Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Guía de buenas prácticas Proyectos Fotovoltaicos Managua, enero de 2014 1 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Créditos La “Sistematización de Lecciones Aprendidas por tipo de Tecnología, y Evaluación de Resultados e Impactos de Proyectos Pilotos y Estudios finalizados de la AEA”, fue realizada por la Empresa de Consultoría e Inversiones CABAL, S.A., a solicitud de la Alianza en Energía y Ambiente con Centroamérica (AEA). Las opiniones y los argumentos que figuran en esta publicación, no representan el punto de vista oficial de la AEA o de los gobiernos de sus países miembros, sino más bien, del equipo consultor. Cualquier consulta, o aclaración puede ser dirigida a Desirée Elizondo, Coordinadora de Equipo de Consultores. Correo Electrónico: dec@grupocabal.com Los derechos de autor vinculado con los materiales producidos por este contrato, son propiedad exclusiva de la Secretaría General del Sistema de la Integración Centroamericana (SG-SICA). 2 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Contenido I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................................5 II. BUENAS PRÁCTICAS EN LA GESTIÓN DE LOS PROYECTOS ......................................................................6 a. Factores que favorecen y limitan las buenas prácticas .....................................................................................6 b. Diagnóstico de los servicios ...........................................................................................................................10 c. Conocimiento vinculado a la tecnología ..........................................................................................................10 III. LA OFERTA TECNOLÓGICA ..........................................................................................................................11 a. Principios de la tecnología solar .....................................................................................................................11 b. Condiciones de diseño del sistema fotovoltaico.............................................................................................16 c. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico ...................................................................................................17 d. Normas de Certificación y Garantía ..............................................................................................................24 e. Garantías de fabricante .................................................................................................................................25 f. Accesorios y materiales ..................................................................................................................................26 g. Tecnología para usos finales .........................................................................................................................33 IV. BUENAS PRÁCTICAS EN LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS PROYECTOS ..................................................41 a. Participación social .........................................................................................................................................41 b. Sostenibilidad técnica y económica ...............................................................................................................41 c. Monitoreo y evaluación ...................................................................................................................................43 d. Capacitación técnica ......................................................................................................................................45 e. Manual de uso y mantenimiento ....................................................................................................................46 f. Aspectos ambientales .....................................................................................................................................52 V. BIBLOGRAFÍA ..................................................................................................................................................54 3 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Índice de tablas Tabla 1. Tabla de cálculo de consumo horario por día………………………...…...…….……. 18 Tabla 2. Cálculo del módulo.…………………………………………………......…...…….……. 19 Tabla 3. Producción de nuestro sistema…………………………….…………...…...…….……. 20 Tabla 4. Cálculo del banco de baterías.……....…...………………………………………..……. 21 Tabla 5. Estructura de costos para sostenibilidad……………………………....…...…….……. 32 Tabla 6. Recomendaciones para el mantenimiento del módulo fotovoltaico……....…...……. 48 Tabla 7. Recomendaciones para el mantenimiento de baterías…….………...…...…….……. 49 Tabla 8. Recomendaciones para el mantenimiento de controladores……......…...…….……. 