Energía solar fotovoltaica

Centrales fotovoltaicas

La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía renovable que se obtiene directamente de la radiación solar mediante uno o más paneles solares que a su vez la transforma en energía eléctrica. El proceso comienza cuando la luz solar cae sobre una de las caras de una célula fotoeléctrica, que componen los paneles solares, y se produce un diferencial de potencial eléctrico entre ambas caras haciendo que los electrones salten de un lugar a otro, generando así corriente eléctrica que luego se transporta hasta la red de distribución para llegar hasta los puntos de consumo.

Además de no emitir gases contaminantes o de efecto invernadero durante la producción de energía, una de las principales ventajas de esta tecnología es que es modular. Es decir, los paneles pueden usarse para el autoconsumo (abastecer electricidad en casas o edificios) o también para abastecer a la red eléctrica a través de grandes centrales como es el caso de las centrales fotovoltaicas instaladas en Baja california sur.

Las centrales fotovoltaicas o huertos solares son recintos en los que se concentra un número determinado de instalaciones solares fotovoltaicas con el fin de vender la electricidad producida a la compañía eléctrica con la cual se haya establecido el contrato. La energía vendida puede estar a nombre de una persona, una sociedad, etc. Cada instalación tiene su propietario y todas ellas se ubican en el mismo lugar. Esto posibilita mejoras en el mantenimiento de la instalación, vigilancia, pólizas de seguros, etc.

Edificios fotovoltaicos son unas de las últimas aplicaciones desarrolladas para el uso de la energía fotovoltaica, gracias a la rápida evolución de los paneles solares existen edificios que usan  los módulos como material constructivo en cerramientos, cubiertas y fachadas , que además de obtener energía, aportan un gran valor visual. La integración arquitectónica consiste en cambiar la doble función, como elemento constructivo y como productor de electricidad, por medio de los módulos fotovoltaicos.

Los componentes comunes de un sistema fotovoltaico

  • Los módulos fotovoltaicos: Los módulos son la fuente de potencia en un sistema fotovoltaico, producen electricidad de corriente directa (C.D.), la cual en caso de ser necesario, se puede almacenar fácilmente en bancos de baterías, que cuando se requiere usar en casos corriente alterna (C.A.), se conectan a un inversor los módulos fotovoltaicos, los cuales comúnmente  están soportados por las estructuras o racks en el sitio seleccionado de instalación por ejemplo, una forma típica de montaje es en los techos de las casa por medio de estructuras, otras opciones incluyen el montaje integrado y los racks orientables en piso.
  • Controlador de carga o regulador de carga: Para un correcto funcionamiento de la instalación, se debe instalar un sistema de regulación de carga en la unión entre los paneles solares y las baterías. Este dispositivo es el Regulador de carga y tiene como misión evitar situaciones de carga y sobredescarga de la batería, con el fin de alargar su vida útil. Los controladores de carga pueden variar desde pequeñas unidades que sirven para conectar módulos fotovoltaicos sencillos a una batería sencilla y también para conectar un arreglo fotovoltaico de muchos kilowatts (kW)a grandes bancos de baterías.
  • Acumuladores o Banco de baterías: En los sistemas que operan sin conexión a la red eléctrica, es decir operan como un sistema aislado, deben tener un respaldo para las horas del día en que no dispongan de luz solar (durante la noche o en días nublados) para almacenar  electricidad, lo cual se a través de  bancos de baterías que se conectan al arreglo serie, paralelo o mixto, según sea los requisitos de carga en C.D. o bien, se conecta a un inversor para alimentar las cargas en C.A.Las baterías son recargadas desde la electricidad producida por los paneles solares, a través de un arreglo de carga, y pueden entregar su energía a la salida de la instalación, donde será consumida. Estas tiene tres misiones:
  1. Almacenar energía durante un determinado número de días
  2. Proporcionar una potencia instantánea elevada.
  3. Fijar la tensión de trabajo de la instalación.

