1. Resumen. Tipos de sistemas de seguimiento y fiabilidad con enfoque en LATAM White paper, marzo de 2018

Transcripción

1 1. Resumen El uso de seguidores solares en proyectos fotovoltaicos de gran escala está experimentado un rápido crecimiento en cada vez más países de todo el mundo. Según el informe de GTM Cuotas de mercado y envíos mundiales de seguidores fotovoltaicos 2018 (Global Solar PV Tracker Market Shares and Shipments 2018), los envíos mundiales de seguidores crecieron un 44 % en Tipos de sistemas de seguimiento y fiabilidad con enfoque en LATAM White paper, marzo de 2018 GTM Research también afirma que los de América Latina fueron los mayores mercados de seguidores solares seguidos por Estados Unidos. De hecho, GTM espera que el % de todos los proyectos fotovoltaicos a gran escala que se lleven a cabo en LatAm durante 2018 usen seguidores solares. Si bien hay varios tipos de seguidores solares, son dos los predominantes: arquitectura impulsada de forma central (centralizada) y arquitectura individual impulsada por filas (descentralizada). Una arquitectura centralizada consiste en un sistema impulsado por un solo motor que vincula una línea motriz rotativa a varias filas de seguimiento. En una arquitectura descentralizada, cada fila funciona como una unidad autónoma que cuenta con un panel fotovoltaico, una batería, un motor y otros componentes del sistema de seguimiento. La consultora independiente TÜV Rheinland PTL (TÜV) publicó recientemente un informe sobre el análisis económico y de riesgo de estas dos arquitecturas de seguimiento y concluyó lo siguiente: Los costos de operación y mantenimiento (O & M) generados durante la vida útil de la planta de energía fotovoltaica fueron menores en el caso del sistema de seguimiento centralizado. Debido a que los costos de O & M fueron menores, un proyecto solar a gran escala que use un sistema centralizado tendrá un menor costo nivelado de electricidad (LCOE) y un mayor valor actual neto (VAN) durante la vida de la planta. El estudio ha analizado componentes robustos y con un diseño estructural sólido. No obstante, el sistema centralizado presenta mayor resistencia frente a vientos fuertes, un aspecto importante en regiones que pueden experimentar ráfagas repentinas de viento o fuertes vientos sostenidos durante un período de tiempo más largo.

