Guía de Normas y Protocolos Técnicos para la Electrificación Rural con Energías Renovables

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1 Guía de Nrmas y Prtcls Técnics para la Electrificación Rural cn Energías Renvables

2 Guía de Nrmas y Prtcls Técnics para la Electrificación Rural cn Energías Renvables Pryect Acrónim Títul Siti web El Pryect DOSBE cuenta cn el apy de la Cmisión Eurpea EIE-O6-255 COOPENER DOSBE DESARROLLO DE OPERADORES ELÉCTRICOS PARA REDUCCIÓN DE LA POBREZA EN ECUADOR Y EL PERÚ Descarg de respnsabilidad: El cntenid de este dcument sl cmprmete a sus autres. La Cmisión Eurpea n es respnsable de la utilización que se pdría dar a la infrmación que figura en el mism.

3 Miguel A. Egid, María Camin Guía de Nrmas y Prtcls Técnics para la Electrificación Rural cn Energías Renvables. Institut de Energía Slar/ Universidad Plitécnica de Madrid p. ELECTRICIDAD/SERVICIOS PÚBLICOS/PROYECTOS DE DESARROLLO/ENERGÍA ELÉCTRICA/GUÍA/ZONAS RURALES/EQUIPO/ELECTRIFICACIÓN RURAL/PERU/MANUALES/CAPACITACIÓN/PARTICIPACIÓN SOCIAL UPM-IES, 2008 Avda Cmplutense,, , Madrid, España TTA, 2008 Trama TecnAmbiental Ripllés, , Barcelna, España Autr: Miguel A. Egid, María Camin Clabradres: Judith Gámez (TTA), Luís Arribas (CIEMAT) Revisión: Pl Arranz, (Trama TecnAmbiental)

4 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES Tabla de cntenid 1 Intrducción Tecnlgías renvables de generación eléctrica Sistemas aislads y centralizads Tecnlgía ftvltaica Prpiedades de la energía slar ftvltaica Descripción del sistema ftvltaic Tecnlgía micrhidráulica Sistemas dméstics individuales Micr y minihidráulica para uss prductivs y minirredes cmunales Tecnlgía eólica Sistemas híbrids para pblacines rurales aisladas Herramientas de diseñ de sistemas autónms cn energías renvables Aseguramient de la calidad técnica en instalacines autónmas Definicines preliminares Aspects relacinads cn la calidad La calidad en el cicl del pryect Esquema de aseguramient de calidad Estandarización y nrmalización Prcedimient de certificación Sistemas ftvltaics autónms Descripción de ls elements de un sistema ftvltaic autónm Especificacines para ls cmpnentes de un sistema ftvltaic autónm Nrmas técnicas internacinales para ls sistemas FV autónms Nrma Técnica Universal para Sistemas Ftvltaics Dméstics Prcedimients de medida de cmpnentes y sistema Prcedimients de medida en la recepción de sistemas Operación, mantenimient y evaluación Mnitrización de sistemas autónms Tips de mnitrización técnica para ls sistemas ftvltaics individuales Recmendacines generales para el diseñ de sistemas de mnitrización Sistemas eólics autónms Micrhidráulica Capacitación en energías renvables Aplicación de Mecanisms de Desarrll Limpi del Prtcl de Kit a pryects cn micr hidráulica, eólica y slar ANEXO 1: PROPUESTA DE GUÍAS DE CALIDAD PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS

5 DOSBE GLOSARIO ABNT CA CAN CATI CC CENELEC CMN COPANT HOMER Assciaçã Brasileira de Nrmas Técnicas Crriente Alterna Cmité Andin de Nrmalización Centr de Apy Tecnlógic a la Industria Crriente Cntinua Cmité Eurpéen de Nrmalisatin Electrtechnique - Cmité Eurpe de Nrmalización Electrtécnica Cmité Mercsur de Nrmalización Cmisión Panamericana de Nrmas Técnicas Hybrid Optimizatin Mdel fr Electric Renewables HYBRID Hybrid System Simulatin Mdel IBNORCA Institut Blivian de Nrmalización y Calidad IEA Internatinal Energy Agency - Agencia Internacinal de la Energía IEC Internatinal Electrtechnical Cmisión - Cmisión Electrtécnica Internacinal IEEE Institute f Electrical and Electrnics Engineers - Institut de Ingeniers Eléctrics y Electrónics IES Institut de Energía Slar INDECOPI Institut Nacinal de Defensa de la Cmpetencia y de la Prtección de la Prpiedad Intelectual INEN Institut Ecuatrian de Nrmalización IRAM Institut Argentin de Nrmalización y Certificación IREC Interstate Renewable Energy Cuncil ISO Internatinal Organizatin fr Standardizatin - Organización Internacinal para la Estandarización ISPQ Institute fr Sustainable Pwer Quality MDL Mecanisms de Desarrll Limpi NABCEP Nrth American Bard f Certified Energy Practitiners NRCAN Natural Resurces Canada NREL Natinal Renewable Energy Labratry PK Prtcl de Kit PVGAP Glbal Apprval Prgram fr Phtvltaics - Prgrama Glbal de Aprbación para la industria Ftvltaica TAQSOLRE Tackling the Quality in Slar Rural Electrificatin - Abrdand la Calidad en la Electrificación Slar Rural VIPOR The Village Pwer Optimizatin mdel fr electric Renewables 4

6 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES 1 Intrducción La electricidad es la frma más versátil de cnsumir energía: puede ser transprtada a grandes distancias desde el punt de prducción al de cnsum y a partir de ella es psible alimentar td tip de servicis; para ls equips eléctrics y electrónics, fundamentales para el desarrll tecnlógic, es imprescindible. Sin embarg, en el medi rural de ls países en desarrll y en muchas de sus znas periurbanas n hay acces a ella. En un marc eléctric liberalizad, en muchs cass, y uns recurss ecnómics limitads, en la mayría, la pblación rural n puede cstear la prlngación de las redes eléctricas la puesta en marcha de generadres lcales mediante estrategias cnvencinales para la peración de servicis eléctrics. Esta carencia viene acmpañada de tras: agua ptable, servicis sanitaris, telecmunicacines, educación y recurss ecnómics; la interdependencia de ests parámetrs es parte del prblema. El entrn rural se caracteriza pr ciert grad de inaccesibilidad -extrem en bastantes cmunidades-, distanciamient de ls centrs ecnómics y niveles bajs de cnsum pr habitante; td ell hace que sea pc rentable dtarl de servici eléctric. A la dificultad de dtar de servicis de cualquier naturaleza a las cmunidades rurales, se une la utilización de tecnlgías en plen desarrll, cm las que utilizan fuentes renvables para la generación de electricidad, en el cas de la electrificación rural. El resultad es que ls pryects de electrificación demandan un análisis previ cuidads. Pr tr lad, la variedad de pcines tecnlógicas es muy grande. También la ferta en cuant a cmpnentes es muy amplia, sin que en la mayr parte de ls cass haya estándar de referencia, pr l que decidir cuáles cumplen las cndicines que requiere el diseñ se trna cmplej. Ls prblemas más frecuentes en el panrama de la electrificación cn energías renvables sn: Aspects industriales Falta de cncimient sbre las peculiaridades de la electrificación rural. Empresas cmercializadras dedicadas a tras actividades, además de al suministr de generadres cn renvables, y más precupadas pr el vlumen de ventas que pr la calidad del servici. Falta de servici pstventa. Slucines "llave en man" ajenas al entrn sciecnómic y cultural de ls usuaris. Falta de experiencia acumulada en ls pryects cn sistemas híbrids. Imprtantes lagunas en la nrmativa técnica Carencias en el cntrl de calidad Factr human Necesidad de frmación de técnics, tant para la fase de diseñ y desarrll del pryect, cm para la de peración y mantenimient. Las institucines públicas implicadas en el desarrll rural requieren persnal capaz de tmar decisines sbre qué estrategias sn las más adecuadas para el suministr eléctric. En gran parte de ls cass, la electricidad es un servici nuev para ls usuaris y requiere, en cnsecuencia, infrmación y educación para su us. Factr ecnómic Aunque el cste pr unidad de energía eléctrica generada puede ser inferir cn tecnlgías renvables que mediante la extensión de las redes, ls cstes iniciales suelen ser elevads. Cstes de gestión elevads cm cnsecuencia de un entrn rural Garantizar la sstenibilidad integral de ls pryects de electrificación mediante cualquier fuente primaria, renvable fósil, requiere dar cumplimient a las siguientes premisas: Satisfacción del usuari: Seguridad en el suministr; es decir, dispnibilidad de energía primaria, fiabilidad de la tecnlgía y una estructura de mantenimient. Adecuación del suministr a la demanda, que exige cncer la realidad scicultural de la cmunidad. 5

