12.05.2013 Views

Sistemas Fotovoltaicos Interconectados a la Red Eléctrica

Sistemas Fotovoltaicos Interconectados a la Red Eléctrica

Sistemas Fotovoltaicos Interconectados a la Red Eléctrica

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Sistemas</strong> <strong>Fotovoltaicos</strong> <strong>Interconectados</strong> a <strong>la</strong> <strong>Red</strong><br />

<strong>Eléctrica</strong><br />

Gerardo Cosme Núñez, P.E.<br />

So<strong>la</strong>rtek<br />

PO Box 1434<br />

Bayamón, PR 00960<br />

Tel. (787) 633-8947<br />

Fax. (787) 740-0242<br />

Email. so<strong>la</strong>rtek@coqui.net<br />

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA<br />

1 de noviembre de 2007<br />

Abstracto— Una descripción general de<br />

los sistemas fotovoltaicos es presentada,<br />

especialmente los interconectados a <strong>la</strong> red<br />

eléctrica. Se discute como se conceptúan<br />

estos proyectos en términos del recurso<br />

so<strong>la</strong>r, comportamiento de operación y<br />

parámetros de ejecución. Se discute <strong>la</strong><br />

situación mundial de esta tecnología y<br />

aspectos económicos re<strong>la</strong>cionados.<br />

I. INTRODUCCION<br />

El creciente costo económico y ambiental de<br />

los combustibles fósiles, juntado a <strong>la</strong> reducción<br />

de sus abastos a promovido el desarrollo de<br />

<strong>la</strong>s fuentes renovables como alternativas<br />

energéticas viables. En el caso de <strong>la</strong> energía<br />

so<strong>la</strong>r y en específico de los sistemas<br />

fotovoltaicos, y en <strong>la</strong> vasta mayoría de sus<br />

aplicaciones, el usuario se suple <strong>la</strong> energía a<br />

sí mismo en vez de depender de una<br />

compañía de energía. Esto ocurre por <strong>la</strong><br />

naturaleza intrínseca de los sistemas<br />

fotovoltaicos <strong>la</strong> cual no requiere centralización,<br />

combinado con altos costos capitales que<br />

impiden a <strong>la</strong>s compañías de energía <strong>la</strong> venta<br />

de energía con renumeración comparable a<br />

<strong>la</strong>s tecnologías de combustibles fósiles. La<br />

energía so<strong>la</strong>r es usada por consumidores<br />

residenciales, comerciales e industriales y<br />

fomentada tanto por compañías eléctricas<br />

como gobiernos para reducir costos<br />

energéticos de los usuarios, tomar ventajas de<br />

1<br />

incentivos gubernamentales, aumentar <strong>la</strong><br />

confiabilidad y robustez de <strong>la</strong> red eléctrica,<br />

reducir <strong>la</strong> vulnerabilidad a los cambios del<br />

costo de los combustibles fósiles, y contribuir a<br />

<strong>la</strong> protección del ambiente. Todo esto de<br />

forma voluntaria o por presiones de orden<br />

social.<br />

II. DETERMINACIÓN DEL RECURSO SOLAR<br />

La radiación so<strong>la</strong>r total que nos llega a nuestro<br />

p<strong>la</strong>neta se categoríza en dos componentes<br />

principales; directa e indirecta. La radiación<br />

directa es <strong>la</strong> que nos llega, como dice <strong>la</strong><br />

pa<strong>la</strong>bra de forma “directa” esto es, con poca<br />

obstrucción. Este tipo de radiación es típico en<br />

<strong>la</strong>s zonas desérticas. Por el contrario, <strong>la</strong><br />

radiación indirecta es <strong>la</strong> que llega de forma<br />

difusa por condiciones climáticas como<br />

nubosidad y contaminación ambiental. Esta<br />

radiación es típica en zonas tropicales y de<br />

alta nubosidad o alta incidencia a fenómenos<br />

naturales o antropológicos de contaminación<br />

de aire tales como el “smog”, ceniza volcánica,<br />

polvo fugitivo, entre otros. De <strong>la</strong> radiación total<br />

que nos llega es mayormente <strong>la</strong> luz visible<br />

dentro del espectro de luz so<strong>la</strong>r <strong>la</strong> cual es útil<br />

