El Aprovechamiento de Energía Fotovoltaica y Energía Solar Térmica en Viviendas y Edificios

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1 El Aprovechamiento de Energía Fotovoltaica y Energía Solar Térmica en Viviendas y Edificios Jueves, 16 de junio 2011

2 Mercado potencial del sector solar fotovoltaico en México

3 Fuente: [5] Despliegue del mercado fotovoltaico y niveles de competencia Todos los mercados fotovoltaicos se comportan de un modo similar. La competitividad tecnológica mejora y los costos de inversión disminuyen. La competitividad y, a su vez, el despliegue del sector, dependen principalmente de: Las condiciones de radiación solar en el mercado/país. Tecnologías/Aplicaciones existentes en el mercado (Para aplicaciones aisladas es comparable el proceso con los generadores de Diesel). 3

4 / Schubert Phaesun GmbH Source: Solar-Trak Segmentos tradicionales del mercado FV en México El mercado FV mexicano tiene un tamaño modesto pero un gran potencial. La capacidad instalada ha aumentado anualmente 1MW, llegando hasta aprox. 3,3MWp en el año Históricamenre, la mayor parte de las instalaciones han sido de tipo isla. Sin embargo la tendencia muestra un crecimiento más alto en las aplicaciones conectadas a la red debido a la creación de contratos de Medición Neta Electrificación rural: ~900 kwp Aplicaciones conectadas a la red: ~800 kwp Otras aplicaciones aisladas ~900 KWp Aplicaciones aisladas profesionales: ~400 kwp Bombeo de agua: ~150 kwp Estimaciónes a año

5 Capacidad instalada acumulada de aplicaciones conectadas a la red hasta finales del 2009 Fuente: [9] Hasta finales del 2009, la capacidad FV instalada alcanzó los 25MWp, de los cuales aproximadamente 5,5 MWp son aplicaciones conectadas a la red. En el segmento de aplicaciones con conexión a la red, el sector mas fuerte ha sido el residencial. 5

6 Nuevos segmentos de mercado: Medición Neta residencial (Net Metering) Ejemplo: 200 Kwh 60 Kwh 360 Kwh Energía generada por el sist. FV = 200 kwh Energia inyectada a la red CFE = 60 kwh Energia suministrada por la CFE: 360 kwh Energia cobrada = = 300 kwh Consumo real= = 500 kwh Fuente: Adaptado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas (México) Cobro-Escenario 1: 300 kwh = $ 290 Cobro-Escenario 2: 500 kwh = $ 740 Ahorro = $

7 Medición neta (Net Metering) Los beneficios de un contrato de Medición Neta son los siguientes: Ahorro sobre la cantidad de energía generada con el sistema FV. Reducción de la demanda pico puede tener como consecuencia un cambio a una tarifa más económica (por ejm. de una tarifa DAC a una más económica 1 hasta 1F) Fuente: [10] 7

8 Estimación del tamaño del segmento de mercado residencial Dentro del sector residencial, los costes de la generación FV serán primero competitivos con las tarifas eléctricas a minoristas DAC. El primer paso es una estimación de usuarios con tarifa DAC: Estimación de usuarios con tarifa DAC : Consumo promedio: 300 kwh/mes = 10kWh/dia Consumo total de usuarios DAC = 8 Mill. kwh/dia Asumiendo un PR=75% y 5 PSH en promedio, la capacidad FV instalada necesaria para cubrir esta demanda será: Capacidad instalada = 8 Mill kwh / (0.75* 5) = 2,1 GW Que porcentaje del tamaño de mercado estimado de 2.1 GW puede ser desarrollado depende principalmente de la competitividad de los costes la generación FV en comparación con el precio de venta de las tarifas eléct. 8

9 Tarifas eléctricas en México Las tarifas eléctricas son la referencia para los costos de generación eléctrica de aplicaciones conectadas a la red. Un verdadero entendimiento del funcionamiento de las tarifas es fundamental para evaluar la viabilidad financiera de una instalación fotovoltaica. Las tarifas eléctricas son diferentes para el sector residencia, industrial y de servicios. Las temperaturas a medio día durante el verano generan mayores consumos debido a los sistemas de aire acondicionado. Sin subsidios, una casa promedio podria gastar una porción substancial de sus ingresos en cuentas de electricidad durante los meses con altas temperaturas (hasta un 40% de los ingresos). El Gobierno Federal de México ha establecido un subsidio directo en las áreas más cálidas durante los meses de verano. 9

10 Caso típico de un hogar en Mexicali La aplicación de subsidios en los meses de verano "facilita" la economía familiar. El porcentaje del ingreso familiar necesario para pagar las cuentas eléctricas en verano se reducen notoriamente. 10

11 Tarifas aplicables para los diferentes sectores En el sector residencial hay 7 tarifas diferentes. Las tarifas para la industria y sector de servicios dependen de: Fuente: [6] El tipo de conexión a la red nacional. La potencia contratada por el usuario eléctrico. 11