2 2. Contexto Es indudable que está aumentando el convencimiento de que los sistemas de seguimiento generan retornos favorables sobre la inversión, por lo que se prevé que entre el 70 y el 80 % de las plantas fotovoltaicas fuera de China incorporen seguidores en El aumento en el uso de los seguidores ha estado impulsado y lo seguirá estando por el crecimiento de la fotovoltaica en regiones con altos niveles de irradiación solar como Chile, Brasil, Argentina y México. Australia, parte de Estados Unidos y en toda la región MENA también se consideran regiones ideales para el uso de seguidores. Resumen de datos clave Los seguidores de un solo eje representan más del 95 % de la cuota de mercado de seguidores. El uso de sistemas de seguimiento está creciendo rápidamente, y se prevé que un % de las grandes plantas fuera de China usen seguidores en TÜV Rheinland calculó que el LCOE de una planta de 100 MW que usa seguidores centralizados era de 2,75 centavos de dólar / kwh, en comparación con 2,94 centavos / kwh para el sistema descentralizado, o un 6,7 % menos. El VAN de una planta de 100 MW que utiliza seguidores centralizados fue 2,36 millones de dólares superior al de la planta que usa seguidores descentralizados, según el análisis de TÜV Rheinland. Según TÜV Rheinland, a lo largo de los 30 años de vida útil de la planta, el uso de un seguidor centralizado supone un ahorro de LCOE de 12,41 millones de dólares. El rápido crecimiento del uso de sistemas de seguimiento en las plantas fotovoltaicas en LatAm en 2018 ha provocado que los fabricantes de seguidores de Europa y Estados Unidos comiencen a operar en la región. GTM Research aconseja a los promotores de proyectos que seleccionen cuidadosamente el sistema de seguimiento para sus plantas. No existe un seguidor universal y la solución adecuada a cada caso depende de la pendiente del terreno, la composición del suelo, la presencia de polvo y suciedad y muchos otros factores, escribe GTM en su último análisis de mercado. Es responsabilidad de los fabricantes de seguidores asegurarse de que sus productos resultan adecuados para un proyecto determinado; mientras que los promotores deben asegurarse de haber consultado a suficientes fabricantes para saber cuál tiene la mejor solución para su proyecto. Dada la creciente importancia que tiene los sistemas de seguimiento en las grandes plantas fotovoltaicas, TÜV Rheinland ha analizado la ingeniería, el diseño y el funcionamiento de un sistema de seguimiento centralizado y otro descentralizado. TÜV Rheinland llevó a cabo un estudio exhaustivo de ambos sistemas, sus componentes, diseño y capacidad para soportar las condiciones ambientales típicas de las plantas fotovoltaicas, incluidas tormentas, vientos fuertes sostenidos y la exposición a grandes variaciones de temperatura. Después, los ingenieros de TÜV Rheinland realizaron un análisis modal de fallos y efectos de los componentes críticos de cada sistema de seguimiento. La etapa final de la investigación fue el desarrollo de un riguroso modelo para calcular los costos operativos de cada sistema durante la vida útil de una planta solar y su impacto en el costo nivelado de electricidad (LCOE) y un el valor actual neto (VAN) de una planta fotovoltaica. TÜV Rheinland descubrió que el sistema de seguimiento centralizado era capaz de soportar altas cargas de viento durante largos períodos de tiempo. Además, encontró que los componentes electrónicos utilizados en la unidad de control del sistema centralizado eran de uso comercial y no tenían propiedad industrial (no estaban patentados), lo que los hace fácilmente reemplazables en el improbable caso de futuros fallos. También encontró que las baterías utilizadas en el sistema descentralizado podrían tener que reemplazarse varias veces durante la vida útil de la planta. Tras aplicar estas ventajas a una planta fotovoltaica modelo para la que se han calculado los costos de operación durante su vida útil, TÜV Rheinland

3 determinó que la principal diferencia entre los dos tipos de sistemas de seguimiento radica en los gastos O & M fijos y variables. En el caso de una planta de 100 MW, el estudio concluyó que el sistema de seguimiento centralizado genera ventajas de costos significativas, pues supone un ahorro de más de 12,5 millones de dólares a lo largo de la vida útil de la planta frente a la alternativa descentralizada. Extrapolado a términos de LCOE y VAN, el seguidor centralizado presenta una ventaja del 6,7 % y 4,5 % respectivamente. Introducción a los sistemas de seguimiento Los sistemas de seguimiento pueden clasificarse en tres grupos distintos: en doble eje, centralizados en un eje y descentralizados en un eje, los dos últimos a veces etiquetados como centralizados y distribuidos. En el mercado fotovoltaico actual, los seguidores en un solo eje representa más del 95 % de todos los sistemas de seguimiento debido a su menor coste de capital y su mayor fiabilidad. Dentro del seguimiento en un solo eje, los términos centralizado o descentralizado se refieren a la configuración del actuador, el método por el cual los módulos giran para seguir al sol. Los diseños centralizados utilizan un solo accionamiento o motor para una gran cantidad de módulos dispuestos en múltiples filas, desde 100 kw hasta 1 MW. Un varillaje de contrafase o un eje impulsor transmiten la fuerza del motor a través de las filas de módulos, lo que les permite moverse como si fueran una unidad gracias a un motor y sensor únicos. Con este diseño se reducen los equipos de control y los costos de instalación. Además, presenta un mayor grado de fiabilidad gracias a que los componentes, que pueden resistir los entornos operativos más duros, se fabrican a gran escala y se pueden encontrar con facilidad en todas partes. Los sistemas de seguimiento en un eje descentralizados o distribuidos utilizan un mecanismo o motor en cada fila de módulos, aproximadamente kw. Como tales, no requieren enlaces mecánicos entre filas de módulos. Los seguidores descentralizados tienen una ventaja sobre los seguidores centralizados más antiguos cuando se utilizan en terrenos no uniformes, en particular los que utilizan un actuador de contrafase. Sin embargo, los sistemas centralizados con una línea de transmisión giratoria articulada son extrema damente flexibles y pueden utilizarse en terrenos accidentados o irregulares con poca preparación del suelo. Los diseños descentralizados tienen un número mayor de motores, controles y sensores, por lo que también es más fácil que algún mecanismo falle. Además, pueden requerir el uso de baterías, microinversores y minimódulos solares, lo cual hace que la instalación sea más compleja, disminuye la fiabilidad y aumenta en gran medida los costes de mantenimiento.