para <strong>la</strong>s tecnologías actuales comerciales de<br />

conversión de luz a electricidad conocido<br />

como el efecto fotovoltaico. Para el caso<br />

especifico de sistemas fotovoltaicos, es<br />

fundamental conocer <strong>la</strong> radiación incidente en<br />

un p<strong>la</strong>ño determinado. Este dato se cuantifica<br />

por medición directa y modelos matemáticos<br />

1


de estimación y se tabu<strong>la</strong> de forma<br />

simplificada en kilovatios-hora por metro<br />

cuadrado (kWh/m2). Se conoce esta unidad<br />

compuesta como “un sol” o “one sun” en<br />

ingles cuando tenemos en equivalencia a<br />

1,000 vatios o 1 kW de radiación so<strong>la</strong>r por<br />

metro cuadrado. Tab<strong>la</strong>s de radiación so<strong>la</strong>r<br />

para una localización dada se pueden<br />

conseguir en agencias metereológicas o<br />

<strong>la</strong>boratorios especializados como el<br />

Laboratorio Nacional de Energía Renovable de<br />

Estados Unidos. Para el caso de Puerto Rico,<br />

<strong>la</strong> is<strong>la</strong> cuenta con una radiación<br />

uniformemente distribuida a través de toda <strong>la</strong><br />

is<strong>la</strong>, mayormente en su componente difuso,<br />

con un valor promediado de entre 4 a 6.5<br />

kilovatios hora por metro cuadrado al día.<br />

Esta fluctuación responde a los microclimas.<br />

III. ENERGIA SOLAR Y EL EFECTO FOTOVOLTAICO<br />

El efecto fotovoltaico implica <strong>la</strong> conversión<br />

directa de luz a electricidad. Esta conversión<br />

ocurre en el material conocido como celda<br />

fotovoltaica. Aunque estas celdas pueden ser<br />

hechas de diversos materiales, es el silicio en<br />

su grado de pureza electrónico el más utilizado<br />

en esca<strong>la</strong> comercial. Una celda fotovoltaica<br />

típica de silicio, como <strong>la</strong> demostrada en <strong>la</strong><br />

figura 1, se compone de dos partes unidas<br />

formando un emparedado. La parte superior<br />

de <strong>la</strong> celda es dopada o "contaminada" de<br />

manera contro<strong>la</strong>da con fósforo para darle un<br />

carácter negativo o denominado tipo N. La<br />

parte posterior es dopada con bóro para darle<br />

un carácter positivo o denominado tipo P.<br />

Esta diferencia de cargas forma un campo<br />

eléctrico estático entre ambas capas el cual le<br />

l<strong>la</strong>man unión. Es entonces que <strong>la</strong> luz so<strong>la</strong>r o<br />

partícu<strong>la</strong>s conocidas como fotones son<br />

absorbidos en <strong>la</strong> región de <strong>la</strong> unión liberando<br />

electrones en <strong>la</strong> celda, que a <strong>la</strong> vez superan el<br />

campo eléctrico, para pasar a través de <strong>la</strong><br />

celda. Finalmente, estos electrones recorren<br />

un circuito externo produciendo así<br />

electricidad. Las celdas fotovoltaicas son<br />

usualmente interconectadas eléctricamente<br />

para obtener el voltaje y corriente necesarios<br />

para una aplicación dada.<br />

2<br />

Fig. 1. Diagrama de una típica celda fotovoltaica<br />

Un grupo de celdas interconectadas es<br />

l<strong>la</strong>mado módulo fotovoltaico y <strong>la</strong> interconexión<br />

de dos o más módulos es l<strong>la</strong>mada panel<br />

fotovoltaico. La eficiencia de <strong>la</strong>s celdas<br />

fotovoltaicas va entre el 6% para celdas<br />

hechas a base del material de silicio amorfo<br />

hasta 40% para los sistemas concentradores.<br />

Esta eficiencia es determinada por el<br />

porcentaje de energía so<strong>la</strong>r que es absorbida<br />

en una determinada área colectora de celdas<br />

fotovoltaicas. En <strong>la</strong> práctica se conoce que <strong>la</strong><br />

potencia generada para un módulo fotovoltaico<br />

típico depende de <strong>la</strong> radiación so<strong>la</strong>r y en cierta<br />

