Sistemas pico fotovoltaicos: caracterización y funcionamiento

Transcripción

1 Seminario Experiencias y Perspectivas Internacionales de la Electrificación Rural Fotovoltaica , IIE, Cuernavaca, México Sistemas pico fotovoltaicos: caracterización y funcionamiento Manfred Horn mhorn@uni.edu.pe Centro de Energías Renovables Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú

2 El reto: Desarrollar las regiones rurales Sin energía, en especial sin energía eléctrica, no puede haber desarrollo, ni democracia La energía más cara es la energía que no se tiene

3 El problema ejemplo: Perú La mayor parte de la población sin electricidad (2009: 22 %) vive en regiones rurales alejadas y conectar una casa rural a la red eléctrica cuesta actualmente, en promedio, US$ 1800 (y con tendencia de aumentar) Las familias rurales que tienen conexión a la red eléctrica consumen en promedio menos de 30 kwh /mes, y muchas veces menos de 10 kwh/mes

4 Promedios de consumo de electricidad por hogar y segmentos de consumo (kwh/mes) kwh/mes 1.61 Millones usuarios 1.26 Millones usuarios 12 kwh/mes 1-30 kwh kwh Más de 101 kwh 1.36 Millones usuarios 61 kwh/mes Promedio nacional mensual: 123 kwh/mes Fuente: Anuarios OSINERGMIN

5 El promedio mensual del segmento consumidor de 1 a 30 kwh/mes se ha mantenido en 12 kwh/mes durante los últimos años a pesar que los usuarios tienen energía eléctrica disponible del sistema interconectado nacional kwh/mes CONSUMO PROMEDIO DEL SECTOR RESIDENCIAL (SEGMENTO DE 1 A 31 kwh/mes) Fuente: Anuarios OSINERGMIN

6 CANASTA REFERENCIAL DE CONSUMO ELÉCTRICO EN ZONAS RURALES PARA EL GRUPO DE PROMEDIO DE CONSUMO DE 12 kwh/mes. Uso principal es la iluminación con focos incandescentes (10 lm/w) 50 W X 4 horas x 30 dias = 6 kwh 50 W X 3 horas x 30 dias = 4.5 kwh 10 W X 5 horas x 30 dias = 1.5 kwh Fuente: Carlos Centeno, dic TOTAL = 12 kwh

7 La oferta tecnológica: Paneles fotovoltaicos - producción creciente ~ 50%/año - Vida útil > años - costos disminuyendose: $/W (set. 2010) 2010: la oferta es mayor que la demanda > precios bajan

8 Diferentes alternativas de electrificación rural con Sistemas Fotovoltaicos (SFV)

9 SFD: Sistema Fotovoltaico Domiciliario clásico (SHS: Solar Home System) Características básicas: Panel FV de 50 W; batería de plomo ácido de 12 V DC, 100 Ah Energía disponible: 4 7 kwh /mes Cargas típicas: 2 4 LFC de 7 15 W Costo inicial : US$ Costo de mantenimiento : US$ /mes muy alto para mucha gente muy pobre (falta de sostenibilidad)

10 Ejemplo: Brasil

11 Ejemplo: Brasil

12 Ejemplo: Brasil

13 Fuente: Carlos Centeno, dic ALTERNATIVAS DISPONIBLES DE ILUMINACIÓN PARA MUY BAJO CONSUMO VALORES COMPARATIVO DE DIFERENTES FUENTES EN FLUJO LUMINOSO, COMBUSTIBLE O ENERGÍA CONSUMIDAS Y EMISIONES DE CO2 POR AÑO Vela Mecheros a kerosene Lámpara pico solar con LED o foco ahorrador Foco incandescente 25 W Foco Ahorrador 7 W Lúmenes 10 8(*) 45(*) 87 o más Consumo anual combustible o energía (por 4 horas de uso al día) 18 15(*) 45(*) Unidades kilos litros de kerosene litros de kerosene kwh kwh Emisiones (kg de C0 2 /año) UNA LAMPARA PICO SOLAR PUEDE DAR EL DOBLE O MÁS DE ILUMINACIÓN QUE LAS DE KEROSENE - PARA UTILIZAR UN FOCO INCANDESCENTE HAY QUE ESTAR CONECTADO A LA RED ELÉCTRICA