4 La ventaja del seguimiento Está demostrado que los seguidores solares aumentan la producción de energía fotovoltaica a gran escala. Las filas de módulos rotan para optimizar la exposición al sol durante todo el día, incluso a primera hora de la mañana y a última hora de la tarde. Esto provoca que el perfil de producción de electricidad de la planta fotovoltaica sea más uniforme a lo largo del día y se genere energía durante los períodos en los que hay una gran demanda de electricidad. Curva de producción de energía Seguimiento Inclinación fija Pico de demanda en la tarde Mediodía Crecimiento de los mercados de seguidores La expansión de los mercados solares en partes del mundo con altos niveles de irradiación solar está provocando que el mercado de seguidores solares aumente su cuota de mercado en grandes plantas frente a los sistemas de montaje de inclinación fija. El beneficio económico de usar un sistema de seguimiento solar es mayor en áreas de alta irradiación, lo que corresponde a mercados fotovoltaicos de rápido crecimiento que incluyen las regiones de América Latina, MENA y APAC Instalaciones de seguidores FV / MWdc África Subsahariana América del Norte MENAT América Latina Europa APAC Porcentaje de seguidores montados sobre suelo Fuente: GTM Research Montaje sobre suelo con seguidores 100% 80% 60% 40% 20% E 2017E 2018E 2019E 2020E 2021E 0%

5 3. Desafíos de América Latina América Latina es uno de los mercados de seguidores solares más competitivo, ya que cuenta con la presencia de fabricantes europeos y estadounidenses. Sin embargo, no todos los sistemas de seguimiento resultan adecuados para los diferentes climas y terrenos de América Latina. México Si bien México ofrece irradiación solar durante todo el año, estas buenas condiciones conllevan ciertos riesgos si no se usan los seguidores adecuados. Los riesgos más importantes en la región son los huracanes, que se dan con más frecuencia en la costa este, en el área del Golfo, y con menos frecuencia en la costa oeste a lo largo del Pacífico. La principal característica de los huracanes es la extrema fuerza de viento. No es nada raro encontrar vientos constantes de más de 200 km/h que pueden causar daños irreversibles en las instalaciones fotovoltaicas. Por lo tanto, se requieren arquitecturas de seguidores robustas y duraderas, diseñadas específicamente para mitigar los efectos de los fuertes vientos. En ciertas partes de México, los huracanes no son un evento meteorológico extraordinario que ocurra una vez cada década, sino que pueden ser algo común entre junio y noviembre. En promedio, el huracán azota el país hasta siete veces cada temporada. Además, los huracanes causan fuertes precipitaciones que, en combinación con los fuertes vientos, pueden provocar inundaciones en ciertas áreas. Algunos equipos electrónicos delicados como las CPU y los sensores no están diseñados generalmente para soportar la inmersión en agua salada o la corrosión provocada por la arena de la playa. La península de Baja California al noroeste de México cuenta con la radiación solar más alta del país. El clima árido y su ubicación sur significan que la radiación de alta intensidad rara vez se ve interrumpida por la nubosidad, y mucho menos por la lluvia. El clima árido se acompaña de fuertes vientos periódicos que azotan grandes cantidades de partículas de arena fina que pueden penetrar en componentes electrónicos delicados. Esto puede provocar daños y tiene el riesgo de generar un fallo prematuro del sistema de seguimiento. En la parte oriental de México, los altos niveles de humedad pueden causar fallos en los sensores y la CPU debido a la entrada de agua. Además, las altas temperaturas de la región pueden disminuir la vida útil de la batería, lo que aumenta los costes de operación y mantenimiento de los sistemas de seguimiento que requieren baterías de almacenamiento.

