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APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA COMO OPCIÓN PARA GENERACIÓN

Asociación Colombiana de Ingenieros 1

FOTOVOLTAICA COMO OPCIÓN PARA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN COLOMBIA

Ing. Johann Hernández Mora Msc. Ph.D (c)

Contenido

Estado del arte energías renovables

Funcionamiento de una Celda Solar

Energía solar


Tipos de sistemas fotovoltaicos

Sistemas fotovoltaicos interconectados

Generación distribuida

Perspectivas para Colombia

Producción de energía mundial - 2008

Asociación Colombiana de Ingenieros 3REN21 Renewables 2010 Global Status Report

Biomasa Tradicional: especialmente para cocción y calefacción.

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA MUNDIAL - 2008

Producción y capacidad energética 2008-2009

3%

Otras renovables

CAPACIDAD DE POTENCIA NUEVA

INSTALADA MUNDIALMENTE - 2008


“Otras renovables”: pequeña hidroeléctrica,

biomasa moderna, eólica, solar, geotérmica y

biocombustibles. REN21 Renewables 2010 Global Status Report

69%

13%

15%

COMBUSTIBLES

FÓSILES

3%

Generación

Hidríca

Nuclear

Capacidad de potencia instalada 2008


Pequeña hidro: <10 MWREN21 Renewables 2010 Global Status Report

Promedio de crecimiento anual de lacapacidad entre finales de 2004 y 2009


Inversión mundial en investigación en energías renovables

y

96

112

128

144

160


x

16

32

48

64

80

0

2004 2005 2006 2007 2008 2009

Capacidad mundial de potencia solar fotovoltaica 1995 – 2009

GIG

AV

AT

IOS


GIG

AV

AT

IOS

Capacidad mundial de potencia solar fotovoltaica 2009

47%

2%

Alemania

Corea del Sur


16%

13% 7%

6%

5%

4%

Japón

España

Otros paises

de la Unión

Europea

Estados Unidos

Italia

Otros Paises

Competitividad de los costos de las energías renovables


Costo del Wp vs capacidad de producción de módulos




Energía solar

Contenido






Funcionamiento de una celda solar

1. Generación de portadores

de carga.

2. Separación de los

portadores en la ZCE.


3. Transporte de estos

portadores hasta los

contactos eléctricos.

4. Circulación de una

corriente fotogenerada Iph

a través de una resistencia

de carga.

4. Factor de llenado (FF)

Característica I-V

Parámetros importantes:

1. Corriente de corto-circuito

2. Voltaje de circuito abierto

3. Eficiencia del dispositivo

PVI


ocscocsc

mm

VI

P

VI

VIFF max==

in

ocsc

in

mm

P

VIFF

P

VI ..==η

Módulo Fotovoltaico

Un módulo FV está conformado por un conjunto de

celdas interconectadas entre sí. Estas se encapsulan

dentro de una caja con marco de aluminio


Generador Fotovoltaico

• El generador FV está constituido por varios módulos

interconectados en serie y/o paralelo.

• La potencia pico del generador PpG viene dada por el

producto de la potencia pico del módulo PpM por el número

total de módulos NT


total de módulos NT

TpMpG N P P ∗=



Energía solar

Contenido






Energía Solar

Energía primaria: (Energía solar)

•Energía radiante proveniente del sol y recibida en la tierra en


•Energía radiante proveniente del sol y recibida en la tierra en

forma de ondas electromagnéticas: 1.7 x 1014 Kw

• Inagotable y limpia: energía verde.

• Varía diariamente, estacionalmente durante el año, y es afectada

por variaciones meteorológicas, fuera del control del hombre

ENERGÍA SOLAR

Sistema Fotovoltaico Sistema Térmico


•Irradiancia: (o radiación)

Es el flujo de energía recibido sobre una superficie por unidad de

área y de tiempo. [W/m2]

Energía Solar


área y de tiempo. [W/m ]

• Irradiancia solar extraterrestre:

• Irradiancia solar estándar sobre la superficie:

1360 W/m2

1000 W/m2

Efectos horarios y meteorológicos

Energía Solar

800

900

1000

1100

1200

Radiación del 10 de Junio de 2010


Día de baja nubosidadDía de alta nubosidad

0

100

200

300

400

500

600

700

05:0006:0007:0008:0009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00

Hora del Día

Efectos estacionales:

21 Diciembre21 Junio

21 Marzo

21 Septiembre

Energía Solar


23.5o23.5°

Posición aparente del sol al mediodía en un lugar del Ecuador en cuatro fechas diferentes

Horas de sol estándar: HSS (Kwh/m2)

HSSEnero 4.26Febrero 4.54Marzo 3.54Abril 3.01

Energía Solar


Radiación promedio (en HSS), sobre

el techo del departamento de

Física, UN Bogotá.