medida a <strong>la</strong> temperatura de <strong>la</strong> celda como<br />

demostrado en <strong>la</strong> figura 2. La potencia<br />

máxima de <strong>la</strong> celda se puede definir como:<br />

Pmax=Vm x Im<br />

Donde;<br />

P = potencia máxima (<strong>la</strong> curva o rodil<strong>la</strong><br />

de <strong>la</strong> gráfica en <strong>la</strong> figura)<br />

V = voltaje de <strong>la</strong> celda<br />

I = corriente en <strong>la</strong> celda<br />

Como se puede ver en <strong>la</strong> figura 2, a mayor<br />

radiación, mayor potencia es generada, pero<br />

a mayor temperatura de celda, el voltaje<br />

disminuye y por ende <strong>la</strong> potencia máxima<br />

alcanzable.<br />

IV. DEFINICIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS<br />

INDEPENDIENTES E INTERCONECTADOS<br />

Un sistema fotovoltaico es el conglomerado de<br />

componentes que hacen útil el uso de<br />

módulos fotovoltaicos. De los múltiples<br />

posibles componentes de un sistema<br />

fotovoltaicos se destacan los módulos<br />

fotovoltaicos, controles de carga y descarga,<br />

2


Fig. 2. Curva de potencia típica para un módulo fotovoltaico<br />

inversores y baterías. Se conoce como<br />

sistema fotovoltaico independiente todo aquel<br />

que funciona de forma autónoma y no<br />

interacciona con ninguna otra fuente de<br />

generación. Ejemplo de aplicaciones de estos<br />

sistemas son luminarias de alumbrado exterior<br />

y equipo de comunicación o medición remota.<br />

Por otra parte, un sistema fotovoltaico<br />

interconectado es aquel que interactúa con<br />

otras fuentes de generación. Ambas<br />

posibilidades de sistemas independiente o<br />

interconectado pueden o no utilizar baterías<br />

para almacenar energía y producir corriente<br />

eléctrica directa o alterna dependiendo de su<br />

configuración. Para propósitos de esta<br />

ponencia se presentará únicamente los<br />

sistemas fotovoltaicos interconectados a <strong>la</strong> red<br />

eléctrica sin el uso de baterías.<br />

V. SITUACIÓN Y MERCADO MUNDIAL<br />

Los sistemas fotovoltaicos interconectados a <strong>la</strong><br />

red eléctrica sin baterías han despegado en el<br />

mercado global de forma notable a partir del<br />

año 2000 y especialmente en países<br />

desarrol<strong>la</strong>dos. Mas aún, en tiempo reciente se<br />

ve una marcada tendencia de crecimiento del<br />

resto del mundo en estos sistemas<br />

fotovoltaicos. Este incremento se ha debido a<br />

diversos factores como son <strong>la</strong>s presiones<br />

ambientales, altos e increméntales costos de<br />

los combustibles fósiles tradicionales, y <strong>la</strong><br />

incertidumbre de oferta y demanda de estos<br />

combustibles. Por otra parte, el progreso de<br />

los componentes de potencia electrónica han<br />

logrado avances en los equipos de<br />

3<br />

acondicionamiento de energía resultando en<br />

menores costos de sistemas fotovoltaicos,<br />

mayor eficiencia, mayor confiabilidad y<br />

durabilidad de los equipos y muy importante,<br />

mayor simplicidad en <strong>la</strong> insta<strong>la</strong>ción de los<br />

sistemas fotovoltaicos. Según datos<br />

suministrados por <strong>la</strong> Agencia Internacional de<br />

Energía y presentados en <strong>la</strong> figura 3 se ilustra<br />

que ya para el año 1999 poco más del 50% o<br />

alrededor de 250 MW de <strong>la</strong>s insta<strong>la</strong>ciones<br />

fotovoltaicas a nivel global eran conectadas a<br />

<strong>la</strong> red eléctrica. Para el año 2005, <strong>la</strong>s<br />

insta<strong>la</strong>ciones interconectadas a <strong>la</strong> red eléctrica<br />

superan mas de 7 veces <strong>la</strong>s insta<strong>la</strong>ciones<br />

globales de sistemas fotovoltaicos<br />

independientes. En <strong>la</strong> figura 4 se especifica el<br />

caso para Estados Unidos, Japón y Alemania.<br />

Nótese <strong>la</strong> gran diferencia en insta<strong>la</strong>ciones de<br />

Japón y Alemania, considerados países<br />

pequeños respectivamente con los Estados<br />

Unidos. Finalmente en <strong>la</strong> figura 5 se puede<br />

apreciar <strong>la</strong> distribución mundial en<br />

manufactura de celdas so<strong>la</strong>res, en <strong>la</strong> cual<br />

