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ESTUDIO SOBRE LA UTILIZACION DE LA ENERGIA
SOLAR FOTOVOLTAICA EN HOGARES RURALES DE
VENEZUELA
Fausto Posso
ULA-Venezuela
mail: [email protected]
LA CASA ALEMANA
Caracas, Febrero 2011
Juan Herranz
UNED-España
mail: [email protected]
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
Se basa en la
captación de la
energía solar y
su
transformación
en energía
eléctrica por
medio de
celdas
fotovoltaicas
PROPOSITO PRINCIPAL
HACER UN ESTUDIO TÉCNICO Y ECONÓMICO SOBRE LA UTILIZACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO EN HOGARES RURALES DE VENEZUELA
......mediante……..
SIMULACION DEL SISTEMA FV PROPUESTO MEDIANTE LA AYUDA COMPUTACIONAL HOMER
.......obteniéndose como resultado principal……..
EL TAMAÑO DEL SISTEMA FV QUE HACE MINIMO EL COSTO DE LA ENERGIA ELECTRICA GENERADA POR DICHO SISTEMA
EL CONTEXTO
Los sistemas energéticos basados en ER están siendo usados cada vez con mayor frecuencia en medios rurales de países en desarrollo con el fin de satisfacer sus necesidades de energía
La energía solar, fotovoltaica y térmica, la eólica y la minihidro son los tipos de ER con claras perspectivas de aprovechamiento masivo en el medio rural
APLICACIONES EN EL MEDIO RURAL
Hogares, escuelas, medicaturas: electricidad, iluminación,
refrigeración y ACS
Sistemas de riego
Cercas eléctricas
1
Potabilización y desalinización
Comunicaciones
2 EL SISTEMA ENERGETICO DE VENEZUELA
PRODUCCION DE ENERGIA PRIMARIA. AÑO 2006
72%
15%
2%
10%1%
Petroleo
Gas
Leña
Hidro
Orimulsión
46%
9%
5% 1%
39%
Industrial
Residencial
Transporte
Servicios
Otros
CONSUMO DE ENERGIA PRIMARIA POR SECTOR
Fuente: CAVEINEL
INDICADORES SECTOR ELECTRICO
Capacidad Instalada 22.401 GW
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
T. vapor T. gas Diesel Hidro
Fuente: CAVEINEL
27%
16%
41%
16%
Residencial
Comercio
Industrial
Otros
CONSUMO DE ELECTRICIDAD POR SECTORES DE LA ECONOMIA
Total Consumo: 81.790 GWh
Fuente: CAVEINEL
Consumo/Hab. = 2.956 kWh/año
Con. Res./Cliente Res.= 2.626 kWh/año
Cobertura de electricidad: 97 %
OTROS INDICADORES
.......sin embargo.......
ALREDEDOR DE 200.000 FAMILIAS UBICADAS EN REGIONES RURALES DEL PAIS NO DISPONEN DE SERVICIOS DE ELECTRICIDAD
TAMBIEN HAY PUESTOS FRONTERIZOS QUE REQUIEREN SISTEMAS DE ENERGIA PERMAMENTES Y CONFIABLES
ZONAS SUBURBANAS CON BAJA CALIDAD DEL SERVICIO ELECTRICO
3 EL ESTUDIO
EL METODO Modelado y simulación de los aspectos técnicos y económicos de la operación del sistema en estudio
LA HERRAMIENTA
Modelo de optimización desarrollado por NREL para diseñar
sistemas de energía conectados o no a la red
Obtiene la combinación de componentes de menor costo que
satisfacen las cargas eléctricas y térmicas
Disponible en forma gratuita en el sitio: www.nrel.gov/homer
Hybrid Optimization Model for
Electric Renewables
LAS VARIABLES DE ENTRADA DEL MODELO
La Demanda de Electricidad
Fuente: Elaboración propia
SE ASUME QUE ESTE CONSUMO ES IGUAL EN TODOS LOS DIAS DEL AÑO
1
3 Radiación Solar
Se debe conocer en forma más o menos precisa su valor para el sitio donde
se va a instalar el sistema FV. Se usan por lo general mapas solares
Métodos de Estimación
1. Estaciones meteorológicas
Utilización directa
Interpolación
VALORES DE
RADIACIÓN SOLAR
COMUNES EN
VENEZUELA
4 - 6 kWh/m2 día
INTERVALO A CONSIDERAR EN ESTE ESTUDIO
San Cristóbal
A PARTIR DE LA LONGITUD Y LATITUD DE UN SITIO, HOMER OBTIENE LOS