50 Tabla 9. Recomendaciones para el mantenimiento de cargas………….……...…...…….……. 51 Tabla 10. Recomendaciones para el mantenimiento del cableado y accesorios……......…… 51 Tabla 11. Recomendaciones para el mantenimiento del inversor…….…...…...…...…….……. 52 Tabla 12. Recomendaciones para el mantenimiento del SSFV…….…...…......…...…….……. 52 Índice de Imágenes Figura 1. Los componentes fotovoltaicos..................................................................................... 12 Figura 2. Mapa de irradiación solar en América Central.............................................................. 18 Figura 3. Arreglos de baterías dos series y tres paralelos........................................................... 22 Figura 4. Tipos de Reguladores de Carga...........................................................................….… 22 Figura 5. Interconexiones del módulo…………………………………………………………………. 26 Figura 6. Terminales aisladas y no aisladas................................................................................. 28 Figura 7. Tipos de conductores.................................................................. ............................ 28 Figura 9. Soporte tipo Mástil……..........................................................................................….... 29 Figura 10. Esquema de electrodo a tierra..................................................................................... 30 Figura 11. Distribución de costos de inversión SFV..................................................................… 32 Figura 12. Esquema de bombeo para comunidad rural................................................................ 36 Figura 13. Esquema de bombeo para riego.................................................................................. 37 Figura 14. Bombas centrífugas multifase...................................................................................... 38 Figura 15. Bombas helicoidales de desplazamiento positivo........................................................ 38 4 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos I. INTRODUCCIÓN En condiciones confiables y sostenibles, el servicio básico de electricidad genera mejoras notables en la calidad de vida de la población para satisfacer necesidades de iluminación, comunicación, bombeo, refrigeración y otras. Sin embargo, debido a que aún existe una brecha en los niveles de cobertura y una reducida calidad del servicio eléctrico que se brinda principalmente en las áreas rurales, se requiere la ejecución de proyectos de inversión basados en estudios previos que utilicen herramientas apropiadas para la identificación, formulación y evaluación de proyectos de energía solar fotovoltaica, garantizando la sostenibilidad. La demanda mundial de sistemas solares fotovoltaicos (FV) ha crecido en forma sostenida a lo largo de los últimos 20 años. La necesidad de energía eléctrica barata y eficaz en zonas aisladas es el principal impulsor de la industria FV hoy en día. Esta tecnología es la opción más económica para una serie de aplicaciones como sistemas aislados para escuelas, centros comunitarios viviendas, ayuda para navegación, telecomunicaciones remotas, bombeo de agua, entre otras. Se espera un desarrollo significativo en la demanda de sistemas FV para hacer frente a la necesidad básica de electricidad de 2 mil millones de personas sin acceso a la energía convencional, sobre todo en zonas rurales y aisladas. Además de esta demanda, existe una necesidad de sistemas costo-efectivos fuera de la red eléctrica, que suministren energía en forma ambiental, sostenible y a largo plazo. El gran reto de los proyectos para la generación de energía es que aseguren su sostenibilidad desde la fase de pre inversión, para ello es fundamental en dicha etapa la participación de todos los actores vinculantes del proyecto que permitan saltar las barreras que se presentan en sus diferentes etapas. De igual forma, las soluciones técnicas deben cumplir con las normativas de calidad establecidas por los entes reguladores competentes, garantías por los suministradores de equipo así como asistencia técnica continua y oportuna, y por parte de la comunidad, r asegurar una buena administración de recursos naturales y económicos, que garanticen las condiciones mínimas para la sostenibilidad. Esta Guía tiene el propósito de presentar a los promotores de proyectos solares, de forma clara y específica, a través de formatos replicables, las buenas prácticas en la implementación de proyectos basadas en la experiencia de proyectos ejecutados. En todas sus fases los proyectos se ha presentado desde la base comunitaria, identificación de la problemática, hasta la alternativa tecnológica propuesta, que deben tenerse en cuenta durante para la elaboración de un proyecto en todas sus fases de un estudio de pre inversión, hasta la etapa de evaluación y monitoreo una vez implementado. 