[30/07/2009]

ELECTRIFICACIÓN CON FUENTES RENOVABLES A GRAN ESCALA PARA LA
POBLACIÓN RURAL IBEROAMERICANA Y SFV CONECTADOS A LA RED
Los Sistemas Conectados a la Red
en México
MC. Humberto Raúl Jiménez Grajales
IIE – GENC
Cuernavaca, Morelos, México
TALLER INTERNACIONAL
29 y 30 de Julio de 2009.
Cochabamba – Bolivia
Beneficiarios potenciales en México del recurso solar
• Usuarios DAC de CFE y
LyFC
• Viviendas Ecológicas
• 220 SFVI (Mexicali, BC)
• Pequeños Comercios
• Instituciones Educativas
• Edificios Públicos
Tendencia Internacional y Nacional de los SFVI
Ensambladoras en
México
Kyocera, Tijuana, BC.
Unisolar, Tijuana, BC.
Sanyo, Monterrey, NL.
ERDM, Veracruz.
Contrato de
Interconexión
Tendencia Internacional (AIE)
Uso residencial 10 kW
Uso comercial 30 kW
Experiencia
Desde 1997 el IIE ha trabajado en el
área de SFV interconectados a red.
Mexicali, B. C. y
Hermosillo, Son.
Sn. Pedro Garza
García, NL.
La Paz, BCS
La Esquina Verde, DF.
ESTUDIOS
Sn. Miguel de Allende,
Gto. y CFE- Bajío
Valle de las Misiones, BC., 2006
SFVI de 1.7 kWp en Mexicali, B.C. (Villas del Palmar)
Casa 2
CIS1
SIP4
Casa 1
Casa 2
Casa 3
Casa 4
Reducción de demanda en la vivienda (Promedio mensual)
Reducción de demanda en la vivienda (Promedio mensual)
4000
45
3500
40
3000
35
45
3500
40
3000
35
2500
30
2000
25
1500
20
1000
15
Demanda (Watts)
Demanda (Watts)
2500
30
2000
25
1500
20
15
1000
500
10
10
0
5
-500
0
00
01
02
03
04
05
06
Demanda con FV
07
08 09
10
Aportación FV
11
12
13
14
15
16
AGOSTO 2002
Demanda en la vivienda
17
18
19
20 21
Temperatura Ambiente
22
23
500
5
0
0
00
01
02
03
04
05
06
Demanda con FV
07
08
09
10
Aportación FV
11
12
13
14
15
16
AGOSTO 2002
Demanda en la vivienda
17
18
19
20
21
Temperatura Ambiente
22
23
Proyecto de 220 kWp en el Valle de las Misiones, Mexicali, BC. (1/5)
• El 12/10/2006 se entregaron las primeras 220
casas con SFVI con aislamiento térmico.
• Esfuerzo de los Gobiernos Federal y Estatal.
• Se estima que una vivienda de este tipo puede
producir hasta el 50% anual de su consumo.
Proyecto Valle de las Misiones, Mexicali, BC.* (2/5)
Antecedentes
•
Esto genera una ganancia de temperatura en las viviendas por un
tiempo mas prolongado que en otras regiones del país, el cual oscila
arriba del 80%.
•
Las condiciones climáticas en el verano son adversas para la vida
humana, situación por la cual es necesario utilizar equipos de
acondicionamiento ambiental.
•
Se originan altos consumos, impactando la economía familiar originado
por los altos pagos por la facturación de energía eléctrica (subsidios).
•
Buscando una solución el Gobierno del Estado de BC firmó un
convenio de colaboración con el IIE, con el fin de llevar a cabo un
estudio de factibilidad técnica para la instalación de SFVI.
•
Los SFVI, pueden generar energía eléctrica considerada como una
energía limpia
• Fuente: Presentación del Gobierno de Baja California,
Octubre 2008.
Logros en el proyecto Valle de las Misiones, Mexicali* (3/5)
•
Se puede producir alrededor del 50% del consumo de energía eléctrica de las
mismas, lo que conlleva una reducción de la facturación eléctrica.
•
Un vecindario FV demostrado por primera vez en México, facilitando la apertura del
mercado (es el primer proyecto de este tipo en México).
•
Se reduce la cantidad de emisiones contaminantes al evitar la generación de energía
proveniente de combustibles fósiles.
•
El proyecto creó la necesidad de publicar el contrato de interconexión a la red
pública de CFE a nivel nacional publicado en el diario oficial el 27/06/2007
•
Este proyecto fue posible gracias al esfuerzo conjunto de SENER, CFE, Comisión
Reguladora de Energía, UABC, IIE, Banco de Desarrollo de América del Norte y
Gobierno del Estado de BC.