A la hora de seleccionar los acumuladores es necesario tener en cuenta cuatro aspectos, los cuales son: 

  • La capacidad: la cual es la cantidad de electricidad que puede lograrse en una descarga completa del acumulador partiendo de un estado de carga total del mismo. Se mide en amperios hora (Ah), y se calcula como el producto de la intensidad de descarga del acumulador durante el tiempo en el que está actuando: C = t*I
  • Eficiencia de carga: Relación entre la energía empleada para cargar la batería y la energía realmente almacenada. Si la eficiencia es baja es necesario aumentar el número de paneles solares para obtener los resultados deseados.
  • Autodescarga: Proceso mediante el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse.
  • Profundidad de descarga: Cantidad de energía, en tanto por ciento, que se obtiene de la batería durante una determinada descarga, partiendo del acumulador totalmente cargado.

Inversores: Los inversores cambian la potencia producida en corriente directa, por los módulos fotovoltaicos o almacenada en los bancos de baterías (en los sistemas basados en baterías) en corriente alterna (C.A.) usada en casas y comercios. 

En un sistema fotovoltaico si solo se va suministrar potencia a carga en C.D. tales como alumbrado, bombas de agua o pequeños aparatos electrónicos, no se requiere de un inversor. Los inversores en las aplicaciones fotovoltaicas caen dentro de dos categorías importantes:

  • Interactivos con la empresa eléctrica

Estos son usados principalmente en sistemas para casas y comercios conectados a la red de la empresa eléctrica, estos no requieren de ningún sistema de almacenamiento, lo que significa que el suministro de la red externa siempre está presente y el inversor no trabajaría. En los sistemas directamente conectados a la red, el arreglo fotovoltaico se conecta al inversor en el lado de C.D. y el inversor se conecta a la red en el lado de C.A.

Sistemas basados en baterías: En este sistema se requiere de un sistema estable de voltaje, por lo que se usa en forma típica, se usa en banco de baterías para mantener el inversor operando un sistema fotovoltaico usando estos inversores, requiere más componentes y es por lo general, más complicado, pero le permite al usuario tener potencia de respaldo.

Los inversores basado en bancos de baterías usan un arreglo fotovoltaico y controlador de carga en el lado C.D. y conectado a la red en el lado de C.A.

Las centrales fotovoltaicas  se componen principalmente por estos elementos:

  • Paneles solares o fotovoltaicos: Compuestos de células fotovoltaicas, también llamadas células solares, formadas principalmente de silicio; estas células son las encargadas de transformar los rayos solares en energía, por medio del efecto fotovoltaico.
  • Torre meteorológica: Lugar donde se examinan las condiciones meteorológicas; para comprobar la radiación solar que se espera recibir o la absorbida.
  • Centro de carga de energía continua: Recibe la electricidad que han generado los módulos fotovoltaicos.
  • Inversores: Transforma la energía continua en alterna.
  • Carga de energía alterna: Recibe la energía alterna transformada por el inversor.
  • Centro de transformación: Lugar donde la corriente se ajusta a las condiciones de voltaje e intensidad idóneas para luego ser transportada.
  • Líneas de envío o transporte: Por medio de estas líneas; se transporta la electricidad a los centros de consumo.
  • Sala de control: Lugar lleva a cabo la supervisión del funcionamiento de todos los componentes de la central fotovoltaica.

Energía solar: Una solución a la pobreza energética.

La pobreza energética es un fenómeno social derivado de las dificultades que tienen algunos hogares para obtener la electricidad que necesitan para cubrir sus necesidades básicas. Esto se debe principalmente a dos factores:

  • Falta de cobertura en zonas rurales: Los abastecedores nacionales de energía, por diversas causas, no cuentan con la infraestructura necesaria para lograr cubrir la demanda de toda la población, especialmente, para conectar a personas que viven en zonas remotas, obstaculizando el acceso a una central, subestación o línea eléctrica.
  • Vulnerabilidad económica: Por discriminación, falta de oportunidades, desigualdad y otros problemas sociales, algunos sectores de la población no cuentan con los recursos financieros necesarios para cubrir los altos costos de la electricidad para la satisfacción de sus necesidades domésticas.

