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