTemperatura Ambiente
Reducción de demanda pico
Inyección a red
Beneficios al usuario:
•Menor consumo de red
•Tarifas eléctricas más bajas
•Sombreado de la vivienda
Beneficio al sistema:
•Alivio de la red
•Menores costos de mantenimiento
•Menores inversiones en capacidad
•Menores pérdidas por transmisión y
distribución
•Menores pérdidas por ineficiencia
termodinámica
Proyecto Valle de las Misiones, Mexicali, BC.
•
Proyecto piloto iniciado en 2006
•
Primera fase: 220 casas con 1 kW FV c/u
•
Evaluación en curso:
Desempeño técnico
Beneficios económicos al usuario
Beneficios técnicos a red
Estudios de máxima penetración
Beneficios al sistema eléctrico
SFVI en Mexicali, B.C.
311 KWH
158 KWH
63 KWH
ENERGIA GENERADA POR EL PANEL SOLAR =
158KWH
ENERGIA ENTREGADA A CFE =
63 KWH
ENERGIA ENTREGADA POR CFE =
311 KWH
ENERGIA FACTURADA = 311 – 63 =
248 KWH
ENERGIA CONSUMIDA REAL = 311 + 158 – 63 =
406 KWH
IMPORTE POR 248 KWH =
$ 242.32
IMPORTE POR 406 KWH =
$ 609.29
BENEFICIO = $ 366.97
BOLSA DE ENERGIA = 0 KWH
Ejemplo 1
87 KWH
170 KWH
129 KWH
ENERGIA GENERADA POR EL PANEL SOLAR =
170 KWH
ENERGIA ENTREGADA A CFE =
129 KWH
ENERGIA ENTREGADA POR CFE =
87 KWH
ENERGIA FACTURADA = 87 – 129 =
0 KWH
ENERGIA CONSUMIDA REAL = 87 + 170 – 129 =
128 KWH
IMPORTE POR 0 KWH =
$ 15.52
IMPORTE POR 128 KWH =
$ 85.53
BENEFICIO = $ 70.01
BOLSA DE ENERGIA = 42 KWH
Ejemplo 2
6 kWp La Paz, Baja California
Sur
Generador fotovoltaico en la
azotea de la vivienda.
Tarifa CFE aplicable de 1D (localidades con una T
media mínima en verano de 31ºC. Límite DAC de
1,000 kWh/mes (precio más alto)
Si el consumidor genera localmente parte importante
de lo que demanda para no ser clasificado como un
usuario DAC, la energía que produce localmente tiene
un doble valor económico:
•
Continuación en la tarifa normal de servicio
doméstico correspondiente 1D (costo bajo); y
•
Toda la energía generada localmente sustituye la
energía más cara para el usuario (tarifa DAC)
6 kWp La Paz, Baja California
Sur
Desempeño del SFVI en función de la irradiación Reducción de la demanda de electricidad a la CFE
(Verano del 2008 )
La energía producida (10,074 kWh ) representa el 41% del total consumido en la vivienda
(24,463 kWh); este ahorro de electricidad en tarifa DAC generó un ahorro anual –en la
facturación- de $28,000.00 M.N. Aprox. El usuario pagó el 59% del monto de la facturación
que hubiese tenido si toda la electricidad utilizada en la vivienda la demandara de CFE.
Primer sistema FV trifásico
interconectado a la red de
distribución.
Capacidad: 30.6 kW
InstalacIón a finales de 2005.