Japón fue el líder para el año 2005. China en<br />

tiempo reciente entró en <strong>la</strong> fabricación de<br />

celdas so<strong>la</strong>res por lo que se espera un<br />

crecimiento mucho mayor en <strong>la</strong> manufactura<br />

de celdas so<strong>la</strong>res.<br />

Fig. 3. Gráfica de desarrollo de mercados para sistemas<br />

fotovoltaicos independientes e interconectados. Referencia:<br />

PVPS de <strong>la</strong> Agencia Internacional de Energía.<br />

3


Fig. 4. Gráfica de desarrollo de mercados para sistemas<br />

fotovoltaicos independientes e interconectados para el caso<br />

de Alemania Japón y EU. Referencia: PVPS de <strong>la</strong> Agencia<br />

Internacional de Energía.<br />

VI. INVERSORES<br />

De los componentes principales de los<br />

sistemas fotovoltaicos es el inversor el que<br />

diferencia el sistema entre uno independiente<br />

a uno interconectado. El inversor es un<br />

convertidor electroestático que por medio del<br />

uso de componentes electrónicos de potencia<br />

convierten <strong>la</strong> corriente directa en corriente<br />

alterna. Estos inversores generan variedad de<br />

ondas en su salida, dependiendo de lo<br />

sofisticado que sea el equipo. Estas ondas se<br />

conocen como “onda cuadrada”, “onda<br />

senosoidal modificada” y “onda senosoidal<br />

verdadera”. Para los sistemas interconectados<br />

lo cual es el enfoque de esta ponencia,<br />

so<strong>la</strong>mente es posible <strong>la</strong> utilización de<br />

inversores de onda senosoidal verdadera que<br />

sean capaces de producir potencia de igual<br />

calidad a <strong>la</strong> que proviene de <strong>la</strong> red eléctrica.<br />

Los inversores en general producen y<br />

entregan corriente alterna a un voltaje y<br />

frecuencia dada.<br />

Ya dentro de <strong>la</strong> categoría de inversores<br />

interconectados, los mismos son diseñados<br />

para operar en sistemas fotovoltaicos a bajo<br />

voltaje, estos son 12, 24 y 48 voltios<br />

respectivamente o en sistemas de alto voltaje<br />

de hasta 600 voltios.<br />

4<br />

Fig. 5. Gráfica de producción mundial de celdas fotovoltaicas<br />

para el año 2005. Referencia: PVPS de <strong>la</strong> Agencia<br />

Internacional de Energía.<br />

Existen tres técnicas de configurar sistemas<br />

fotovoltaicos interconectados a <strong>la</strong> red eléctrica,<br />

estas son tecnología de módulo integrado,<br />

tecnología central y tecnología de hilo y multihilo.<br />

La figura 6 ilustra estas tres técnicas<br />

según se describen a continuación.<br />

a. Tecnología de Módulo Integrado<br />

Esta tecnología se fundamenta en que cada<br />

módulo fotovoltaico tiene su propio inversor<br />

integrado. Este tipo de módulo fotovoltaico se<br />

conoce también como módulo de corriente<br />

alterna o módulo AC. El resultado es que el<br />

arreglo eléctrico del panel so<strong>la</strong>r es uno de<br />

conexiones en paralelo para corriente alterna.<br />

La mayor ventaja de esta tecnología es <strong>la</strong><br />

reducción del calibre del a<strong>la</strong>mbrado, mientras<br />

<strong>la</strong> desventaja mayor es <strong>la</strong> necesidad de una<br />

supervisión mas agresiva y a medida que sea<br />

mayor su esca<strong>la</strong> aumentan los costos de<br />

redundancia del sistema fotovoltaico. En el<br />

mercado se consiguen módulos de corriente<br />

alterna con rangos de entre 40 a 400 vatios.<br />

b. Tecnología Central<br />

La tecnología central consiste en <strong>la</strong> utilización<br />

de un solo inversor por sistema fotovoltaico,<br />

aunque en ocasiones puede ser dividido en<br />

varias unidades de inversores. El a<strong>la</strong>mbrado<br />

eléctrico del panel so<strong>la</strong>r que se diseña es uno<br />

DC en serie y/o en paralelo. Resultando <strong>la</strong><br />

posible complicación de <strong>la</strong>s combinaciones en<br />

serie y/o paralelo <strong>la</strong> mayor desventaja para<br />

4


esta tecnología. No obstante, es una opción a<br />

considerar para sistemas fotovoltaicos de<br />

mediana a gran esca<strong>la</strong> (de 50 kW a varios<br />

MW).<br />

c. Tecnología de Hilo y Multi-hilo<br />

La tecnología de hilo consiste en que los<br />

módulos fotovoltaicos en el panel so<strong>la</strong>r son<br />

conectados en serie únicamente. Esto resulta<br />

en <strong>la</strong> mayor ventaja de esta tecnología debido<br />

a <strong>la</strong> reducción de costos del a<strong>la</strong>mbrado en<br />