6 Argentina Argentina se extiende desde las regiones subtropicales cercanas al Ecuador en el norte hasta las regiones subantárticas de la Patagonia, y, debido a su gran tamaño, reúne una multitud de condiciones climáticas y propiedades geográficas que afectan al rendimiento de un seguidor. Por esta razón, el uso de sistemas de seguimiento generalmente se limita a las regiones del Chaco, al norte, y al noroeste. El clima de la provincia del Chaco se caracteriza por veranos húmedos e inviernos secos. Si bien la precipitación total es relativamente alta para la latitud, hay regiones dentro del Chaco que son mucho más secas, lo que provoca un cambio en la vegetación que pasa de ser selvática a arbustos bajos. Lo más notable, sin embargo, son los duros cambios de temperatura a los que se somete el seguidor. Las temperaturas durante el verano pueden alcanzar los 49 C y las fuertes heladas del invierno está por debajo de 6 C. Un rango de temperatura tan amplio requiere un equipo de seguimiento robusto para reducir la posibilidad de fallos. Las baterías que operan con diferenciales de temperatura tan extremos se degradarán rápidamente, lo que requerirá un reemplazo más frecuente y aumentará el coste de su vida útil. En el noroeste, las altas temperaturas de verano y las heladas del invierno se acompañan de fuertes vientos que causan daños significativos a los cultivos. Especialmente en las montañas, el Zonda (viento que se origina en la Antártida) puede alcanzar ráfagas de hasta 200 km/h. Chile Debido a los altos niveles de irradiación solar en la región del Desierto de Atacama, los sistemas de seguimiento son muy comunes en este entorno único. Se sabe que el desierto es el lugar más seco de la tierra, por lo que la generación solar no se ve obstaculizada por la nubosidad o incluso por la leve humedad atmosférica. Si bien estos son factores beneficiosos, las temperaturas extremadamente bajas debido a la gran altitud del terreno hacen que los equipos deban resistir heladas durante todo el año. 4. Ingeniería, diseño y operación Debido a la amplia gama de desafíos climáticos a los que se enfrentan los sistemas de seguimiento en la región de LatAm, los resultados del informe de TÜV Rheinland que analiza el diseño, los componentes y las ventajas operativas de los sistemas de seguimiento centralizados son de gran importancia. Para dicho informe, TÜV Rheinland realizó un análisis pormenorizado de más de 35 componentes y características del sistema tanto de seguidores centralizados como descentralizados. Evaluó componentes clave que incluyen soportes de módulos, motores, cojinetes, estructuras de actuadores, mecanismos de actuadores y sistemas de control electrónico.

