sistemas fotovoltaicos conectados a red en méxico.pdf

8/17/2019 Sistemas Fotovoltaicos conectados a Red en México.pdf

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Sistemas Fotovoltaicos

Conectados a Red en México:Situación Actual y Perspectivas

Jorge M HuacuzUnidad de Energías No ConvencionalesInstituto de Investigaciones Eléctricas

Cuernavaca, Mé[email protected]

Taller Internacional sobre Generación Distribuida con SistemasFotovoltaicos Conectados a la Red

Cusco, Perú, Noviembre 2, 2010


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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 capacidadinstalada • 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 noconvencionales

Tipo de Combustible

Combustible fósil Hidroelectricidad Nuclear Geotermia Viento

Sistema Nacional de Transmisión y Distribución


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COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA: ZONA MEXICALI (DIA TIPICO)

0

100

200

300

400

500

600

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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 24HORA

M V A

Verano Invierno

DemandaMáx: 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

Dem anda de energía Ene rgía cons um ida en horari o FV Pro d. FV 6 kWe

• Sistema BC no conectado a

la red nacional; generacióncon gas importado • Demanda eléctrica en

verano 2-3 veces mayorque en invierno por uso de

aire acondicionado • Consecuencias: Menor eficiencia

termodinámica de centralesgeneradoras

Exceso de capacidad en

invierno Mayores inversiones en

subsistema de distribución Mayores costos de

mantenimiento


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La energía solar como solución

• Disponible en todo el territorio • Altos valores de insolación

(Promedio diario anual: 5.5kWh/m2)

• Coincidente con regiones de altademanda por aire acondicionado

• Muy pocas aplicaciones Fuera de red: ~20 MW Conectada a red: apenas

iniciando


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RedEléctrica

Generador FV

MedidorBidireccional

Carga

s

Eléctricas

Inversor FV

CONFIGURACIÓN BÁSICA DEL SISTEMA


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En operación220 casas, 1kW c/uPrimer vecindario FV en MéxicoMexicali2006-a la fechaGob.BC-CFE-IIE

En operación~10, 1-2 kW c/uContratos comerciales conmedición neta

Tijuana,GuadalajaraRegión Laguna

2008Usuariosdomiciliarios

En operación30Prueba piloto autogeneracióncomercial

Ciudad de México2005-a la fechaIIE-LFC-IP

En operación6.5Prueba piloto usuario DACLa Paz, BCS2006-a la fechaIIE-CFE-IP

En operación1Prueba de conceptoautogeneración institucional

Nuevo León2002- a la fechaIIE-IP

Desmantelado1.5Prueba de concepto

autogeneración

Hermosillo2001- 2006

IIE-CFE

Desmantelado1.5 – 2 kW cada uno4 sistemas: evaluar beneficios ared y a usuarios; probartecnologías

Mexicali2000- 2006IIE-CFE

Desmantelado1.5Prueba de conceptoautogeneración

Mexicali1999-2000IIE-CFE

Desmantelado1.7Investigación del sistemaCuernavaca1997-1999IIE

SituaciónActual

Potencia Pico(kW)

ObjetivoLocalidadAño

Las Primeras Experiencias


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Proyectos Piloto Período 1997 - 2002

1. Cuernavaca(IIE)

2. Mexicali

3. Hermosillo4. Monterrey

1 2

3 4


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Instalaciones piloto-demostrativas

Casa 1

Casa 2

Casa 3 Casa 4Casa 2

SIP4CIS1

Potencia promedio demandada en el transformador de distribución: Mexicali

0

2

4

6

8

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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 Mens ual)

P o t e n c i a r e a l y

r e a c t i v a ( K w - K v a r s )

0

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T e m p e r a t u r a ( º C ) y

F . P .

( % )

Pot. real Pot. reac tiv a Potenc ia es timada s in FV (Ref .) Temp. en el tr ans f. Fac tor de potenc ia


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Efecto de Nivelación de Carga en la Vivienda (Agosto 1999)

-500

0

500

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00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00Hora

D e m a n d a ( W a t t s )

-5

0

5

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15

20

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45

T e m p e r a t u r a ( º C )

Demanda Promedio a la Red con FV Aportación FV PromedioDemanda Promedio de la Vivienda Temperatura Ambiente Promedio

Inyección a red en la vivienda (Promedio mensual)

-1000

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0

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AGOSTO 2001

D e m a n d a ( W a t t s )

0

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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 ydistribución

•Menores pérdidas por ineficienciatermodinámica

Beneficios Derivados


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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 técnicoBeneficios económicos al usuario

Beneficios técnicos a redEstudios de máxima penetración

Beneficios al sistema eléctrico


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SFVI en Mexicali, B.C.