términos del calibre de los conductores y <strong>la</strong><br />

simplicidad de conexión. Un inversor de<br />

tecnología de hilo puede tener una capacidad<br />

de manejo de hasta unos 3 kW a un voltaje de<br />

rango variable de entre 100 hasta 600 VDC<br />

por hilo. La capacidad de esta tecnología de<br />

funcionar a rangos variables de voltaje es lo<br />

que permite <strong>la</strong> optima utilización del<br />

seguimiento máximo de potencia o "Maximum<br />

Power Point Tracker" (MPPT) en inglés. Bajo<br />

un protocolo de MPPT el inversor monitorea<br />

continuamente el punto de mayor potencia en<br />

<strong>la</strong> curva de corriente vs voltaje y por medio de<br />

un convertidor DC a DC modifica el voltaje<br />

originalmente producido por el panel so<strong>la</strong>r al<br />

óptimo para el inversor en su entrada y así<br />

maximar <strong>la</strong> producción de potencia eléctrica.<br />

Un inversor de tecnología de hilo permite<br />

conexiones en paralelo de forma interna<br />

(dentro del inversor) a través de sus puertos<br />

de entradas en hilo de un panel so<strong>la</strong>r, una vez<br />

cada hilo entrante es convertido en corriente<br />

AC. La tecnología de multi-hilo es simi<strong>la</strong>r a <strong>la</strong><br />

de hilo, <strong>la</strong> diferencia y ventaja del de hilo es<br />

que cada puerto de paralelización AC en el<br />

inversor está dotado con capacidad de MPPT.<br />

El resultado de esto es que este inversor<br />

puede utilizar diferentes módulos fotovoltaicos<br />

en diferentes orientaciones.<br />

VII. INTERCONEXIÓN - ASPECTOS FÍSICOS,<br />

PROTOCOLOS Y CALIDAD DE POTENCIA<br />

Dentro de los requisitos típicos de<br />

interconexión de compañías eléctricas, se<br />

requiere que exista un desconectivo de <strong>la</strong><br />

salida del inversor cerca del contador para<br />

acceso de <strong>la</strong> compañía eléctrica de ser<br />

necesario.<br />

5<br />

Fig. 6. Diagrama de técnicas de configuración para<br />

a<strong>la</strong>mbrado de inversores a red fotovoltaica Referencia:<br />

Cramer, G. ,“String Tecnnology- A successful Standard of the<br />

PV-System Technology for 10 years now”; 20 th European<br />

Photovoltaic so<strong>la</strong>r Energy Conference, June 2005, Barcelona,<br />

Spain.<br />

Los inversores deben estar localizados en <strong>la</strong>s<br />

áreas mas frescas, secas y limpias posibles,<br />

aunque existen alternativas mas costosas de<br />

inversores para ambientes mas adversos, de<br />

ser esta <strong>la</strong> única alternativa de insta<strong>la</strong>ción. El<br />

panel so<strong>la</strong>r debe ser colocado con anc<strong>la</strong>jes<br />

que toleren vientos de al menos 120 MPH para<br />

el caso de Puerto Rico y/o proveer medios<br />

alternos para proteger el panel so<strong>la</strong>r de los<br />

embates del viento.<br />

El protocolo para los Estados Unidos que<br />

incluye a Puerto Rico, de interconexión y<br />

requerimientos mínimos de calidad de<br />

potencia están cubiertos en el Estándar IEEE<br />

1547 “ Standard for Interconnecting Distributed<br />

Resources with Electric Power Systems” Este<br />

estándar especifíca valores o niveles de<br />

tolerancia para voltajes, frecuencia,<br />

harmónicas, tiempos de conexión y<br />

desconexión y factor de potencia entre otros.<br />

También detal<strong>la</strong> procedimientos de insta<strong>la</strong>ción<br />