7 DOSBE Baj nul impact mediambiental. Esquema financier aprpiad. Cóm satisfacer estas premisas en cada cas cncret demanda un análisis específic en el que hay que cnsiderar multitud de aspects: desde cuál es la tecnlgía más adecuada, hasta la nrmativa nacinal para pner en marcha generadres autónms, pasand pr la capacidad de pag de ls usuaris el estad de la industria lcal del sectr. Este infrme desarrlla las bases para garantizar la calidad técnica de la generación eléctrica cn recurss renvables así cm ayudar a la elección de la tecnlgía renvable más adecuada de acuerd a la dispnibilidad de fuentes renvables y la demanda eléctrica, siempre desde una perspectiva técnica. N bstante, la perspectiva de un pryect prgrama de electrificación tiene que ser, necesariamente, much más amplia: ls aspects sciales, ecnómics y gegráfics sn determinantes para el éxit y la sstenibilidad. A l larg del text se hace referencia a prpuestas para nrmas de tecnlgías renvables de elabración prpia que n se reprducen en esta publicación pr su extensión. Ests dcuments están dispnibles en la página web del pryect DOSBE (www.dsbe.rg) 2 Tecnlgías renvables de generación eléctrica La expansión de ls servicis eléctrics a la pblación rural de ls países en vías de desarrll está prfundamente relacinada cn la transfrmación del sectr energétic en general, y del sectr eléctric en particular; el mdel actual ha llegad a su límite. En el entrn rural, la alternativa a la extensión de las redes eléctricas es recurrir a generadres autónms, per n basads en mtres diesel exclusivamente, sin en fuentes renvables de energía en sistemas híbrids, al mens. Cn generadres eléctrics autónms puede prprcinarse servici para: Uss dméstics: iluminación, refrigeración, televisión, radi, cmunicacines. Uss prductivs: bmbe de agua, cercas eléctricas, mlins, máquinas de cser, etc. Uss públics: escuelas, centrs de salud, centrs de cmunicacines, iluminación, etc. En función del servici eléctric requerid, de la distribución física de ls beneficiaris y de las fuentes de energía primaria dispnibles, se puede recurrir a distintas alternativas tecnlógicas: cmbustión de bimasa, generadres eólics ftvltaics, micrgeneradres hidráulics, cmbinacines de éstas, incluids generadres diesel. La Tabla 2.1 muestra las características de las tecnlgías más relevantes en el cntext rural; tant las que ya sn una realidad, cm las que previsiblemente l serán a medi plaz. El escenari de las tecnlgías renvables para prducción de electricidad es muy ampli, sin embarg, cuand el bjetiv es electrificar znas rurales alejadas de las redes eléctricas intercnectadas en países cn ecnmías tdavía en desarrll y se aplican criteris estricts de sstenibilidad, el cnjunt de tecnlgías renvables dispnibles se reduce bastante. Fuente de electricidad Extensión de la red eléctrica Nivel de ptencia Muy alta Cste inicial pr cnexión Baj-Alt depende de la distancia Cste de mantenimient Baj Cmentaris Puede suministrar tds ls servicis, per puede ser muy cara para pblacines dispersas Impact scial y mediambiental Requiere prducción centralizada, a menud cn cmbustibles fósiles. Plución lcal y reginal. Cntrl extern 6

8 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES Fuente de electricidad Generadr Diesel Nivel de ptencia Cste inicial pr cnexión Cste de mantenimient Media Medi Alt Minihidráulica Media Baj-Alt Baj Micrhidráulica Plantas generadras cn bimasa Sistemas ftvltaics autónms Sistemas ftvltaics dmiciliaris Generadr eólic Media baja Baj Baj Media Alt Baj Media Baja Alt Baj Baja Alt Baj Alta media Medi Baj Cmentaris Tecnlgía muy prbada, accesible per de mantenimient car. El suministr de cmbustible en áreas rurales puede ser irregular Buena pción para suplir muchs servicis energétics. Duración prlngada Buena pción para servicis dméstics, sin incluir la ccina Puede suministrar electricidad para un rang muy ampli de aplicacines Opción cara. Bajs cstes de peración y mantenimient. Suministra electricidad para centrs de salud, escuelas, aplicacines prductivas. Opción cara. Bajs cstes de peración y mantenimient. Suministra electricidad para iluminación, radi y TV. Ampli margen de capacidad. Cmpetitiv cn la generación eléctrica cnvencinal. Impact scial y mediambiental Cntaminación atmsférica, auditiva y del suel a nivel lcal Depende de la dispnibilidad de agua y de la rgrafía. Baj impact mediambiental Depende de la dispnibilidad de agua y de la rgrafía. Muy baj impact mediambiental Emisines cntaminantes en el ámbit lcal N cntaminante N cntaminante Depende de la dispnibilidad de vient. Muy baj impact mediambiental Tabla 2.1 Cmparación de distintas alternativas de electrificación 2.1 Sistemas aislads y centralizads Se pueden clasificar las estrategias de electrificación, en función del esquema de distribución de electricidad, en sistemas aislads y centrales eléctricas autónmas, también denminadas micrrredes. Ls sistemas aislads se utilizan para prveer de electricidad a una única vivienda, centr públic aplicación prductiva. Pueden limitarse a suministrar servicis básics, cm iluminación, incluir equips electrónics (suelen cnsumir pca energía, en cmparación cn equips que utilizan mtres) sanitaris, de telecmunicación, recreativs, etc. La pción renvable más destacada es la tecnlgía ftvltaica. El rang de sistemas ftvltaics que se implementa en ls pryects de electrificación rural abarca desde una prducción de 25 Wh al día, adecuad para una linterna slar, hasta las decenas de kwh pr día, valr habitual en la extracción de agua cn fines cmunitaris y en algunas aplicacines prductivas. 7

