Energía Firme para el Cargo por Confiabilidad de las Plantas Solares Fotovoltaicas Fernando Vásquez Rodríguez Vicepresidencia Generación
AGENDA: - Antecedentes. - Circular CREG 83 2015 Anexo: Consultoría para establecer una metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar - Resolución CREG 243 de 2016. - Comisión Temporal de Trabajo Plantas Solares.
Antecedentes La metodología para la remuneración del Cargo por Confiabilidad, en el mercado mayorista, fue adoptada por la CREG mediante la Resolución 071 de 2006. este mecanismo asegura el suministro de energía y brinda cobertura de precio a la demanda nacional. Las plantas de Generación que participan en este mecanismo se comprometen a generar su Obligación de Energía Firme, OEF, cuando el precio de bolsa supera el precio de escasez. Así la OEF que asume una planta de Generación corresponde a un valor menor o igual a la ENFICC que puede ofrecer. Debido a que las plantas de Generación que participan en el cargo por confiabilidad lo hacen de acuerdo a su ENFICC y esta depende de la tecnología utilizada para generar es necesario definir una metodología para Plantas Solares Fotovoltaicas.
Antecedentes Para diseñar esta metodología se contrato una consultoría especializada con la firma FONROCHE, la cual se publicó a comentarios mediante documento anexo a la circular CREG 083 de 2015. Adicionalmente se publicó el proyecto de resolución CREG 227 de 2015 para comentarios, donde se define la metodología ENFICC para plantas solares. Para los comentarios recibidos se publicaron las respuestas en el Documento CREG 154 de 2016. Con base en los comentarios recibidos y análisis adicionales la CREG establece la metodología para determinar ENFICC de plantas solares fotovoltaicas mediante la resolución 243 de 2016.
Resolución CREG 243 de 2016 ENFICC de plantas solares fotovoltaicas que tengan información de irradiación horizontal y temperatura ambiente, con una serie igual o mayor a diez años y con resolución horaria. Define estimar la energía de una planta de acuerdo con la siguiente ecuación: EN m,t kwh/mes = 1 I STC K C K inc V m,t TA m,t GHI m,t 1 IHF POT dc EN m,t = Energía generada en el mes m del año t, en kwh/mes
Principales aspectos que alimentan el modelo definido para el cálculo de ENFICC para plantas solares fotovoltaicas: I STC = Irradiancia en condiciones constantes = 1 kw/m 2 STC es acrónimo de Condiciones de Test Estándar, donde se armonizan las condiciones de ensayo descritas en los procedimientos de la norma IEC 60891 para correcciones de temperatura y radiación de células y módulos fotovoltaicos. Según la IEC 60891 se miden todos los parámetros en laboratorio con un simulador solar de clase alta 1000 W/m 2, un trazador I-V y una célula de referencia calibrada. Durante el proceso de caracterización la temperatura del módulo o de la célula de referencia se controla a 25 C.