5 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos II. BUENAS PRÁCTICAS EN LA GESTIÓN DE LOS PROYECTOS a. Factores que favorecen y limitan las buenas prácticas Las tecnologías fotovoltaicas, están validadas y son multifuncionales. Los sistemas fotovoltaicos son competitivos sobre todo en el rango de poco consumo de energía en zonas alejadas sin electricidad, a como lo demuestran los proyectos de AEA; sin embargo, su eficacia y productividad depende de condiciones y factores que no son propios de la oferta tecnológica misma; y que en algunos casos dependen del desarrollador, y en otros casos de los comunitarios o beneficiarios; por lo consiguiente, de antemano hay que tener en cuenta criterios socioeconómicos y de evaluación para la toma de decisión. La sistematización desarrollada nos permite deducir de manera general las siguientes consideraciones o lecciones aprendidas, a la hora de implementar los proyectos: Evaluar si la oferta responde a un interés de los usuarios, patrones culturales y es adecuada a las condiciones socioeconómicas de las familias Cuando se trata de procesos productivos, tener en cuenta todos los elementos que intervienen en el sistema, de manera que el diagnostico evalué ex-ante el desempeño de la tecnología dentro una perspectiva de cadena productiva Asegurar que los usuarios han participado desde el inicio en el diseño del proyecto y que están conscientes de las implicaciones derivadas de la selección de la tecnología ofertada, Tener en cuenta si existe acompañamiento y soporte técnico del ente desarrollador para acompañar la iniciativa, dentro de una perspectiva sostenible Establecer procedimientos que permitan mitigar las limitaciones que establece la dependencia con el distribuidor, en tanto la tecnología es importada. La organización de los productores es básica para garantizar la sostenibilidad de proyectos agropecuarios. Las tecnologías de la energía solar se basan en paneles de módulos de células fotovoltaicas para la generación de electricidad para uso domiciliar, activar sistemas de bombeo de agua potable y/o riego, y mejorar procesos agroindustriales como la pasteurización de la leche. A continuación las lecciones aprendidas de esta tecnología que se derivan de los proyectos de AEA, y que puedan ser de utilidad a promotores de proyectos. 6 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos a.1. Factores facilitadores Para aquellas comunidades alejadas donde no hay ninguna posibilidad de acceso a otra forma de generación eléctrica, los sistemas solares son una opción viable para instalar energía domiciliar. Cada vez hay más empresas interesadas en instalar sistemas fotovoltaicos, donde el factor determinante es económico; buscan abaratar la energía, independizarse o gastar menos en energía fósil, que tiende a encarecerse, mejorar su rentabilidad y la calidad sus productos. En el sector público, especialmente en el de salud, hay interés por mejorar sus servicios, y mantener estable el suministro de energía para resolver demandas sensibles, como en los casos de los proyectos de agua caliente para hidroterapia del Hospital San Juan de Dios de Santa Ana en El Salvador y del Hospital de Carazo en Nicaragua. En el caso de El Salvador, son factores importantes: 1) Compromiso del hospital y aporte oportuno de la contrapartida, con lo que se renovó completamente el área de hidroterapia y se adecuó el resto de áreas usuarias de agua caliente. 2) Personal de mantenimiento eléctrico que participó en todo el proceso de instalación y fue capacitado. El técnico en electricidad participó durante la instalación del sistema, la mayor parte del tiempo en mover e instalar los tanques, la fabricación de la plataforma, la instalación de la red de la tubería y la instalación de los colectores solares. Contar con un gestor y dinamizador de proyectos, un contratista con competencias y experiencia en el montaje de equipos y una contraparte interesada, capaz de dar seguimiento a las mejoras y a las inversiones, facilita la bienandanza del proyecto. Formar coaliciones y alianzas complementarias permite un efecto multiplicador del uso de energía fotovoltaica, tal es el caso de la Secretaría de Salud, la SERNA y la AEA, que a partir de iniciativas consolidadas han logrado establecer sistemas fotovoltaicos en 500 centros de salud de Honduras. En Belice, el Ministerio de Ambiente tomó liderazgo en la promoción del proyecto de energía solar “Renewable Energy for Education and Livelihoods in the Maya Golden Landscape”. La ONG que desarrolla el proyecto tiene presencia permanente en la zona y le da soporte técnico. Un factor de éxito ha sido contar con un proveedor confiable, que no sólo suministra el equipo, sino que también brinda todo el soporte técnico para resolver problemas. Un aspecto clave ha sido la garantía que da el proveedor de más de 30 años, que da seguridad de una respuesta en el futuro. La banca internacional (BCIE, BID, BM, KfW), están disponiendo fondos para promover y ampliar el uso de energía renovable en sectores de la pequeña y mediana empresa rural y habitacional, en comunidades rurales y urbanas. Estos bancos favorecen que se desarrollen estas tecnologías, cuya inversión inicial es costosa. 