9 DOSBE Ls sistemas centralizads están destinads a suministrar electricidad a diverss usuaris, tant privads cm públics, que se encuentran físicamente agrupads. El rang de cnsums puede ser variad; tienen capacidades de generación entre ls kw y las decenas de kw. Las prpias cmpañías de electricidad ptan pr las minirredes cuand la cmunidad de usuaris está alejada de la red de distribución intercnectada, pr medi de generadres diesel habitualmente. En el cas de que el crecimient de la cmunidad el increment en la demanda l justifique, en términs ecnómics, puede llegar a cnectarse la minirred a la red general. Las centrales permiten variedad en el cnsum energétic de ls usuaris pr medi de la red eléctrica y el almacenamient de la energía en baterías electrquímicas ( en agua embalsada, en el cas de las centrales hidráulicas). La elección de la tecnlgía aprpiada depende de diverss factres: Dispnibilidad de fuentes de energía primaria (radiación slar, hidráulica, bimasa, vient, etc.). Fiabilidad en el suministr eléctric requerid. Características de las infraestructuras lcales. Características sciecnómicas de las cmunidades beneficiarias. Relación entre el cste pr unidad de cnsum y el cste de la generación, incluyend instalación, peración y mantenimient. Pueden utilizar una única fuente de energía recurrir a cmbinacines de varias para mejrar la fiabilidad del suministr, cm ftvltaic micrhidráulic ftvltaic eólic. En casines incluyen también generación eléctrica mediante mtres, que pueden estar alimentads pr cmbustibles fósiles pr bimasa. La mayr parte de las centrales eléctricas autónmas basadas en fuentes renvables deben cnsiderarse de primera generación, en especial ls sistemas híbrids: prprcinan mejr servici eléctric cn cstes menres, per sn más cmplejs y su peración depende de sfisticads algritms de cntrl. Es ahra cuand ls fabricantes empiezan a frecer algunas slucines estandarizadas. N bstante, ls sistemas híbrids requieren estudis cas pr cas para determinar la cmbinación más adecuada, ya que ests deben ser diseñads de manera específica. La demanda energética, ls cstes y la satisfacción de ls usuaris sn aspects especialmente crítics en las centrales autónmas. Sin embarg, adaptar la generación a la demanda es cmplej. La capacidad de generación se diseña de acuerd a estimacines sbre el cnsum, per una vez en peración, dependiend de muchs aspects cm las tarifas ls desplazamients de pblación desde cmunidades sin electricidad, ls usuaris pueden incrementar el cnsum, prvcand falls de suministr. En alguns cass, se abrda el prblema sbredimensinand la capacidad de generación eléctrica, cn el cnsiguiente increment en ls cstes, restringiend el cnsum pr usuari, l que disminuye la satisfacción de ests y la aceptación de la tecnlgía elegida en cnsecuencia. La tendencia actual es incluir limitadres inteligentes de cnsum, en ptencia y energía, que mdifican ls límites en función de la dispnibilidad de energía y el histrial de cnsum del usuari. 2.2 Tecnlgía ftvltaica La energía slar ftvltaica es un de ls recurss energétics más aprpiads para llevar la electricidad al medi rural, a causa de las prpiedades de mdularidad, autnmía, baj mantenimient y n cntaminante que caracterizan esta tecnlgía energética. Prueba de ell es que se está utilizand en multitud de países para mejrar las cndicines de vida, impulsada pr muy diverss actres: gbiern, rganizacines n gubernamentales, entidades privadas. En Kenia, mediante venta directa y sin ninguna subvención, se habían alcanzad las instalacines ftvltaicas en Es difícil determinar el númer de instalacines dmésticas distribuidas pr ls países en vías de desarrll, precisamente pr el carácter descentralizad y mdular de la electricidad slar y pr la variedad de actres implicads; cn td se estima en más de tres millnes.[1] Estas instalacines prprcinan un nivel de electrificación baj desde la perspectiva del primer mund. La prducción prmedi cn un módul de 50 Wp es de uns 200 Wh/día en znas trpicales, mientras que el cnsum pr vivienda prmedi españl, pr ejempl, es de uns 7 kwh/día, unas 35 veces superir. Sin embarg, las repercusines sci ecnómicas sn muy 8

10 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES imprtantes sól pr el hech de tener iluminación de mucha más calidad que la que prprcinan las lámparas de quersen, de aceite las velas. La jrnada de actividad se amplía de frma ntable y est permite cntinuar cn las actividades manuales en la casa y estudiar a ls niñs. También el acces a la televisión (l habitual es que la radi se alimente cn pilas secas) tiene cnsecuencias destacadas quizá n tdas deseables : permite mantenerse infrmad de un mund muy lejan, en tds ls sentids, per cn el que necesariamente hay que interrelacinarse, en especial, permite acceder a la infrmación reginal y nacinal cn l que est significa de empderamient. La tendencia actual es incrementar la ptencia nminal de este tip de instalacines, de hech, alguns de ls grandes fabricantes de móduls ftvltaics n suministran móduls pr debaj de 100 Wp. Asimism sn muy frecuentes las instalacines slares en centrs de salud y escuelas. En el primer cas, ls beneficis principales sn la psibilidad de almacenar vacunas, utilizar instrumental eléctric y mejrar ls servicis de urgencia ncturns. Pcas sn las aplicacines prductivas en las que usa la electricidad slar; la única que se puede cnsiderar de us generalizad es el bmbe de agua para cnsum dméstic, la irrigación y para extraer agua para el ganad. Las limitacines n sn técnicas, sin ecnómicas debid al alt cste del kwh generad. Sól cuand las aplicacines tienen un alt valr añadid, pueden sufragar ls gasts de generación eléctrica ftvltaica. Un ejempl ntable de aplicación prductiva, tdavía pc expltada, es el ecturism Prpiedades de la energía slar ftvltaica La principal peculiaridad de la electricidad slar es el dispsitiv que transfrma la radiación luminsa en electricidad, la célula slar. De sus características físicas y de la fuente energética que utiliza, el Sl, se derivan la mayr parte de las prpiedades de ls sistemas ftvltaics. La unidad mínima de generación puede ser tan pequeña cm un de ls dispsitivs electrónics que cnstituyen un circuit integrad. De hech, una célula slar n es más que un did, el más sencill de ells -las células usuales sn bastante mayres, entre 100 y 225 cm 2 -. En el tr extrem, se cnstruyen centrales slares que prducen megavatis, y n hay límite tecnlógic para hacerlas aún mayres. A diferencia de tras tecnlgías energéticas, el cst pr unidad de ptencia instalada es casi independiente del tamañ, en un ampli rang. El cste pr vati instalad, en sistemas cnectads a la red eléctrica de mens de 10 kwp, scilaba a finales de 2006, según la Asciación de la Industria Ftvltaica Españla entre 6,5 y 9, mientras que para sistemas mayres scilaba entre 5,5 y 8. Cm la fuente primaria que utiliza es la radiación slar, depende de un cmbustible inagtable, distribuid pr tda la superficie del planeta cn especial intensidad en las regines más pbres- y del que se cnce su variación en el tiemp, al mens en cuant a ls valres medis, cn bastante precisión. Además, el prces de transfrmación en electricidad n genera residus. En cnsecuencia, es una tecnlgía n cntaminante y que favrece la independencia energética, cuestión de enrme imprtancia dada la cncentración gegráfica de ls recurss fósiles, en especial el petróle. Una cnsecuencia directa de las ds características anterires es el interés del us de sistemas ftvltaics para generar electricidad de frma autónma y a muy diversas escalas: desde linternas slares, hasta minicentrales para abastecer a cmunidades de varis cients de habitantes. Además, ls móduls ftvltaics sn un prduct altamente estandarizad cn una muy elevada fiabilidad: pr un lad, la degradación de las células de silici cristalin las más extendidas- es muy baja, hasta el punt de que la mayría de ls fabricantes dan garantías de veinte añs, tant para la degradación física del módul cm para la disminución en ptencia superir al 10 %. Pr tr lad, la tecnlgía ftvltaica n requiere transprtar cmbustible para abastecer al generadr y, cuand n se implementa seguimient,- l habitual en sistemas para electrificación rural - n hay mecanisms en mvimient en td el prces de generación. En el cas de ls sistemas ftvltaics cnectads a la red, las ds características citadas psibilitan la generación eléctrica distribuida. Esta tecnlgía permite perar en frma de red de generadres próxims a ls punts de cnsum un buen ejempl sn ls edificis ftvltaics-, a diferencia de las redes cnvencinales basadas en grandes centrales. Se disminuyen así las pérdidas de transmisión y ls riesgs de crtes de suministr pr desastres naturales. La 9