Abril 3.01Mayo 3.08Junio 3.26Julio 3.48Agosto 3.53Septiembre 3.65Octubre 3.30Noviembre 3.33Diciembre 3.67PROMEDIO 3.55



Energía solar

Contenido






Sistemas fotovoltaicos autónomos (SFVA)


Sistemas fotovoltaicos autónomos (SFVA)

• Electrificación Rural (Viviendas aisladas, Refugios de montaña)

• Aplicaciones Agrícolas (Bombeo, Riego, Control invernaderos)

• Comunicaciones (Repetidoras, Radioteléfono, Telemetría)

• Aplicaciones ganaderas (Electrificación de cercas, Refrigeración de leche,


• Aplicaciones ganaderas (Electrificación de cercas, Refrigeración de leche, Iluminación de establos)

• Señalización y toma de datos (Estaciones meteorológicas, Protección sísmica, Faros y boyas de navegación, Señalización de autopistas, Plataformas petrolíferas, etc..)

• Aplicación Militar

• Protección Catódica (Puentes, Gasoductos, Oleoductos)

• Aplicaciones Espaciales

Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica (SFVCR)



CASO 1

CASO 2

CASO 2


CONSUMO = GENERACIÓN

CONSUMO > GENERACIÓN

CONSUMO < GENERACIÓN

Sistemas fotovoltaicos híbridos

A los sistemas solares fotovoltaicos

se le pueden añadir motores

generadores convencionales,

generadores eólicos, pequeñas


generadores eólicos, pequeñas

centrales mini hidráulicas y cualquier

otra fuente de energía, para

satisfacer la demanda aprovechando

en conjunto todos los recursos

renovables de una zona.



Energía solar

Contenido







CENTRALES DE GRAN CAPACIDAD DE GENERACIÓN

SISTEMAS FV INTEGRADOS EN EDIFICIOS (BIPVS)


Dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos interconectados

TENDENCIAS DE DISEÑO

1. Con qué instalación cubriría mi consumo eléctrico

anual?


anual?

2. Con qué instalación cubriría el costo de

mi consumo eléctrico anual?


GENERADOR FV

Carga definida Potencia del

Generador


Radiación solar en la

localidad (HSS)

Carga definida

por el usuario (kWh) Generador


INVERSOR

Características

• Sincronización e interconexión automática

con la red


con la red

• Todo en un diseño

• Uso de diferentes tipos de tecnología PV

• Seguidor del punto de máxima potencia

• Alta eficiencia y larga vida

• Expansión

• Normas de seguridad



Energía solar

Contenido







Definición del IEEE:"Generación Distribuida es la producción de electricidad con instalaciones que sonsuficientemente pequeñas en relación con las grandes centrales de generación, deforma que se puedan conectar casi en cualquier punto de un sistema eléctrico. Es unsubconjunto de recursos distribuidos".



Aplicación Descripción

Carga baseLa tecnología de GD se utiliza para cubrir parte de la demanda en base de

de electricidad de la red

La tecnología de GD se utiliza para cubrir parte de la demanda en base de electricidad. El equipo está funcionando permanentemente y reduce el consumo de electricidad de la red

Cobertura de picos de demanda La GD se usa para alisar picos de demanda eléctrica


Cogeneración Se produce calor/frío además de producir electricidad

BackupAplicación de stand-by que asegura el suministro de electricidad de forma

suministro

Aplicación de stand-by que asegura el suministro de electricidad de forma ininterrumpida. Funciona únicamente cuando se produce un corte en el suministro

Calidad de Suministro

Si la calidad del suministro está por debajo de las necesidades del cliente, esta aplicación proporciona la calidad requerida, eliminando fluctuaciones

Soporte a la Distribución

Las distribuidoras o los grandes clientes utilizan esta aplicación para evitar y resolver congestiones en la red de distribución


En otras palabras, es generar la energía eléctrica lo más cerca posible al lugardel consumo, precisamente como se hacía en los albores de la industriaeléctrica, incorporando ahora las ventajas de la tecnología moderna y elrespaldo eléctrico de la red del sistema eléctrico.