Instrumentado en mayo de 2006
para caracterizar su operación y
evaluar su desempeño e
interacción con la red
Sistema de acondicionamiento de potencia
(2) Transformadores de
aislamiento Delta-Estrella
(2) Inversores
trifásicos Xantrex de
15 KW
Resultados operacionales en “The Green Corner”
Datos del Generador Fotovoltaico
Potencia Nominal [kWp] 30.6
Área del Generador [m2] 263.41
Tipo de Módulos Si cristalino
Ángulo de Inclinación del Arreglo 19º
Azimut 0º
Datos del Inversor
Potencia Nominal [kW] 15
Voltaje de Entrada [VCD] 408-521
Datos Climatológicos
Irradiación en el Plano del Arreglo [kWh/m2] 1733.4
Irradiación Diaria Promedio [kWh/m2-día] 4.7
Irradiación Total (P. Arreglo) [kWh] 456603.4
Temperatura Ambiente Promedio [ºC] 17.8
Temperatura de Módulos Promedio [ºC] 21.9
Balances de Energía
Energía Producida por el Arreglo FV [kWh] 35818.3
Energía Entregada por el Sistema [kWh] 29733.6
Energía Entregada a CFE [kWh] 7111.0
Energía Consumida de CFE [kWh] 72501.9
Consumo en el Inmueble [kWh] 95124.5
Potencia Máxima Registrada
Potencia Máxima de Salida [W] 23551.7
Día 288.0
Hora 1140
Irradiancia W/m2 1077.4
Temperatura Ambiente [ºC] 20.7
Temperatura de los Módulos [ºC] 45.0
Producción Normalizada / Pérdidas
Producción de Referencia [kWh/m2] 1733.4
Producción Generador FV [kWh/kWp] 1170.5
Producción Final de la Planta [kWh/kWp] 971.7
Pérdidas por Paro Forzado [kWh/m2] 55.3
Pérdidas de Captación [kWh/kWp] 507.6
Pérdidas Acond. de Potencia [kWh/kWp] 198.8
Eficiencia Promedio
Eficiencia del Generador FV 8.1%
Eficiencia Sist. Acond. Pot. 82.9%
Eficiencia de la Planta 6.7%
Otros Índices de Desempeño
Tiempo de Paro [Hrs.] 129.17
Disponibilidad de la Planta 97.1%
Relación de Desempeño 54.5%
Factor de Planta 11.1%
Resultados operacionales en The Green Corner
Datos climatologicos 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
Ir ra d ia c ió n ( K W h /m 2 ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Irradiacion en el plano del Arreglo (KWh/m2) Temperatura Ambiente Promedio Temperatura de los módulos FV promedio
2007 2006
Datos climatológicos
Reducción de la demanda en el inmueble (junio, 2006)
De la irradiación captada en el plano del arreglo FV
(1,733 kWh/m
2.año), el 63.8% de ésta se captó con
valores de irradiancia entre 550 y 900 W/m
2.
El 31.2% del total de la energía utilizada en el
inmueble fue proporcionada por el SFVI.
260.6 kWh/día
-5000 0 5000 10000 15000 20000 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 JUNIO 2006 D e m a n d a ( W a tt s ) 0 6 12 18 24 30174kW;
Wal-Mart de México (Aguascalientes, AGS. 2009)
GFV en la azotea de la tienda.
MFV de empresa alemana
Aleo Solar AG
.
G3 está a cargo del financiamiento, la instalación y la
operación así como del mantenimiento posterior.
•
1,056 MFV que ocupan el techo de la tienda
Aurrerá (2, 173.5 m
2).
•
El SFV generará 265,641 kWh/año; el 20% de la
energía que la tienda requiere anualmente.
•
Se evitará la emisión de 140 toneladas de CO2 al
ambiente.
•
2 millones de USD
60 kWp UAM-I, México DF
•
Potencia Nominal: 60 kWp
•
Número de Módulos FV: 286
•
Número de Inversores : 21
•
Potencia Unitaria: 210 Wp
•
Inclinación: 19
°
Sistema Institucional 60 kWp UAM-I, México DF
Estructura para la instalación de
Módulos FV
Cuarto de Inversores (antes)
Cuarto de Inversores
Patrón de demanda eléctrica
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0 :1 5 0 1 :0 0 0 1 :4 5 0 2 :3 0 0 3 :1 5 0 4 :0 0 0 4 :4 5 0 5 :3 0 0 6 :1 5 0 7 :0 0 0 7 :4 5 0 8 :3 0 0 9 :1 5 1 0 :0 0 1 0 :4 5 1 1 :3 0 1 2 :1 5 1 3 :0 0 1 3 :4 5 1 4 :3 0 1 5 :1 5 1 6 :0 0 1 6 :4 5 1 7 :3 0 1 8 :1 5 1 9 :0 0 1 9 :4 5 2 0 :3 0 2 1 :1 5 2 2 :0 0 2 2 :4 5 2 3 :3 0
Hora del día
D e m a n d a ( k W )
Actual Aportación del SFVI Con un SFVI de 60 kWp
Sin generación FV
Con generación FV Contribución FV en Edificio de Oficinas
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0 :1 5 0 1 :0 0 0 1 :4 5 0 2 :3 0 0 3 :1 5 0 4 :0 0 0 4 :4 5 0 5 :3 0 0 6 :1 5 0 7 :0 0 0 7 :4 5 0 8 :3 0 0 9 :1 5 1 0 :0 0 1 0 :4 5 1 1 :3 0 1 2 :1 5 1 3 :0 0 1 3 :4 5 1 4 :3 0 1 5 :1 5 1 6 :0 0 1 6 :4 5 1 7 :3 0 1 8 :1 5 1 9 :0 0 1 9 :4 5 2 0 :3 0 2 1 :1 5 2 2 :0 0 2 2 :4 5 2 3 :3 0
Hora del día
D e m a n d a ( k W )
Actual Aportación del SFVI Con un SFVI de 60 kWp
Sin generación FV Sin generación FV
Con generación FV Con generación FV