11 DOSBE principal limitación para la penetración de la energía slar ftvltaica es el cste ecnómic. Aunque n ha dejad de disminuir desde que en 1973 se iniciarn las aplicacines terrestres, tdavía n es cmpetitiva en cmparación cn las tecnlgías cnvencinales de generación de energía eléctrica, salv en ls cass en que la aplicación está alejada de la Red Eléctrica de Distribución. La ausencia generalizada de plíticas de externalización de cstes, es decir, una plítica rientada a que el preci de la energía eléctrica incluya ls cstes asciads a la degradación mediambiental, junt cn la mdesta escala alcanzada hasta ahra pr el mercad ftvltaic en la generación de electricidad, determinan la necesidad de apyar, mediante subvencines, la electricidad "verde". N bstante, el frmidable crecimient en la fabricación de móduls ftvltaics -un 20% anual si se prmedian ls quince últims añs y el 45 % en ls tres últims añs- muestra la firme aceptación de esta tecnlgía Descripción del sistema ftvltaic Un sistema ftvltaic, tal cm se muestra en la Figura 1, está cnstituid pr una agrupación de móduls es usual denminar a la asciación generadr ftvltaic y un cnjunt de elements que adaptan la energía eléctrica que prduce el generadr a la aplicación. Figura 1 Diagrama de blques de un sistema ftvltaic autónm La unidad mínima de realización de un generadr slar es el módul ftvltaic cmpuest pr un cnjunt de células slares cnectadas en serie y/ en paralel. El módul determina las características eléctricas del cnjunt de células y permite expnerlas a la intemperie; las células se encapsulan mediante un prduct adhesiv transparente (EVA) entre vidri y plástic (TEDLAR) habitualmente, y td el cnjunt se prtege cn un marc metálic. El material de base para la fabricación de las células es el silici, muy abundante en la naturaleza, per que requiere un csts tratamient de purificación y cristalización. Puede utilizarse en frma de mncristal, multicristal n cristalizad (silici amrf), aunque en este cas la estabilidad del material es inferir y las células, además de tener peres características eléctricas, se degradan más rápidamente. La tensión de cada célula es de uns 0,5 vltis y la crriente depende del área de célula expuesta a la radiación slar y de sus características físicas. Las células cmerciales tienen un área de entre 100 y 150 cm 2 y generan una crriente de entre 3 y 4,5 A. La ptencia eléctrica prducida depende linealmente de la superficie de móduls, en una primera aprximación. La electricidad generada pr una célula, y pr ende pr cualquier asciación de ellas, tiene frma cntinua, a diferencia de la empleada en la mayría de las aplicacines cnvencinales, que es alterna. 10

12 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES Figura 2 Parámetrs eléctrics de un módul ftvltaic y valres para un módul cnvencinal de 0,5 m 2 de superficie En la Figura 2 se representa la curva típica para un módul de 50 Wp. Se bserva que un pc a la izquierda del punt de máxima ptencia, la crriente es independiente de la tensión, prácticamente. Puede decirse que, en determinad rang de valres de tensión, el módul se cmprta cm una fuente de crriente; este hech, unid a la variación lineal de la crriente cn la radiación slar, simplifica ls prcedimients de diseñ. Un generadr autónm requiere asegurar la dispnibilidad de electricidad aún en ls cass en que la generación es inferir a la demanda, inclus nula, cm cuand n está visible el sl. Para ell es indispensable almacenar la energía prducida en ls períds en que la generación supera a la demanda. Esta función la realiza el acumuladr electrquímic, baterías de plm ácid en la práctica ttalidad de cass. En las aplicacines de bmbe de agua mediante energía slar ftvltaica, el almacenamient se hace en frma de energía ptencial prque se recurre a depósits para acumular agua para varis días de cnsum. Cn sl el módul y la batería se puede ya suministrar electricidad a equips que se alimenten cn crriente cntinua. Sin embarg, esta cnfiguración es muy perjudicial para la batería, prque puede vaciarse de energía eléctrica ttalmente y/ cntinuar recibiend energía a pesar de estar cmpletamente llena; ambs prcess acrtan su vida útil. El cntrladr de carga de batería evita la sbrecarga y la sbredescarga. Es un element imprescindible en tdas las instalacines. Además, incluye indicadres sbre el estad de carga de la batería y el nivel instantáne de generación eléctrica. La última generación de cntrladres de carga incluye, en ls equips para ptencias medias crrientes pr encima de ls 30 amperis-, un cnvertidr cntinua/cntinua CC/CC, su función es adaptar la batería al generadr de tal md que éste trabaje siempre en el punt de máxima ptencia. Para las cargas que requieren una alimentación cnvencinal, en crriente alterna, es necesari incluir un equip electrónic que realiza la transfrmación. Se denmina cnvertidr CC/CA inversr y está presente en casi tdas las instalacines que superan ls cients de vatis. La tecnlgía de inversres ha mejrad much en ls últims añs, en gran parte cm cnsecuencia del us de dispsitivs electrónics de ptencia de baj cnsum, MOSFETs e IGBTs. Ls inversres actuales alcanzan eficiencias del 95 % en un rang muy ampli de la ptencia de salida. De esta descripción de ls cmpnentes de un sistema ftvltaic pdría deducirse que técnicamente es muy sencill y, en cnsecuencia, muy fiable. Sin embarg, la realidad muestra que muchs de ls sistemas instalads n funcinan crrectamente. En el apartad 3 se incide sbre la calidad. 2.3 Tecnlgía micrhidráulica La energía hidráulica es la energía renvable más empleada mundialmente para la generación eléctrica. La mayr parte de esta electricidad es generada en grandes centrales hidráulicas, cn el cnsiguiente impact ambiental asciad (inundación de grandes znas para reservris de 11

