Seminario Experiencias y Perspectivas Internacionales de la Electrificación Rural Fotovoltaica

25.11.2010, IIE, Cuernavaca, México 

Sistemas pico ‐ fotovoltaicos: caracterización y funcionamiento 

Manfred Hornmhorn@uni.edu.pe

Centro de Energías RenovablesUniversidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú

El reto: Desarrollar las regiones rurales

• Sin energía, en especialsin energía eléctrica,no puede haber desarrollo,ni democracia 

• La energía más cara es la energía que no se tiene

El problema – ejemplo: Perú

• La mayor parte de la población sin electricidad (2009: 22 %) vive en regionesrurales alejadas y conectar una casa rural a la red eléctrica cuesta actualmente,en promedio, US$ 1800 (y con tendencia de aumentar)

• Las familias rurales que tienen conexión a la red eléctrica consumen enpromedio menos de 30 kWh /mes, y muchas veces menos de 10 kWh/mes

Promedios de consumo de electricidad por hogar  y segmentos de consumo (kWh/mes) 

Fuente: Anuarios OSINERGMIN 2007 -2008

1-30 kWh

31-100 kWhMás de 101 kWh

12 kWh/mes

61 kWh/mes

262 kWh/mes

2008

1.26Millones usuarios

1.36Millones

usuarios

1.61 Millones usuarios

Promedio nacional mensual: 123 kWh/mes

El promedio mensual del segmento consumidor  de 1 a 30 kWh/mes se ha mantenido en 12 kWh/mes durante los últimos años a pesar que los usuarios tienen energía eléctrica disponible del sistema 

interconectado nacional 

12 12 12 12 13 12 12 12

0

2

4

6

8

10

12

14

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

kWh/mes

CONSUMO PROMEDIO DEL  SECTOR RESIDENCIAL (SEGMENTO DE 1 A 31 kWh/mes)

Fuente: Anuarios OSINERGMIN 2001-2008

CANASTA REFERENCIAL DE CONSUMO ELÉCTRICO EN ZONAS RURALES PARA EL GRUPO DE PROMEDIO DE CONSUMO DE 12 kWh/mes. Uso principal es la iluminación con focos incandescentes (10 lm/W)

50 W X 4 horas x 30 dias = 6 kWh

50 W X 3 horas x 30 dias = 4.5 kWh

10 W X 5 horas x 30 dias = 1.5 kWh

TOTAL = 12 kWhFuente: Carlos Centeno, dic. 2009

La oferta tecnológica:

Paneles fotovoltaicos

- producción creciente ~ 50%/año- Vida útil > 20 - 25 años- costos disminuyendose:

1.40 – 4.00 $/W (set. 2010)

2010: la oferta es mayor que la demanda > precios bajan

Diferentes alternativas de electrificación rural con Sistemas

Fotovoltaicos (SFV)

SFD: Sistema Fotovoltaico Domiciliario “clásico”(SHS: Solar Home System)

Características básicas:Panel FV de 50 W; batería de plomo ácido de 12 V DC, 100 AhEnergía disponible: 4 – 7 kWh /mesCargas típicas: 2 – 4 LFC de 7 – 15 WCosto inicial : US$ 600 – 1200 Costo de mantenimiento : US$ 10 – 20 /mes muy alto para mucha gente muy pobre (falta de sostenibilidad)

Ejemplo: Brasil

Ejemplo: Brasil

Ejemplo: Brasil

Vela Mecheros a kerosene

Lámpara picosolar con LED

o foco ahorrador

Focoincan-

descente25 W

Foco Ahorrador

7 W

Lúmenes 10 8(*) 45(*) 87 o más 300 350

Consumo anualcombustible o energía (por 4 horas de uso al día)

Unidades

18 15(*) 45(*) 0 36.5 10.2

kiloslitros dekerosene

litros dekerosene kWh kWh

Emisiones (kg de C02/año) 54 37.5 112.5 0 20.4 5.7

VALORES COMPARATIVO DE DIFERENTES FUENTES EN FLUJO LUMINOSO, COMBUSTIBLE O ENERGÍA CONSUMIDAS Y EMISIONES DE CO2 POR AÑO

- UNA LAMPARA PICO SOLAR PUEDE DAR EL DOBLE O MÁS DE ILUMINACIÓN QUE LAS DE KEROSENE- PARA UTILIZAR UN FOCO INCANDESCENTE HAY QUE ESTAR CONECTADO A LA RED ELÉCTRICA