Una opción de apoyo para estas comunidades o personas sin electricidad, es la generación de electricidad por medio de energía solar, ya sea por medio de una pequeña central fotovoltaica que abastezca esa comunidad y/o la posibilidad de instalaciones aisladas en sus viviendas, y estas pueden instalarse con el  apoyo del gobierno o de manera autónoma con sus  ingresos propios. 

Los paneles solares son una manera accesible y rentable de suministrar electricidad para iluminar sus casas, cargar los celulares, radio e incluso hasta son capaces de alimentar electrodomésticos de  cocina. Con un solo panel solar se cuenta con la potencia necesaria para poder alimentar lo indispensable en una vivienda de bajo recursos con apoyo de una estación de energía portátil, las cuales son capaces de almacenar energía hasta por 72 horas.

Centrales fotovoltaicas instaladas en Baja California Sur

Aprovechando que en la península se tiene una de las mejores captaciones de irradiación a nivel nacional., en nuestro estado existen cuatro centrales de generación fotovoltaicas, dos de ellas se encuentran instaladas en el municipio de La paz, las otras dos restantes se encuentran instaladas en los municipios de Comondú y Mulegé. 

Las regiones del país que cuentan con los más altos niveles de irradiación, se encuentra la Península de Baja California y Sonora, con valores superiores a los 5,5 kWh//m2día como promedio anual”. (C.F.E)

La primera central instalada en el estado fue la Central Fotovoltaica Santa Rosalía, ubicado al norte del estado de Baja California Sur, con una superficie aproximada de 19,66 ha (196 634 m2 ), aunque la zona de aprovechamiento se ha limitado por ahora a 2,44 ha (24 428 m2 ), en el municipio de Mulegé, aproximadamente a 27 kilómetros al noroeste de la localidad de Santa Rosalía, precisamente en los límites del área de aprovechamiento sustentable de los recursos naturales de la zona de amortiguamiento del área natural protegida conocida como Reserva de la Biosfera El Vizcaíno.  

Central fotovoltaica Sol de insurgentes ubicada en la ciudad de Insurgentes, en el municipio de Comondú, estado de Baja California Sur, la cual cuenta con una capacidad instalada de 30.24 MW (Megawatts) y una capacidad de generación de 27.220 kW (Kilowatts), constituida por un número de 100,800 paneles solares. 

La energía producida por la Planta fotovoltaica es evacuada a través de una nueva Subestación elevadora (SE) a 115 kV (kilovolts), el proyecto el tendido de un tramo de línea aérea hasta una nueva bahía que tendrá que ser instalada en la SE Insurgentes. Actualmente está en operación y es propiedad de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). La Planta fotovoltaica tendrá una vida útil de 20 años como pequeño productor, lapso durante el cual, la energía generada será inyectada a la red para su posterior distribución hasta los puntos de consumo.

Las centrales fotovoltaicas Aura solar I y Aura solar III se encuentran ubicadas en la ciudad de La Paz, Baja California Sur, una región con uno de los más altos índices promedio de irradiación solar en el país (más de 5.8 kWh/m2 por día). Las centrales se ubican en el Parque Industrial La Paz al noreste y con la subestación eléctrica Olas Altas, propiedad de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). 

Aura solar I está construido en una superficie de 80 hectáreas. Con una inversión de US$100 millones, este proyecto comprende la instalación de 132 mil módulos fotovoltaicos policristalinos montados en estructura fija, con capacidad de 42 MWp y vida útil de 30 años. Aura Solar I se interconecta con la subestación Olas Altas a través de una línea de transmisión de 115 kV y 2.9 km, y entrega la energía generada a CFE desde septiembre de 2013. CFE retribuye la energía suministrada por el proyecto con base en el Precio Marginal Local (PML) del nodo de La Paz.

