Sistemas fotovoltaicos

PorCarlos Delgadillo de Anda

Sistemas fotovoltaicos

Sistemas fotovoltaicos

Un Sistema Fotovoltaico (SF) es un conjunto de dispositivos o componentes, que permiten aprovechar y utilizar la energía solar para la producción de energía eléctrica. Entre estos componentes se encuentra el módulo fotovoltaico, una batería, regulador de carga y un inversor que transforma la Corriente Directa (CD) en Corriente Alterna (CA)

Los módulos solares, son de forma típica, placas rectangulares que contienen un conjunto de celdas solares, en lo general, protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado. Los módulos pueden tener diferentes tamaños, los generalmente utilizados tienen superficies que van de los 0,5 m2 a los 1,3 m2 y constan normalmente de 32 a 36 celdas conectadas eléctricamente en serie.

La unión de celdas nos dará como resultado el módulo fotovoltaico y con la conjunción de módulos, obtendremos un conjunto o arreglo fotovoltaico, tal y como se muestra en la siguiente figura.

 

¿Cuanta energía produce un módulo fotovoltaico?

La cantidad de energía producida por un módulo fotovoltaico depende de muchos factores (la tensión del voltaje del sistema; las características del módulo, la radiación solar y los dispositivos utilizados, eficiencia del inversor y perdidas de energía asociadas los dispositivos, entre otros).

Para entender la capacidad de generación de energía eléctrica, de forma muy sencilla y práctica, se necesita una referencia básica. La potencia de los módulos fotovoltaicos se especifica en watt pico (Wp), lo cual representa la potencia eléctrica que entrega el panel, cuando la irradiancia sobre él es de 1,000 W/m2  y con una temperatura de 25 ºC.

En consideración de estas variables, la capacidad de producción de energía eléctrica por un módulo solar es factible de determinarlo de la siguiente forma:


(Potencia del módulo) X ( factor de insolación) = producción de energía

Esta formula, nos podría facilitar el cálculo para la producción de energía eléctrica, tomando como ejemplo un módulo de potencia nominal de 100 Wp, y un factor de insolación diaria de 4, lo cual nos daría:

(100 Wp) X (4) = 400 Wh/día

Independientemente de la carga y aplicaciones específicas de los SF, éstos se pueden dividir en dos grandes grupos: Sistemas no conectados a la red y sistemas conectados a la red, el cual se describe a continuación.

Sistemas conectados a la red.

Los sistemas conectados a la red no tienen dispositivos de acumulación de energía, ya que la energía producida durante las horas de insolación es canalizada a la red eléctrica; y durante las horas de insolación escasa o nula, la carga de consumo provine de la red. Los SF conectados a la red ofrecen la posibilidad de ser un respaldo de la red de distribución eléctrica, permitiendo la continuidad del servicio de consumo de energía.

 

Funcionamiento de los SF conectados a la red

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red son aquellos cuya instalación está motivada por la inyección de energía eléctrica a la red y constituyen una de las aplicaciones de la energía solar que más atención ha recibido en los últimos años, dado a su elevado potencial de utilización en las zonas urbanas.

Un SF conectado a la red se compone básicamente de un arreglo (generador fotovoltaico) acoplado a un inversor que opera en paralelo con la red eléctrica convencional.

Una de las diferencias de los SF conectados a la red, con relación a los SF autónomos, es que no necesitan ser dimensionados de manera específica, lo cual permite flexibilizar la magnitud de sus aplicaciones, en función de los propósitos de la misma y sabiendo el presupuesto disponible para su instalación.

De ahí que el concepto de inyección a red tiene un amplio margen de aplicaciones, desde pequeños sistemas de pocos KWp de potencia instalada, hasta centrales de varios MWp pico

Su funcionamiento consiste en captar la radiación solar y transformarla en energía eléctrica; la cual en lugar de ser almacenada en baterías, como en los sistemas aislados e híbridos, se puede utilizar directamente en el consumo o entregarla a la red eléctrica de distribución. Estas dos funciones las realiza un inversor de corriente directa a corriente alterna especialmente diseñado para esta aplicación.

En su instalación es conveniente incluir, después del inversor, un transformador para aislamiento, un interruptor automático de desconexión, y un contador para medir la energía que se envía a la red. Otra de las implementaciones con las que debe de contar un sistema fotovoltaico conectado a la red, es un medidor bidireccional, el cual se encargará de contabilizar la energía que el usuario consume del sistema eléctrico formal, como la cantidad de energía excedente generada por la instalación que el sistema fotovoltaico suministre a la red.