13 DOSBE agua, mvimients de tierras, etc.). Sin embarg, la necesidad creciente de suministr energétic en znas rurales y el elevad cste de extensión de las redes hacen que la tecnlgía cn micr centrales hidráulicas cnstituya una alternativa ecnómica y respetusa cn el medi ambiente. Las micr centrales hidráulicas sn aquellas que tienen un rang de ptencia entre 1 kw hasta 100 kw, que permite suministrar electricidad a una varias pequeñas cmunidades lcalizadas en un radi n mayr de 10 kilómetrs de la planta generadra [2]. Ests sistemas, pr l general, n suministran energía eléctrica a las redes nacinales. Se usan en áreas apartadas a dnde n llega la red y, en alguns cass, prveen de electricidad a pequeñas industrias y cmunidades rurales. Las aplicacines van desde prvisión de iluminación dméstica prvisión de electricidad a un grup de casas mediante un sistema de carga de baterías; hasta el us de energía en pequeñs talleres y para el abastecimient de de una minirred lcal independiente de la red intercnectada [3]. Ls sistemas de micrcentrales eléctricas pueden ser diseñads y cnstruids pr persnal lcal y rganizacines más pequeñas cumpliend cn requisits mens estricts y usand cmpnentes fabricads en serie y maquinaria fabricada lcalmente. Este tip de enfque es cncid cm enfque lcalizad. Sin embarg, es cnveniente cmplementar este enfque a través del establecimient de prcedimients y nrmativas que permitan brindar el servici cn calidad y fiabilidad en tdas las etapas del pryect (diseñ, cnstrucción y lgística, puesta en marcha, peración y mantenimient). Ls tips de centrales hidráulicas se pueden clasificar en base a criteris de funcinamient de ptencia. Según la frma en la que se recibe y se prduce la acumulación del agua se pueden clasificar en: De agua fluyente: Sn sistemas que usan directamente el cauce del rí, n cuentan cn reservas de agua. N es psible la regulación eléctrica ya que el caudal varía en función del régimen hidrlógic anual. De derivación: Sn aquellas instalacines que mediante una bra de tma, desvían parte del caudal del rí a un canal que cnduce a la central. Tras su aprvechamient energétic el agua es devuelta al cauce del rí. Esta dispsición es característica de las pequeñas y medianas centrales. La gran mayría de ls sistemas de micr centrales hidráulicas sn del tip de derivación. El impact ambiental asciad a este tip de centrales es baj ya que el agua empleada en la central es devuelta al cauce del rí, y aguas abaj de la central n hay mdificación alguna. Además n hay necesidad de inundar valles aguas arriba de la instalación. De agua embalsada: También llamadas de regulación. Tienen la pción de acumular agua prveniente de rís, lags pantans artificiales en un embalse. En estas centrales, se regulan ls caudales de salida para utilizarls cuand sea necesari. Esta dispsición es más característica de centrales medianas grandes en dnde el caudal aprvechad pr las turbinas es prprcinalmente muy grande al caudal prmedi anual dispnible en el rí. En este tip de centrales el impact ambiental puede ser muy grande. La Tabla 2.2 indica las ventajas y desventajas de ls diferentes tips de centrales así cm las ptencias en las que se emplean. Sistema Rang de ptencias Ventajas Desventajas Agua fluyente Pequeñas ptencias Más sencillas de cnstruir y menr cste. Baj impact ambiental N es psible regular la generación eléctrica y la ptencia depende del caudal del rí. Sistema de derivación Pequeñas y medianas ptencias Se puede cnstruir lcalmente a baj cste y simplicidad. Pequeñ impact ambiental El agua n puede ser almacenada y la ptencia depende del caudal del rí. 12

14 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES Agua embalsada regulación Grandes ptencias Regulación del caudal y prducción según demanda. Gran altura, pequeñ caudal. Se diseñan cnsiderand la máxima generación eléctrica Gran impact ambiental. Inundación de terrens fértiles y en casines pblacines que es precis evacuar. La fauna y la flra lcal pueden ser alteradas. Tabla 2.2. Clasificación de ls sistemas hidráulics según la frma en la que se recibe y se prduce la acumulación del agua Otra psible clasificación de ls sistemas hidráulics [2], según la ptencia instalada de generación eléctrica y las aplicacines, se presenta en la Tabla 2.3. Nmbre Ptencia Mercad/Aplicacines Nan centrales Micr centrales Mini centrales Pequeña central <1 kw 1 kw a 100 kw 100 kw a 1 MW 1 MW a 10MW Unas cuantas viviendas cn necesidades escasas de electricidad, ubicadas a una distancia n mayr de 200 metrs de la planta generadra. Una varias pequeñas cmunidades lcalizadas en un radi n mayr de 10 kilómetrs de la planta generadra. Varias cmunidades rurales cn un ttal de entre 100 y viviendas, lcalizadas en un radi de entre 10 y 40 kilómetrs de la planta generadra. Para una pequeña ciudad y cmunidades, además de cnexión a la red. Gran central >10MW Sistema a gran escala para cnexión a red Tabla 2.3 Clasificación de ls sistemas hidráulics según la ptencia instalada Aunque n hay cnsens respect a la ptencia máxima instalada que puede tener una central para ser calificada cm una Pequeña Central Hidráulica (PCH), el límite aceptad pr la Cmisión Eurpea, la UNIPEDE (Unión de Prductres de electricidad), y pr al mens seis de ls países miembrs de la Unión Eurpea sn 10 MW. Hay países sin embarg, en ls que el límite puede ser tan baj cm 1,5 MW, mientras que en trs, cm en China en alguns países de América Latina, el límite llega a ls 30 MW. En la épca actual las tendencias en el desarrll de la energía hidráulica de pequeña ptencia sn [4]: La cnstrucción de nuevas centrales de pequeña ptencia en regines aisladas cn suministr descentralizad de energía eléctrica. La cnstrucción de nuevas centrales en regines cn suministr centralizad de energía eléctrica, en trams n aprvechads de ls rís y, también, mediante la cnstrucción adicinal en ls embalses ya existentes y desniveles en canales destinads a trs uss (pr ejempl, para el suministr de agua, rieg y trs). El reequipamient técnic y la recnstrucción de pequeñas centrales ya cnstruidas (en expltación, cnservadas y parcialmente abandnadas) Sistemas dméstics individuales Para este tip de sistemas se aplican las nan-turbinas, que sn pequeñs sistemas de energía hidráulica usads para generar energía mecánica (para mlienda de gran, despulpe de café...) y, acpland a estas turbinas un generadr eléctric, energía eléctrica (para cargar baterías usadas para iluminación...) 13

