I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A L

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Propuesta de reducción del consumo

eléctrico residencial mediante un Sistema Solar Fotovoltaico conectado a la red

eléctrica.

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A N

Raúl Loza Moral Alejandro Palacios Monzón

Asesores:

Ing. Urbano Castelán José Antonio M. en C. Tolentino Eslava Guilibaldo

MÉXICO, D.F. Marzo, 2014

AGRADECIMIENTOS

Alejandro Palacios Monzón

Antes que a todos, agradezco a Dios por darme la vida y por dejarme estar hoy

escribiendo esto. Por todos los retos, obstáculos y situaciones que me puso a lo

largo de este camino, ya que cada una de estas situaciones me hizo la persona

que soy ahora. Gracias por todo eso y por lo que viene.

También agradezco a mi padre Alejandro Palacios Blanco y a mi madre Martha

Magdalena Monzón Riestra, sin ellos no hubiera llegado hasta donde estoy.

Agradezco su apoyo incondicional, y que estuvieron al pendiente de cada

situación apoyándome y una que otra vez en desacuerdo, pero siempre a mi lado.

Gracias por ser mis padres.

A mis hermanas Martha y Mirna que a pesar de que como todos los hermanos

solemos tener confrontaciones, las amo enormemente y les agradezco todo lo que

hacen y lo que no hacen por mí.

A mis amigos, los que no fueron conmigo en la carrera, pero estuvieron ahí, a ellos

que a pesar del tiempo me apoyaron en todo, Agustín, Memo, Andros (si, así, con

o), Luis, Ericka y Andrea. Y a mis amigos que conocí a lo largo de la carrera y que

saben exactamente lo que pasé para hoy poder estar haciendo esto, David, Liss,

José Luis, Fernando, Raúl, Ezequiel, gracias por estar ahí cuando lo necesité.

Gracias por su amistad.

También quisiera agradecer a Alfredo y a Daniel, que a pesar de que también

fueron conmigo en la carrera agradezco que ahora formemos parte del mejor

equipo, MAP, y que me hayan enseñado más de lo que creí, y agradezco

infinitamente que hoy formen parte de mi vida. Así mismo agradezco a el equipo

que hoy tengo, a Julio, Eduardo, Michel, Nancy, Roberto, Adriana, Martín, Antonio,

Omar, Miguel, a todos ustedes gracias por creer. Sé que vamos a llegar lejos.

Quisiera agradecer a mi familia, a mis tíos, mis primos, mi abuelita, que estuvieron

ahí conmigo, y creyeron y me apoyaron en todo lo que quise, que nunca me

dijeron que no podía, más bien siempre me dijeron que diera todo mi esfuerzo,

que al final todo iba a valer la pena. Gracias por estar conmigo siempre.

Y por último, a todos mis amigos crosslines, que más que amigos son mas como

mis hermanos, a todos ustedes gracias por el apoyo y por su amistad. MAP. Y a

mis profesores, Guilibaldo Tolentino y José Antonio Urbano, de corazón gracias

por todo.

Raúl Loza Morales

Le agradezco a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mí carreara,

por ser mi apoyo, mi luz, mi camino y mi fortaleza. Por brindarme una vida llena

de aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad, ya que sin el nada de esto

fuera posible.

Le doy gracias a mis padres Raúl y Rosario por apoyarme en todo momento, por

los valores que me han inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener

una excelente educación en el transcurso de mi vida.

A Israel y Margarita por ser parte de mi vida y representar la unidad familiar, sobre

todo por ser excelente ejemplo de vida a seguir, A Tania y Belén por ser parte

de este proceso y llenar mi vida de alegrías y amor cuando más lo he necesitado.

A mis abuelos Absalón y Armando que aunque ya no se encuentran físicamente,

siempre estarán presente en mi corazón ya que su sabiduría influyo en mi

madurez para lograr todos los objetivos propuestos en la vida, siempre creyeron

en mi hasta el último momento ¡Ya soy Ingeniero!

Le agradezco la confianza, apoyo y dedicación de tiempo a mis profesores

Guilibaldo y Urbano por compartir conmigo sus conocimientos y sobre todo su

amistad, y habernos brindado la oportunidad de desarrollar nuestra tesis

profesional, gracias por todo su apoyo y facilidades que nos fueron otorgadas.

Gracias a todos porque siempre estuvieron para brindarme toda su ayuda, ahora

me toca regresar un poquito de todo lo inmenso que me han otorgado.

CONTENIDO

Página

RESUMEN i

INTRODUCCION ii

CAPÍTULO I: SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS. 1

1.1 CELDAS SOLARES 2

1.2 SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS 5 1.2.1 EFECTO FOTOVOLTAICO 5 1.2.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 7

1.2.3 TIPOS DE SISTEMAS SOLAR FOTOVOLTAICOS 9 1.2.3.1 Sistemas Aislados 9 1.2.3.2 Sistemas de Conexión a Red 10 1.2.3.3 Sistemas Híbridos 11 1.3 CURVAS CARACTERÍSTICAS 11 1.3.1 CURVA DE LA CELDA SOLAR FOTOVOLTAICA 12 1.3.2 CURVAS DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS 12 1.4 RADIACIÓN SOLAR EN MÉXICO 13

CAPÍTULO II: CONFORMACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR 16 FOTOVOLTAICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

2.1 SEGUIDOR DEL PUNTO DE POTENCIA MÁXIMA (SPPM) 17 2.2 CURVAS I-V DE UN PANEL SOLAR FOTOVOLTAICO CON 18 UN SPPM

2.3 TOPOLOGÍA BÁSICA DEL INVERSOR 21

2.4 INVERSOR CD/CA CON SINCRONÍA A LA RED 23 2.5 MEDIDOR BIDIRECCIONAL 24

2.6 SOPORTES MECÁNICOS PARA PANELES FOTOVOLTAICOS 25 2.7 PROTECCIONES ELÉCTRICAS PARA SISTEMAS 28

FOTOVOLTAICOS

CAPÍTULO III: DISEÑO Y ACOPLAMIENTO DEL CIRCUITO 30

FOTOVOLTAICO A LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA

RESIDENCIAL

3.1 ARREGLO FOTOVOLTAICO 31 3.2 RED Y NODO DE CONEXIÓN 38 3.3 ACOPLAMIENTO A LA RED 39

3.4 CONTRATOS DE INTERCONEXIÓN CON CFE 42

CAPÍTULO IV: RENTABILIDAD Y AMORTIZACIÓN DEL 43

PROYECTO FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL

4.1 CALCULO DE RENTABILIDAD Y AMORTIZACIÓN 44 4.2 PROPUESTA DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO 50

CONCLUSIONES 52

BIBLIOGRAFÍA 53

ANEXOS 54

A.1 MODELO DE CONTRATO DE INTERCONEXIÓN PARA FUENTE 55

DE ENERGÍA RENOVABLE EN MEDIANA ESCALA

A.2 ANEXO E-RDT 60

A.3 DATASHEET MODULO POLICRISTALINO SHARP 240 WATT 64

A.4 ESPECIFICACIONES MEDIDOR MÚLTIPLE ELECTRÓNICO 66

SENTINEL

i

RESUMEN

En este trabajo se desarrolló la propuesta de reducción del costo de suministro

eléctrico residencial en Tarifa Doméstica de Alto Consumo (DAC) mediante un

Sistema Solar Fotovoltaico acoplado a la Red Eléctrica.

Se realizó el cálculo del número de paneles fotovoltaicos necesarios y así reducir

el consumo excedente, así como la selección de equipos y propuestas para un

mejor resultado.

Se obtuvo el ahorro en el consumo eléctrico residencial por medio del Sistema

Solar Fotovoltaico acoplado a la Red Eléctrica, y se calculó la recuperación de la

inversión y las ganancias de la vida útil del sistema.

Con el Sistema Solar Fotovoltaico acoplado a la Red Eléctrica propuesto, se logra

reducir de 1.15 a 2 toneladas de CO2 anualmente al ambiente.

ii

INTRODUCCCIÓN

La Energía Eléctrica en México se considera estratégica para la soberanía

nacional ya que la Constitución Mexicana establece que el sector eléctrico es de

propiedad federal, la cual es regulada por la Comisión Federal de Electricidad

(CFE). La generación de energía eléctrica nacional en gran medida es de fuentes

térmicas, seguido por la hidroeléctrica, aunque la explotación de recursos solares,

eólicos y biocombustible cuentan con un buen potencial, la energía geotérmica es

el único recurso renovable con una contribución considerable de energía [1]. La

radiación solar promedio en México es de 5.23 kWh/m² [SENER balance

energético anual 2007][2], por lo que se ubica entre los cinco países con mayor

potencial para explotar este tipo de energía, sin embargo su aprovechamiento es

casi nulo.

En México el sector eléctrico es controlado por la Comisión Federal de

Electricidad, la cual, para el consumo eléctrico doméstico o residencial lo divide en

3 conceptos: básico, intermedio y excedente. Esto, solo si se tiene un consumo

menor a 500 kWh de energía consumida, ya que rebasando este valor por 6

bimestres, todo el concepto se factura a Tarifa DAC, el cual por cada kWh

consumido el costo de este es de $3.47. Por lo anterior se tiene que, entre más

energía eléctrica se consuma, mayor será el costo, ya que no tiene aportación

Gubernamental, y entre mayor es el costo mayor es la cantidad a facturar en el

recibo.

Mediante la utilización de energías renovable como la solar con cero emisiones de

a la atmósfera, se diseñará un sistema solar fotovoltaico acoplado a la red

eléctrica para una residencia que exceda un consumo de 500 kWh/bimestrales, ya

que son estos consumos los que provocan el incremento en los pagos del recibo

de luz. Teniendo este sistema solar fotovoltaico conectado a la red, funcionando a

su mayor capacidad y acoplado a la red eléctrica en frecuencia y amplitud

apropiada, se podrá realizar la estimación de su amortización, con un promedio

máximo de 7 años, ya que la vida útil del equipo terminado es de 30 años

promedio. Teniendo una ganancia de ahorro de energía de 23 años. Para poder

hacer los cálculos y llevar a cabo la propuesta, la referencia será en el Municipio

Netzahualcóyotl, específicamente la Colonia Reforma, la cual tiene una

localización en el globo terráqueo de Latitud = 19.38 y Longitud = -98.99.

Tomando esta localización se obtuvo la Tabla N°2 [3].

Actualmente se busca generar energías limpias para combatir el cambio climático,

ya que es una realidad que se está desarrollando a cada momento debido al

consumo energético que privilegia los combustibles fósiles (petróleo, carbón y

gas), en vez de recurrir a las energías renovables. El actual modelo de consumo

iii

energético, basado en la quema de combustibles fósiles, es insostenible por una

razón básica ya que los yacimientos de esos combustibles son explotados y

ocasiona graves daños ambientales, los cuales tienen severas repercusiones en

todo el planeta. Por esto se propone utilizar un Sistema Solar Fotovoltaico, ya que

este generará una cierta cantidad de energía eléctrica que podrá ser utilizada en la

residencia, y cuando no se esté consumiendo dicha energía eléctrica, esta será

suministrada a la compañía suministradora local, en este caso Comisión Federal

de Electricidad sumando a favor del usuario en un medidor Bidireccional.

Por lo cual el objetivo de este trabajo es realizar la propuesta de un sistema solar

fotovoltaico con un Seguidor del Punto de Potencia Máxima (SPPM) en el

Inversor, acoplado a la Red Eléctrica para reducir el consumo eléctrico residencial

de una casa habitación con Tarifa Doméstica de Alto Consumo (DAC) y se

encuentra dividido en 4 capítulos:

El Capítulo I trata sobre el funcionamiento de una celda solar cuales y como son

sus curvas características, que compone un sistema solar fotovoltaico y la

radiación solar en México.

En el Capítulo II se encuentran explicados todos los componentes necesarios para

poder hacer la interconexión del sistema solar fotovoltaico hacia la red eléctrica.

En el Capítulo III están todos los cálculos para realizar el arreglo fotovoltaico, así

como la selección de los componentes y equipos para poder acoplarlo a la red.

El Capítulo IV explica mediante comparaciones si es rentable o no esta propuesta,

y si su amortización se logra en el tiempo propuesto.

Al final se muestran las conclusiones de este trabajo.

CAPÍTULO

I

Sistemas Solares

Fotovoltaicos

2

La utilización de sistemas alternativos de generación eléctrica, como lo son los sistemas fotovoltaicos, han permitido disminuir la demanda de energía eléctrica de la red de distribución, o bien alimentar de energía a aquellos sectores en los que no existen servicios eléctricos. Actualmente es una alternativa relativamente factible para sectores de radiación solar alta, ya que es necesario contar con una gran superficie captadora para poder generar la energía requerida. México cuenta con condiciones excepcionales de radiación solar y horas de sol diarias.

1.1 Celdas Solares. Las celdas solares Fotovoltaicas (foto=luz, voltaico=electricidad) son dispositivos de estado sólido, que convierten los fotones de la energía solar en electricidad, por medio del efecto fotovoltaico interno. Las celdas solares son el motor de cualquier sistema solar fotovoltaico, ya que sin ellas no se podría contar actualmente con paneles solares o cualquier otro dispositivo que funcione a base de esta energía. Una celda fotovoltaica tiene como función primordial convertir la energía captada por el sol en electricidad; cuentan con una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico lo cual hace que los fotones de luz sean absorbidos para luego generar una foto-corriente que da origen a un flujo de electrones. Las celdas solares más utilizadas son las formadas por la unión semiconductoras “p-n” y construidas con silicio monocristalino, aunque existen diversos procedimientos y tipos de materiales para la construcción de éstas. Existen una serie de aspectos que afectan a todos los materiales semiconductores como lo es [3]: Cristalinidad Indica la ordenación de los átomos en la estructura cristalina. El silicio, como otros materiales, puede aparecer en varias formas: monocristalino, policristalino o amorfo. Coeficiente de absorción Indica como la luz incidente, que tiene longitudes de ondas específicas contenidas en el espectro solar, puede penetrar el material antes de ser absorbida. Un coeficiente de absorción pequeño significa que la luz no es absorbida fácilmente por el material. El coeficiente de absorción depende de dos factores:

El material que hay encima de la celda, el cual debe tener un coeficiente mínimo de absorción.