y operación programada de equipos de<br />

generación distribuida, el cual incluye a los<br />

sistemas fotovoltaicos. El Estándar IEEE<br />

1547.1, “ Standard Conformance Test<br />

Procedures for Equipment Interconnecting<br />

Distributed Resources with Electric Power<br />

Systems” especifíca pruebas de verificación de<br />

cumplimiento con el Estándar 1547 para<br />

5


inversores y otros equipos de generación<br />

distribuida. Otros Estándares y certificaciones<br />

aplicables son los siguientes:<br />

NEC 690 , “National Electric Code, So<strong>la</strong>r<br />

Photovoltaic Systems”<br />

IEEE 929 –“ AC Over Voltage / Under Voltage,<br />

AC Over Frequency / Under Frequency<br />

Detection Anti-Is<strong>la</strong>nding Component”<br />

A. UL 1741 – “Standard for Inverters,<br />

Converters, and Controllers for use in<br />

Independent Power Systems”<br />

FCC Chapter 15 Part B<br />

CSA C22.2 No. 107,1-01 – “General Use<br />

Power Supplies”<br />

IEEE C62.41- “Recommended Practice on<br />

Surge Voltages in Low-Voltage AC Power<br />

Circuits (Location Category B3)”<br />

VIII. IMPACTOS A LA RED ELÉCTRICA<br />

La utilización de sistemas fotovoltaicos<br />

interconectados a <strong>la</strong> red eléctrica ofrece<br />

beneficios a los proveedores de servicios<br />

eléctricos debido a que se maximiza el uso de<br />

<strong>la</strong>s líneas de distribución y provee mayor<br />

estabilidad a los alimentadores en términos de<br />

voltaje y potencia reactiva. Esto a su vez<br />

provee para que se extienda <strong>la</strong> vida útil de<br />

estos alimentadores reduciendo los costos de<br />

reparación y mejoras a los mismos. No<br />

obstante, que tan beneficiosos estos sistemas<br />

fotovoltaicos sean para <strong>la</strong> red eléctrica<br />

dependerá de <strong>la</strong>s condiciones especificas de<br />

<strong>la</strong> misma. En Puerto Rico, La Autoridad de<br />

Energía <strong>Eléctrica</strong> comisionó un estudio al<br />

Electric Power Research Institute, EPRI para<br />

determinar efectos adversos sí alguno a <strong>la</strong><br />

infraestructura eléctrica por el uso de<br />

generación distribuida o sistemas fotovoltaicos<br />

conectados a <strong>la</strong> red en su proceso de<br />

respuesta a los requerimientos de <strong>la</strong> Ley<br />

Federal de Energía de 2005. No obstante y<br />

aparte de este estudio, <strong>la</strong> Autoridad de<br />

Energía <strong>Eléctrica</strong> se ha beneficiado de <strong>la</strong><br />

experiencia de manejar por varios años<br />

durante los años ochenta de un sistema<br />

fotovoltaico interconectado a <strong>la</strong> red y sin<br />

baterías, con una capacidad de 100 kW en el<br />

6<br />

pueblo de Juana Díaz. De <strong>la</strong> misma manera<br />

también tuvo <strong>la</strong> oportunidad de manejar <strong>la</strong><br />

p<strong>la</strong>nta de baterías de Sabana L<strong>la</strong>na de una<br />

capacidad de 20 MW. Esta p<strong>la</strong>nta de baterías<br />

aunque es una facilidad para almacenaje de<br />

energía en un ejemplo de integración de<br />

generación distribuida a base del uso de<br />

inversores como sería en el caso de sistemas<br />

fotovoltaicos.<br />

IX. ALTERNATIVAS DE FACTURACIÓN<br />

Existen dos conceptos de facturación básica y<br />

un tercero a discreción de <strong>la</strong> compañía<br />

eléctrica. Los primeros dos son basados en el<br />

costo evitado y en <strong>la</strong> medición neta<br />

respectivamente, el tercero es un contrato de<br />

compra y venta de energía. La figura 7 ilustra<br />

<strong>la</strong> facturación bajo el concepto de costo<br />

evitado y el de medición neta los cuales se<br />

describen a continuación.<br />

a. Costo Evitado<br />

El concepto del costo evitado es mandatario<br />

por el “Public Utility Regu<strong>la</strong>tory Policies Act”<br />

(PURPA) de 1978 que establece que toda<br />

compañía eléctrica en Estados Unidos tiene <strong>la</strong><br />

obligación de comprar <strong>la</strong> energía producida<br />

por una facilidad cualificada en por lo menos el<br />

costo evitado de producción de esa compañía<br />

eléctrica. El costo evitado es el costo que <strong>la</strong><br />

compañía eléctrica no incurrirá en suplir <strong>la</strong><br />

energía desp<strong>la</strong>zada por el generador<br />

cualificado. En el caso de Puerto Rico es <strong>la</strong><br />

misma compañía eléctrica, <strong>la</strong> que establece el<br />

costo evitado de su generación a diferencia de<br />

otras jurisdicciones en Estados Unidos donde<br />

una agencia externa determina estos costos.<br />

El costo evitado provisto por <strong>la</strong> compañía<br />

eléctrica puede ser visto en una analogía<br />

como el costo del mayorista y el del<br />

consumidor como el costo detal<strong>la</strong>do. Para el<br />

año 1983 <strong>la</strong> Autoridad de Energía <strong>Eléctrica</strong><br />

estableció un Reg<strong>la</strong>mento titu<strong>la</strong>do “Rates and<br />