7 Si bien el informe arrojó una serie de resultados favorables sobre los componentes individuales y el diseño del sistema centralizado, destacó cuatro hallazgos clave: 1. El número de posibles puntos de fallo en los sistemas descentralizados fue mucho mayor que en los centralizados. Los posibles puntos de fallo incluyen componentes eléctricos y mecánicos. Tomados en conjunto, supusieron la razón principal por la cual el informe de TÜV concluyó que los costes de mantenimiento no programados asociados con los sistemas descentralizados eran muy superiores a los relacionados con sistemas centralizados. 2. Cuando se enfrenta a altas cargas de viento, el seguidor central estudiado tiene un diseño de dispersión de carga estructuralmente robusto y una estrategia de mitigación de viento alta, lo que reduce el riesgo para la propia estructura de seguimiento y los módulos fotovoltaicos. 3. El sistema centralizado utiliza componentes de uso comercial, no patentados y fácilmente disponibles para sus motores y hardware de control electrónico. Por lo tanto, los componentes electrónicos que pueden ser fácilmente reemplazados en el improbable caso de fallo. 4. El seguidor centralizado no necesita baterías, que reducen su funcionalidad si se someten a altas temperaturas (más de 40 C) y pueden dañarse físicamente cuando se cargan a temperaturas inferiores a 0 C o superiores a 50 C. TÜV Rheinland también descubrió que, aunque el fabricante especificaba una vida útil de diez años para las baterías, el reemplazo se produjo con mayor frecuencia en un sitio inspeccionado. Partiendo de este hecho, TÜV Rheinland sugirió que se redujese a siete años la vida útil prevista para las baterías en el campo. El sistema centralizado no usa baterías y, por lo tanto, tiene cero coste de reemplazo de la batería durante la vida útil de la instalación fotovoltaica. Centralizado Descentralizado Ahorro de centralizado vs. descentralizado Costos de overnight $ $ O & M fijo $ $ $ O & M variable $ $ $ Costo nivelado de electricidad (LCOE) $ $ $ Valor actual neto (VAN) $ $ $

8 5. Implicaciones financieras Una de las mediciones más comúnmente utilizadas por los inversores para evaluar la viabilidad económica de las inversiones en tecnologías de generación de energía es el costo nivelado de electricidad de un proyecto (LCOE). El LCOE es una métrica que combina los costos de overnight (OCC) El análisis económico se basa en el supuesto general de un sistema de 100 MW con una vida útil de 30 años a una tasa de descuento del 10 %. Los costos de las diferentes tecnologías de seguimiento se basan en las siguientes cifras: Si bien los dos sistemas de seguimiento muestran un rendimiento similar y costos comparables para la instalación del sistema, la principal diferencia entre ellos radica en los gastos de O & M fijos y variables. El sistema centralizado evaluado ofrece importantes ventajas de costos con ahorros de más de 12,5 millones de dólares durante la vida útil en comparación con el sistema descentralizado evaluado. Ambas tecnologías cuentan con un caso de negocio viable demostrado y se pueden instalar de forma rentable con valores reales positivos. Sin embargo, la arquitectura centralizada evaluada es más ventajosa, ya que ofrece un LCOE un 6,7 % más bajo y una ventaja del VAN del 4,5 %. La ventaja del costo operativo de los sistemas centralizados se debe principalmente a que el diseño de planta es más robusto y los requisitos de mantenimiento para los componentes de los seguidores son mínimos comparativamente hablando. Los sistemas descentralizados utilizan una gran cantidad de componentes, lo que aumenta el riesgo de fallo del sistema. En consecuencia, los gastos de inspección y suministro de esos componentes claramente superan cualquier ventaja potencial de los sistemas descentralizados. En el caso de condiciones climáticas extremas que pueden ocurrir en toda América Latina, como temperaturas muy altas o bajas o grandes cargas de viento, la vulnerabilidad de los sistemas descentralizados aumenta y la ventaja de costos de los sistemas centralizados es aún mayor. Copyright / Contactos Oficinas centrales Array Technologies, Inc Midway Place NE Albuquerque, NM EE. UU. Para obtener más información, escriba a info@arraytechinc.com El riesgo que suponen los sistemas descentralizados se agrava aún más en caso de quiebra del proveedor. Mientras que los componentes de los sistemas centralizados pueden ser reemplazados con repuestos industriales, el sistema descentralizado requeriría un rediseño de todo el sistema de control de los sistemas patentados en caso de que el seguidor hubiese dejado de fabricarse. En conclusión, los sistemas de seguimiento centralizados objeto del estudio no solo ofrecen indicadores financieros más prometedores, sino que también presentan una mayor capacidad de recuperación frente a factores externos inciertos. Ante las dos opciones descritas en el estudio, un inversor debería ser más propenso a elegir el proyecto con un perfil de riesgo más beneficioso y mayor rendimiento potencial para maximizar la seguridad de la inversión Array Technologies, Inc REV 1.0