Longitud de onda o energía de la luz que es absorbida. Las celdas de silicio cristalino son de un espesor de 100 μm a 500 μm ya que tiene un coeficiente de absorción de la luz incidente relativamente reducido.

3

Costo y complejidad de fabricación Varían dependiendo del material o materiales utilizados en la capa del semiconductor según los factores:

Deposición de diversos materiales.

Necesidad de trabajar en un ambiente determinado.

Cantidad y tipo de material utilizado.

Número de pasos implicados.

Necesidad de mover las celdas. Las partes más importantes de una celda solar son las capas del semiconductor, ya que es en aquellas donde se liberan los pares electrones-huecos que produce la foto corriente eléctrica. Para hacer las estructuras de las distintas celdas solares, hoy día se utilizan diferentes materiales semiconductores como el Silicio (Si), Cobre con Indio y Selenio (CuInSe), Cadmio con Telurio (CdTe), Selenio (Se), Galio con Arsénico (GaAs), etc. y cada uno de ellos tiene diferencias, ya que cada uno de estos elementos tiene distinto número de electrones de valencia. Los tres tipos más comunes de celdas solares fabricadas con silicio son: Celda Solar de Silicio Monocristalino: Este tipo de celda presenta una estructura completamente ordenada, su estructura cristalina es uniforme lo que hace que sea un buen semiconductor. Es de difícil fabricación, ya que es preciso obtiene el silicio puro y dopado con boro semiconductor tipo “P” y con fósforo, semiconductor tipo “N”. Se conoce por su monocromía azulada obscura y metálica que normalmente es una finísima capa de óxidos para evitar pérdidas por reflexión de la luz (Figura 1.1), y tiene un rendimiento comercial que oscila entre el 15% y 18%.

Fig. 1.1. Celda solar de silicio monocristalino.

4

Celda Solar de Silicio Policristalino: Este tipo de celda presenta una estructura ordenada por regiones separadas, sus enlaces irregulares de las fronteras cristalinas disminuye el rendimiento de la celda. Este tipo de celda se obtiene de igual forma que la de silicio cristalino, pero con menos fases de cristalización. Su superficie está estructurada en cristales con distintos tonos de azules y grises metálicos (Figura 1.2) y su rendimiento oscila entre el 12% y 14%.

Fig. 1.2. Celda solar de silicio policristalino.

Celda Solar de Silicio Amorfo: Este tipo de celda presenta un alto grado de desorden cristalino y contiene un gran número de defectos estructurales y de enlace. Su proceso de fabricación es más simple que en los anteriores y menos costoso. Este tipo de celda se deposita en forma de lámina delgada sobre vidrio o plástico. Tiene un color marrón homogéneo (Figura 1.3) y su rendimiento es menor del 10%.

Fig. 1.3. Celda solar de silicio amorfa.

5

1.2 Sistemas Solares Fotovoltaicos. Debido a la tensión baja que produce una celda fotovoltaica individual, que normalmente genera 0.5 V, varias celdas deben ser combinadas en un módulo fotovoltaico, los cuales a su vez son conectados entre ellos para formar un sistema fotovoltaico. La electricidad generada puede ser almacenada, usada directamente, conectarla al sistema eléctrico, o hacer una combinación de ambas (Figura 1.4); usar una parte directamente, y alimentar a la red eléctrica la energía que no se utilice.

Fig. 1.4. Funcionamiento de un Sistema Fotovoltaico.

1.2.1 Efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico o fotoeléctrico interno, consiste en la conversión de luz en electricidad. Este proceso se consigue en todos los semiconductores que tiene la propiedad de absorber fotones y generar internamente pares electrones-huecos. Cuando los electrones libres son capturados por el campo eléctrico interno de una unión P-N, se produce una foto-corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad entre sus terminales. Eléctricamente existen tres tipos de materiales: Los conductores, Semiconductores y Aislantes, en las celdas fotovoltaicas se emplean los semiconductores. En los semiconductores los electrones de valencia están más ligados al núcleo pero basta una pequeña cantidad de energía para que se comporten como conductores. La energía que liga a los electrones de valencia con su núcleo es similar a la energía de los fotones (partículas que forman los rayos solares). Cuando la luz solar incide sobre el material semiconductor, se rompen los enlaces covalentes entre el núcleo y electrones de valencia, que quedan libres para circular por el semiconductor. Al lugar que deja el electrón al desplazarse se le llama hueco y tiene carga eléctrica positiva. Los electrones libres y los huecos creados por la radiación tienen a recombinarse perdiendo su actividad. Para que esto no ocurra, y aprovechar esta libertad de los electrones, se debe crear en el interior del semiconductor un campo eléctrico.

6

Para crear un campo eléctrico en este tipo de semiconductores se unen dos regiones de silicio tratadas químicamente llamadas unión “P-N”. Para conseguir un semiconductor de silicio tipo “N”, se sustituyen algunos átomos del silicio por átomos de fosforo, que tiene cinco electrones de valencia. Como se necesitan cuatro electrones para formar los enlaces con los átomos contiguos de la red cristalina del silicio, queda un electrón ligeramente ligado, que a temperatura ambiente se mueve libre dentro del semiconductor “N” por tal motivo se le denomina negativo. De forma análoga, si se sustituyen átomos de silicio por átomos de boro que tienen tres electrones de valencia, se consigue un semiconductor tipo “P”. Para conseguir la unión “P-N” se ponen en contacto una superficie de semiconductores tipo “N” con la de un semiconductor tipo “P”, la figura 1.5 muestra el corte trasversal de la estructura básica de la celda solar semiconductora en una unión “P-N”. El campo eléctrico interno formado cuando se construye un diodo, es el que utiliza la unión “P-N”, para separar pares electrones y huecos foto generados y mandar electrones al lado “N” y huecos al lado “P”, con los que se rompe el equilibrio y se produce una corriente entre sus terminales que fluye a una carga externa, desarrollando potencia eléctrica V*I. Para que se produzca una corriente eléctrica cuando incide energía sobre el material semiconductor, es necesario que los fotones provenientes del sol, tengan una energía mayor que un valor mínimo determinado, que se denomina ancho de banda prohibida del semiconductor (separación entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción, dentro de todos los semiconductores ( ). A este valor mínimo también se le denomina “gap” de

energía y se suele expresar en electrón-volt ( ).

El valor óptimo de es en promedio de 1.5 .

Fig. 1.5. Principio de operación de una celda solar fotovoltaica.

7

1.2.2 Componentes de un sistema solar fotovoltaico. Un sistema solar fotovoltaico está formado por varios componentes (Figura 1.6), como son: celdas solares, inversores, baterías o acumuladores, etc. [2].

Fig. 1.6. Interconexión de los componentes.

Generador o modulo fotovoltaico. Los generadores son los encargados de captar y convertir la radiación solar en corriente eléctrica por medio del efecto fotoeléctrico interno denominado efecto fotovoltaico. Regulador. El regulador está encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas y descargas profundas, que dañen el ciclo bidireccional de operación carga-descarga. El regulador de tensión controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil (ciclos de vida). Su programación elaborada permite un control capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales.

8

Inversor. Un inversor solar es un tipo de inversor eléctrico que está fabricado para convertir la corriente continua de los paneles fotovoltaicos a corriente alterna, y así usarla en una casa habitación. Los inversores solares se clasifican en tres tipos: Inversores simples: Usados en sistemas fotovoltaicos aislados en donde los inversores toman la corriente directa de baterías cargadas por los paneles solares y/o de otras fuentes, como turbinas eólicas, generadores de energía, etc. Inversores de red: Están diseñados para apagarse automáticamente cuando el suministro de la red disminuye, esto por razones de seguridad (protección de anti isla). Inversores con batería de apoyo: Estos son inversores especiales que están diseñador para tomar la energía de las baterías, administrar la carga de las baterías y exportar el exceso de energía hacia la red eléctrica. Batería o acumulador. Los sistemas de energía solar utilizan baterías de ácido de ciclo profundo la cual almacena energía eléctrica mediante una reacción electroquímica, producida por el generador fotovoltaico para poder utilizarlo en periodos en los que la demanda exceda la capacidad de producción del generador o por la noche. Como cualquier otro sistema de energías renovales, el tipo de baterías que utiliza es distinto a las baterías convencionales que utilizan los automóviles, ya que están diseñadas a ser más tolerantes con distintos tipos de cargas de salida y con la descarga que se espera cuando llega a estar nublado o para su utilización nocturna. Este tipo de baterías solares duran más, aunque también son más costosas. Se debe tener cuidado al adquirir una batería adecuada al tamaño de nuestro sistema fotovoltaico. Si son demasiado pequeñas, se descargarán continuamente, por lo que se tendrá que reemplazar en un menor tiempo. Cuando el tamaño de la batería es el correcto y se mantienen bien, pueden durar hasta 15 años. Elementos de protección. Dentro de estos se encuentran los interruptores de desconexión, diodos de bloqueo, etc., conectados para proteger la descarga y derivación de elementos en caso de falla o situaciones de sobrecarga, también protección contra descargas atmosféricas. Contador de energía o medidor. Este dispositivo mide la energía producida por el sistema fotovoltaico durante su periodo de funcionamiento.

9

1.2.3 Tipos de Sistemas Solar Fotovoltaicos. Un sistema solar fotovoltaico es el conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que concurren para captar la energía solar disponible y transformarla en utilizable como energía eléctrica. Estos sistemas dependientemente de su utilización y de tamaño de potencia, se pueden clasificar en 3 tipos como se muestra en la Figura 1.7.

Fig. 1.7. Clasificación de los Sistemas Fotovoltaicos.

1.2.3.1 Sistemas Aislados. Tiene como objetivo satisfacer total o parcialmente la demanda de energía eléctrica de aquellos lugares donde no existe la red eléctrica de distribución o esta es de difícil acceso. Los sistemas aislados normalmente están equipados con sistemas de acumulación de energía (Figura 1.8), ya que solo pueden proporcionar energía durante el día y la demanda se produce a lo largo del día y la noche. Esto implica que el campo fotovoltaico ha de estar dimensionado de forma que permita, durante las horas de insolación, alimentación de la carga y la recarga de las baterías de acumulación. Los principales componentes de este sistema son:

Módulos fotovoltaicos.

Regulador de carga.

Sistema de acumulación.

Inversor.

Elementos de protección.

10

Fig. 1.8. Diagrama de un Sistema Fotovoltaico Aislado.

1.2.3.2 Sistemas de conexión a red. Los sistemas conectados a la red no tienen sistemas de acumulación, ya que la energía producida durante las horas de insolación es canalizada a la red eléctrica (Figura 1.9). Estas instalaciones cuentan con sistemas de seguimiento del estado de la tensión de la red de distribución, de manera que se garantice el correcto funcionamiento de las mismas. Por otra parte, se eliminan las baterías que son la parte más cara y compleja de una instalación ya que requiere un cuarto acondicionado, regulador de caga para sobre carga y descarga profunda, ventilación, ya que se puede generar hidrógeno, y el mantenimiento de revisar periódicamente el nivel del electrolito. Los principales componentes de este sistema son: -Módulos fotovoltaicos. -Inversor para la conexión a la red. -Elementos de protección. -Contador de energía.

Fig. 1.9. Diagrama de un Sistema Fotovoltaico acoplado a la Red Eléctrica.

11

1.2.3.3 Sistemas híbridos. En algunos casos el sistema fotovoltaico aislado se puede complementar con otros sistemas energéticos renovables, a fin de tener mayores garantías de disponer de electricidad. Cuando un sistema fotovoltaico a demás del generador incorpora otro generador de energía se denomina sistema híbrido, y en general se utiliza la energía eólica (Figura 1.10). Estas combinaciones se dan para aprovechar algún recurso energético localizado cerca de la instalación o para tener mayor fiabilidad en el suministro de energía. Normalmente la generación fotovoltaica es compatible con cualquier otra generación eléctrica.

Fig. 1.10. Diagrama de un Sistema Fotovoltaico Híbrido.

1.3 Curvas características La representación típica de la característica de salida de un dispositivo fotovoltaico se denomina curva corriente-tensión (Figura 1.11) [4]. La corriente y la tensión a las que opera un dispositivo fotovoltaico están determinadas por la radiación solar incidente, la temperatura ambiente y características de la carga conectada al mismo.

12

1.3.1 Curva I – V de la celda solar fotovoltaica. La curva corriente-tensión que define el comportamiento de una celda fotovoltaica se representa de la siguiente forma:

Fig. 1.11. Curva I-V de una celda fotovoltaica. Hay que tener en cuenta que la tensión disminuye con la temperatura ( coeficiente térmico negativo), y cambia en forma exponencial con la radiación solar y la corriente que la celda suministra a una carga exterior, aumentando ligeramente con la temperatura (coeficiente térmico positivo). A medida que la celda aumenta, disminuye el rendimiento ya que el producto entre Vn e Im es decreciente, ganando así la tensión. 1.3.2 Curvas de los módulos fotovoltaicos. La curva intensidad de corriente-tensión de un modulo fotovoltaico (Figura 1.12), se obtiene a partir de las curvas de las celdas que lo componen. Como todas las celdas de un módulo tienen características iguales, para hallar la intensidad de corriente del módulo se calcula de la siguiente forma [5]: Intensidad:

Tensión:

13

Potencia:

Fig. 1.12. Curva I-V de un modulo fotovoltaico. La curva resultante de un módulo fotovoltaico tiene la misma forma que la de una celda solar, y por lo tanto sufrirá los mismos efectos con las variaciones de radiación y temperatura.

1.4 Radiación solar en México Como fuente renovable de energía natural, la irradiación solar ofrece un gran

potencial para una amplia gama de aplicaciones, especialmente la energía

fotovoltaica, dado que la luz solar es abundante y accesible. La irradiación solar se

distribuye de forma desigual desde el punto de vista geográfico en todo el mundo

debido a variables como la altitud solar, asociada a la latitud y la estación del año,

y las condiciones atmosféricas, determinadas por la cobertura de nubes y el grado

de contaminación. La principal herramienta para consultar los niveles de

irradiación es un mapa de irradiación, en la Figura 1.13 se muestra la irradiación

solar en México en la temporada de verano.

Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. La radiación solar se distribuye desde la radiación infrarroja hasta la radiación ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera como el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiancia su unidad es el W/m². En función de cómo reciben la radiación solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir cuatro tipos de radiación.

14

Fig. 1.13. Mapa de irradiación solar global para la Republica Mexicana.

15

Radiación directa

Llega directamente del Sol a la atmosfera sin sufrir ningún cambio en su dirección.

Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los

objetos opacos que la interceptan (15% absorbida y 6% reflejada).

Radiación difusa

Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o

absorbida por éstas. Esta radiación, que se denomina difusa, va en todas

direcciones, como consecuencia de las reflexiones y absorciones, no sólo de las

nubes sino de las partículas de polvo atmosférico, montañas, árboles, edificios,

etc. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto

a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que más

radiación difusa reciben (3% absorbida y 21% reflejada).

Radiación reflejada

Es reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del

coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Las superficies

horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna

superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada

reciben. (50% absorbida y 5% reflejada)

Radiación global

Es la suma de las tres radiaciones. En un día despejado, con cielo limpio, la

radiación directa es preponderante sobre la radiación difusa. Por el contrario, en

un día nublado no existe radiación directa y la totalidad de la radiación que incide

es difusa.

CAPÍTULO

II

Conformación de un

Sistema Solar

Fotovoltaico para el

Suministro de

Energía Eléctrica.

17

Los paneles solares fotovoltaicos trasforman la luz solar en electricidad de la forma más limpia, inagotable y económica de energía, evitando de esta forma agotar fuentes no renovables y finitas como el petróleo y demás combustibles fósiles, pagando por una similar energía costos iniciales altos, pero no de producción o mantenimiento. Para obtener estos beneficios se requieren de instalaciones específicas con componentes electrónicos indicados para un mayor aprovechamiento.

2.1 Seguidor del Punto de Potencia Máxima (SPPM)

El seguidor del punto de potencia máxima, conocido normalmente como SPPM es un sistema electrónico que se conecta a los módulos fotovoltaicos de tal manera que permite extraer la máxima potencia de éstos para diferentes condiciones de irradiancia. El SPPM es un sistema totalmente electrónico (convertidor CD/CD) que varía el punto eléctrico de operación de los paneles y permite que el panel entregue la máxima potencia extraíble.

En todo sistema basado en paneles solares es muy importante extraer la máxima potencia de los mismos, ya que de este modo se logra un funcionamiento más eficiente del mismo. En este aspecto, existen muchos algoritmos destinados a obtener la máxima potencia del inversor y, por regla general, estos algoritmos se centran en la medición de los parámetros de entrada del puente inversor, como son la tensión de entrada y la corriente entregada por los paneles solares.

Para el SPPM (cuyas siglas en Inglés son MPPT Maximun Power Point Tracking) solo requiere la medición de los parámetros conocidos de antemano, que son la tensión de la red y la corriente a la salida del puente inversor. El bloque del SPPM se encarga de generar la corriente de referencia a partir de la tensión de red y del disparo de uno de los transistores. Esta referencia se caracteriza por buscar el funcionamiento del sistema en el punto de máxima potencia del panel fotovoltaico. El diagrama de bloques del inversor se puede ver en la Figura 2.1.

Para llevar a cabo el seguimiento del punto de máxima potencia, es necesario conocer el funcionamiento del panel solar fotovoltaico. En este aspecto, una forma común de representar el funcionamiento del panel es a través de las curvas características de tensión y potencia, frente a la corriente generada. Como se puede observar en la Figura 2.2, cuando el panel esta en circuito abierto, la corriente entregada por el mismo es nula, aumentando lentamente a medida que la corriente generada aumenta. Este incremento corresponde con un aumento de potencia entregada por el panel, hasta que se llega a un punto en el que la potencia es máxima, que es el denominado Punto de Máxima Potencia (PMP). A partir de este punto, tanto la tensión del panel como la potencia del inversor decrecen bruscamente con la corriente, llegando a un punto en el que el panel no puede dar más energía.

18

Fig. 2.1. Diagrama de bloques del inversor en lazo cerrado con control SPPM (MPPT).

El control del SPPM utiliza las siguientes señales: - Referencia de corriente: es la señal de salida de este bloque. Se calcula multiplicando la tensión de red por la amplitud de la corriente de referencia, que es la verdadera variable de control calculada por el lazo. - Tensión de red: es una entrada a este bloque. Sirve para generar la referencia de corriente en fase con la red y sincronizada con ella. - Pulsos de disparo de uno de los transistores: es una señal de entrada. A partir de esta señal se evalúa el ciclo de trabajo medio y si este aumenta o disminuye, lo que determina si la amplitud de la referencia de corriente aumenta o disminuye. El condensador de entrada del panel fotovoltaico juega un papel muy importante en este aspecto, ya que el ancho de los pulsos de los transistores depende de la energía entregada por este condensador en cada instante. A medida que el inversor demanda más corriente al panel, la tensión en el condensador de entrada cae y los transistores se activan durante más tiempo (mayor ciclo de trabajo) para seguir atendiendo a las demandas de energía.

2.2 Curvas I-V de un Panel Solar Fotovoltaico.

El fundamento de la energía solar se basa en la conversión directa de la radiación

solar en energía eléctrica en forma de corriente continua, conversión que tiene

lugar en las celdas fotovoltaicas. En la Figura 2.2 se presentan las diferentes

curvas características de tensión eléctrica – intensidad de corriente según sea la

intensidad de la radiación luminosa incidente sobre él. Se puede observar que

para cada curva o para un nivel de radiación solar incidente determinado, la

potencia suministrada por el panel depende del punto en el que trabaje o, de la

carga a él conectada.

19

Fig. 2.2. Curva tensión-corriente de un panel solar.

Para cada curva existe un punto de funcionamiento en el cual se obtiene del panel

la máxima potencia que es capaz de suministrar en las condiciones de radiación y

temperatura existentes. Este punto recibe el nombre de punto de máxima potencia

(Figura 2.3), para un valor de radiación incidente constante, la característica típica

de la potencia extraída del panel, según sea su punto de funcionamiento.

Fig. 2.3. Característica potencia-intensidad de un panel solar para temperatura y radiación

incidente constante.

20

La conexión más inmediata para aprovechar la energía eléctrica obtenida de un

panel solar es acoplar la salida del panel directo a una batería y salida en corriente

continua. La inclusión de la batería es necesaria si se quiere cubrir la demanda de

energía durante las horas de escasa o nula radiación solar. Para obtener la

máxima energía posible del panel es necesario disponer de una impedancia

variable que fuerce en todo instante el panel solar a trabajar en el punto de

máxima potencia de la curva característica correspondiente. La carga real

conectada a la central fotovoltaica tiene un valor propio que puede variar a

intervalos según las necesidades concretas de consumo, pero que, durante cada

intervalo, presenta un valor constante. Por consiguiente, solo queda la alternativa

de diseñar un dispositivo que simule a partir de ella y mediante un procedimiento

adecuado, una impedancia que vista desde el panel sea variable.

Este caso puede resolverse de dos formas como se muestra en la Figura 2.4. El

fundamento es el mismo para las dos variantes, consiste en un interruptor

electrónico (transistor, tiristor) que se acciona varios cientos o miles de veces por

segundo. La impedancia efectiva vista desde el panel, puede entonces variarse de

forma continua en función de la relación de los tiempos de conexión/desconexión

del interruptor (Figura 2.5).

Fig. 2.4. Esquema de principio para la formación de una impedancia variable.

Fig. 2.5. Ciclo de conexión/desconexión del interruptor electrónico.

21

2.3 Topología básica del inversor.

Los inversores de corriente permiten transformar la corriente directa a 12 y 24 V que por lo general da como salida los paneles solares, en corriente alterna a 120 V, de esta manera utilizar aparatos electrodomésticos, donde la eficiencia de los inversores es la mayor parte de un 90% cuando éstos operan arriba del 10% de su potencia nominal. En la Figura 2.6 se muestra un diagrama eléctrico de un inversor.

En relación con los aspectos de seguridad y de calidad de la energía producida, las compañías suministradoras del servicio eléctrico requieren de los fabricantes y usuarios de estos equipos el cumplimiento de normas y disposiciones aplicables que garanticen que la instalación y operación del inversor, y del sistema fotovoltaico en su conjunto, sea segura y no afecte adversamente la calidad de la energía. Tradicionalmente, es un sólo inversor (de la capacidad adecuada) que maneja la potencia nominal de todo un arreglo fotovoltaico. Sin embargo, cada vez es más común el uso de varios inversores conectados en paralelo y cada uno maneja una parte proporcional de la potencia del arreglo. Incluso, en algunos casos, el inversor viene directamente montado en el respaldo del módulo de manera individual (módulos C.A.).

La corriente alterna se presenta bajo la forma de onda Senoidal y una de las principales características que definen a un inversor de corriente es el tipo de onda que son capaces de generar, de esta manera podemos clasificar en tres tipos a los inversores de corriente:

Inversores de onda Cuadrada

Este tipo de inversores son los más económicos del mercado, sirven para conectar pequeños aparatos electrónicos. Este tipo de inversores generan alta distorsión armónica y pueden llegar a quemar dispositivos electrónicos delicados o incluso motores.

Inversores de onda Cuasi-Senoidal

Este tipo de inversores son los más instalados en el mercado nacional, operan prácticamente con cualquier aparato electrónico, sí su potencia es suficiente arrancan motores, generan baja distorsión armónica. Sus precios son competitivo y podemos encontrar un par de marcas de prestigio.

Inversores de onda Senoidal Pura

Por su calidad de onda, muy baja distorsión armónica, robustez y confiabilidad, este tipo de inversores se ocupa principalmente en instalaciones especializadas como son, telecomunicaciones, protección catódica, militares, ferroviarias, gas y petróleo. Su precio es elevado para otro tipo de aplicaciones.

22

Fig. 2.6. Diagrama eléctrico de inversor de corriente

23

2.4 Inversor CD/CA con sincronía a la red.

Su principio de funcionamiento se basa en el empleo de transistores que actúan a modo de interruptores permitiendo interrumpir las corrientes e invertir su polaridad. El inversor CD/CA tiene la misión de transformar la corriente directa del grupo fotovoltaico en corriente alterna perfectamente sincronizada con la red eléctrica convencional en frecuencia y fase. Este hecho hace que la primera condición para su diseño sea el seguimiento absoluto de los parámetros que varían constantemente en una red de distribución, así como su acoplamiento en la salida al tipo de red existente, ya sea trifásica, monofásica o bien de alta o baja tensión. En general, para las etapas de potencia de los grandes inversores puede utilizarse la tecnología IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), quedando para los más pequeños (5 ó 6 kW) los transistores de última generación que pueden manejar elevadas corrientes. El diseño del "corazón" del inversor (circuitos de control) queda encomendado al uso exclusivo de microprocesadores, los cuales proporcionan un abanico de posibilidades infinito.

Función Principal: Convertir la corriente directa generada en los módulos solares en corriente alterna

Adaptación del punto de operación del inversor al PPM (Punto Potencia Máxima) del generador.

Centro de información del cliente a través del desplegado numérico (display) y almacenamiento de datos del sistema.

Brinda condiciones seguras en CD y CA (protección contra polaridad inversa, sobre voltaje y sobrecarga)

El inversor tiene dos posibles funcionalidades:

Utilizar cargas de CA en instalaciones aisladas de la red.

Conectar los sistemas fotovoltaicos a la red de distribución eléctrica. Tecnología de inversores como:

Tecnología 60Hz.

Ventajas: Menor número de componentes. Desventajas: Transformador pesado, fletes costosos, baja eficiencia con decrementos en alta salida de potencia y alto voltaje, la Figura 2.7 muestra este tipo de inversor.

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Tecnología de Alta Frecuencia (HF). Ventajas: Mayor eficiencia probada por mejor potencia. Transformador de peso más ligero. Ahorro en costos que permite ahorros que serán invertidos en componentes de calidad alta. Topología probada. Ruido de transformador prácticamente imperceptible. La Figura 2.8 muestra las dos etapas del inversor de alta frecuencia. Desventajas: Mayor número de componentes, mayor factibilidad de falla.

Fig. 2.7. Diagrama de inversor 60Hz.

Fig. 2.8. Diagrama de inversor HF

2.5 Medidor Bidireccional.

Los medidores son instrumentos que miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente, carga, energía, etc. La información se da normalmente en una unidad eléctrica: Volt, Ampere, Henrio, Farad y Watt. Dado que todas las formas de la materia presentan una o más características eléctricas es posible tomar mediciones eléctricas de un número ilimitado de fuentes. Por su propia naturaleza, los valores eléctricos no pueden medirse por observación directa. Por ello se utiliza alguna propiedad de la electricidad para producir una fuerza física susceptible de ser detectada y medida.

25

Para poder hacer la interconexión con CFE se debe medir tanto la energía que se adquiere de CFE como la energía que se entrega a la red de CFE. Por esto se usa un medidor bidireccional que lleve el control de ambas lecturas. Cuando el sistema solar produce más de lo que estas consumiendo de la Red de CFE, este número de kWh que se sobre produce queda registrado en el medidor bidireccional, por ello la CFE te da un plazo de hasta 12 meses para usar estos kWh. Es decir se tendrá un crédito a favor en energía que se puede usar en meses posteriores de cuando fue generada, la Figura 2.9. muestra un medidor digital bidireccional.

Fig. 2.9. Medidor Bidireccional Itrón Sentinel (Anexo 4).

2.6 Soportes mecánicos para paneles fotovoltaicos. La soporte mecánicos aseguran el anclaje del generador solar y proporciona la orientación y el ángulo de inclinación idóneo para el mejor aprovechamiento de la radiación, siendo los encargados de hacer a los módulos y paneles fotovoltaicos resistentes a la acción ejercida por los elementos atmosféricos, el cual se ilustra en la Figura 2.10.