311 KWH

158 KWH

63 KWH

ENERGIA GENERADA POR EL PANEL SOLAR = 158KWH

ENERGIA ENTREGADA A CFE = 63 KWHENERGIA 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 = $ 609.29BENEFICIO = $ 366.97

BOLSA DE ENERGIA = 0 KWH

Ejemplo 1

Beneficio Económico al Usuario


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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



BENEFICIO = $ 70.01

BOLSA DE ENERGIA = 42 KWH

Ejemplo 2

Beneficio Económico al Usuario


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6 kWp La Paz, Baja CaliforniaSur

Generador fotovoltaico en laazotea de la vivienda.

Tarifa CFE aplicable de 1D (localidades con una Tmedia mínima en verano de 31ºC. Límite DAC de1,000 kWh/mes (precio más alto)

Si el consumidor genera localmente parte importantede lo que demanda para no ser clasificado como un

usuario DAC, la energía que produce localmente tieneun doble valor económico:

• Continuación en la tarifa normal de serviciodoméstico correspondiente 1D (costo bajo); y

• Toda la energía generada localmente sustituye laenergía más cara para el usuario (tarifa DAC)

6 kWp


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6 kWp La Paz, Baja CaliforniaSur

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 lafacturación- de $28,000.00 M.N. Aprox. El usuario pagó el 59% del monto de la facturaciónque hubiese tenido si toda la electricidad utilizada en la vivienda la demandara de CFE.


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Primer sistema FV trifásicointerconectado a la red de

distribución. Capacidad: 30.6 kW

InstalacIón a finales de 2005.

Instrumentado en mayo de 2006para caracterizar su operación y

evaluar su desempeño einteracción con la red

Aplicaciones en Comercios


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Sistema de acondicionamiento de potencia

(2) Transformadores deaislamiento Delta-Estrella

(2) Inversorestrifásicos Xantrex de15 KW


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Resultados operacionales en “The Green Corner”

Datos del Generador Fotovoltaico

Potencia Nominal [kWp] 30.6Área 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 EnergíaEnergía 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] 23551.7Día 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] 1170.5Producción 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%

Junio 2006- Mayo 2007


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Resultados operacionales en The Green Corner

Datosclimatologicos

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180

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

I r r a d i a c i ó n ( K W h / m 2 )

0

5

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45

Irradiacionenel planodel Arreglo(KWh/m2) TemperaturaAmbientePromedio Temperaturadelos módulos FVpromedio

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/m2.año), el 63.8% de ésta se captó convalores de irradiancia entre 550 y 900 W/m2.

El 31.2% del total de la energía utilizada en elinmueble fue proporcionada por el SFVI.

260.6 kWh/día

-5000

0

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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 t t s )

0

6

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24

30

Demand a co n FV A por tac ión FV Demanda en e l inmueble Tempera tur a Amb iente


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174kW; 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 laoperación 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

• Desarrollado por G3 Servicios Ambientales


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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°

• Orientación: Sur Magnético


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Sistema Institucional 60 kWp UAM-I, México DF

Estructura para la instalación deMódulos FV

Cuarto de Inversores (antes) Cuarto de Inversores

Patrón de demanda eléctrica

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2 1 : 1 5

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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

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0 9 : 1 5

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1 3 : 4 5

1 4 : 3 0

1 5 : 1 5

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1 6 : 4 5

1 7 : 3 0

1 8 : 1 5

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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 FVSin generación FV

Con generación FVCon generación FV


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Estudio de Penetración a Red

Miguel

ZonaCosta

ZonaValle

4

3

1

6

7

2

5

Hasta 800 MW

Imperial Valley

Hasta520 MW

1. Central Ciclo Combinado Mexicali(InterGen, La Rosita) PIE: 489 MW(autorizados 597 MW)Exportación: hasta 636 MW

2. Central geotérmica Cerro Prieto(CFE) 720 MW

3. Central turbogás Mexicali (CFE)62 MW4. Termoeléctrica de Mexicali

(SEMPRA) Exportación: 625 MW,autorizados 680 MW

5. Centra eólica La Rumorosa 10MW (autoabastecimiento, CEE deBC, 2010)

6. Central Presidente Juárez(TC/ CC/ TG, CFE) 1026 MW7. Turbogás Ciprés (CFE) 28 MW


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Generación FV máxima permisible en Mexicali paracondiciones de carga del 2007