 

Ventajas de los SF conectados a la red

Dado que estos sistemas son modulares se tiene una versatilidad para ser instalados en techos, fachadas o estructuras especiales de los lugares en donde se requiere esta aplicación. Los sistemas modulares también permiten su ampliación mediante inversiones progresivas

En términos de su utilidad práctica los sistemas fotovoltaicos conectados a la red no requieren ningún sistema de acumulación de energía, a diferencia de los sistemas aislados, con lo cual son más baratos y fiables, y dado que toda la energía producida se inyecta en la red se evita que se pierda la energía generada.

Con un sistema conectado a red, el usuario no percibe ningún cambio en el servicio eléctrico que recibe, manteniendo la ventaja de seguridad en el suministro.

Por cada Kw que produzca el generador fotovoltaico es uno menos que generaran las centrales contaminantes. Si el SF produce más energía que aquella requerida por el usuario, esa energía solar puede ser cedida a la red, la cual se traduce en una transferencia del «excedente» a la red eléctrica local.

Con este tipo de SF, durante las horas de luz el usuario consume la energía solar producida por su propia instalación, mientras que cuando no hay luz o ésta no es suficiente, o si el usuario requiere más energía eléctrica de la que la del SF está potencialmente ofreciendo, será la red eléctrica quién garantizará el abastecimiento de la energía eléctrica necesaria.

 

Costos de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica.

 A manera de visualizar ampliamiente el desarrollo que ha tenido la integración de los sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica se muestra a continuación algunos ejemplos de costos de sistemas fotovoltaicos conectados a la red.

 

Potencia Requerida (KW)

Potencia suministrada  por el  Sistema (KW)Precio Unitario    ($USD/KW)Costo total del sistema      ($USD)

Proveedor

10

12.48,050.0098,532.00Atlantis

7

8.168,050.0065,688.00

Atlantis

56.128,050.0049,266.00

Atlantis

 

Estos costos incluyen los módulos fotovoltaicos, el inversor eléctrico, cableado de diferentes calibres para realizar la instalación con sus diversos accesorios, la mano de obra y la puesta en marcha del sistema.

 

Interconexión a la red en México

En nuestro país, a partir de junio del 2007 (DOF 27/07/07), ya esta permitida la interconexión para fuentes de energía solar en pequeña escala, lo cual se realiza bajo un contrato de interconexión con la Comisión Federal de Electricidad ó Luz y Fuerza del Centro, aplicable a “todos los Generadores con Fuente de Energía Solar en Pequeña Escala con capacidad hasta de 30 kw, que se interconectan a la red eléctrica del suministrador en tensiones inferiores a 1 kv, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energía a sus cargas”.

La potencia máxima a instalar dependerá del tipo de servicio, y no podrá ser mayor a lo siguiente:

·                     Para usuarios con servicio de uso residencial: hasta 10 kw

·                     Para usuarios con servicio de uso general en baja tensión: hasta 30 kw

 

Los medidores y equipos de medición a ser usados para poder medir la energía entregada por el generador al suministrador, que en este caso es CFE o Luz y Fuerza y viceversa serán instalados por las instancias anteriormente citadas entendiendo que el generador únicamente pagará la diferencia entre el costo del equipo necesario para realizar la medición neta y el costo total del equipo que instalaría el suministrador para la entrega de la energía eléctrica que corresponda.

Otra de las cosas que quedaron establecidas mediante la entrada en vigor del permiso de la interconexión para fuentes de energía solar, es el hecho de que para fines de facturación el consumo de KW/h del cliente, se determinará en base a la diferencia entre la energía entregada a la red por el sistema de energía solar que genere el cliente y la que entrega la red al generador cuando no este funcionando el sistema fotovoltaico.

En caso de que este valor sea negativo, es decir, el sistema fotovoltaico da más energía a la red de la que recibe de la misma, se considerará como un crédito a favor del dueño del sistema, y podrá recibir una compensación.

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Articulo preparado por el Equipo de Implementación del PDRS-FIRCO-BM. Este equipo se compone por consultores contratados con el apoyo del Banco Mundial en apoyo al Fideicomiso de Riesgo Compartido de la SAGARPA, Instancia ejecutora del PDRS

 

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