Fig. 2.10. Anclaje y montaje de una estructura.

26

Algo que se debe tener en cuenta es que el movimiento de la Tierra alrededor del Sol produce cambios diarios y estacionales en la cantidad de luz solar recibida, lo que significa cambios importantes de cantidad de radiación social en cada estación del año. Podemos ver en la Figura 2.11 como es el recorrido del sol en las diferentes estaciones del año.

Fig. 2.11. Recorrido del Sol en las diferentes estaciones.

Existen cuatro formas típicas de colocar las estructuras para los paneles fotovoltaicos. La Figura 2.12 muestra estas posiciones donde se pueden colocar los paneles solares fotovoltaicos, todos viendo hacia el sur geográfico para una ubicación en el hemisferio norte.

Fig. 2.12. Formas más comunes de colocar los paneles fotovoltaicos.

1. Suelo.- Es la forma clásica. En esta disposición la acción del viento es menor, pues a mayor altura, mayor es la fuerza del viento. Gran facilidad para su instalación, tanto de la propia estructura soporte como de los paneles fotovoltaicos. Como inconvenientes su excesiva accesibilidad y la mayor probabilidad de que puedan producirse sombras parciales.

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2. Poste.- Usado principalmente en instalaciones donde ya se disponga de un mástil. Las instalaciones recomendadas no deben ser muy grandes, contando con poco más de un metro cuadrado de superficie de módulos, ya que si ésta es mayor, nos obligaría a sobredimensionar e incluso arriostrar el mástil, siendo posible entonces que otro sistema pudiera ser más económico y de más fácil montaje. Es muy utilizado en las instalaciones de repetidores, donde ya se dispone de una antena que puede hacer las veces de mástil.

3. Pared.- Consiste en acoplar la estructura a una de las paredes del recinto. Seguridad debido a la altura, estructura liviana. Puede este sistema adaptarse mediante tacos de expansión o bien realizando una pequeña obra donde se inserte la estructura. La acción del viento queda drásticamente disminuida. El inconveniente es que una de las fachadas dé al Sur.

4. Tejado.- La instalación en la cubierta de un edificio es uno de los métodos más usados a la hora de realizar el montaje de un equipo solar, ya que normalmente siempre podremos disponer del lugar adecuado para garantizar la perfecta orientación, además de suficiente espacio.

Cuando existe un gran número de módulos fotovoltaicos a instalar y no se dispone de mucho espacio, es necesario juntar las filas de paneles, esto puede traer como consecuencia que se produzcan sombras de una a otra fila. La distancia mínima entre fila y fila está marcada por la latitud del lugar de la instalación, dado que el ángulo de incidencia solar varía también con este parámetro, la Figura 2.13 muestra la grafica de interacción de sombras entre paneles solares muy próximos.

Fig. 2.13. Parámetros que se deben de tomar en cuenta para el cálculo de sombras.

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La ecuaciones 2.1 y 2.2, permiten determinar la sombra de los paneles contiguos para diferentes época del año, de preferencia la invernal, que es cuando el sol está más inclinado, el 22 de diciembre (solsticio de invierno).

Ec. (2.1)

Ec. (2.2)

Donde: 2.7 Protecciones eléctricas para sistemas fotovoltaicos.

En las protecciones, debemos tener en consideración las elevadas tensiones de trabajo en este tipo de instalaciones, que en algunos casos pueden llegar hasta 500 V en corriente continua. También es recomendable, si el número de módulos es elevado, distribuir por grupos la acometida de líneas, y facilitar la desconexión eléctrica de alguno de los grupos para su revisión futura, no descartando además la posibilidad de disponer de armarios separados para el polo positivo y el negativo, evitando el contacto humano accidental con tensiones elevadas. Interruptores en caja para sistemas fotovoltaicos. La interrupción de corrientes presenta mayores problemas con redes en corriente continua que en corriente alterna. En la corriente alterna existe un paso natural de la corriente por el cero en cada semiperíodo, al cual corresponde un apagado espontáneo del arco que se forma cuando se abre el circuito. En la corriente continua esto no sucede y, para extinguir el arco, es preciso que la corriente disminuya hasta anularse. Es necesario que la interrupción se realice gradualmente, sin bruscas anulaciones de la corriente que darían lugar a elevadas sobretensiones. Los fenómenos de naturaleza energética que se desarrollan en el circuito dependen de la tensión de servicio de la instalación y obligan a instalar los interruptores según esquemas de conexión en los cuales los polos del interruptor se conectan en serie. Esto significa también que si aumenta la tensión de servicio de la instalación, también hay que aumentar el número de las interrupciones de corriente y, por consiguiente, el número de polos conectados en serie. La Figura 2.14 muestra un interruptor manual para Corriente Directa C.D. (normalmente contienen imanes internos para desviar el arqueo en el proceso de interrupción de la corriente y dar una mayor vida a las pastillas en su operación).

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Fusibles.

Los fusibles son elementos de protección que consta de un alambre o cinta de aleación de plomo y estaño con bajo punto de fusión, que se funde cuando excede el límite para el cual fueron diseñados, interrumpiendo así el circuito.

Se fabrican para operación en dos tipos:

Fusibles de tapón: Usados comúnmente en casa habitación tiene capacidades de 10, 15, 20 y 30 amper.

Tipo cartucho: Que a su vez puede ser tipo casquillo y navaja. Estos fusibles son renovables ya que si se funde el elemento fusible puede ser remplazado.

De acuerdo con sus características eléctricas los elementos fusibles pueden ser: de tipo normal y de acción retardada. El tipo normal esta formado por una cinta o alambre, mientras que el de acción retardada tiene diversas formas para retardar el tiempo de fusión.

Fig. 2.14. Interruptor-Seleccionador OT, ABB

CAPÍTULO

III

Diseño y

Acoplamiento del

Circuito Fotovoltaico

a la Instalación

Eléctrica Residencial.

31

Se realiza una descripción y el cálculo general de los componentes de un sistema de transferencia de energía solar desde que es generada por las celdas fotovoltaicas hasta ser transmitida a la red eléctrica, haciendo especial mención del inversor que es la parte de transformación de energía eléctrica de corriente continua a una corriente alterna senoidal, la cual es la forma de transmisión a la red eléctrica en México. 3.1 Arreglo fotovoltaico

Con el Sistema Fotovoltaico Interconectado a la Red de la CFE para generar importantes y tangibles ahorros en el consumo eléctrico, se tiene un diagrama de ruta a seguir (Figura. 3.1).

Figura 3.1. Diagrama de ruta a seguir.

Un arreglo fotovoltaico está constituido por un determinado número de módulos o unidades fotovoltaicas individuales. El número de unidades depende de la potencia nominal requerida en el arreglo y de la potencia pico de los módulos seleccionados. La tensión de salida del arreglo, que corresponde a la tensión de operación del inversor se obtiene mediante la conexión serie o paralelo de un número determinado de módulos; y la potencia, a través de la conexión de dichas series. Tomando como base el recibo actual de luz emitido por CFE, el cual tiene un consumo de registro bimestral de 531 kW con tarifa DAC, se observa que desde el año del 2009 hasta la actualidad del año 2012 se tiene este tipo de tarifa. (Figuras. 3.2).

Selección de la opción

deseada.

Realizar levantamiento en

sitio.

Fecha de montaje.

Ajustes de propuesta.

Montaje e instalación del

SFV.

32

Fig. 3.2 - Recibo actual emitido por CFE.

33

Para saber el gasto económico que se obtuvo en el año 2011 se toma de la facturación que se encuentra en la parte posterior del recibo de CFE. (Figura 3.3).

Fig. 3.3. Recibo CFE, Facturación bimestral.

∑ Pagos bimestrales = 2426.00 + 2226.00 + 2549.00 + 2304.00 + 2343.00 + 2422.00

= 14,270.00 MN pago anual.

∑ Consumo bimestrales = 555 kWh + 509 kWh + 583 kWh + 527 kWh + 536 kWh + 554 kWh = consumo anual 3264 kWh

Consumo Promedio bimestral =

Pago Promedio bimestral = = 1922.38 MN

Pago Promedio bimestral + IVA (16%) + DAP (10%)= 2422.198 MN

Se observa en la Figura 3.3. que al año (16 DIC 10 – 14 DIC 11) se consumieron 3264 kWh y en promedio bimestral 554kWh lo que indica que esta arriba de los 500kWh por lo tanto es tarifa DAC.

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Con el dato de 2.5 kWh/dia se tiene el total de energía necesario por día que deberá producir el sistema fotovoltaico para poder reducir el consumo de Tarifa DAC a Tarifa 1. Para seleccionar el panel fotovoltaico se obtuvo el consumo en kWh al día de la casa habitación.

Tomando en cuenta que:

Y que:

Ec. (3.1)

Ec. (3.2)

Ec. (3.3)

Se obtiene:

Con este resultado de la ecuación (3.3), se sustituye en la ecuación (3.2).

La celda que se usará basándose en las dimensiones y en la potencia máxima de salida es una celda policristalina de la marca SHARP modelo 240 WATT ND – 240QCJ (Anexo 3), contando con las características que se muestran en las Tablas 3.1, 3.2. y la Figura. 3.4.

Tabla N° 3.1. Caracteristicas Eléctricas de la Celda marca SHARP

Potencia Máxima (Pmax) 240 W

Tipo de Celda Silicio Policristalino

Tensión a Potencia Máxima (Vpm) 29.3 V

Corriente a Potencia Máxima (Ipm) 8.19 A

Máxima Tensión del Sistema 600 V

Fusible de Protección de la Serie 15 A

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Tabla N° 3.2. Caracteristicas Mecánicas de la Celda marca SHARP

Dimensiones (A x B x C) 994 x 140 x 46 mm

Longitud del Cable (G) 1100 mm

Cable de Interconexión de Salida 12 AWG c/conector SMK

Peso 19 kg

Fig. 3.4. Dimensionamiento de la Celda marca SHARP

Se observa que se necesita generar 3 kWh por día para reducir la demanda DAC, con este dato se calcula cuantos paneles son los requeridos.

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Como se tiene 2.38 módulos se redondea a 3 módulos, y se calcula cuanta potencia genera tomando en cuenta que en promedio se tiene 5.23 horas de sol pico por día.

Por bimestre se tiene:

Tomando el consumo promedio de 554 kWh bimestrales del año 2011 de nuestro recibo se le resta el consumo generado por el conjunto de paneles fotovoltaicos, el cual equivale a:

Este es el consumo bimestral promedio que se estará consumiendo de la Red Eléctrica de CFE, y con esto se está por debajo de la Tarifa DAC. A pesar de que con tres módulos se logra el objetivo, se tomara en cuenta que el consumo eléctrico residencial incrementa año tras año, y para evitar que en años posteriores el sistema fotovoltaico deje de cumplir el objetivo de reducir el consumo eléctrico se harán cálculos con 4 y 7 paneles fotovoltaicos. Para el seleccionar el inversor, se debe estimar la demandada eléctrica máxima, con esto se obtiene el numero de celdas fotovoltaicas y se elije el inversor mediante catalogo a modo de recomendación para que los inversor trabajen a plena carga, o cercano a esta, a fin de no afectar su eficiencia de funcionamiento. Sus características del inversor a utilizar con 4 paneles fotovoltaicos se muestran en la Tabla. 3.3.

Tabla N° 3.3. Caracteristicas del Inversor.

Proveedor ENPHASE

Modelo M215

Potencia Max de Entrada 260W

Potencia Max de Salida 215W

Parámetros del SPPM 22-36v

Eficiencia 95%

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El soporte mecánico asegura el anclaje del generador solar y proporciona la orientación y el ángulo de inclinación idóneo para el mejor aprovechamiento de la radiación, siendo los encargados de hacer a los módulos y paneles fotovoltaicos resistentes a la acción ejercida por los elementos atmosféricos. Para realizar el cálculo de la estructura se debe tomar en cuenta la fuerza que ejerce el viento sobre la superficie de los módulos, para esto contamos con el dato de la velocidad máxima del Municipio de Nezahualcóyotl Tabla 3. 4

Tabla N°3.4 – Velocidad máxima del Municipio de Nezahualcóyotl.

Mes Velocidad del viento

[m/s]

Enero 3.1

Febrero 3.3

Marzo 3.6

Abril 3.5

Mayo 3.1

Junio 2.9

Julio 2.8

Agosto 2.6

Septiembre 2.5

Octubre 2.7

Noviembre 2.9

Diciembre 3.0

Debido a que el mes de Marzo es la mayor velocidad de viento del año, se toma este dato para el cálculo que es 3.6, se redondea a 4 para darle mayor margen de estabilidad. Primero se convierte la velocidad en presión con la siguiente ecuación:

Donde:

P- Presión. w- Peso específico del aire a 10°C.

g- Gravedad.

v- Velocidad del viento

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Obteniendo la presión, segundo paso es calcular la fuerza que está ejerciendo esta con la siguiente ecuación.

Donde:

P- Presión

F- Fuerza A- Área

Obteniendo la fuerza ejercida del viento sobre la superficie del módulo se propone una estructura como se muestra en la Figura 3.5.

Fig. 3.5. Estructura propuesta para los 4 módulos solares.

3.2 Red y nodo de conexión

Es una combinación de plantas centrales y un gran número de pequeños generadores dispersos en la red eléctrica que satisfacen la demanda de electricidad; esto es hoy en día una realidad en algunos países como Dinamarca, Holanda, Alemania y Japón. En términos generales, los generadores fotovoltaicos distribuidos conectados a la red de distribución pueden aportar importantes

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beneficios a los sistemas de distribución, dependiendo de las características y condiciones operativas de la red, así como de la localización de éstos dentro de la misma. Los beneficios potenciales más importantes son:

Modulación de picos de demanda cuando existe cierto grado de coincidencia entre el perfil de generación fotovoltaica y el perfil de consumo del inmueble o alimentador.

Mejoría térmica a equipos de distribución, lo que implica también la posibilidad de postergar inversiones de capital para incrementar su capacidad o remplazo.

Disminución de pérdidas por transmisión y distribución.