Conditions of Service for Cogenerators and<br />

Small Electric Power Producers”. en<br />

respuesta a los requerimientos de PURPA y<br />

luego derogó el mismo a finales de los años<br />

noventa.<br />

6


. Medición Neta<br />

El concepto de medición neta, del cual 40<br />

estados ya cuentan con provisiones para el<br />

mismo implica que tanto <strong>la</strong> venta de energía<br />

como <strong>la</strong> compra de energía corren al mismo<br />

precio Desde el 2005 es parte de <strong>la</strong> Ley<br />

Federal Energética, <strong>la</strong> cual obliga a <strong>la</strong>s<br />

compañías eléctricas a considerar este<br />

concepto de facturación al cliente.<br />

c. Contrato de Compra y Venta de Energía<br />

El tercer concepto es <strong>la</strong> firma de un contrato<br />

de compra y venta de energía el cual lo<br />

establecen libremente ambas partes, cliente y<br />

compañía eléctrica. La tarifa resultante puede<br />

ser menor o mayor al costo evitado.<br />

X. ALTERNATIVAS DE MEDICIÓN<br />

Las compañías eléctricas establecen <strong>la</strong>s<br />

reg<strong>la</strong>s para poder pagar <strong>la</strong> generación<br />

producida por sus clientes. Existen diversas<br />

configuraciones utilizando uno o dos metros.<br />

Usualmente en los Estados de Estados Unidos<br />

que tienen vigencia tarifas de medición neta,<br />

utilizan un solo metro que tenga <strong>la</strong> capacidad<br />

de sumar consumo en <strong>la</strong> compra de energía<br />

por parte del usuario y restar consumo en <strong>la</strong><br />

venta de energía por parte del usuario. En<br />

otras jurisdicciones que facturan bajo el<br />

concepto de costo evitado utilizan dos metros<br />

para diferenciar <strong>la</strong>s tarifas.<br />

XI. COSTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS<br />

INTERCONECTADOS A LA RED ELECTRICA<br />

El costo de los sistemas fotovoltaicos<br />

interconectados a <strong>la</strong> red sin baterías al<br />

presente en los Estados Unidos está por los<br />

$10 USD por vatio insta<strong>la</strong>do.<br />

Si tomamos de ejemplo un sistema<br />

fotovoltaico de 3 kW en una residencia con un<br />

consumo eléctrico mensual de 1,000 kWh,<br />

este produce un ahorro anual de alrededor de<br />

$1,000.00 USD al año lo cual representa un<br />

40% de reducción de energía por medio de<br />

combustibles fósiles.<br />

7<br />

Net Metering Cost Concept<br />

18-22 cent-kilowatt-hour<br />

18-22 cent-kilowatt-Hour<br />

Avoided Cost Concept<br />

4-6 cent-kilowatt-hour<br />

18-22 cent-kilowatt-Hour<br />

Fig. 7. Diagrama de conceptos de facturación posibles para<br />

los EE.UU. bajo PURPA y Ley Federal 2005<br />

Si este sistema fotovoltaico se puede lograr a<br />

un costo reducido equivalente de $8,000 USD<br />

por kilovatio insta<strong>la</strong>do del costo promedio en<br />

EE.UU. de $10,000 USD por kilovatio insta<strong>la</strong>do<br />

por medio del uso de incentivos, el costo<br />

equivalente del sistema por kWh será de 17. 4<br />

centavos USD. Este es o muy cerca del costo<br />

de electricidad que prevaleció durante el año<br />

2006 en <strong>la</strong> Autoridad de Energía <strong>Eléctrica</strong> de<br />