K C = Constante por pérdidas de un sistema solar fotovoltaico = 0.9139 K c = K PVS K ohm K d K S K nd K nd = Indisponibilidad de equipos. Valor garantizado por la empresa que opera y mantiene la central a lo largo de su vida útil. De acuerdo a la experiencia en el sector se define en un valor de 0.99 K s = Pérdidas por suciedad. Este parámetro depende de la suciedad que se va acumulando en los módulos y produce pérdidas en el mismo. Se define un valor de 0.97 K d = Pérdidas por dispersión. Pequeñas pérdidas de eficacia de los módulos fotovoltaicos debidas al mismatch entre strings de módulos y los inversores. Se define un valor de 0.98
K ohm = Pérdidas óhmicas en corriente continua (DC) y alterna (AC) que se presentan en los siguientes puntos (Se define un valor de 0.985): Tramo en DC desde el módulo al String Combiner Box (SCB) Tramo en DC desde el SCB al inversor de conexión a red Tramo en AC en baja tensión desde el inversor al transformador de campo. Tramo en AC en media tensión (10-34,5KV) desde los transformadores de campo hasta la subestación elevadora o punto de salida de la planta. Fuente: http://orion.unex.es
K PVS = Pérdidas debidas a la operación del inversor. Se define un valor de 0.976 K c = K PVS K ohm K d K S K nd K C = 0.99 * 0.97 * 0.98 * 0.985 * 0.976 K C = 0.90 pero con los comentarios y análisis adicionales la CREG define esta constante K C = 0.9139
K inc = Constante de inclinación a elegir de acuerdo con el tipo de estructura de soporte K INC = K SA K IRR K FS G POA K IRR = IAM y perdidas por irradiancia en el colector. Depende de la transmisión y reflexión del cristal que cubre el módulo fotovoltaico. Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
K SA = Servicios auxiliares de la planta. Representa los consumos de todos los equipos auxiliares para la operación de la planta solar fotovoltaica. Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
K FS = Factor mínimo de pérdida por sombreado. Estas pérdidas son las producidas a lo largo de cada día y durante todo el año entre módulos y por obstáculos externos durante el movimiento del sol. Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
G POA = Ganancia en el plano incidente de radiación. Ángulo óptimo de inclinación para que un panel reciba el máximo de radiación solar durante todo el año. Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
Como resultado se obtienen los valores K INC para cada tecnología de soporte utilizada Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
V m,t TA m,t = Valor por pérdidas debidas a la temperatura, según tipo de módulo utilizado para el mes m del año t. TA m,t = Promedio de temperatura ambiente para cada mes m del año t, en La dependencia de la potencia de un módulo fotovoltaico respecto a la temperatura es debida a las propias características del material semiconductor utilizado en su fabricación. Esta dependencia es lineal y se conoce como coeficiente de temperatura, las unidades son tanto por ciento por grado centígrado (%/ºC) y es un valor negativo, es decir, mientras mayor es la temperatura mayor es la pérdida de potencia del módulo fotovoltaico.
Fuente: https://ingelibreblog.wordpress.com
Para incluir estas pérdidas en la fórmula de cálculo de la energía firme es necesario definir un coeficiente que las represente. Para ello se estudian 7 ubicaciones en Colombia con diferentes medias anuales. la temperatura para cada una de estas ubicaciones es prácticamente constante a lo largo de todo el año. Considerando esta característica se utiliza la temperatura promedio anual para buscar la correlación entre la temperatura ambiente y las pérdidas que esta genera. La línea de tendencia que mejor se ajusta es la poli nominal de 3er orden, con un R2 muy cercano a la unidad. Esto se replica en todos los casos analizados.
La forma de la ecuación que define el coeficiente de pérdidas por temperatura para el peor mes del año es: Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
GHI: Irradiación Global Horizontal. Esta Variable puede tener diferentes medios para ser obtenida. Dos de los más comúnmente utilizados son las fuentes secundarias de información de radiación solar y uso de medidas reales tomadas en el sitio de la planta. Bases de datos de radiación solar características deseables que debe tener una base de datos meteorológicos para garantizar un mínimo aceptable de fiabilidad en las simulaciones de producción que se realicen:
La incertidumbre para cualquier punto geográfico no debe ser mayor a ±15%. El histórico de datos debe tener al menos 10 años. La resolución temporal de los datos debe ser al menos horaria, siendo preferible que se puedan obtener datos en intervalos de tiempos menores (por ejemplo 30 min). Como mínimo debe contener datos de: radiación global horizontal, radiación difusa y temperatura ambiente. La resolución espacial debe ser como máximo de 5 km. La temperatura media del aire debe ser a 2 m de altura con respecto al suelo. Debe permitir el cálculo o aportar series de datos con probabilidades de excedencia superiores al 50%.
Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
Uso de medidas reales en sitio. Asumiendo que se disponen de datos de radiación horizontal fiables en el sitio del proyecto, por un periodo no menor a un año, y datos satelitales de radiación en el largo plazo, los siguientes datos de incertidumbres pueden ser asumidos Fuente: Consultoría para establecer una Metodología para el cálculo de energía firme de una planta solar
1 IHF POT dc IHF = Se calcula de acuerdo a la regulación vigente para plantas hidráulicas. POT dc = Hace referencia a la potencia pico instalada en la planta fotovoltaica EN m,t = Energía generada en el mes m del año t, en kwh/mes
Resolución CREG 243 de 2016 Se calcula la Energía E n en Kwh/dia: E n kwhτdía = EN m,t Días m E n = Energía diaria del enésimo dato EN m,t = Energía generada en el mes m del año t, en kwh/mes Días m = número de días del mes
Resolución CREG 243 de 2016 Con los valores de Energía E n para toda la serie histórica, se construye una curva de distribución de probabilidad ordenando los resultados de menor a mayor. El menor valor corresponderá al 100% de probabilidad de ser superado, PSS, y el mayor valor corresponderá al 0% de PSS. Calcular la ENFICC para la planta. ENFICC BASE: Corresponde a aquella generación que es capaz de entregar la planta en la condición del 100% de probabilidad de ser superada, PSS, de acuerdo con la distribución de probabilidad construida. ENFICC 95% PSS: Corresponde a aquella generación que es capaz de entregar la planta en la condición del 95% PSS de la curva de distribución de probabilidad construida. El valor que se asigne corresponderá a la energía calculada para el período más próximo a la condición del 95% PSS.
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Resolución CREG 243 de 2016 La ENFICC calculada debe ser afectada por el factor de uso de medidas reales de irradiación y degradación en el sitio o fuera del sitio de ubicación de la planta, según esta ecuación: kwh / día ENFICC BASE 95% PSS Kmed t ENFICC t, ENFICC t = ENFICC (kwh/día) base o 95% PSS para cada año t. ENFICC BASEV95%PSS = ENFICC (kwh/día). Se tomará el valor base o el del 95% PSS. K med,t = Factor por uso de medidas reales de irradiación y degradación en el sitio o fuera del sitio de ubicación de la planta. El factor K med,t será el dato que corresponda al año t según la tabla.
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Resolución CREG 243 de 2016
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Resolución CREG 243 de 2016 Adición de formatos al anexo 5 de la Resolución CREG 071 de 2006.
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Resolución CREG 243 de 2016
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Comisión Temporal de Trabajo Plantas Solares El agente generador que representa la planta solar fotovoltaica deberá presentar un dictamen técnico de las medidas de irradiación horizontal y temperatura ambiente. El dictamen técnico será contratado por el agente generador interesado. Este dictamen será realizado por una persona natural o jurídica de acuerdo con una lista autorizada por el Consejo Nacional de Operación, CNO. Los resultados del dictamen técnico deberán ser aprobados por el CNO. Se requerirá un Dictamen Técnico para realizar una verificación de las contantes de la ecuación correspondiente a las pérdidas por temperatura ambiente.
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Comisión Temporal de Trabajo Plantas Solares En caso de que el agente no cuente con las series o con los datos suficientes de estas en el sitio de la planta para cumplir lo dispuesto en el artículo 1 de esta resolución, el dictamen técnico deberá dar concepto de la estimación de estas series partiendo de mediciones en el sitio de la planta y de series de irradiación horizontal y temperatura ambiente históricas conocidas de otros puntos de medición para cada hora.
ENFICC K med, t t BASE 95 % PSS Comisión Temporal de Trabajo Plantas Solares Construir lista de dictaminadores técnicos Series de datos de irradiación y temperatura ambiente Diseñar protocolo para verificar calidad e integridad de los datos. Medición en sitio Fuente Secundaria IEC 61724-1:2017* Validar bases de datos satelitales vs estaciones en sitio (IDEAM) * Describe los equipos, métodos y la terminología para el desempeño, Monitoreo y análisis de sistemas fotovoltaicos (PV). Se enfoca en sensores, instalación y precisión de los equipos de monitorización, además de la adquisición de Controles de calidad, parámetros calculados y métricas de rendimiento.
Gracias!