Soporte de tensión en alimentadores de distribución. La tensión del campo fotovoltaico es elevada, por lo que hay que disponer varios módulos en serie conectados en paralelo con otros grupos similares, hasta alcanzar la potencia prevista en el dimensionado. El hecho de conectar un gran número de módulos en serie, añade un problema a la elección de éstos, como es el de la dispersión de la corriente pico. La elección de las celdas que componen un módulo y su clasificación para la futura potencia del mismo, es fundamental, ya que si una celda difiere mucho en producción de corriente de sus compañeras, la corriente generada por el conjunto será precisamente la de la más desfavorable. En resumen, el módulo que menos corriente produzca a una determinada radiación en una conexión en serie, es el que marcará la corriente final del grupo de módulos. La desviación máxima de los módulos que integran una conexión serie será como máximo de un ±2% de dispersión de su corriente pico, asegurando de esta forma una mínima pérdida por conexiones eléctricas en serie.

3.3 Acoplamiento a la red

En general, la asociación fácil entre producción fotovoltaica y energía limpia e ilimitada puede tener un efecto positivo en el cambio progresivo hacia actitudes y hábitos de consumo que permitan reducir el gasto innecesario de energía y que valoren más los esfuerzos colectivos por disminuir la presión sobre el entorno natural. Ya que tienen como generalidades:

Energía limpia y renovable, que además no cuesta dinero.

Reducido mantenimiento instalaciones.

Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por su simplicidad, vida útil muy amplia (Con los nuevos materiales se estima una duración de 30 – 40 años).

Se trata de una solución inmejorable en zonas aisladas que, de otra forma, no tendrían acceso a la electricidad.

40

No requieren grandes inversiones centralizadas.

Las instalaciones fotovoltaicas, tanto aisladas como de conexión a red, no contaminan ni química, ni electromagnética, ni acústicamente.

En el caso de instalaciones conectadas a la red, existen subvenciones y primas por producir electricidad según la comunidad autónoma (Figura 3.6).

Fig. 3.6. Diagrama típico de conexión a red eléctrica conectada a la red.

41

Como cualquier otra instalación eléctrica, estas instalaciones se habilitan con los medios apropiados para realizar, adecuadamente y en forma segura, la conexión y la desconexión eléctrica del sistema fotovoltaico de la red; y para proporcionar la adecuada protección al equipo y a las personas contra condiciones de operación no deseadas, se habilitan con los medios apropiados para realizar, adecuadamente y en forma segura, la conexión y la desconexión eléctrica del sistema fotovoltaico de la red; y para proporcionar la adecuada protección al equipo y a las personas contra condiciones de operación no deseadas. Para tales Efectos, se siguen las normas y recomendaciones de carácter general; y las establecidas en particular para este tipo de aplicaciones, como es la norma IEEE Std 1547 (IEEE, Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems). Por lo regular se ocupa la siguiente configuración que le da mayor estabilidad al sistema eléctrico, lo que lo hace más confiable el suministro de energía eléctrica. El sistema en su conjunto se visualiza en la Figura 3.7 incluyendo el medidor bidireccional para contabilizar la corriente a favor o en contra.

Fig. 3.7. Conexión a la Red – Potencia Máxima de salida.

Se prevé que las primeras aplicaciones económicamente competitivas de esta tecnología, desde el punto de vista de los costos directos de inversión y generación (sin involucrar los costos ambientales), serán aquellas que provean beneficios adicionales o ‘valor agregado’ para el usuario y la empresa eléctrica. Estos posibles beneficios adicionales de la generación fotovoltaica ligada a la red se pueden clasificar en tres grupos: beneficios relacionados con la producción de la energía eléctrica y beneficios ambientales.

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3.4 Contratos de interconexión con CFE

De acuerdo al Plan Nacional de Desarrollo 2007-2012, en la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética, así como en el Programa Especial de Cambio Climático 2008-2012; ahora se pueden instalar en los domicilios o negocio, fuentes de energía renovable y realizar un contrato de interconexión con CFE, ya sea en tensión baja o en tensión media. Para realizar un contrato de interconexión en tensión media, los requisitos necesarios son:

Tener un contrato de suministro normal en media tensión.

Las instalaciones cumplan con las Normas Oficiales Mexicanas y con las especificaciones de CFE.

La potencia requerida no sea mayor de 500 kW. La duración del contrato es indefinida y puede terminarse cuando el usuario así lo desee [3]. Para la facturación, el consumo de kWh del generador, se determinará por la diferencia entre la energía eléctrica entregada por el Suministrador (CFE) y la entregada por el Generador al Suministrador (Sistema fotovoltaico). Cuando la diferencia sea negativa, se considerará como un crédito a favor del generador que podrá ser compensado dentro del periodo de 12 meses siguientes. De no efectuarse la compensación en ese periodo, el crédito será cancelado y el generador renuncia a cualquier pago por este concepto. Cuando la diferencia sea positiva, se considerará como un crédito a favor del Suministrador y se facturará en la tarifa aplicable. El contrato de interconexión a la red eléctrica está dentro del anexo 1.

CAPÍTULO

IV

Rentabilidad y

Amortización del

Proyecto

Fotovoltaico

Residencial.

44

La utilización de los paneles fotovoltaicos en viviendas tiene ventajas y desventaja, se puede decir que se ahorra un gran consumo de energía lo que hace que las facturas de energía que abonemos a fin bimestral sean mucho más bajas, y como principal desventaja, los paneles fotovoltaicos necesitan de una instalación y una inversión elevada; el costo se amortiza con el transcurso de los años y su

mantenimiento es casi nulo, por ello al realizar un proyecto hay que considerar criterios económicos que determinen su rentabilidad y amortización. 4.1 Cálculo de rentabilidad y tiempo de recuperación de la inversión. La idea de las celdas solares es una inversión que se deberá hacer notar en un periodo estimado para después obtener ganancias de esta, y por lo tanto se deberá de enseñar al mundo cómo es que utilizando este tipo de sistemas se puede de alguna manera mejorar la utilidad a largo plazo y así mismo tomando el lado humano de las empresas, cuidar el medio ambiente La comparación de los datos se realizará por medio de la propuesta de celdas solares, ya que se busca que el proyecto sea factible, es decir que se puede ejecutar, donde se toman tres evaluaciones básicas:

Evaluación Técnica Evaluación Ambiental Evaluación Financiera

La aprobación o “visto bueno” de cada evaluación se tomará como viabilidad; estas viabilidades se deben dar al mismo tiempo para alcanzar la amortización del proyecto de reducción de consumo eléctrico. En la Tabla 4.1 se indica el costo de los equipos necesarios para la instalación del sistema en general. En esta estimación se han considerado los materiales para soporte de los paneles, paneles solares fotovoltaicos, inversor, protecciones, mano de obra, varios (Ducteria, Cableado).

Tabla N° 4.1. Selección de equipo para 4 paneles fotovoicaicos.

Articulo Equipo Descripción Cantidad Unidad Costo

Unitario [Dlls]

Total [Dlls[

1 Paneles FV SHARP, policristalino, ND-240QCJ 4 Wp $ 3.69 $ 3542.4

2 Inversor ENPHASE 1 W $ 690 $ 690

3 Protecciones Seleccionador OT, ABB 1 A $ 171.25 $ 171.25

4 Soportes - - - $ 232 $ 232

5 Mano de obra - - - - $ 850

6 Varios - - - - $ 97.31

TOTAL $ 5582.86Dlls $ 74252.038 MN

45

Para estimar la rentabilidad y el periodo de recuperación de la inversión, primero es necesario conocer los ingresos y egresos que se tendrán dentro del periodo de vida útil de la instalación, la cual se ha determinado en 20 a 25 años. La duración de los paneles fotovoltaicos se estima de 25 años. La vida útil del inversor, se estima de 20 - 25 años según datos entregados por el fabricante. En este análisis no se considerarán costos por concepto de mantención y operación del sistema. GASTOS DE MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIÓN. Los paneles fotovoltaicos requieren muy escaso mantenimiento, por su propia configuración, carente de partes móviles y con el circuito interior de las celdas y las soldaduras de conexión muy protegidas del ambiente exterior por capas de material protector. Al mismo tiempo, el control de calidad de los fabricantes es en general bueno y rara vez se presentan problemas por esta razón. El mantenimiento abarca los siguientes procesos:

Limpieza periódica del panel.

Inspección visual de posibles degradaciones internas y de la estanqueidad del panel.

Control del estado de las conexiones eléctricas y el cableado.

Control de las características eléctricas del panel.

Control de las conexiones eléctricas del inversor.

Control de las características eléctricas del inversor.

Por lo tanto, las operaciones de mantenimiento son mínimas, reduciéndose a la limpieza de los paneles fotovoltaicos y a inspecciones visuales. La suciedad acumulada sobre la cubierta transparente del panel reduce el rendimiento del mismo. La acción de la lluvia puede en muchos casos reducir al mínimo o eliminar la limpieza de los paneles fotovoltaicos. La operación de limpieza consiste simplemente en el lavado de los paneles con agua y algún detergente no abrasivo. Únicamente se va a considerar, a efectos de costos, la limpieza de los paneles dos veces al año. En el capítulo III se realizó el cálculo de número de paneles fotovoltaicos para la reducción de la tarifa DAC, la cual estimó 3 paneles solares, como criterio se decidió interconectar 4 porque no siempre se mantiene el consumo eléctrico constante y tiende a subir y a bajar, por lo que se tomó la decisión de protegernos con un panel mas para que se logre el objetivo, además de tener una segunda propuesta de 7 paneles solares como se observa en la Tabla 4.2.

46

Tabla N° 4.2. Obciones a instalacion de celdas fotovoltaicas.

OPCIONES DE INSTALACIONES

Opción a Instalar A B

Cantidad de Paneles FV 4 7

Potencia Instalada del SFV (kWp) 0.960 1.680

Capacidad de Producción diaria (kWh) 4.32 7.56

Producción en 1 mes (kWh) 129.6 226.8

Producción en 12 meses (kWh) 1 555.2 2 721.6

Toneladas de CO² evitadas en 1 año 9.3312 16.3296

Superficie requerida en m² 7.2 12.6

Costo por kilowatt instalado $3.69 $3.41

Valor de inversión en USD $5 582.86 $8 010.00

Valor de inversión en MN $ 74 252.04 $106 533.00

CÁLCULO CON CUATRO PANELES SOLARES.

La producción anual de los cuatro paneles solares es de 1555.2 kWh por lo tanto 3264 kWh - 1555.2 kWh= 1718.8 kWh

Promedio bimestral=

Lo que indica que se pagarían un promedio de bimestrales, aquí ya no tenemos tarifa DAC y la facturación se realizara Tarifa 1, en básico, Intermedio y Excedente. El pago anual del sistema eléctrico con las celdas fotovoltaicas

tomando el promedio bimestral establecido es . Básico 150kWh con el precio de 0.743 = 111.45 MN Intermedio 100kWh con el precio de 1.249 = 124.90 MN Excedente 34.8kWh con el precio de 2.637 = 91.7676MN Total: 111.45+124.90+91.7676= 328.1176MN Importe del bimestre Energía 328.12MN IVA 16% 52.50 Fac. Del Periodo 380.62 MN DAP 10.00% 32.81 Diferencia por redondeo 0.23 Total 413.16 2,422.198 – 413.16= Ahorro bimestral $ 2,009.038 MN 2,009.038 MN * 6 BIMESTRES =Ahorro anual $ 12,054.228 MN

47

Tabla N° 4.2. Evaluación económica para 4 paneles fotovoltaicos.

EVALUACION ECONOMICA

Inversión

Ingresos/ Total

Año ahorros

($) ($) ($)

0 -74,252.04 -74,252.04

1 -62,197.81 12,054.23 -62,197.81

2 -50,143.58 12,054.23 -50,143.58

3 -38,089.35 12,054.23 -38,089.35

4 -26,035.13 12,054.23 -26,035.13

5 -13,980.90 12,054.23 -13,980.90

6 -1,926.67 12,054.23 -1,926.67

7 10,127.56 12,054.23 10,127.56

8 22,181.79 12,054.23 22,181.79

9 34,236.01 12,054.23 34,236.01

10 46,290.24 12,054.23 46,290.24

11 58,344.47 12,054.23 58,344.47

12 70,398.70 12,054.23 70,398.70

13 82,452.93 12,054.23 82,452.93

14 94,507.15 12,054.23 94,507.15

15 106,561.38 12,054.23 106,561.38

16 118,615.61 12,054.23 118,615.61

17 130,669.84 12,054.23 130,669.84

18 142,724.07 12,054.23 142,724.07

19 154,778.29 12,054.23 154,778.29

20 166,832.52 12,054.23 166,832.52

21 178,886.75 12,054.23 178,886.75

22 190,940.98 12,054.23 190,940.98

23 202,995.21 12,054.23 202,995.21

24 215,049.43 12,054.23 215,049.43

25 227,103.66 12,054.23 227,103.66

48

Se observa en el octavo año que se interconectan las celdas solares en la red eléctrica suministrada por CFE se obtiene la amortización de la propuesta. Todos los datos de costos son a precios corrientes y constantes de Noviembre del 2012 a una paridad peso dólar de $13.3 por dólar.

CÁLCULO CON SIETE PANELES SOLARES.

La producción anual de los siete paneles solares es de 2721.6 kWh por lo tanto 3264 kWh 2721.6kWh= 542.4 kWh

Promedio bimestral=

Esto indica que al bimestre se pagará un promedio de bimestrales, aquí ya no se cuenta con tarifa DAC y la facturación se realizará en Tarifa 1 o básico, con precios ya establecidos en el protocolo. El pago anual del sistema eléctrico con las celdas fotovoltaicas tomando el

promedio bimestral establecido es . Básico 150kWh con el precio de 0.743 = 67.16 MN Total: 67.16 MN Importe del bimestre Energía 67.16MN IVA 16% 10.74 Fac. Del Periodo 77.90 DAP 10.00% 7.79 Diferencia por redondeo 0.23 Total 85.92 2,422.198 – 85.92 = Ahorro bimestral $ 2,336.278 MN 2,336.278 MN * 6 BIMESTRES = Ahorro anual $ 14,017.668 MN

49

Tabla N° 4.4. Evaluación económica para 7 paneles fotovoltaicos.