15 DOSBE El rang de capacidad de ls generadres scila entre 300 W a 12 vltis, hasta 1 kw a 110 vltis, dependiend del caudal del agua, la demanda de electricidad y el financiamient dispnible. Actualmente, se han instalad sistemas de este tip en diferentes fincas de znas cafetaleras en Hnduras y Nicaragua [5] Micr y minihidráulica para uss prductivs y minirredes cmunales Ests sistemas se instalan, pr l general, para abastecer aquellas pblacines pequeñas ciudades aisladas de la red eléctrica cnvencinal. Las ptencias alcanzadas pr ests sistemas, que pueden ser autmatizads manuales, scilan entre 1 kw hasta kw según las características del salt. La energía btenida puede acumularse en baterías cnsumirse directamente, dependiend de la capacidad del sistema. Rang (kw) Uss más cmunes 0,2-0,5 Carga de baterías 0,5-1 Pequeñas aplicacines eléctricas (1 familia) Pequeñas cargas (uss prductivs) iluminación dméstica de pequeñs grups (5 a 30 familias) Transfrmación de prducts y prvisión de servicis atención de pequeñs grups familiares (hasta 30 ó 100 familias) Electrificación de centrs pblads de 50 a 300, e inclus más familias Electrificación de pequeñas ciudades Tabla 2.4 Rang de ptencia según el us más cmún En la Tabla 2.4 se agrupan en rangs de ptencia ls uss más cmunes [6] de la hidráulica de pequeña escala. 2.4 Tecnlgía eólica Pdems hacer una primera gran clasificación de ls aergeneradres en función de la dispsición del eje sbre el que se prduce el gir distinguiend entre aergeneradres de eje vertical (n utilizads durante décadas per que ahra están experimentand una nueva prtunidad en aplicacines de integración en edificis) y aergeneradres de eje hrizntal (ls más utilizads tant en el pasad cm en la actualidad, especialmente en aplicacines de electrificación rural). Dentr de ls aergeneradres de eje hrizntal, en función del tamañ de ls misms se pueden diferenciar: ls aergeneradres para sistemas a pequeña escala (cn ptencias de hasta 50 kw) utilizads para carga de baterías y minirredes; en el tr extrem,, ls grandes aergeneradres (cn ptencias superires a 500 kw) para sistemas a gran escala que n se tratan en este dcument; y una escala intermedia (cn ptencias entre ls 50 y ls 500 kw) que hy en día se rienta a sistemas híbrids eólic-diesel. En cuant a las principales aplicacines, ls aergeneradres de mayr tamañ sn ampliamente utilizads en parque eólics cnectads a la red eléctrica, mientras ls aergeneradres a pequeña escala están más enfcads a sistemas aislads ya sea sól cn eólica cm parte de un sistema híbrid de pequeña ptencia; ls aergeneradres de tamañ medi, cm ya se ha dich, se utilizan fundamentalmente en sistemas eólic-diesel. A diferencia de ls sistemas eólics a gran escala cnectads a red, en ls sistemas aislads, el aergeneradr se clca en el punt dnde se va a cnsumir la energía. Este hech hace que ls aergeneradres para aplicacines aisladas funcinen nrmalmente en cndicines de vient más desfavrables que ls parques eólics cnectads a red. Pr esta razón ls aergeneradres 14

16 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES de pequeña ptencia suelen presentar su máxima eficiencia a velcidades de vient relativamente bajas (5-6 m/s). El principal prblema de diseñ óptim que presentan ls aergeneradres que abastecen sistemas aislads se debe a que la ptencia entregada depende de la carga cnectada. La slución más frecuentemente adptada es que sea la carga (la batería en la inmensa mayría de cass) la que realice la regulación de ptencia de frma pasiva, si bien alguns mdels incrpran un seguimient electrónic activ del punt de ptencia máxima. Carga de baterías e iluminación Sistemas híbrids aislads Aplicacines residenciales Minirredess Cmercial, institucinal, parques, y cmunidades remtas Sistemas eólic-diesel Rang de ptencias < 15 kw 15-50kW kw Cnexión típica Aislada cn bus CC Cnexión a red aislada cn bus CC Cnexión a red, redes aisladas aislada cn bus CA Aplicacines típicas Aplicacines móviles (barcs de vela, etc.) Uss estacinales de viviendas (cabañas, casas de camp, etc.) Viviendas aisladas Telecmunicacines (dispsitivs radar, instruments de medida, estacines meterlógicas, etc.) Viviendas aisladas Viviendas rurales cn cnexión a red cn aplicacines de CC sn aprtadas pr una turbina eólica/baterías yuna parte de la electricidad suministrada a la red Sistemas híbrids eólicftvltaic Cnexión a red cnvencinal redes aisladas de parques eólics Redes aisladas de pequeñs parques eólics cmplementads pr un generadr diesel y/ ftvltaic Redes aisladas para cmunidades cn sistemas híbrids eólic diesel u tras fuentes Tabla 2.5 Clasificación de las aplicacines para sistemas eólics de pequeña escala En la Tabla 2.5 se presentan las aplicacines características de ls sistemas eólics [7] hasta 500 kw. A cntinuación se explican cn mayr detalle ls tres rangs de ptencia recgids en la tabla: Aergeneradres de 300 W a 15 kw De las tres categrías cnsideradas, este rang de ptencia representa la variedad más grande en términs de tecnlgía y diseñ. Estas máquinas se prducen en masa, cn un alt grad de integración, y sn pr l tant relativamente baratas cmparadas cn máquinas eólicas más grandes. Se venden típicamente cm prducts de cnsum en tiendas al pr menr a través de distribuidres en línea, a menud junt a sistemas ftvltaics para implementar sistemas híbrids. Están dispnibles en ptencias cn un increment de 100 W (es decir 300, 400, 500, etc.). Funcinan a velcidades variables prduciend así vltaje y frecuencia variables en CA. La crriente alterna es cnvertida típicamente a CC mediante un rectificadr. La salida CC se usa generalmente para cargar las baterías. Otra característica fundamental es que se pueden mntar fácilmente en un tubería de hasta 2 pulgadas de diámetr. Esta tubería puede servir cm trre pr su cste relativamente barat. Ls requisits de mantenimient sn mínims debid al pequeñ diseñ y una integración casi ttal de sus cmpnentes (mínim de piezas móviles). Es difícil determinar la durabilidad media de ests aergeneradres debid a la amplia variedad en el mercad y a la carencia de pruebas estándares. Se estima una durabilidad entre 10 y 15 añs para las unidades más pequeñas (300 a 500 W) y hasta 20 añs para las unidades más grandes. Las garantías más largas frecidas pr ls fabricantes sn de 5 añs. Las máquinas eólicas en regines frías csteras extremas pueden tener tiemps de vida más crts debid a la crrsión, la temperatura y la frmación de hiel. Aergeneradres entre 15 kw y 50 kw 15