ALTERNATIVAS DISPONIBLES DE ILUMINACIÓN PARA MUY BAJO CONSUMO Fuente: Carlos Centeno, dic. 2009

SOLUCIÓN TRANSITORIA Y A CORTO PLAZO: LÁMPARAS PICO SOLARES

COSTO REFERENCIAL PORLÁMPARA: 60 DOLARES QUE COMPRENDE- LAMPARA + PANEL SOLAR- RADIO INCORPORADA o

CARGADOR DE CELULAR

SE PUEDE BENEFICIAR EN EL CORTO PLAZO A LAS 50 000 FAMILIAS AMAZÓNICAS, CON DOS LÁMPARAS A UN COSTO DE 6 MILLONES DE DÓLARES EN UN PLAZO DE 1 AÑO O MENOSCon este proyecto podemos solucionar de manera transitoria sus necesidades de iluminación y comunicación.

Fuente: Carlos Centeno, dic. 2009

Mini-Sistemas solares (Pico FV)como alternativa de

pre-electrificación rural• Tecnología de punta y económicamente accesible (30 $ ‐ 300 $),como resultado de mejoras en eficiencia de componentes (paneles FV, LED´s, baterías, etc)

• Sistemas móviles y estacionarios para iluminación domésticay/o productiva

• Modular: Alternativas de interconexión de sistemas para disponer de  más energía (mayor luminosidad)

• Funciones adicionales integradas (radio o cargador de celular)

Objetivo general

Facilitar el acceso a una iluminación de calidad a hogares sin acceso a energía eléctrica

Objetivos específicos

• Mejorar la calidad de vida de los hogares beneficiados (salud, calidad educativa)

•Eliminación de emisiones “in‐house” y reducción de gases de efecto invernadero

• Apoyo a la comunicación e integración local al incluirse sistemas de radios ycargadores de celular

• Aprovechamiento de recursos energéticos solares• Efecto multiplicador del uso de energías renovables• Preservación de recursos naturales• Desarrollo de estructuras comerciales para una difusión sostenible delámparas pico PV

Sistemas pico PV:

A.. Moreno, EnDev GTZ, 2010

La oferta tecnológica (2010):• Paneles fotovoltaicos

Lámparas LED:• vida: 50000 horas • robustos• eficaces : 100 – 130 lm / W - ?

(con tendencia aaumentar)

• iluminación más barata(medido en lmh/$)

• Foco incandescente: 10 – 13 lm/W, 1000 h• LFC (7 – 20 W): 30 – 70 lm/W, 5000 – 10000 h • ideal monocromática 555 nm: 683 lm/W• ideal “blanco” (rad 5800 °K truncado) : 250 lm/W

La oferta tecnológica (2010):

Baterías:Li Ion: • alta densidad de carga• permite muchos ciclos de descargas profundas

Pb 25 Wh/kg, 300 ciclos, 100 – 150 $/kWhNiMH 60 Wh/kg, 500 ciclos, 250 $/kWhLi Ion 100 – 130 - ? Wh/kg, 2000 ciclos, 300 $/kWh

Costo específico (sobre ciclo de vida):Pb 0,3 – 0,5 $/kWhLi Ion 0,15 $/kWh

Gasolina 13000 Wh / kg

Sistemas Pico – Fotovoltaicos Avance tecnológico (oct. 2010):

- Paneles FV de 1 – 5 W- Baterías de Li- Ion incorporadas ( ~ 10 Wh) - Lámparas LEDs (50000 h;100 - 130 lm/W); - otros usos: radio, cargador de celular, etc.- Costo < 100 $- > 5 - 10 h/d de luz

Sistemas pico ‐ FV

Marca Sundaya /Phaesun

Marca phocos

lámparas

Barreras• Hay pocos “expertos” en energía solar en el Perú

(programa SEPES de la UNI, desde 1980)• Falta de conocimientos técnicos por parte de responsables en gobiernos

municipales , regionales y ministerios riesgo de estafas) • Poco control de calidad (Lab. Solar – UNI)

Importante: control de calidad

J. Suarez, MEM, 2010

Muchas gracias …

J. Suarez, MEM, 2010