EVALUACION ECONOMICA

Inversión Ingresos/

Total

Año ahorros

($) ($) ($)

0 -106533.00 -106533.00

1 -92515.33 14017.67 -92515.33

2 -78497.66 14017.67 -78497.66

3 -64480.00 14017.67 -64480.00

4 -50462.33 14017.67 -50462.33

5 -36444.66 14017.67 -36444.66

6 -22426.99 14017.67 -22426.99

7 -8409.32 14017.67 -8409.32

8 5608.34 14017.67 5608.34

9 19626.01 14017.67 19626.01

10 33643.68 14017.67 33643.68

11 47661.35 14017.67 47661.35

12 61679.02 14017.67 61679.02

13 75696.68 14017.67 75696.68

14 89714.35 14017.67 89714.35

15 103732.02 14017.67 103732.02

16 117749.69 14017.67 117749.69

17 131767.36 14017.67 131767.36

18 145785.02 14017.67 145785.02

19 159802.69 14017.67 159802.69

20 173820.36 14017.67 173820.36

21 187838.03 14017.67 187838.03

22 201855.70 14017.67 201855.70

23 215873.36 14017.67 215873.36

24 229891.03 14017.67 229891.03

25 243908.70 14017.67 243908.70

*Se observa en el noveno año que se interconectan las celdas solares en la red eléctrica

suministrada por CFE se obtiene la amortización de la propuesta.

50

4.2 Propuesta del Sistema Solar Fotovoltaico. El sistema Fotovoltaico es la solución ideal si se busca tener un ahorro de energía eléctrica y crear un ambiente de conciencia ecológica en la comunidad; No importa si el proyecto es pequeño o de gran dimensión. Tomando como referencia el consumo eléctrico de una casa habitación del Municipio de Nezahualcóyotl Colonia Reforma, se hace la propuesta de instalación de un Sistema Solar Fotovoltaico conectado a la red Eléctrica Nacional. Como se mencionó en el Capitulo 2 las celdas fotovoltaicas deben estar direccionadas hacia el sur como se muestra en la Figura 4.1.

Fig. 4.1. Plano de ubicación de los 4 paneles solar propuestos.

Los módulos solares están conectados en paralelo, ya que las corrientes se

suman y el voltaje resultante es el mismo en todas las partes del circuito ver

Figura 4.2.

Fig. 4.2. Conexión eléctrica posterior de los paneles solares.

Al realizar los cálculos correspondientes, el sistema fotovoltaico tiene que eliminar

la tarifa DAC, dando como resultado que al instalar cuatro módulos fotovoltaicos

con soporte, inversor, protecciones y otros, tendrá un costo de $ 74,252.04 MN

51

donde se recupera la inversión en 8 años y la ganancia será en los años

posteriores cumpliendo la vida útil del sistema que será aproximadamente de 25

años teniendo como ganancia $152,131.0 MN. Se instalará en la parte superior

de la casa con dirección al sur.

El usuario ya que se encuentre interconectado tendrá tarifa básica, intermedia y

excedente teniendo un consumo de 248.8 bimestrales y donde tendrá que

pagar bimestralmente un promedio de 413.15 MN. Esta propuesta es factible ya

que se recupera la inversión y existe una ganancia de 17 años.

Se propone como segunda opción la instalación de siete paneles fotovoltaicos que

tendrá un costo total de $106,533.00 MN y la recuperación de la inversión es de 9

años teniendo como ganancia $168,937.00 MN; se instalará en la parte superior de

la casa con dirección al sur (Figura 4.3).

El usuario ya que se encuentre interconectado tendrá tarifa básica teniendo un

consumo de 90.4 bimestrales y donde tendrá que pagar bimestralmente un

promedio de $85.92 MN. Esta propuesta es factible ya que se recupera la

inversión y existe una ganancia de 16 años.

Fig. 4.3. Plano de ubicación de la propuesta de 7 paneles.

52

CONCLUSIONES

El empleo de los sistemas solares interconectados a la red eléctrica es un hecho

de actualidad, ya que este tipo de generación se le conoce como energías limpias,

lo cual quiere decir que combaten el cambio climático y contribuyen a conservar el

medio ambiente. Un sistema solar fotovoltaico de 10 kW genera en promedio 40

kWh de electricidad a la red eléctrica diariamente y elimina al año la emisión de 11

toneladas de CO2, tomando este dato, con nuestras dos propuestas se logra

reducir de 1.15 a 2 toneladas de CO2 anual al medio ambiente.

Al reducir la Tarifa DAC el objetivo de este trabajo se cumple, y a pesar de que el

tiempo de amortización es mayor al planteado en un inicio, los resultados

obtenidos fueron más allá de las expectativas, ya que las ganancias generadas al

instalar este tipo de generación se incrementan año tras año, obteniendo así una

ganancia mayor a $200,000.00 en ambas propuestas a lo largo del tiempo útil de

vida promedio de todo el sistema fotovoltaico.

Esta propuesta logra el objetivo principal, que es reducir la tarifa DAC a tarifa 1 en

una casa habitación, solo que existe una inconveniencia, la cual es una elevada

inversión inicial, que al compararlo contra el monto mensual que se factura en el

recibo de la CFE, es más económico seguir pagando dicho recibo que hacer la

inversión, pero si se ve como un plan a futuro, se convierte en una gran inversión.

53

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[9] Diseño, construcción y validación experimental de un inversor monofásico con control digital

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[10] Diseño, construcción y validación experimental de un inversor monofásico con control digital

conectado a red para paneles fotovoltaicos. Leandro E. Boyano Vannucchi proyecto de ingeniería.

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Febrero de 2002.

ANEXOS

MODELO DE CONTRATO DE INTERCONEXION PARA FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE O SISTEMA DE COGENERACION EN MEDIANA ESCALA.

CONTRATO DE INTERCONEXION PARA FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE O SISTEMA DE COGENERACION EN MEDIANA ESCALA QUE CELEBRAN, POR UNA PARTE, LA COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD, DENOMINADA EN LO SUCESIVO EL SUMINISTRADOR, Y POR LA OTRA _________________________________, A QUIEN EN LO SUCESIVO SE DENOMINARA EL GENERADOR, REPRESENTADO POR ____________________ EN SU CARACTER DE___________________, AL TENOR DE LAS SIGUIENTES DECLARACIONES Y CLAUSULAS.

DECLARACIONES

I. Declara el Suministrador que:

(a) Es un organismo público descentralizado con personalidad jurídica y patrimonio propios, que se rige por la

Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica y su Reglamento, y acredita tal carácter en los términos del artículo 8 de la citada Ley.

(b) Su representante, el señor______________________, cuenta con todas las facultades necesarias para

comparecer a la celebración del presente contrato, según consta en la Escritura Pública número________ de fecha______, pasada ante la fe del señor licenciado__________, Notario Público número _______ de la ciudad de___________________.

(c) Tiene su domicilio en ____________________________, mismo que señala para todos los fines y efectos legales del presente Contrato.

(d) El presente Contrato es aplicable a todos los Generadores con Fuente de Energía Renovable y Generadores con Sistemas de Cogeneración en mediana escala con capacidad de hasta 500 kW, que

se interconecten a la red eléctrica del Suministrador en tensiones mayores a 1 kV y menores a 69 kV, y que no requieren hacer uso del Sistema del Suministrador para portear energía a sus cargas.

II. Declara el Generador que:

(a) (Opción 1. persona física); Es una persona física que comparece por su propio derecho con capacidad

jurídica para contratar y obligarse en términos del presente Contrato y se identifica con_______________, expedida por______________, de fecha ______________.

(Opción 2. persona moral); Es una sociedad mexicana, constituida de acuerdo con la Escritura Pública

número ____ de fecha____, pasada ante la fe del licenciado ________, Notario Público número ______ de la ciudad de ______, e inscrita en el Registro Público de Comercio de _______bajo el número______.

Su representante ________, quien actúa con el carácter de _____, cuenta con todas las facultades

necesarias para la celebración del presente contrato, según se desprende de la Escritura Pública número ________ de fecha______________, pasada ante la fe del señor licenciado__________, Notario Público número_______ de la ciudad de___________________ e inscrita en el Registro Público de Comercio de _______ bajo el número________.

(b) Tiene su domicilio en _______________________________, mismo que señala para todos los fines y efectos legales de este Contrato.

(c) Se obliga a proporcionar al Suministrador los anexos que formarán parte del Contrato, los cuales se

describen a continuación:

1.- Anexo E-RMT "Características de los equipos de medición y comunicación"

2.- Información Técnica que acredite documentalmente que cuenta con equipo de cogeneración que

cumple con los términos del artículo 36, fracción II, de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.

(d) Se obliga a cumplir lo establecido por el Suministrador en el Anexo E-RDT "Requisitos Técnicos para la

Interconexión" y en la normatividad aplicable.

CLAUSULAS

PRIMERA. Objeto del Contrato. El objeto de este Contrato es realizar y mantener durante la vigencia del mismo, la interconexión entre el Sistema Eléctrico Nacional propiedad del Suministrador y la Fuente de Energía Renovable o el Sistema de Cogeneración en mediana escala del Generador.

SEGUNDA. Definiciones. Los términos que aparecen en este Contrato, ya sea en el propio cuerpo o

en cualquiera de sus anexos, con inicial mayúscula y negrillas tendrán el significado que se les asigna en esta cláusula segunda. Dicho significado se aplicará al término tanto en singular como en plural.

- Cogeneración. Conforme a lo dispuesto en el artículo 36, fracción II, de la Ley del Servicio Público de

Energía Eléctrica.

- Contrato. El presente Contrato para Fuente de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en

mediana escala incluyendo todos y cada uno de sus anexos.

- Generador. La persona física o moral que cuente con un equipo de generación eléctrica con Fuente de Energía Renovable o aquellas personas físicas o morales que cuenten con un Sistema de Cogeneración en mediana escala.

- Información Técnica. Información suficiente con la que se deberá demostrar que se cuenta con equipo

de cogeneración que se acreditará con copias de alguno de los siguientes documentos: factura, manuales del fabricante, diagramas de proceso, entre otros.

- Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador. Energía entregada por el Generador al Suministrador que no fue posible compensar en un mes anterior determinado y que se

acumula para futuras compensaciones.

- Fuente de Energía Renovable. Generadores de energía renovable como se define en el artículo 3,

fracción II, de la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética.

- Kilowatt hora (kWh). Unidad convencional de medida de la energía eléctrica.

- Ley. La Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.

- Parte. El Suministrador de acuerdo a la Ley y la persona física o moral que suscribe el Contrato.

- Reglamento. El Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica.

- Sistema. El Sistema Eléctrico Nacional propiedad del Suministrador.

- Sistema de Cogeneración. Dispositivos que en su conjunto producen energía eléctrica mediante Cogeneración.

TERCERA. Vigencia del Contrato. El presente Contrato surtirá efecto a partir de la fecha en que sea firmado por ambas Partes y tendrá una duración indefinida.

CUARTA. Terminación anticipada y rescisión. El presente Contrato podrá darse por terminado

anticipadamente por cualquiera de las causas siguientes:

a) Por voluntad del Generador, siendo requisito previo la notificación por escrito del Generador al Suministrador con anticipación no menor a treinta (30) días hábiles.

b) Por necesidades del servicio, siendo requisito previo la notificación debidamente justificada por escrito del Suministrador al Generador con anticipación no menor a treinta (30) días hábiles.

c) Por acuerdo de las Partes.

El Contrato podrá rescindirse por contravención a las disposiciones que establece la Ley, el Reglamento y las demás disposiciones aplicables al Contrato, siempre y cuando dicha contravención afecte sustancialmente lo establecido en este Contrato, así como por el incumplimiento reiterado de alguna de las Partes, respecto de las obligaciones sustantivas que se estipulan en el presente Contrato.

Mientras no se rescinda el Contrato, cada Parte seguirá cumpliendo con sus obligaciones respectivas

al amparo del mismo.

QUINTA. Entrega de energía por el Generador. El Generador se compromete a poner a disposición del Suministrador la energía producida por la Fuente de Energía Renovable o por el Sistema de Cogeneración en mediana escala, y el Suministrador se compromete a recibirla hasta por un total igual

a la energía asociada a la potencia de __________kW.

La potencia máxima a instalar dependerá del tipo de servicio, y no podrá ser mayor a la carga contratada con el Suministrador de acuerdo a la cláusula octava del Contrato y estará limitada hasta

500 kW.

SEXTA. Interconexión. Las inversiones requeridas para la construcción de las instalaciones o equipos que técnicamente sean necesarios estarán a cargo del Generador.

Asimismo, estará a cargo del Generador cualquier modificación que sea necesario realizar a las instalaciones existentes del Suministrador para lograr la interconexión, mismas que, en su caso, realizará bajo la supervisión del Suministrador y previa autorización de éste.

Las instalaciones y equipos necesarios en el Punto de Interconexión así como los elementos de protección, requeridos para la interconexión con el Sistema, deberán cumplir con las especificaciones conducentes del Suministrador y las Normas Oficiales Mexicanas (NOM). Las características de estas instalaciones y equipos, serán las establecidas por el Suministrador.

SEPTIMA. Medición. Los medidores y los equipos de medición a ser usados para medir la energía entregada por el Generador al Suministrador y la que entregue el Suministrador al Generador serán instalados por el Suministrador a costa del Generador. Los medidores a instalar tendrán la capacidad de

registrar la energía entrante y saliente en el punto de interconexión, así como de efectuar la medición neta en cada subintervalo de cinco minutos, entre la energía eléctrica entregada por el Suministrador al

Generador y la energía eléctrica entregada por el Generador al Suministrador. El Generador

únicamente pagará la diferencia entre el costo del equipo necesario para realizar la medición de los parámetros indicados en el presente Contrato y el costo del equipo convencional que instalaría el Suministrador para la entrega de energía eléctrica en caso de que el servicio se proporcionara al amparo

de un contrato de suministro normal.