17 DOSBE Las máquinas eólicas en esta categría representan una inversión significativa más elevada de tiemp y diner en cmparación al rang anterir. Ls vlúmenes de ventas n sn tan elevads y las máquinas tienden a estar cmpuestas pr piezas más cmplejas. También respect a la instalación se requiere un planteamient más cmplej. En la mayría de ls cass requieren una instalación prfesinal y una inspección y mantenimient regular. Se emplean, típicamente, para prprcinar energía a viviendas apartadas de la red eléctrica. La mayría de estas máquinas emplea generadres de imanes permanentes, aunque algunas también utilizan ls generadres asincrónics. Tienen velcidad variable y emplean la regulación pasiva para la parada a velcidad excesiva. Ls diámetrs típics del rtr para estas máquinas eólicas se extienden de 2,5 a 15 m mientras que las alturas de la trre están entre ls 18 y 40 m. Debid al pes significativ de estas máquinas se debe prestar especial atención al diseñ y a la instalación aprpiada de la trre. La esperanza de vida de las máquinas eólicas, cn una aprpiada fabricación y mantenimient, es de uns 20 añs. Est puede variar perceptiblemente dependiend de las cndicines de funcinamient. Alguns diseñs n integrads de la turbina permiten el reemplaz de tds ls cmpnentes imprtantes, alargand así la vida del sistema. Aergeneradres entre 50 kw y 500 kw Las máquinas eólicas cn ptencias cmprendidas en este rati típicamente sn demasiad grandes para ls uss residenciales y cn mayr frecuencia se emplean para prprcinar energía a negcis, granjas y cmunidades alejadas. Hace slamente 15 añs, la mayría de las máquinas eólicas del vient habría cabid en esta categría de tamañ. Actualmente la mayría de ls grandes fabricantes de aergeneradres fabrican aergeneradres de grandes ptencias (>1 MW) debid al auge actual del mercad de grandes parques eólics y pr ells pcs siguen prduciend máquinas eólicas pr debaj de ls 500 kw, pr l que resulta cmplicad encntrarlas en el mercad. Las máquinas eólicas de este tamañ se diseñan generalmente para cnexión a red cm parte de sistemas eólic-diesel. Predmina la tecnlgía de cnexión a red (cm ls generadres de inducción la multiplicadra para aumentar la velcidad del rtr y acplarl a la velcidad peracinal del generadr). 2.5 Sistemas híbrids para pblacines rurales aisladas Las necesidades de la tecnlgía relacinada cn ls sistemas aislads en ls países en vías de desarrll, sn las siguientes: Electrificación rural: al existir imprtante cantidades de usuaris sin acces a un suministr eléctric estable, y dadas las imprtantes distancias hasta la red más cercana, un sistema aislad es la slución más viable en much cass. Típicamente el sistema aprpiad es de pequeña ptencia (híbrid nrmalmente cn generación ftvltaica, aunque tras fuentes de generación cm la minihidráulica la pequeña bimasa también sn psibles) para ls usuaris que vivan disperss para pequeñs núcles de pblación; y de mayr ptencia (sistemas eólic-diesel) para núcles de pblación de mayr tamañ en ls que interese más una slución centralizada de mayr ptencia. Acces al agua: las necesidades de agua en ests países están relacinadas más cn necesidades básicas, siend las aplicacines típicas el bmbe y/ la desalación de agua para suministr de agua ptable. En la Tabla 2.6 se presentan ls sistemas híbrids típics empleads en generación aislada distribuida en función del rang de ptencias nminales [8]. Ptencia nminal < 1 kw 1-10 kw Slución típica Eólic-Ftvltaic Ftvltaic-Diesel/ Gas Eólic- Ftvltaic Ftvltaic-Diesel/Gas 16

18 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES kw Eólic-Ftvltaic Eólic-Diesel/ Gas MW Eólic-Diesel/ Gas > 1 MW Eólic-Diesel / Gas Tabla 2.6 Sistemas híbrids empleads según el rang de ptencia nminal Aunque las psibles cnfiguracines de sistemas híbrids que se pueden imaginar sn muchas, en la práctica las cnfiguracines empleadas n sn tan numersas. De tdas ellas la que más se emplea el de sistemas eólic-ftvltaic cn acumulación en baterías. Se emplean para ptencias inferires a 50 kw. Esta cnfiguración incluye ls siguientes cmpnentes (puede verse que básicamente es la cnfiguración de un sistema ftvltaic aislad al que se ha añadid generación eólica): Generadr FV: cmpuests pr móduls ftvltaics, elements de sprte y fijación de móduls, elements de intercnexión entre móduls, etc. Aergeneradr máquina que transfrma la energía del vient en energía eléctrica. Acumulación: cmpuest pr baterías, reguladres, cuadrs eléctrics, interruptres y prteccines, cablead, etc. Cmúnmente las baterías sn de plm-ácid. Adaptadr de energía: cmpuest pr cnvertidres, cuadrs eléctrics, interruptres, etc. Opcinalmente, puede existir un grup electrógen de apy. Para sistemas cn ptencias superires a 50 kw se emplean sistemas eólic-diesel, en ls que el grup diesel pasa a tener un papel decisiv en el funcinamient del sistema; de hech, ests sistemas se diseñan frecuentemente sbre redes diesel ya existentes. El cntrl en ests sistemas es much más sfisticad que en ls sistemas híbrids de pequeña ptencia, per ell permite que las psibilidades de reducción del cnsum de cmbustible pueden ser muy elevadas. 2.6 Herramientas de diseñ de sistemas autónms cn energías renvables El diseñ y dimensinad de ls sistemas autónms se realiza a partir de la estimación de ls recurss energétics dispnibles, las necesidades energéticas y la capacidad de pag de ls usuaris. La selección de una tecnlgía aprpiada debe ptimizar estas tres variables. En el estudi inicial se analiza la viabilidad ecnómica del pryect teniend en cuenta el cste pr unidad de cnsum y el cste de la generación (incluyend instalación, peración y mantenimient) y se ptimiza el diseñ técnic del sistema para minimizar cstes. Para ell es útil cntar cn un sftware aprpiad. Existen, en este sentid, herramientas sftware de libre distribución que pueden ser de utilidad para esta primera fase de diseñ de pryects. A cntinuación, se cmentan alguns prgramas de libre distribución que incluyen el sftware de RETScreen y el paquete de herramientas de NREL (HOMER, HYBRID2, VIPOR). El centr de apy a la decisión de energía limpia RETScreen Internatinal, prmvid pr NRCAN, pretende incrementar la capacidad de planificadres, tmadres de decisión e industria a la hra de implementar pryects de energía renvable y eficiencia energética. Este bjetiv se lgra a través del desarrll de herramientas de apy a la tma de decisines, cm el sftware RETScreen, que reduce el cst de ls estudis de pre-factibilidad y cuyas principales características se resumen más abaj. En paralel, se fmenta la difusión cncimients y la capacitación para analizar adecuadamente la viabilidad técnica y financiera de psibles pryects. En este sentid, se frece un manual de usuari en línea, dispnible gratuitamente en el siti web, que incluye un panrama de la situación actual de las tecnlógicas de energía limpia y frmación en el us de la herramienta sftware para el análisis de pryects de energía limpia, el análisis de emisines de gases de efect invernader y el análisis financier y de riesg. El sftware RETScreen [9] es una herramienta gratuita de apy para la tma de decisines en la identificación y evaluación de pryects ptenciales. Se trata de un cnjunt de hjas Excel cn macrs que utilizan una metdlgía de cálcul estandarizada y desarrllada pr NRCAN. El sftware puede usarse en td el mund para evaluar la prducción de energía y ahrrs, csts de cicl de vida, reducción de emisines, aspects financiers y de riesg de varis tips de tecnlgías de energía eficiente y renvables (eólica, micr-hidráulica, ftvltaica, cgeneración, 17