Una característica única de Aura Solar I es que desde un inicio no recibe subsidio alguno de entidades públicas ni privadas. También es el primer proyecto fotovoltaico a gran escala que se desarrolló bajo el régimen de regulación de la Pequeña Producción en México.

La central fue arrasada el 15 de septiembre de 2014 por el huracán categoría 3 llamado Odile, que llegó a Baja California Sur con vientos máximos sostenidos de 205 kilómetros por hora y rachas de 250.

El Corporativo Aura Solar, propietario de la planta que costó 100 millones de dólares, no ha dado detalles sobre las pérdidas.

Un representante de Gauss Energía, empresa encargada del proyecto, aseguró que la planta volverá a funcionar. Negó fallas técnicas en la construcción y sostuvo que Odile no sólo destruyó la central fotovoltaica, sino también infraestructura pública y privada en Baja California Sur.

 

La central fotovoltaica Aura Solar III es el primer proyecto de generación a gran escala en México con una solución de almacenamiento de energía de gran escala.

Con una inversión de US$45 millones, este proyecto comprende la instalación de 92 mil módulos fotovoltaicos monocristalinos montados en estructura fija, con capacidad de 32 MWp y vida útil de 30 años. Está construido en una superficie de 50 hectáreas. Contando con un permiso de generación legado otorgado por la Comisión Reguladora de Energía (CRE) bajo el esquema de Pequeña Producción. La energía producida por esta central, 65 GWh/año, se destina de manera exclusiva a CFE, mediante un contrato de compra-venta de energía (PPA) por 20 años. CFE retribuye la energía suministrada por el proyecto con base en el Precio Marginal Local (PML) del nodo de La Paz.

Aura Solar III se interconecta con la subestación Olas Altas a través de una línea de transmisión de 115 kW y 1.0 km, y entrega energía a CFE desde octubre de 2018.

Baja California Sur cuenta con el potencial solar suficiente para producir electricidad por medio de centrales fotovoltaicas, sin embargo, en nuestro estado, la CFE produce la mayoría de la electricidad en plantas de combustóleo y gas.

Además, al ser una “Isla energética” lo que significa que no estamos conectados a la red de electricidad nacional, toda la energía que necesita el estado, se debe producir dentro del mismo, y actualmente, la mayoría de esta producción se realiza en el Municipio de La Paz, lo que provoca graves daños al medio ambiente y la salud de los paceños.

Es urgente impulsar la transición energética a fuentes de energía renovables, ya que, de seguir produciendo energía a través de la quema de combustibles, seguiremos teniendo problemas de desabasto, tarifas altas y contaminación atmosférica, acelerando el cambio climático y la extinción de las especies.

 

Fuentes de consulta

Gauss Energía. (2020). Aura Solar. Obtenido de Gauss Energia: https://www.gauss.com.mx/

Banco Nacional de Obras y Servicios Públicos. (2021). DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, EQUIPAMIENTO, INSTALACIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE UNA CENTRAL FOTOVOLTAICA EN EL ESTADO DE BAJA CALIFORNIA SUR. Obtenido de Proyectos Mexico: https://www.proyectosmexico.gob.mx/proyecto_inversion/588-cenace-subasta-electrica-de-largo-plazo-sol-de-insurgentes/

Grupo Banco Mundial. (14 de Marzo de 2016). Paneles solares: la luz al final del túnel para miles de latinoamericanos. Obtenido de Banco mundial: https://www.bancomundial.org/es/news/feature/2016/03/14/paneles-solares-luz-final-del-tunel-latinoamerica

https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448171691.pdf

http://sinat.semarnat.gob.mx/dgiraDocs/documentos/bcs/resumenes/2010/03BS2010E0010.pdf

https://apps1.semarnat.gob.mx:8443/dgiraDocs/documentos/bcs/estudios/2014/03BS2014ED021.pdf

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