El Generador puede instalar y mantener a su propio cargo, medidores y equipo de medición de

reserva en el Punto de Interconexión adicionales a los mencionados en el párrafo anterior de esta cláusula, siempre y cuando cumplan con las normas y prácticas que tiene establecidas el Suministrador

para ese propósito.

OCTAVA. Contrato de Suministro. El Generador se obliga a mantener vigente un contrato de

suministro de energía eléctrica en la tarifa aplicable durante todo el tiempo que dure la interconexión de su fuente con la red del Suministrador.

NOVENA. Facturación. Para fines de facturación, el consumo de energía normal del suministro que cuenta con Fuente de Energía Renovable o Sistema de Cogeneración en mediana escala se

determinará con las siguientes ecuaciones:

IX.1 Para suministros en tarifa ordinaria en media tensión:

EFn = max(0,EESn ERGn)

IX.2 Para suministros en tarifa horaria en media tensión:

EFnp = max(0,EESn ERGn)p

Donde:

EFn = Consumo de energía normal del Suministro en el mes de facturación n;

EESn = Energía entregada por el Suministrador en el mes de facturación n;

ERGn = Energía recibida del Generador en el mes de facturación n;

p = energía en punta, energía intermedia, energía base.

Las unidades de EFn y EFnp se expresan en kWh.

a) Cuando la diferencia, EESn - ERGn sea negativa, se considerará como un crédito a favor del Generador y

se conservará como Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, clasificándose

en el periodo horario y mes en que el crédito fue generado. Dicho crédito será compensado automáticamente en los siguientes periodos de facturación, siempre y cuando exista energía a cargo del Generador que permita efectuar la compensación.

b) Cuando la diferencia, EESn - ERGn, sea positiva, y exista Energía Acumulada de Meses Anteriores en

Favor del Generador, se realizarán las compensaciones que sean posibles, desde el mes más antiguo

hasta el más reciente.

Lo anterior se realizará hasta agotar la energía acumulada o hasta que la facturación normal del suministro del mes sea de cero kilowatthoras.

Si la facturación normal del suministro del mes llega a cero kilowatthoras antes que se agote la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, el remanente de esta última se conservará,

clasificado en el periodo horario y mes en que se generó, para utilizarse en futuras compensaciones.

Dicha energía deberá compensarse en un período máximo de 12 meses siguientes al mes en que se originó cada una de sus partes. De no efectuarse la compensación en ese periodo, el crédito será cancelado y el Generador renuncia a cualquier pago o bonificación por este concepto.

c) Las compensaciones se efectuarán automáticamente, restando de la energía entregada por el

Suministrador en el mes de facturación, la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, según se trate de un contrato de suministro con o sin tarifa horaria. No se compensarán excedentes generados en el mes de facturación, con la energía entregada por el Suministrador en el

mismo mes de facturación.

c.1) La compensación automática para suministros proporcionados en tarifa ordinaria se realizará en el

siguiente orden:

a. Se tomará la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador del mes más antiguo,

y se compensará contra la energía entregada por el Suministrador en el mes de facturación tomando en

cuenta las consideraciones del inciso c.3.

b. Se repetirá la operación con la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador del

mes inmediato posterior al mes más antiguo, hasta que la energía entregada por el Suministrador en el mes de facturación sea cero o hasta que se agote la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador.

c.2) La compensación automática para suministros proporcionados en tarifa horaria se realizará en el siguiente

orden:

a. Se tomará la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, en el período punta

del mes más antiguo, y se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo

de punta del mes de facturación.

b. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período punta del mes más antiguo, se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de intermedia del mes de facturación.

c. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período punta del mes más antiguo, se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de base del mes de facturación.

d. Se tomará la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, en el período

intermedia del mes más antiguo, y se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en

el periodo de punta del mes de facturación.

e. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período intermedia del mes más antiguo, se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de intermedia del mes de facturación.

f. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período intermedia del mes más antiguo, se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de base del mes de facturación.

g. Se tomará la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador, en el período base del

mes más antiguo, y se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de

punta del mes de facturación.

h. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período base del mes más antiguo, se compensará* contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de intermedia del mes de facturación.

i. Si después de efectuar la operación anterior, queda remanente en la Energía Acumulada de Meses

Anteriores en Favor del Generador en el período base del mes más antiguo, se compensará contra la energía entregada por el Suministrador en el periodo de base* del mes de facturación.

j. Se repetirán las operaciones de los incisos a) al i) con la Energía Acumulada de Meses Anteriores en

Favor del Generador del mes inmediato posterior al más antiguo, hasta que la energía entregada por el Suministrador en el mes de facturación sea cero, o hasta que se agote la Energía Acumulada de Meses Anteriores en Favor del Generador.

* tomar en cuenta las consideraciones del inciso c.3

c.3) Debido a que la energía tiene cargos diferentes dependiendo del horario y mes en que fue generada, para

efectuar las compensaciones se debe convertir la energía acumulada de meses anteriores a kilowatthoras equivalentes actuales, mediante las siguientes consideraciones:

Ordinaria.

a. Se tomará el cargo de la energía del mes más antiguo entre el cargo de la energía del mes facturable.

Horaria.

a. Cuando se requiera convertir energía acumulada en el mismo periodo horario (punta punta, intermedia

intermedia, base base) se tomará el cargo de la energía del mes más antiguo del periodo horario entre el cargo de la energía del mismo periodo del mes facturable.

b. Cuando se requiera convertir energía acumulada de diferentes periodos horarios (X Y; punta intermedia,

punta base; intermedia punta, intermedia base; base punta, base intermedia) se tomará el cargo de la energía del mes más antiguo del periodo horario (X) entre el cargo de la energía de un diferente periodo horario (Y) del mes facturable.

c. Si el suministro se proporciona en tarifa ordinaria, los cargos por energía consumida por el Generador en el mes de facturación, serán los que resulten de aplicar, al valor de EFn expresado en kWh, las cuotas establecidas en el Acuerdo de Tarifas vigente.

d. Si el suministro se proporciona en tarifa horaria, los cargos por energía consumida por el Generador en el mes de facturación, serán los que resulten de aplicar, en cada uno de los diferentes períodos horarios, al valor del EFnp expresado en kWh, las cuotas establecidas en el Acuerdo de Tarifas vigente, que corresponda a la región en que se ubica la Fuente de Energía Renovable.

e. Después de efectuar las compensaciones, el valor de EFn o EFnp resultante se considerará como un

crédito a favor del Suministrador y se facturará al Generador en la tarifa aplicable según el contrato mencionado en la cláusula octava, previa aclaración de que los cargos indicados en los incisos d) y e) anteriores corresponden exclusivamente a los cargos por el consumo de energía de suministro normal, por lo que a los montos resultantes se les añadirán los demás conceptos establecidos en el Acuerdo de Tarifas vigente.

DECIMA. El Generador se obliga a no intervenir ni modificar los equipos en sus instalaciones que

están asociados a la desconexión de su fuente de energía, ni a los asociados a la desconexión al punto de entrega del Suministrador. En caso contrario, el Generador deberá responder de los daños y perjuicios que cause al Suministrador.

DECIMA PRIMERA. Pagos. Todos los pagos que resulten de la aplicación del presente contrato se

harán en moneda de curso legal en los Estados Unidos Mexicanos en las oficinas de atención al público del Suministrador o en las instituciones bancarias o medios que éste establezca.

DECIMA SEGUNDA. Supletoriedad. Para lo no establecido en el Contrato, se aplicarán las

disposiciones del contrato de suministro de energía eléctrica mencionado en la cláusula octava de este Contrato.

DECIMA TERCERA. Modificaciones. Cualquier modificación al presente Contrato deberá formalizarse por escrito y el nuevo Contrato sustituirá al anterior.

DECIMA CUARTA. Caso fortuito y fuerza mayor. Las Partes no serán responsables por el

incumplimiento de sus obligaciones cuando el mismo resulte de caso fortuito o fuerza mayor.

DECIMA QUINTA. Cesión de derechos. El Generador tiene prohibida la cesión parcial o total de los derechos y obligaciones derivadas del presente Contrato, sin la previa autorización por escrito del Suministrador.

DECIMA SEXTA. Legislación y tribunales. El presente Contrato se rige e interpreta por las leyes federales de los Estados Unidos Mexicanos y, en particular, por la Ley y su Reglamento. Las

controversias que surjan del presente contrato serán competencia de los tribunales federales en la ciudad _____________ y al efecto las partes renuncian al diverso fuero que pudiere corresponderles por razón de su domicilio u otras causas.

Este Contrato se firma en __ ejemplares en la Oficinas del Suministrador, ubicadas en la

dirección___________________________________________________________________, el ___ de ________________ de _______.

EL SUMINISTRADOR EL GENERADOR

Las firmas y antefirmas que anteceden corresponden al Contrato celebrado entre_________________(el Suministrador) y _____________________________ (el Generador).

(Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 8 de abril de 2010

ANEXO E-RDT

REQUISITOS TECNICOS PARA LA INTERCONEXION

1. ALCANCE

Este documento establece los requisitos y especificaciones técnicas para la interconexión entre una fuente

de energía distribuida y el sistema eléctrico nacional.

Los requisitos deben ser cumplidos en el punto de interconexión (PI), aunque los dispositivos usados para

cumplir estos requerimientos estén instalados en otro lugar.

2. DEFINICIONES.

Generación distribuida. GD

Equipos e instalaciones de generación eléctrica conectadas al sistema eléctrico nacional por medio de un

punto de interconexión.

Sistema Eléctrico

Equipos e instalaciones que entregan energía eléctrica a una carga.

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)

Sistema eléctrico disponible en toda la república y que entrega energía eléctrica a las redes eléctricas

locales.

Sistema Eléctrico Local (SEL)

Sistema eléctrico contenido enteramente dentro de uno o varios recintos y que no pertenece al Sistema

Eléctrico Nacional.

Fuente de Energía Distribuida (FED)

Fuente de energía eléctrica que no está directamente conectada a los grandes sistemas de transmisión.

Las fuentes incluyen generadores y tecnologías de almacenamiento de energía.

Interconexión

El resultado del proceso de conectar una fuente de energía distribuida al Sistema Eléctrico Nacional.

Isla

Condición en la cual una porción del sistema eléctrico nacional es energizado únicamente por uno o más

sistemas eléctricos locales a través de los puntos de interconexión mientras que esta porción del sistema

eléctrico nacional está eléctricamente separado del resto del SEN.

Isla Intencional

Una condición de operación en isla planeada

Isla No Intencional

Condición de operación en isla no planeada.

Punto de Interconexión (PI)

Punto donde un sistema eléctrico local es conectado al Sistema Eléctrico Nacional.

Punto de Conexión de una Fuente de Energía Distribuida.

Punto en el que una fuente de energía distribuida (FED) es eléctricamente conectada a un sistema

eléctrico ya sea local o nacional.

CFE

Comisión Federal de Electricidad

Jueves 8 de abril de 2010 DIARIO OFICIAL (Primera Sección)

SISTEMA ELECTRICO NACIONAL (SEN)

3. REQUERIMIENTOS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA LA INTERCONEXION

Los requerimientos deben ser cumplidos en el punto de interconexión aunque los dispositivos usados para

cumplir estos requerimientos estén localizados en otro lugar distinto al punto de interconexión. Los

requerimientos aplican tanto para la interconexión ya sea de una sola FED o bien para varias FED contenidas

en un solo SEL.

3.1. Requerimientos Generales

3.1.1. Regulación de Tensión

La FED no deberá regular la tensión en el punto de interconexión. La FED no deberá causar que la tensión

de suministro del SEN salga de lo requerido por la CFE

3.1.2. Sincronía

La FED entrará en paralelo con el SEN sin causar fluctuación de tensión mayor a +/- 5 % de los niveles de

tensión del SEN en el punto de interconexión y deberá cumplir con los requerimientos de disturbios que

establezca CFE.

3.1.3. Energización del Sistema Eléctrico Nacional

La FED no debe energizar el SEN cuando el SEN esté desenergizado.

3.1.4. Dispositivo de Desconexión

Se deberá contar con un dispositivo de desconexión accesible, con dispositivos de bloqueo.

3.2. Condiciones Anormales de Operación

El FED deberá contar con los dispositivos de protección adecuados para desconectarse del SEN en caso

de fallas en el propio SEN al cual se encuentra conectado, como se muestra en la Figura No. 2.

3.2.1. Voltaje

La protección en el PI deberá detectar el valor rms o la frecuencia fundamental de cada voltaje de fase a

fase, excepto cuando el transformador para la conexión entre el SEL y el SEN sea Estrella-Estrella aterrizado,

o monofásico, en donde se deberá detectar el voltaje de fase a neutro. Los tiempos totales de desconexión

dependiendo del nivel de voltaje se indican en la Tabla No. 1. Los dispositivos de voltaje podrán ser fijos o

(Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 8 de abril de 2010

ajustables en campo para FEDs menores o iguales a 30 kW de capacidad total, y ajustables en campo para

FEDs mayores a 30 kW de capacidad total.

El voltaje deberá ser detectado ya sea en el PI o en el punto de conexión del FED.

Tabla No. 1.- Respuesta del Sistema de Interconexión con

Voltajes Anormales

Rango de Voltaje

(% del Voltaje Nominal)

Tiempo de

Operación (s)1

V < 50 0.16

50 < V < 88 2.00

110 < V < 120 1.00

V > 120 0.16

1 FED < 30 kW, tiempo máximo de operación

FED > 30 kW, tiempo recomendado

Figura No. 2 Diagrama básico de interconexión

NOTA: Cuando el proyecto se localiza en una derivación de la línea troncal, la capacidad de los equipos

de protección intermedios al punto de interconexión debe seleccionarse con base a un estudio de

coordinación de protecciones.

La capacidad del fusible o restaurador ubicado en el punto de interconexión debe seleccionarse en función

de la carga del servicio. Se recomienda utilizar fusibles de operación rápida tipo “K”.

3.2.2. Frecuencia

Cuando la frecuencia del sistema se encuentre en los rangos dados en la Tabla No. 2 la protección en el

PI deberá operar con los tiempos totales indicados en la misma. Los dispositivos de frecuencia podrán ser

fijos o ajustables en campo para FEDs menores o iguales a 30 kW de capacidad total, y ajustables en campo

para FEDs mayores a 30 kW de capacidad total.