Ventajas:

Modularidad. El tamaño de los sistemas se diseña para satisfacerexactamente las necesidades del cliente.

Confiabilidad. La generación dentro de las instalaciones del clienteaumenta la confiabilidad del suministro.


Ventajas:•Perdidas. Se evita la transmisiónde energía a grandes distancias.•Contaminación. Se reducen losniveles de emisión decontaminantes (fuentes no


contaminantes (fuentes nocontaminantes)

Desventajas:•Frecuencia del sistema•Niveles de tensión•Esquemas de protección•La inversión inicial en $/kWes superior respecto de los esquemas degeneración centralizada

Retos en el tema de generación distribuida para sistemas FV:

Cambio de visión en los sistemas interconectados: El usuario final podrá entregar energía al sistema incluso en baja tensión.

Identificación de condiciones de interconexión para mantener condicionesdeconfiabilidaddelos sistemas.



confiabilidaddelos sistemas.

La energía generada por los SFVCR no es despachable por no ser 100% predecible.Esta incertidumbre no genera grandes inconvenientes cuando se trata de sólo unusuario. Cobra importancia a medida que crece el número de usuarios fotovoltaicos

Los estudios realizados usan generalmente simulaciones bajo condicionesambientales diferentes a las reales ya que no tienen en cuenta su rápida variación(por ejemplo días de alta nubosidad)



Energía solar

Contenido






Energía solar fotovoltaica en Colombia

En 1979: Comienza la utilización de SFV, cuando TELECOM consideró

su utilización para el programa de telecomunicaciones

rurales.


Década del 80: Mercado interno de SFV mas grande de Suramérica.

Tipos de mercado

• Mercado profesional: para equipos de telecomunicaciones, señalización,

adquisición y transmisión de datos

•Mercado de usuarios individuales: viviendas rurales para servicios domésticos

como iluminación, radio y T.V.


1,8 MWp correspondientes a alrededor de 28.000 SFV autónomos,

para uso en, viviendas, telecomunicaciones y estaciones

meteorológicas.

Hasta 1990:

En 1992:El Laboratorio Nacional de Energías Renovables de U.S.A (NREL),

instalò un SFV en el Centro de Salud Comunitario de Mosoco,


En 1992: instalò un SFV en el Centro de Salud Comunitario de Mosoco,

comunidad indígena Paéz, Tierradentro, Cauca.

En 1995: La OMS, la Organización Panamericana de la Salud y el gobierno de

Holanda instalaron en el Chocó cuatro SFV autónomos de 700 Wp

c/u para centros de salud rurales .

Julio de 2004:

La compañía Francesa Total Energie y el Ministerio de

Telecomunicaciones de Colombia planean instalar 54 sistemas

híbridos solar–diesel para centros comunitarios remotos

“Telecentros”, para beneficiar 18.000 personas con servicios de

telefonía, fax e Internet.


Prototipo de sistema solar autónomo instalado en la Universidad Nacional



Prototipo de sistema solar interconectado instalado en la Universidad Nacional

y sistema de monitoreo


Poligeneración 100Kw - SFV


Parque solar fotovoltaico


Normatividad en Colombia

El Congreso de Colombia expidió en Octubre del 2001 la ley 697, reglamentada por el decreto 3683

de 2003, con el propósito de fomentar el uso racional y eficiente de la energía, además de

promocionar el uso de energías alternativas. Esta ley faculta al Gobierno Colombiano, a través del

Ministerio de Minas y Energía para crear la infraestructura legal, técnica y financiera que permita el

desarrollo de proyectos concretos a corto, mediano y largo plazo. Con la expedición de esta ley,

comenzaron a desarrollarse proyectos de energía alterna como lo es el parque eólico de Jepirachi en

la Guajira, y el ya mencionado sistema interconectado a la red que se encuentra en el laboratorio de


materiales semiconductores de la Universidad Nacional.

Aun esta pendiente la definición del marco

regulatorio.

Gracias!

Asociación Colombiana de Ingenieros

Gracias!

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