NIVELES DE RADIACION
3. Modelos de tratamiento de imágenes de satélite
EJEMPLO
LA ARQUITECTURA DEL SISTEMA FV
COMPONENTES
1. Paneles FV
2. Banco de baterías
de Plomo-Acido
3. Convertidor
4. Carga primaria
5. Bus en DC (24 V)
6. Regulador de
carga (integrado a
la batería)
VARIABLES DE ENTRADA ECONOMICAS
Interés Anual
Tiempo de vida
Costos de Inversión, de Reemplazo y de O&M
a. Paneles FV http://www.solarbuzz.com/ModulePrices.htm
PARA CADA UNO DE LOS VALORES DE RADIACIÓN, HOMER ANALIZA TODAS LAS COMBINACIONES POSIBLES DE COMPONENTES Y DE ELLAS SELECCIONA LAS TECNICAMENTE FACTIBLES
Por
ejemplo,
para una
radiación
4,5
kWh/m2dia
1
2 PARA CADA UNO DE LOS VALORES DE RADIACIÓN, HOMER SELECCIONA DE TODAS LAS COMBINACIONES TECNICAMENTE FACTIBLES, LA OPCION MÁS VIABLE ECONÓMICAMENTE
MENOR COSTO DE LA ENERGIA GENERADA, COE
y = 1,7651e-0,1232x
R2 = 0,9905
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
Rd (kWh/m2d)
CO
E (
$/kW
h)
VARIACION DEL COE CON LA RADIACION
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1,1 1,2 1,3 1,4
CI (kW)
EG
(kW
h/a
ño
)
0
5
10
15
20
25
30
EE
x (
%)
ENERGIA GENERADA Y ELECTRICIDAD EN EXCESO VS. CAPACIDAD INSTALADA
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
COE ($/kWh)
4 4,5 5 5,5 6
Rd (kWh/m2d)
12%
4%
EFECTO DE LA TASA DE INTERES EN EL COSTO DE LA ELECTRICIDAD GENERADA
COSTO PARA UN SISTEMA ESPECIFICO
* Rd = 4,0 kWh/m2d * CI: 1,2 kW
Costo Total= 8.244 $
Costo Unitario= 6,87 $/Wp
56.4 %
39,1 % 4,5 %
Efectos ambientales
EFECTOS DE LA UTILIZACION DEL SISTEMA FV
Diesel: 685 kg CO2/hogarBiomasa: 790 kg CO2/hogarCarbón: 1398 kg CO2/hogar
Si se extendiese su uso
a todos los hogares
rurales sin electricidad
se evitarían emitir 125.000 ton de CO2 en un año
Según este estudio
Año
2008
184 MM Tm CO2
6,97 Tm CO2/hab.
Venezuela es el primer país en América Latina en emisiones por habitante
...y creciendo.....
En forma general
Efectos socio-económicos
Por cada kW de FV instalado se generan entre 2-3 puestos de trabajo
Mejora en la calidad de vida y en el bienestar de la población
RESULTADO PRINCIPAL
COE = 0,902 $/kWh
Una comunidad hipotética formada por 200 familias, una
escuela y un dispensario básico
Consumo promedio diario: 138 Wh/hogarPotencia Pico: 130 WRd promedio: 5,4 kWh/m2d
ESTUDIOS SIMILARES
COE = 1,00 $/kWhVenezuela
CONCLUSIONES
Se ha estudiado la viabilidad de la utilización de un Sistema FV autónomo para
cubrir las necesidades de electricidad de hogares rurales de Venezuela
La aplicación utilizada, HOMER, selecciona la mejor combinación de los
componentes del Sistema FV para obtener un costo mínimo de generación de
electricidad FV
El costo de la electricidad generada disminuye a medida que aumenta el
nivel de radiación solar y es sumamente sensible a la tasa de interés
utilizada en el análisis del ciclo de vida.
En términos económicos, la opción de electricidad FV no puede competir con
la opción tradicional de electricidad fósil. Sin embargo, cualquier estudio de
energización rural doméstica no puede basarse exclusivamente en costos,
sino considerar también los beneficios sociales, ambientales, culturales y, en
definitiva, de mejora en la calidad de vida que derivan de la implantación de
este tipo de sistemas energéticos en el medio rural de Venezuela y de
cualquier país de Latinoamérica.
Los paneles FV tiene el mayor peso en la estructura de costos del sistema FV