Jueves 8 de abril de 2010 DIARIO OFICIAL (Primera Sección)

Los ajustes de baja frecuencia deberán ser coordinados con los dispositivos del SEN.

Tabla No. 2.- Respuesta del Sistema de Interconexión con Frecuencias Anormales

Capacidad del FED Rango de Frecuencia (Hz) Tiempo de Operación (s)1

< 30 kW > 60.5 0.16

< 59.3 0.16

> 30 kW

> 60.5 0.16

< 59.8 - 57.9

(Ajustable)

0.16 – 300

(Ajustable)

< 57.0 0.16

1 FED < 30 kW, tiempo máximo de operación

FED > 30 kW, tiempo recomendado

3.2.3. Re-Conexión al SEN

Después de un disturbio, el FED no deberá reconectarse hasta que el voltaje en el SEN esté dentro de los

límites pre-establecidos por la CFE y la frecuencia esté entre 59.3 Hz y 60.5 Hz.

El sistema de interconexión del FED deberá incluir un retardo de tiempo ajustable (o fijo a 5 min.) para

retardar la re-conexión hasta 5 min, después de que el voltaje y la frecuencia se hayan restablecido dentro de

los límites indicados anteriormente.

3.3. Operación en Isla

3.3.1. Operación en Isla No Intencional

Para una operación en isla no-intencional en la que la FED alimenta una parte del SEN en el PI, la FED

deberá detectar esta condición y desconectarse del SEN en un tiempo no mayor a medio segundo.

3.3.2. Otros

Debido a la magnitud de la capacidad de generación, este tipo de proyectos no requiere de dispositivos

especiales de protección en el SEN.

El generador debe asegurarse que sus instalaciones cuenten con dispositivos de control y protección,

diseñados para prevenir la formación de una isla eléctrica involuntaria al ocurrir cualquier disturbio eléctrico.

No se aceptará el uso de fusibles para proveer esta función.

El generador será responsable de operar, mantener y reparar sus instalaciones a fin de que éstas cumplan

en todo momento con los requisitos de seguridad y confiabilidad de la operación en paralelo con el sistema.

Luis Alfonso Marcos González De Alba, Secretario Ejecutivo de la Comisión Reguladora de Energía,

con fundamento en lo dispuesto por el artículo 36, fracción V del Reglamento Interior de la Secretaría de

Energía certifico: Que el presente documento, que consta de veintisiete fojas útiles, es copia fiel de su original

que obra en los archivos de esta Secretaría Ejecutiva, como Resolución Núm. RES/054/2010 del 4 de marzo

de 2010.

La presente certificación se expide en México, Distrito Federal, a diez de marzo de dos mil diez.- Conste.-

Rúbrica.

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12F-109*PC-08-12© 2012 Sharp Electronics Corporation. All rights reserved.

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ElEcTricAl cHArAcTEriSTicSMaximum Power (Pmax)* 240 W

Tolerance of Pmax +5%/-0%

PTC Rating 216.4 W

Type of Cell Polycrystalline silicon

Cell Configuration 60 in series

Open Circuit Voltage (Voc) 37.5 V

Maximum Power Voltage (Vpm) 29.3 V

Short Circuit Current (Isc) 8.75 A

Maximum Power Current (Ipm) 8.19 A

Module Efficiency (%) 14.7%

Maximum System (DC) Voltage 600 V (UL)/1000V (IEC)

Series Fuse Rating 15 A

NOCT 47.5°C

Temperature Coefficient (Pmax) -0.485%/°C

Temperature Coefficient (Voc) -0.36%/°C

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* Illumination of 1 kW/m2 (1 sun) at spectral distribution of AM 1.5 (ASTM E892 global spectral irradiance) at a cell temperature of 25°C.

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dimEnSiOnS

A B C D e 39.1”/994 mm 64.6”/1640 mm 1.8”/46 mm 14.4”/365 mm 3.9”/100 mm

F G 37.7”/958 mm 43.3”/1100 mm

BACk VieWsiDe V ieWA

D

D

B

e

e

G

F C

mEcHAnicAl cHArAcTEriSTicSDimensions (A x B x C to the right) 39.1” x 64.6” x 1.8”/994 x 1640 x 46 mm

Cable Length (G) 43.3”/1100 mm

Output Interconnect Cable 12 AWG with *SMK Locking Connector

Hail Impact Resistance 1” (25 mm) at 52 mph (23 m/s)

Weight 41.9 lbs / 19.0 kg

Max Load 50 psf (2400 Pascals)

Operating Temperature (cell) -40 to 194°F / -40 to 90°C

* Intertek recognized for mating with MC-4 connectors (part numbers PV-KST4; PV-KBT4)

Design and specifications are subject to change without notice.Sharp is a registered trademark of Sharp Corporation. All other trademarks are property of their respective owners. Cover photo: Solar installation by Pacific Power Management, Auburn CA.

WArrAnTy25-year limited warranty on power output Contact Sharp for complete warranty information

cErTificATiOnSUL 1703, ULC/ORD-C1703, IEC 61215, IEC 61730, CEC, FSEC

iSO QuAliTy & EnVirOnmEnTAl mAnAgEmEnT

Sharp solar modules are manufactured in ISO

9001:2000 AND ISO 14001:2004 certified facilities.

“Buy AmEricAn”

Sharp solar modules are manufactured in the United

States and Japan, and qualify as “American” goods

under the “Buy American” clause of the American

Recovery and Reinvestment Act (ARRA).

Printed in U.S.A. on recycled paper.

10%

Cert no. XXX-XXX-XXXX

SENTINELespecificacionesMedidor múltiple electrónico SENTINEL

ResumenEl medidor SENTINEL es un medidor múltiple electrónico de estado sólido, polifásico de una precisión

excepcional. Este medidor autónomo o regulado por transformador, está diseñado para usar en

instalaciones comerciales e industriales, incluyendo grandes emplazamientos industriales y subestaciones.

Una avanzada técnica de muestra analógico-digital toma muestras de cada forma de onda de entrada de

corriente y tensión 32 veces por ciclo (60Hz). Los valores de tensión y corriente se calculan cada dos

ciclos usando la calculación media cuadrática real (RMS, Root Mean Square). Los voltamperios se calculan

multiplicando el valor de la tensión RMS por el valor de la corriente RMS, de esta manera proporciona un

cálculo aritmético para VA. El medidor SENTINEL también permite un cálculo vectorial de VA.

Sistema operativo> Windows CE.NET 4.2 de Microsoft con memoria flash

compacta

Plataforma flexible> Varias placas de circuito electrónico realizan diferentes

funciones

> Entrada de transformador para la corriente y entrada de divisor

resistivo para la tensión

> Procesamiento de medición y conversión analógica-digital

> Procesamiento de comunicaciones, reloj de tiempo real, perfil

de carga y registro

> Placa de entrada y salida para la acumulación de pulsos o

notificación de eventos

Protocolos> El medidor SENTINEL usa el protocolo PSEM

(ANSI C12.18-1996)

Características estándar> Precisión clase 0.2

> 5 niveles de medición

> Firmware actualizable

> Historial de eventos y errores

> Sistema de monitoreo en el campo SiteScan

> Configuración flexible para diferentes aplicaciones de medición

> Suministro de energía de calibración automática

Registros disponibles> Los datos de registro y la información de programa se guardan

en la memoria no volátil en caso de interrupción de energía.

> Selección de cientos de elementos en una pantalla de cristal

líquido (LCD) que el usuario puede programar.

> Programable por el usuario a través de ItronPC-PRO+ 98, un

software de programación de medidores basado en Windows

de 32 bits.

Energía> Wh: suministrada, recibida, neta

> VARh: suministrada y recibida, suministrada neta, recibida neta

y 4 cuadrantes

> VAh: vectorial y aritmética, suministrada, recibida y retardo

> A2h: agregada

> V2h: agregada

> Ah: por fase y neutral

> Vh: por fase y promedio

Demanda> Valores instantáneos actualizados cada segundo.

> Están disponibles los valores de demanda máximo, presente,

anterior, proyectado, acumulativo, acumulativos continuo y

coincidente.

Tipos de registro de demanda> Intervalos de demanda de bloqueo y rodantes con longitudes

programables de intervalo y subintervalo.

> Cálculos de demanda termal

Soporte dependienteItron respalda el medidor SENTINEL con el soporte fiable que se espera

del proveedor líder en soluciones para las empresas de servicios de

electricidad. Nuestros ingenieros trabajan con usted para implementar el

medidor SENTINEL en el campo y personalizar el software para brindar

la información inteligente en tiempo real según sus necesidades.

Datos de autolectura e instantáneos> Dos grupos de datos instantáneos, leídos automáticamente

cuando se reposiciona la demanda

> Cuatro grupos de datos de autolectura, planificación

programable por el usuario

> Un grupo de datos de autolectura, leídos automáticamente al

cambiar el período (datos del último período)

Características opcionales> Entradas y salidas de pulsos

> Opciones de MeterKey: nivel de medición, TOU, perfil de carga,

calidad de energía, medición bidireccional, totalización

> Placa opcional de módem interno

> Opciones de desarrollo OEM

> Módulo de comunicaciones de medidor multifunción de red fijo

(MFMM)

> PF (prom., min., inst.)

> Placa opcional R300S (solo energía), R300SD (energía y

demanda), R300SD3 (3 cantidades)

> Placa opcional RS-232/RS-485

> Módem celular BlueSpan SLB-Mod3

> Cubierta con entrada directa de teléfono

> Suministro de energía trifásica

> Medidor clase 320 amp (solo enchufe)

> Módem de línea de llegada Telereader NERTEC NCTR 801

> Ninguna opción de enlaces potenciales

Especificaciones del medidor SENTINEL

Red de E/S> Las opciones de entrada y salida disponibles están

determinadas por el tipo de placa de E/S que se instale en el

medidor. El medidor SENTINEL soporta un máximo de 4 salidas

KYZ, 1 (KY) salida de corriente baja/alta y 2 (KY) salidas de

estado sólido o pulso.

Módem interno> El módem permite que los clientes se conecten de forma

remota al medidor SENTINEL para programar o leer el

medidor.

> Funciona a una velocidad de 300/1200/2400 baudios y está

disponible para aplicaciones de línea de teléfono compartida o

independiente.

Software> PC-PRO+ 98, PC-PRO+ 98 Advanced

> Creación de archivo de datos de medidor con PC-PRO+ 98

Advanced versión 5.0 o superior

> EnergyAudit 3.0

Límites de entrada de tensión > Suministro de energía de detección automática de tensión,

con disponibilidad monofásica o trifásica.

> El suministro de energía funciona con un rango de entrada de

tensión nominal de 120-480 V.

> El suministro de energía trifásico funciona con un rango de

entrada de tensión de 57.7-277V.

Límites de entrada de corriente > ANSI Clase 20 (Límite Inst.)

> ANSI Clase 150, 200 & 320 (Corriente completa)

Requisitos de energía> Rangos de tensión: -20% a +10% de tensión nominal

(1 ó 3 fases)

> Tensión de funcionamiento: ± 20%

> Frecuencia: 50-60 Hz

> Rango de funcionamiento: 45 Hz a 65 Hz

Datos técnicos cumplen con> ANSI C12,1: 1995

> ANSI C12.19: 1997

> ANSI C12.20: 1997

> ANSI C12.21: 1999

Sobretensión, Impulso, e Interferencia RF:> ANSI C37.90.1: 1989

> ANSI C62.41: 1991

> FCC Parte15 (Clase B)

Batería TOU/Perfil de carga> Tensión: 3.6 V nominal

> Rango de funcionamiento: 3.4 V- 3.8 V

> Sobrante: 12 años mínimo

> Duración en almacenamiento: 25 años mínimo

Tiempo> Frecuencia de operación en sincronía con la frecuencia de la

línea

> Sinc cristal: ±0.003% @25°C; ±0.02% por rango completo

de temperatura

Entorno de funcionamiento> Temperatura: -40° a +85°C

> Humedad: 0% a 95% no condensada

> Supresión de sobretensión / Transitorio: ANSI C37.90.1-1989;

FCC Parte 15, Clase B; ANSI C62.41-1991

Precisión> ANSI C12.20:1997 para medidores de clase 0.2

Datos de precisión> El medidor SENTINEL es un dispositivo de precisión +/-0.2

capaz de mostrar un amplio rango de información de registro y

cumplir con los requisitos de ANSI C12.20: 1997 para

medidores de clase 0.2.

Datos característicos> Corriente de inicio: 0.005 amps (Clase 20); 0.050 amps

(Clase 200); 0.080 amps (clase 320)

Datos nominales> Tensión 120: Vatios: 1.3, VA 2.2

> Tensión 240: Vatios: 1.6, VA 3.1

> Tensión 277: Vatios: 1.7, VA 3.4

> Tensión 480: Vatios: 2.4, VA 5.2

Información de referencia> Guía de referencia técnica del medidor SENTINEL

> Catálogo descriptivo del medidor SENTINEL

> Hoja de especificaciones del medidor SENTINEL

> Hoja de especificaciones del medidor SENTINEL R300S,

R300SD, R300SD3

> Formulario de especificación de orden

Especificaciones del medidor Sentinel (cont.)

perfilItronItron es un proveedor líder de tecnología y una fuente imprescindible de conocimiento sobre las industrias globales de energía y

agua. Más de 3.000 empresas de servicios a nivel mundial confían en la tecnología de Itron para proporcionar el conocimiento

que requieren para optimizar el suministro y el uso de energía y agua. Itron suministra valor a sus clientes al proporcionar

soluciones líderes de la industria en la medición de electricidad, recolección de datos de medidor, administración de información

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Debido a una constante investigación, mejoras y ampliación de los productos, Itron se reserva el derecho de modificar especificaciones de sistemas o productos sinaviso previo. Itron es una marca comercial registrada de Itron Inc. Todas las otras marcas comerciales pertenecen a sus respectivos propietarios. © 2004, Itron Inc.

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