14 SOLUCIÓN TRANSITORIA Y A CORTO PLAZO: LÁMPARAS PICO SOLARES Fuente: Carlos Centeno, dic COSTO REFERENCIAL POR LÁMPARA: 60 DOLARES QUE COMPRENDE - LAMPARA + PANEL SOLAR - RADIO INCORPORADA o CARGADOR DE CELULAR SE PUEDE BENEFICIAR EN EL CORTO PLAZO A LAS FAMILIAS AMAZÓNICAS, CON DOS LÁMPARAS A UN COSTO DE 6 MILLONES DE DÓLARES EN UN PLAZO DE 1 AÑO O MENOS Con este proyecto podemos solucionar de manera transitoria sus necesidades de iluminación y comunicación.

15 Mini-Sistemas solares (Pico FV) como alternativa de pre-electrificación rural Tecnología de punta y económicamente accesible (30 $ 300 $), como resultado de mejoras en eficiencia de componentes (paneles FV, LED s, baterías, etc) Sistemas móviles y estacionarios para iluminación doméstica y/o productiva Modular: Alternativas de interconexión de sistemas para disponer de más energía (mayor luminosidad) Funciones adicionales integradas (radio o cargador de celular)

16 Sistemas pico PV: Objetivo general Facilitar el acceso a una iluminación de calidad a hogares sin acceso a energía eléctrica Objetivos específicos Mejorar la calidad de vida de los hogares beneficiados (salud, calidad educativa) Eliminación de emisiones in house y reducción de gases de efecto invernadero Apoyo a la comunicación e integración local al incluirse sistemas de radios y cargadores de celular Aprovechamiento de recursos energéticos solares Efecto multiplicador del uso de energías renovables Preservación de recursos naturales Desarrollo de estructuras comerciales para una difusión sostenible de lámparas pico PV A.. Moreno, EnDev GTZ, 2010

17 La oferta tecnológica (2010): Paneles fotovoltaicos Lámparas LED: vida: horas robustos eficaces : lm / W -? (con tendencia a aumentar) iluminación más barata (medido en lmh/$) Foco incandescente: lm/w, 1000 h LFC (7 20 W): lm/w, h ideal monocromática 555 nm: 683 lm/w ideal blanco (rad 5800 K truncado) : 250 lm/w

18 La oferta tecnológica (2010): Baterías: Li Ion: alta densidad de carga permite muchos ciclos de descargas profundas Pb 25 Wh/kg, 300 ciclos, $/kwh NiMH 60 Wh/kg, 500 ciclos, 250 $/kwh Li Ion ? Wh/kg, 2000 ciclos, 300 $/kwh Costo específico (sobre ciclo de vida): Pb 0,3 0,5 $/kwh Li Ion 0,15 $/kwh Gasolina Wh / kg

19 Sistemas Pico Fotovoltaicos Avance tecnológico (oct. 2010): - Paneles FV de 1 5 W - Baterías de Li- Ion incorporadas ( ~ 10 Wh) - Lámparas LEDs (50000 h; lm/w); - otros usos: radio, cargador de celular, etc. - Costo < 100 $ - > 5-10 h/d de luz

20 Sistemas pico FV Marca phocos Marca Sundaya /Phaesun lámparas

21 Barreras Hay pocos expertos en energía solar en el Perú (programa SEPES de la UNI, desde 1980) Falta de conocimientos técnicos por parte de responsables en gobiernos municipales, regionales y ministerios riesgo de estafas) Poco control de calidad (Lab. Solar UNI)

22 Importante: control de calidad

23 J. Suarez, MEM, 2010

24 J. Suarez, MEM, 2010 Muchas gracias