19 DOSBE calentamient pr bimasa, calefacción slar de aires, calentamient slar de agua, calefacción slar pasiva, bmbe de calr). La herramienta incluye bases de dats climátic - dats de energía slar satelitales de la NASA y de estacines terrestres de mnitre-; de prducts y cstes cn dats prprcinads pr fabricantes y prveedres de equips. En resumen, RETScreen simplifica las evaluacines preliminares de pryects y permite realizar un análisis de sensibilidad mstrand cóm varía la rentabilidad del pryect al variar ls parámetrs de entrada. Entre sus ventajas cabe destacar que: requiere relativamente pcs dats de entrada, calcula autmáticamente ls indicadres de viabilidad financiera y técnica, su cste es menr que el de trs métds de evaluación y ls prcedimients estandarizads permiten realizar cmparacines bjetivas entre ds escenaris un cnvencinal y tr cn sistemas de energía limpia. Pr tr lad, NREL ha desarrllad un cnjunt de herramientas sftware de libre distribución, cmplementarias entre sí, que permiten el diseñ, la ptimización y el análisis del funcinamient a larg plaz de diversas cnfiguracines para tecnlgías renvables y sistemas híbrids. Estas herramientas incluyen tres prgramas de diseñ y simulación: HOMER, HYBRID2 y VIPOR El prgrama HOMER (de Hybrid Optimizatin Mdel fr Electric Renewables) [10] permite evaluar y ptimizar las diferentes pcines de diseñ para sistemas autónms y cnectads a red en aplicacines de generación distribuida. A través de una simulación hraria de balances de energía, el sftware encuentra la cmbinación de cmpnentes de menr cste que satisfacen las cargas eléctricas y térmicas. Simula diversas cnfiguracines de sistemas y permite evaluar la viabilidad técnica de un ampli númer de pcines tecnlógicas (ftvltaica, eólica, hidráulica, generadres diesel bigás, red eléctrica, micr-turbinas y pilas de cmbustible) teniend en cuenta tant ls cstes tecnlógics cm la dispnibilidad del recurs energétic. Permite también ptimizar el sistema para minimizar cstes; para la estimación del cste del cicl de vida del sistema se cntabilizan el cste de inversión, cste de reemplaz, cstes de peración y mantenimient, cmbustible e intereses. Ls resultads incluyen ls flujs de energía hraria para cada cmpnente, así cm ls cstes anuales y un resumen del cmprtamient del sistema. El paquete HYBRID2 (Hybrid System Simulatin Mdel) [11] es una herramienta que permite realizar un análisis detallad del funcinamient a larg plaz y el estudi ecnómic de una amplia variedad de sistemas híbrids. Se trata de un mdel de simulación basad en series temprales (para las cargas, velcidad de vient, radiación, temperatura y el sistema de ptencia diseñad seleccinad). Ls sistemas híbrids estudiads pueden incluir tres tips de cargas eléctricas, un varis generadres eólics, ftvltaics, varis generadres diesel, baterías y cuatr tips de dispsitivs de cnversión de ptencia. En la simulación se pueden implementar diferentes pcines y estrategias de cntrl. Se incluye también una herramienta para el análisis ecnómic del pryect. La herramienta dispne de una interfaz gráfica amigable y se incluye en el paquete un glsari cn ls términs cmunes de ls sistemas híbrids, así cm diferentes cmpnentes cmerciales cn las especificacines de cada fabricante. Además se prprcina una muestra de sistemas y pryects que pueden usarse cm plantilla. Se frecen ds niveles de resultads un en md resumen y tr detallad que permite ver las variacines pas a pas de la simulación. La herramienta VIPOR (The Village Pwer Optimizatin mdel fr electric Renewables) [12] prprcina un mdel de ptimización para sistemas de electrificación de cmunidades. Dad el mapa de una cmunidad y alguns dats sbre el dimensinad de las cargas y ls cstes de equipamient, el sftware decide qué viviendas se deben alimentar cn sistemas aislads (pr ejempl, mediante sistemas ftvltaics individuales) y cuáles deben frmar parte de una red de distribución centralizada. La red de distribución se ptimiza cnsiderand las particularidades del terren. De esta ptimización se btiene el resultad de generación aislada y/ centralizada óptim, así cm la lcalización del sistema de generación centralizad, la ubicación de ls transfrmadres y el diseñ de la red de distribución de media y baja tensión. Cm cnclusión, en función de ls resultads buscads se recmienda el us de una varias de las herramientas descritas anterirmente. Así, para el análisis de pryección la herramienta más adecuada es RETScreen. Ls prgramas HOMER y VIPOR permiten un análisis específic para ptimizar el diseñ según su ubicación cncreta. En particular, HOMER es aprpiad para realizar el diseñ preliminar del sistema y un análisis de sensibilidad y, pr últim, HYBRID2 permite un diseñ técnic más detallad y un análisis del funcinamient del sistema en el larg plaz. 18

20 GUÍA DE NORMAS Y PROTOCOLOS TÉCNICOS PARA LA ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍAS RENOVABLES 3 Aseguramient de la calidad técnica en instalacines autónmas 3.1 Definicines preliminares La calidad se define cm la prpiedad cnjunt de prpiedades inherentes a alg, que permiten juzgar su valr. La calidad ns da una medida de l buen que es alg respect a un estándar cmparándl cn trs prducts. Pr tant, la calidad en ls pryects de electrificación rural se puede analizar desde diferentes enfques. Pr un lad, desde un punt de vista técnic, la calidad de un prduct se alcanza cuand este cumple cierts requisits. En este sentid, ls principales aspects técnics de la calidad sn: el tiemp de vida del sistema y ls cmpnentes, el cumplimient de ls bjetivs de diseñ, la seguridad y la fiabilidad. Pr tr lad, desde un punt de vista scial, la calidad en electrificación rural se puede definir cm la eficacia en alcanzar ls bjetivs generales y específics de desarrll definids en un prgrama pryect. En este cntext, es necesari, tant identificar ls prblemas técnics que están vinculads cn la aceptación scial de la electrificación rural en países en vías de desarrll, cm establecer parámetrs técnics que permitan sbre una base tempral cuantificar la fiabilidad y la seguridad en el suministr de energía cn el bjetiv de mejrar la cnfiabilidad de las instalacines autónmas. El cncept de cnfiabilidad englba las variables independientes de: seguridad, fiabilidad, mantenimient y dispnibilidad en el suministr energétic [13]. Fiabilidad Es la capacidad de un cmpnente sistema para desarrllar la función requerida, baj determinadas cndicines ambientales y de peración, y pr un tiemp determinad.. Así, en sistemas de generación eléctrica la fiabilidad está relacinada cn la prbabilidad de fall y ls factres que reducen la fiabilidad de un sistema tienen que ver cn una fuente de energía insuficiente, una demanda energética excesiva un fall en la instalación. Mantenimient La capacidad de mantenimient y de repsición del servici después de una avería es tr factr necesari a la hra de asegurar el suministr eléctric previst durante un tiemp prlngad. Se define cm la capacidad de un cmpnente sistema, baj determinadas cndicines de us, para ser mantenid en, devuelt a, unas cndicines tales que pueda desarrllar su función. Ls factres que determinan el mantenimient de una instalación sn: la cmplejidad técnica del sistema y sus cmpnentes, el cste y dispnibilidad de ls equips, el grad de dispersión y accesibilidad y la planificación y asignación de recurss. Distinguims ds tips de mantenimient: preventiv y crrectiv. El mantenimient preventiv se realiza de frma prgramada y periódica para tratar de evitar la aparición de falls. El mantenimient crrectiv se realiza después de un fall y supne: la percepción del fall y el avis al técnic, la detección del fall y su rigen, la adquisición de repuests en cas necesari, la reparación sustitución de ls cmpnentes averiads y la puesta en marcha de la instalación. Dispnibilidad Es la capacidad de un cmpnente sistema (cn una fiabilidad y un mantenimient determinad) para desarrllar su función en un instante precis durante un períd de tiemp determinad. La dispnibilidad es una medida de la prprción de tiemp que la instalación está en cndicines de generar electricidad independientemente de si en ese mment se requiere n su peración pr demanda de cnsum. Es el factr de utilización de la instalación el parámetr que expresa el tiemp que el sistema está realmente generand electricidad. La dispnibilidad de una instalación depende pr un lad de su fiabilidad, del númer de averías descnexines que sufra y pr tr del tiemp de parada pr mantenimient. Seguridad 19

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