Puerto Rico para el sector residencial y menor<br />

al costo de electricidad para el sector<br />

comercial.<br />

El costo por kilovatio hora del sistema<br />

fotovoltaico se asume de <strong>la</strong> manera siguiente.<br />

El factor de capacidad (FC) es equivalente al<br />

número de horas que un sistema opera en un<br />

año, dividido entre el total de horas (8,760<br />

horas) calendario del año.<br />

7


Entonces el factor de capacidad (FC) es;<br />

FC=5 horas por día x 365 días al año/8760<br />

horas al año = 0.21<br />

Por otra parte, el costo total de electricidad<br />

(CTE) es igual a <strong>la</strong> suma de los componentes<br />

de costo tales como costos capitales y de<br />

insta<strong>la</strong>ción (C&I), operación y mantenimiento,<br />

y combustible (F). Para el caso de los<br />

sistemas fotovoltaicos los costos capitales y de<br />

insta<strong>la</strong>ción son los mayores, mientras que<br />

costos operacionales y de mantenimiento son<br />

ínfimos y el costo de combustible es<br />

inexistente. Entonces para simplificar;<br />

Costo Total =C&I=$8,000 por kw(1/25) años de amortización<br />

---------------------------------------------------<br />

0.21 FC x 8,760 horas por año<br />

ó<br />

Costo Total = $0.174 USD por kwh<br />

El costo total ilustrado arriba no asume<br />

reemp<strong>la</strong>zo del inversor y costos de decomisar<br />

el proyecto entre otras posibles variables. Se<br />

asumió una amortización total del equipo en<br />

25 años para efectos de simplificación. Los<br />

módulos fotovoltaicos tienen una garantía<br />

general de 25 años con una expectativa de<br />

vida útil de 40 años o mas. Mientras que para<br />

el caso del inversor su expectativa de vida<br />

debe estar de entre 5 a 15 años. Es<br />

importante notar que más del 75% del costo<br />

de estos sistemas fotovoltaicos van destinados<br />

al costo de los módulos y materiales tales<br />

como cables, estructura de soporte y gastos<br />

de insta<strong>la</strong>ción re<strong>la</strong>cionado a los mismos.<br />

XII. CONCLUSION<br />

El uso de sistemas fotovoltaicos<br />

interconectados a <strong>la</strong> red eléctrica es una<br />

alternativa real para los consumidores<br />

residenciales, comerciales e industriales. El<br />

crecimiento sostenido del uso de estos<br />

sistemas a nivel mundial y en especial de los<br />

países industrializados es prueba de <strong>la</strong><br />

madurez tecnológica y su viabilidad<br />

económica. Puerto Rico y Latinoamerica no<br />

deben ser <strong>la</strong> excepción del mundo. Estos<br />

sistemas proveen benéficos tanto al<br />

8<br />

consumidor como a <strong>la</strong> red eléctrica como a los<br />

países en general. Es necesario establecer<br />

una p<strong>la</strong>taforma de incentivos y simplificar el<br />

proceso de establecer estos proyectos a nivel<br />

residencial, comercial e industrial de forma<br />

simi<strong>la</strong>r a los países que exitosamente han<br />

logrado desarrol<strong>la</strong>r esta industria. Todo esto es<br />

necesario para obtener los beneficios<br />

económicos y de creación de empleos que<br />

produce, el robustecimiento de <strong>la</strong><br />

infraestructura eléctrica, reducir <strong>la</strong><br />

vulnerabilidad de <strong>la</strong> dependencia de los<br />

combustibles fósiles y un mejor ambiente para<br />

todos.<br />

XIII. REFERENCIAS<br />

Photovoltaic Fundamentals, SERI/TP-220-<br />

3957, So<strong>la</strong>r Energy Research Institute,<br />

Golden, Colorado, September 1991.<br />

AEE, “Rates and Conditions of Service for<br />

Cogenerators and Small Electric Power<br />

Producers” , January, 1983.<br />

California Energy Comission, “California<br />

Interconnection Guidebook: A Guide to<br />

Interconnecting Customer-owned Electric<br />

Generation Equipment to the Utility Distribution<br />

System Using California’s Electric Rule 21”,<br />

September, 2003.<br />

Web page: www.dsireusa.org, The Database<br />

of State Incentives for Renewable Energy<br />

(DSIRE) is a comprehensive source of<br />

information on state, local, utility, and selected<br />

federal incentives that promote renewable<br />

energy.<br />

IEA, International Energy Society, Photovoltaic<br />

Power System Programme, “PVPS Annual<br />

Report 2004, Implementing Agreement on<br />

Photovoltaic Power Systems, 2005.<br />

Cramer, G. ,“String Tecnnology- A successful<br />

Standard of the PV-System Technology for 10<br />

years now”; 20 th European Photovoltaic So<strong>la</strong>r<br />

Energy Conference, June 2005, Barcelona,<br />

Spain.<br />

XIV. DATOS DEL AUTOR<br />

Gerardo Cosme Núñez – ingeniero licenciado<br />

en Puerto Rico. Graduado de <strong>la</strong> Universidad<br />

del Estado de Kansas en Ingeniería <strong>Eléctrica</strong> y<br />

Ciencias Físicas. Especialista en p<strong>la</strong>nificación,<br />

8


evaluación, diseño e imp<strong>la</strong>ntación de<br />

proyectos y estudios re<strong>la</strong>cionados a equipos y<br />

sistemas de alta eficiencia, fuentes de energía<br />

renovable y no renovable. En 1992 funda su<br />

empresa So<strong>la</strong>rtek, en <strong>la</strong> cual el Ing. Cosme ha<br />

prestado servicios al gobierno federal, estatal,<br />

empresa privada y universidades. Además, ha<br />

dictado conferencias y publicado trabajos<br />

técnicos re<strong>la</strong>cionados al campo de <strong>la</strong> energía<br />

tanto a nivel local como internacional.<br />

9<br />

9

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!