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Mini-redes fotovoltaicas híbridas una solución donde la red no alcanza

Dipl. -Ing. Brisa OrtizFraunhofer-Institute for Solar Energy ISE

Experiencias y Perspectivas Internacionales de la Electrificación

Rural FotovoltaicaInstituto de Investigaciones Eléctricas IIE, Cuernavaca México

25 November 2010

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Agenda

Que es una Mini-red?

La Mini-red fotovoltaica

Principales diseños de sistemas híbridos fotovoltaicos, AC o DC ?

La nueva generación de mini-redes inteligentes

Experiencias mundiales con mini-redes

La situación en México

Conclusiones y perspectivas

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El Programa ESMAPEnergy Sector Management Assistance Program

Energia Renovable y Convencional

Sistemas de 50W a 50MW

Mini-red 5 -500 kW

Pueblos

Biomasa, Viento, Hidraulica, Geotermia

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Mini-redes fotovoltaicas de la IEA tarea 11

El conceptode la IEA

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Enfoque de mini-redes en áreas rurales

Sistemas fotovoltaicos desde de 2 kW hasta mas de un par de cientos kW

Aplicaciones para usuarios múltiples o únicos

Sistemas híbridos

Diseños para corriente alterna y/o corriente directa

Uso de sistemas de almacenamiento (Baterias) y recomendable otro generador

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Mini-redes basadas en tecnología fotovoltaica y la integración de diferentes fuentes de energía (viento, biomas, Hidráulica, etc.)

Mejorar los niveles actuales de servicio

Desarrollar la infraestructura local

Desarrollar las capacidades financieras y los recursos de personal

Uso de sistemas “inteligentes” de la administración de la energía

Una nueva generación de mini-redes fotovoltaicas híbridas

Hybrid PV Systems and Mini-GridsFraunhofer ISE

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PV generator Charge regulator

Wind turbine battery charger

Motor generator battery charger

storage battery Inverter house grid

Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany

Diseño general de un sistema fotovoltaico híbrido

DC-Bus

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Diseño general de un sistema fotovoltaico híbrido y usuarios DC

Bild: Fraunhofer ISE, Solarpraxis AG

AC Consumer

ChargeRegulator

DC Consumer

MotorGenerator

Wind turbine

PV Generator

BatteryCharger

Batterie InverterBatteryCharger

DC-Bus

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Diseño general de un sistema fotovoltaico hibrido

AC-Bus

Bild: Fraunhofer ISE, Solarpraxis AG

AC ConsumerInverter

BidirectionalInverter

Motor generator

Wind turbine

PV Generator

Batterie

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Sistemas híbridos “Inteligentes”

Diseño del Sistema y la optimización

Desarrollo de sistemas inteligentes para la administración de la energía

Estrategias de operación

Flexibilidad de adaptación a las condiciones locales

Monitoreo del sistema y aseguración de la calidad

Comunicación de componentes y sistemas

Modelos de medición y tarificación

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Administración inteligente de la energía

Energy Management System

Energy Supply Management

Battery Management

Demand Side Management

Operating Concept

Determinación de la generación actual del sistema

Determinación del estado de carga de la batería

Determinación del consumo

Desempeño del sistema

La estrategia de operación

Comunicación y coordinación con las influencias externas del sistema

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Protocolo Universal de la generación de energía Universal Energy Supply Protocol

Componentes Inteligentes

Opción “Plug and Play”

Protocolos estándares y abiertos

Apoyo a la operación

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Experiencias con Mini-Redes

Asia del Sur

China

Brasil

México

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Alto porcentaje de poblaciones sin acceso ala energía

Gran diversidad entre poblaciones rurales

Falta de información acerca de las comunidades y su situación actual

Objetivo: desarrollo de un programa de electrificación rural a gran escala

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Identificación, verificación de los servicios de energía y su desarrollo a futuro

14.28.32.36.646.317.24.111.1kWh/dEnergyDemand

S3S2S1actualS3S2S1actual

Reference caseSurvey results

Segunda Fase

Ampliación de los servicios

Reducción de “sobre dimensionamiento”

Reducción del uso del Diesel

Uso de componentes inteligentes

Creación y capacitación de operadores locales, directos e indirectos

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El caso de ChinaMini-red hibrida Fotovoltaica

Example China

29 kWp PV

2 x 10 kW Wind turbine

858 kWh Batteries (Lead acid)

21 kW und 16 kW Inverter

100 House holds

6 Centres (health clinic, school)

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21 kWp PV

60 kVA Diesel generador

Sin baterias!!!

Solo 10 % de la electricidad consumida anual es cubierta por FV

Source R. Rüther

El caso de Brasil Sustitución de Mini-redes Diesel

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Power line UESPProprietary communication

Battery

Charge Controller

Concentrix Inverters

IrrigationSubmersible Pump

Dump Load

Desalination

Nuevas TecnologiasCPV off-grid for water pumping, desalination and irrigation in Egypt

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México acceso ala electricidad 2000Potencial para mini-redes

99% casas-habitación en ciudades

92% casas- habitación en comunidades de entre 1000 y 2.500 Habitantes

80 % casas- habitación en comunidades de entre 500 -1000 habitantes

55% casas- habitación en comunidades con menos de 500 habitantes

8% casas- habitación en comunidades con menos de 100 habitantes

Haushalte in Mexiko mit Stromanschluss Prozent (%)

98,7 96,285,3

64,0

stadtische Bevölkerung

semi-stadtische Bevölkerung

ländliche Bevölkerung

indio- Bevölkerung

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El programa para la electrificación rural

“Servicios energéticos integrados para pequeñaslocalidades en el México Rural”

Tecnologías involucradas: mini-redes eléctricas con viento,

pequeñas hidroeléctricas y sistemas híbridos

Énfasis en actividades productivas

Meta de cobertura en 4 años: 50,000 viviendas

Presupuesto: 96’850,000 US$

Donación GEF por US$ 15’350,000

Préstamo Banco Mundial por US$ 15’000,000

Fondos del Gobierno de México por US$ 66’500,000

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Estudio de pre-factibilidad en Isla NatividadSubstitucion de Diesel

150 familias

450 habitantes

Otros usuarios : la escuela una clinica

Una fabrica de produccion de abulon

Consumo promediodiario de 2849 kWh

Potencia maxima de 200 kW

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Conclusiones

Atender las necesidades de las comunidades y de los usuarios

Identificar las necesidades

Definir los servicios de electricidad

Cubrirlos servicios esperados

Mejorar el diseño de la Mini-red

Optimisar costo-beneficio

Barreras locales

Recursos renovables

Accesibilidad

Maximizar el uso de recursos renovables

Uso de tecnologias comerciales e inteligentes

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Conclusiones

Modelos de financiamiento

Fomentar el incremento de energías renovables

Crecimiento futuro de la demanda

Otros temas medio ambientales

Reciclaje de módulos y de baterías

Estandarización y normas que mejoren la calidad

El éxito de los proyectos son los operadores locales!

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Gracias por su atención