ESTUDIO SOBRE LA UTILIZACION DE LA ENERGIA

SOLAR FOTOVOLTAICA EN HOGARES RURALES DE

VENEZUELA

Fausto Posso

ULA-Venezuela

mail: fausto@ula.ve

LA CASA ALEMANA

Caracas, Febrero 2011

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

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

Sistemas de riego

Cercas eléctricas

1

Potabilización y desalinización

Comunicaciones

2 EL SISTEMA ENERGETICO DE VENEZUELA

PRODUCCION DE ENERGIA PRIMARIA. AÑO 2006

72%

15%

2%

10%1%

Petroleo

Gas

Leña

Hidro

Orimulsión

CONSUMO TOTAL DE ENERGIA

46%

9%

5% 1%

39%

Industrial

Residencial

Transporte

Servicios

Otros

CONSUMO DE ENERGIA PRIMARIA POR SECTOR

Fuente: CAVEINEL

INDICADORES SECTOR ELECTRICO

Capacidad Instalada 22.401 GW

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

T. vapor T. gas Diesel Hidro

Fuente: CAVEINEL

27%

16%

41%

16%

Residencial

Comercio

Industrial

Otros

CONSUMO DE ELECTRICIDAD POR SECTORES DE LA ECONOMIA

Total Consumo: 81.790 GWh

Fuente: CAVEINEL

Consumo/Hab. = 2.956 kWh/año

Con. Res./Cliente Res.= 2.626 kWh/año

Cobertura de electricidad: 97 %

OTROS INDICADORES

.......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

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

Hybrid Optimization Model for

Electric Renewables

LAS VARIABLES DE ENTRADA DEL MODELO

La Demanda de Electricidad

Fuente: Elaboración propia

SE ASUME QUE ESTE CONSUMO ES IGUAL EN TODOS LOS DIAS DEL AÑO

1

Distribución horaria del consumo2

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

VALORES DE

RADIACIÓN SOLAR

COMUNES EN

VENEZUELA

4 - 6 kWh/m2 día

INTERVALO A CONSIDERAR EN ESTE ESTUDIO

San Cristóbal

A PARTIR DE LA LONGITUD Y LATITUD DE UN SITIO, HOMER OBTIENE LOS

NIVELES DE RADIACION

3. Modelos de tratamiento de imágenes de satélite

EJEMPLO

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

CA = 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

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/m2dia

1

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

y = 1,7651e-0,1232x

R2 = 0,9905

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

Rd (kWh/m2d)

CO

E (

$/kW

h)

VARIACION DEL COE CON LA RADIACION

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

1,1 1,2 1,3 1,4

CI (kW)

EG

(kW

h/a

ño

)

0

5

10

15

20

25

30

EE

x (

%)

ENERGIA GENERADA Y ELECTRICIDAD EN EXCESO VS. CAPACIDAD INSTALADA

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

COE ($/kWh)

4 4,5 5 5,5 6

Rd (kWh/m2d)

12%

4%

EFECTO DE LA TASA DE INTERES EN EL COSTO DE LA ELECTRICIDAD GENERADA

COSTO PARA UN SISTEMA ESPECIFICO

* Rd = 4,0 kWh/m2d * CI: 1,2 kW

Costo Total= 8.244 $

Costo Unitario= 6,87 $/Wp

56.4 %

39,1 % 4,5 %

Efectos ambientales

EFECTOS DE LA UTILIZACION DEL SISTEMA FV

Diesel: 685 kg CO2/hogarBiomasa: 790 kg CO2/hogarCarbón: 1398 kg CO2/hogar

Si se extendiese su uso

a todos los hogares

rurales sin electricidad

se evitarían emitir 125.000 ton de CO2 en un año

Según este estudio

Año

2008

184 MM Tm CO2

6,97 Tm CO2/hab.

Venezuela es el primer país en América Latina en emisiones por habitante

...y creciendo.....

En forma general

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

RESULTADO PRINCIPAL

COE = 0,902 $/kWh

Una comunidad hipotética formada por 200 familias, una

escuela y un dispensario básico

Consumo promedio diario: 138 Wh/hogarPotencia Pico: 130 WRd promedio: 5,4 kWh/m2d

ESTUDIOS SIMILARES

COE = 1,00 $/kWhVenezuela

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.

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.

Los paneles FV tiene el mayor peso en la estructura de costos del sistema FV