•
Se espera que sea un detonador para la generación de energía limpia, para mejorar el
cuidado del medio ambiente, y principalmente, para apoyar con alternativas viables a
las familias mexicanas.
• Fuente: Presentación del Gobierno de Baja California,
Octubre 2008.
ENERGIA
PORB.C.
EL PANEL SOLAR =
SFVI
enGENERADA
Mexicali,
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
158 KWH
BOLSA DE ENERGIA = 0 KWH
63 KWH
311 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
170 KWH
BOLSA DE ENERGIA = 42 KWH
129 KWH
87 KWH
Estudio para la Región del Bajío, CFE
Esquina Verde
(1/6)
Primer SFVI Trifásico de 30.6 kWp en México
Fachada principal del inmueble
(Generador FV en el techo del edificio).
Inversión y fuerte
participación de la iniciativa
privada
Primer sistema FV trifásico
interconectado a la red de
distribución del sistema
eléctrico (12/2005).
Instalación de referencia.
Instalación a fines de 2005
e Instrumentado en 05/2006
por el IIE
Ciudad de México D. F.
Esquina Verde
(2/6)
Generador FV
Inclinación: 19º al Sur
Detalle de módulos
Vista del interior del edificio
Esquina Verde
Sistema de acondicionamiento de potencia
(2) Inversores
trifásicos Xantrex de
15 KW
(2) Transformadores de
aislamiento Delta-Estrella
(3/6)
Esquina Verde
Resultados operacionales
Junio 2006- Mayo 2007
Potencia Máxima Registrada
Datos del Generador Fotovoltaico
30.6
Potencia Nominal [kWp]
Área del Generador [m2]
263.41
Si cristalino
Tipo de Módulos
19º
Ángulo de Inclinación del Arreglo
0º
Azimut
Potencia Máxima de Salida [W]
Día
288.0
Hora
Irradiancia W/m2
1140
1077.4
Temperatura Ambiente [ºC]
20.7
º
Temperatura de los Módulos [ C]
Datos del Inversor
Potencia Nominal [kW]
Voltaje de Entrada [VCD]
Datos Climatológicos
Irradiación en el Plano del Arreglo [kWh/m2]
Producción Normalizada / Pérdidas
Producción de Referencia [kWh/m2]
1733.4
408-521
Producción Generador FV [kWh/kWp]
1170.5
1733.4
4.7
Irradiación Total (P. Arreglo) [kWh]
Temperatura Ambiente Promedio [ºC]
456603.4
Temperatura de Módulos Promedio [ºC]
Producción Final de la Planta [kWh/kWp]
Pérdidas por Paro Forzado [kWh/m2]
971.7
Pérdidas de Captación [kWh/kWp]
507.6
Pérdidas Acond. de Potencia [kWh/kWp]
198.8
55.3
17.8
Eficiencia Promedio
21.9
Eficiencia del Generador FV
8.1%
Eficiencia Sist. Acond. Pot.
82.9%
Balances de Energía
Energía Producida por el Arreglo FV [kWh]
35818.3
Eficiencia de la Planta
Energía Entregada por el Sistema [kWh]
29733.6
Otros Índices de Desempeño
Energía Entregada a CFE [kWh]
45.0
15
2
Irradiación Diaria Promedio [kWh/m -día]
23551.7
7111.0
6.7%
Tiempo de Paro [Hrs.]
129.17
97.1%
Energía Consumida de CFE [kWh]
72501.9
Disponibilidad de la Planta
Consumo en el Inmueble [kWh]
95124.5
Relación de Desempeño
54.5%
Factor de Planta
11.1%
(4/6)
Esquina Verde
(5/6)
Resultados operacionales
Reducción de la demanda
en el inmueble (junio, 2006)
Datos climatológicos
45
160
40
140
35
120
30
100
25
80
20
60
15
40
10
20
5
20000
30
260.6 kWh/día
D em anda ( W atts )
Irradiación (KWh/m2)
Datosclimatologicos
180
15000
24
10000
18
5000
12
0
0
6
0
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
OCT
NOV
DIC
-5000
0
00
2007
Irradiacion en el plano del Arreglo (KWh/m2)
SEP
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
2006
Temperatura Ambiente Promedio
Temperatura de los módulos FV promedio
De la irradiación captada en el plano del arreglo FV
(1,733 kWh/m2.año), el 63.8% se registró con
valores de entre 550 y 900 W/m2.
Demanda con FV
Aportación FV
11
12
13
14
15
16
JUNIO 2006
Demanda en el inmueble
17
18
19
20
21
22
23
Temperatura Ambiente
El 31.2% del total de la energía utilizada en el
inmueble fue proporcionada por el SFVI.