12 Análisis FODA del mercado FV mexicano Debilidades Fortalezas Baja inversión en I&D Baja capacidad instalada anual El mercado FV esta aún incipiente y existe un bajo nivel de competitividad Falta de personal calificado en el área Bajo conocimiento de la tecnología por parte de la población. Subsidio a recursos de fuentes fósiles Bajos incentivos y apoyo político El financiamiento es un cuello de botella a tener en cuenta Energía Fotovoltaica en México Alta radiación solar Contrato de Medición Neta Cercania al mercado eléctrico de los Estados Unidos de America. Contribución al mejoramiento de la confiabilidad del servicio eléctrico Contínua reducción en los costes de inversión para la instalaciónes Incremento en tarifas eléctricas Cooperación con compañias extranjeras. Amenazas Oportunidades 12

13 Recurso solar

14 El Recurso Solar en México El promedio de irradiación solar en México es aproximadamente de 5 Kwh/m².dia Extensas regiones áridas con características muy apropiadas para la explotación de energía solar: Poca/nula Nubosidad Apropiada distribución de la radiación solar durante el año con un valor promedio de 5 Kwh/m².dia Kwh/m².a > Región Radiación Solar Energía FV instalada [MW] Alemania 1040 Kwh/m².a ~15000 México 1700 Kwh/m².a 25 Egipto 2550 Kwh/m².a

15 Fuente: [6] La luz del Sol sobre la Tierra Reflexión Radiación Directa Viene directamente del Sol Proyecta sombras sobre los objetos Radiación reflejada (albedo) Radiación Directa Irradiancia Difusa Radiación Difusa No tiene una dirección definida La luz del sol sobre la tierra consta de una porción directa y una porción difusa. 15

16 Trayectoria solar 21 Septiembre 21 Marzo 21 Junio Cenit Por qué es importante conocer la trayectoria del sol? 21 Diciembrer W N S 07:13 a.m. 07:00 a.m. 06:51 a.m. E El conocimiento exacto de la trayectoria del sol es necesario para calcular los valores de irradiación y el rendimiento del sistema de energía solar. Fuente: [7] 16

17 Horas de mayor luz solar: PSH (Peak Sun Hours) El promedio de la irradiación solar diaria en kwh/m2 es llamada también "peak sun hours (PSH). PSH se refiere a la irradiación solar en un lugar determinado si el sol estuviera brillando en su valor máximo de 1kW/m2 en un determinado número de horas. Ej: Un lugar que recibe 8 kwh/m2 al dia, se puede decir que recibe 8 PSH por dia a 1kW/m2. Fuente: [8] 17

18 Principios de la tecnología solar fotovoltaica

19 Diseño y funcionamiento de una celda solar cristalina Balance energético de una celda solar cristalina 100 % energía solar irradiada 4 Electrodo negativo p Silicio dopado -3 % reflexión y sombra por contactos frontales -23 % fotones de muy baja energía con radiaciones de longitud de onda larga - 1 Electrodo positivo n Silicio dopado -30 % fotones con demasiada energía con radiaciones de longitud de onda corta % pérdidas de recombinación -20 % diferencia de potencial en la célula (espacio de zona de carga) -0.5 % resistencia de las series (pérdidas ohmicas) 1 Separación de carga 2 Recombinación 3 Energía de los fotones no utilizados (transmisión) 4 Reflexión y sombra por los contactos frontales 3 Fuente: V. Quaschning = 14 % de energía eléctrica utilizable Fuente: [14] 19

20 Current (A) Power (W) La curva I-V y el punto de máxima potencia Curva I-V Es el resultado de proyectar diferentes medidas de voltaje y sus corrientes correspondientes en diferentes condiciones de carga entre los extremos VOC e ISC Punto de máxima potencia MPP Mientras se traza la curva IV podemos trazar la correspondiente curva de potencia. El MPP es el punto en el que el voltaje óptimo y la configuración de la corriente tienen el rendimiento más alto posible de generación de energía. Short circuit current (Isc) Open circuit voltage (Voc) Voltage (V) 20

21 Lectura de los datos técnicos de un módulo Fotovoltaico 2 225W m 1.56m0.8m 1000W 18% 1%

22 Voltaje de circuito abierto V oc y Corriente corto circuito I sc La celda solar iluminada actua como batería produciendo Voltaje directo entre la parte frontal y trasera. Para medir el Voc y la Isc necesitamos: Una resistencia de carga variable (0 to ) Voltímetro y amperímetro Si la resistencia de carga es muy alta ( ) o si se desconecta, el voltímetro leerá una tensión máxima: Este es el voltaje de circuito abierto V oc Si la resistencia de carga se hace cero (cortocircuito), el amperímetro leerá la máxima corriente en la celda. Esta es la corriente de corto circuito Isc Fuente: [6] 22

23 Voltaje de circuito abierto en V Corriente de corto circuito en A Efecto de la intensidad de luz en la corriente y voltaje Radiación en kw/m² 23

24 Muchas gracias por su atención! Renewables Academy (RENAC) México Calle 5 de Mayo # 165 Santiago de Querétaro, Centro Histórico C.P , México Tel: Cel: (044)

25 Fuentes [1] N. Fuente 1 Secretaría de Energía, SENER 2 Datos obtenidos de SENER 3 SENER y ANES (Asociación Nacional Energía Solar) 4 CRE (Comisión Reguladora de Energía) 5 IEA (International Energy Agency) PVPS 6 GTZ (Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit) 7 Global Environment Facility 8 Datos obtenidos de SENER 9 Datos obtenidos de ANES 10 Instituto de Investigaciones Eléctricas (México) 11 Celis, ANES (Asociación Nacional Energía Solar) 25

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