Estudio de Penetración a Red

DíasCrítíticos


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Máximos permisiblesEscenario bajo Escenario medio Escenario alto

2010 2017 2010 2017 2010 2017

Capacidad FV interconectada máximapermisible, MW

81 323 98 399 118 469

Métricas de penetraciónPenetración instantánea pico 14.0% 43.8% 16.7% 50.2% 19.6% 55.0%

Penetración relativa a la carga pico 5.1% 16.1% 6.1% 18.5% 7.1% 20.3%

Penetración relativa a la capacidad total 6.2% 24.6% 7.5% 30.4% 9.0% 35.7%

Penetración energética 2.3% 7.1% 2.7% 8.1% 3.2% 8.9%

Penetración máxima permisible de SFVI en Mexicali

Estudios de Penetración


25/30

Foto Red 100

• Iniciativa CFE para incorporar 100

MW de SFV a la red del Sistema

Baja California

• Estudios preparatorios en proceso

Vecindario FV

• Seguimiento del estado físico yoperativo de los sistemas

• Evaluación del grado desatisfacción de los usuarios y

evolución de patrones de consumoeléctrico

• Análisis de beneficios para

usuarios y redEspecificacionesTécnicas CFE

Oportunidades enRegiones No Críticas

• Analizar oportunidades y barreraspara la aplicación de SFV conectadosa red en regiones de clima noextremo

Identificación y Remoción deBarreras (GEF-PNUD)

Cursos de diplomado en SFV para:

• Ingenieros de CFE-Distribución

• Profesores Universitarios

• Personal de empresas

Talleres y conferencias

Material promocional

Otras Iniciativas en Curso


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Perspectivas

• Nichos actuales:

Consumidores doméstico de tarifa alta Pequeñas aplicaciones comerciales (hasta

500 kW)

Edificios gubernamentales e institucionales

Vivienda nueva

• Prospectos futuros: Aplicaciones comerciales grandes

Electricidad para exportación

Soporte de red

Eliminación de picos estacionales/regionales

Alivio al sistema eléctrico


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Pros y Contras

Los Impulsores Tarifas eléctricas crecientes

Buen recurso solar Medición neta para usuarios

domiciliarios y pequeñoscomercios OK

Contrato de interconexión ared para grandesautoabastecedores OK

Depreciación acelerada parainversiones amigables con elambiente

Cero impuestos deimportación para equipoamigable con el ambiente

Nueva Ley para el

Aprovechamiento de lasEnergías Renovables “Tech apeal”

Las Barreras× Desconocimiento generalizado de

la tecnología× Altos requerimientos de inversión× Primas e incentivos económicos

fuera de posibilidad× Ventas directas a CFE con base

en $/kWh, no competitivas× La generación distribuida, en

contra del paradigma “lo másgrande es mejor”× Cadenas de valor pendientes de

implementar en la economíanacional

× Disponibilidad de petróleo, “frenomental” para el cambio

× Carencia de personal técnicocalificado para la identificación ydesarrollo de proyectos


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¿Qué Falta por Hacer?

• Cuantificar los nichos de oportunidad para la

implantación masiva de los sistemas FV • Crear la infraestructura operativa para elsoporte de las actividades de implantacióncomercial y masiva de los sistemas FV

• Elaborar y emitir normas y reglamentos

técnicos para certificación de equipos einstalaciones interconectadas a red • Definir estrategias y crear mecanismos para el

financiamiento de los sistemas • Crear las cadenas de valor para que los

beneficios de la implantación masiva sequeden en México

• Formar recursos humanos especializados enel tema


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Inversor FV de 1 KVA

Ajustes, Pruebas Piloto yDesarrollo de Interfaz Gráfica

Inversor FV de 1 KVAPrototipo ElectrónicoIndustrial

• Desarrollo del gabinete

• Pruebas en campo y certificación

EstadoActual

AvancePendiente

PrototipoIndustrial

ProductoComercial

Rumbo alPrototipo

comercial

Licenciar la tecnologíadesarrollada

IIE

Empresa

Evolución del Inversor Fotovoltaico Espiga I


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Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)

[email protected]

sistemas fotovoltaicos conectados a red en méxico.pdf

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