Esquina Verde
(5/6)
100
15
75
10
50
5
25
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
100
80
60
Factor de Potencia (%)
20
Factor de Potencia (%)
Potencia Real y Reactiva (kW, kVAR)
Efectos Preliminares en la Red de Distribución (Power Quality)*
40
20
0
0
-5
20
40
60
80
100
120
140
-25
-20
-10
-50
Hora
Potencia Real PCC
Potencia Reactiva PCC
-40
Factor de potencia
Comportamiento del FP en el PCC por la
generación FV.
Potencia Real FV Generada / Demanda de Potencia Real de la Carga (%)
Comportamiento del FP en el PCC en razón
de la generación FV.
* [1] Jiménez H., Calleja H., González R., Huacuz J. y Lagunas J. (2006), The impact of photovoltaic systems on the
distribution transformer: a case study, Vol. 47, pp. 311 – 321. Energy Conversion and Management, Elsevier.
* [2] H. R. Jiménez, R. González, J. M. Huacuz, G. Murguía del R., “Efectos Preliminares en la Red de Distribución del
Primer Sistema Fotovoltaico Trifásico en México”, CIINDET 06 (IEEE) 4º Congreso Internacional en Investigación y
Desarrollo Tecnológico, Octubre 13, 2006, Cuernavaca, Mor.
SFV de 6.5 kWp en La Paz, Baja California Sur (1/2)
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)
6.5 kWp
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)
SFV de 6.5 kWp en La Paz, Baja California Sur (2/2)
Resultados operacionales
Desempeño del SFVI en función de la irradiación Reducción de la demanda de electricidad a la CFE
(Verano del 2008 )
La energía producida por el SFVI (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 económico
anual –en la facturación- del orden de $28,000.00 M.N. 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.
SFVI de 174 kWp; el más grande de América Latina,
Wal-Mart de México (Aguascalientes, 01/2009)
• Esquema de autoconsumo (No Especificación CFE)
•1,056 MFV que ocupan el techo de la tienda Aurrerá
(2, 173.5 m2).
• El SFV generará 265,641 kWh/año; el 20% de la
energía que la tienda requiere anualmente.
• Evitará la emisión de 140 ton/año de CO2.
GFV en la azotea de la tienda.
• 2 millones USD
• Financiado por G3 Servicios Ambientales
• MFV de Aleo Solar AG e Inversores SB de 6 kW
* Fotos de la Cía. Walmart
Contribución del IIE en el Escenario Nacional Actual
Resolución Res/176/2007:
Se aprueba el modelo de contrato de
interconexión para fuente de energía
solar en pequeña escala: 10 kWp para
casa habitación, 30 kWp. sistemas
comerciales (Junio 2007).
CFE publica Especificación técnica para
interconexión a la red eléctrica de baja
tensión de SFV (Agosto 2008).
Se publica la Ley para el
Aprovechamiento de las Energías
Renovables y la Transición Energética
con un fondo de alrededor de 3 mil MDP
(231 Millones de USD), Nov-2008.
Las Energías Renovables forman parte
del Plan de desarrollo de la SENER
Proyecto PNUD-GEF-IIE
Objetivo: Demostrar la factibilidad técnica, operacional y económica de los SFVI.
Área focal: Cambio Climático
$
co financiamientos
Sector público
Sector privado
Desarrollo del Inversor Fotovoltaico Espiga I
2003
2005
• A partir del año 2003 se llevó a cabo en las instalaciones
del IIE la primera fase de integración de un inversor
nacional.
• En 6 meses se tendrá listo el prototipo industrial.
2009
(1/2)
Evolución del Inversor Fotovoltaico Espiga I
IIE
Estado actual
Inversor FV de 1 KVA
Acciones en curso
Ajustes, Pruebas Piloto y
Desarrollo de Interfaz Gráfica
Prototipo industrial
Inversor FV de 1 KVA
Prototipo Electrónico
Industrial
Pasos previos al
prototipo comercial
Etapa industrial
• Desarrollo del gabinete (Versión comercial)
• Pruebas en campo y de certificación
Licenciar la tecnología
desarrollada
Empresario
(2/2)
Trabajos Futuros
Instalación de gran escala de 150 kWp
Crear la infraestructura humana; mayor enfoque en la participación del
sector privado y la CFE (50% en los diplomados).
Se está dando asesoría a la CRE (Comisión Reguladora de Energía) en
aspectos relacionados con los instrumentos normativos de la Ley para el
Aprovechamiento de las Energías Renovables y la Transición Energética a
publicarse en Nov-2009.
Análisis preliminar del impacto de la alta penetración del vecindario FV
(previa rehabilitación de 130 SFVI debido a vandalismo).
Transferencia tecnológica de un inversor fotovoltaico para interconexión a
red de 1 kW acondicionado a las características del Sistema Eléctrico
Mexicano.
¡ Gracias por su atención !
M.C. Humberto Raúl Jiménez Grajales
[email protected]