7 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos En la región se dispone de más empresas especializadas en energía fotovoltaica y colectores solares, que están al servicio de desarrolladores interesados en difundir la tecnología de sistemas de energía renovable. La producción de electricidad a partir de células fotovoltaicas es pequeña en comparación con la de otras fuentes de energía renovables, pero cada vez más pequeñas empresas que buscan eficiencia energética, están considerando su utilización. Apoyar emprendimientos innovadores como los que implementa la empresa Soluciones Creativas, en Guatemala, demuestra que es posible abaratar los costos de la tecnología, y desarrollar capacidades locales menos dependientes de la tecnología importada, y por consiguiente llegar a un segmento más amplio de usuarios interesados en mejorar los rendimientos de consumo de energía. a.2. Factores limitantes Los trámites de introducción e impuestos de importación de equipos atrasan la ejecución de los proyectos y elevan los costos. No disponer de fondos para desaduanaje y adquisición de una reserva de mantenimiento limita la ejecución en tiempo y la eficiencia de los proyectos. No haber realizado un análisis detallado con enfoque de cadena de valor para la instalación de secadores, le resta eficiencia y eficacia a la oferta tecnológica, así lo demuestran los resultados de los proyectos de deshidratadores solares de Frutas Campestres, en Guatemala, El secador de madera delNahuizalco, departamento de Sonsonate, y la de red de frio del municipio de Santiago, en El Salvador. Entre los desarrolladores locales hay poca experiencia y conocimiento especializado; no hay capacidad de dar un acompañamiento de calidad relacionado a temas específicos, como diseño de sistemas de microriego en Teustepe, Boaco, Nicaragua, donde se identifican problemas como tapones de orificios de riego por costras de carbonatos en las mangueras de riego, y la altura de los tanques a veces no es la requerida para generar una presión adecuada. Los estudios de factibilidad presentan debilidades en cuanto a determinar contexto y capacidades, lo cual incide en la formulación de una oferta que cumpla con el propósito, llene las expectativas, maneje los puntos críticos de control y funcione con eficiencia. Casos evidentes son los sistemas de riego en Teustepe, Boaco, o los sistemas de bombeo de agua domiciliar de Metalío, en El Salvador. El proceso de importación de los equipos se calcula que se toma 90 días, y se tardó cinco meses, porque hay que prever otros fenómenos que están ocurriendo en el ámbito Internacional que afectan estas operaciones. 8 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Factores que inciden en la eficacia de los sistemas de bombeo fotovoltaicos y colectores solares En total se identificaron 13 factores relacionados a un conjunto de causas mayores. Un ejercicio multifactorial indica como causas relevantes que influyen en los principales efectos: Insuficiente competencia de los desarrolladores, quienes adolecen de experticia técnica y acompañamiento antes y durante el proceso, de manera que puedan ayudar en la toma de decisión, realización de estudios y mediciones en puntos críticos de control, para que la tecnología propuesta satisfaga las necesidades de los usuarios, y no sea rechazada al poco tiempo de instalada. Los usuarios, comunitarios en general y agricultores en particular, tienen poco manejo de la tecnología que se les está ofreciendo, lo que influye en el poco seguimiento a la construcción y posterior mantenimiento a las obras. Deficiente diseño técnico que incide en que los modelos no tomen en cuenta la cadena de producción o todos los elementos de un sistema de suministros, lo que provoca que se instalan colectores solares con una alta inversión, que luego son subutilizados. Falta de políticas financieras que faciliten la adopción de las tecnologías con recursos propios. La mayoría de los proyectos de energía fotovoltaica y colectores solares han requerido de una inversión complementaria para poder instalarse, lo que reduce la posibilidad de generar un efecto multiplicador. Las anomalías identificadas resultan en: 1. Subutilización de las plantas instaladas. 2. Altos costos de inversión en la fase inicial. 3. Insatisfechas las necesidades inicialmente planteadas. 4. Proyectos no correctamente concebidos. 5. Arranque de los proyectos con desfase de hasta un año. 6. Inversiones con bajas tasas de retorno. 7. Tecnologías de alto costo (inversiones de más de 150 mil USD). 8. Debilidad de ONG acompañantes. 9. Débil asistencia técnica. 10. Falta de capacitación y manejo de la tecnología. 11. Falta de volúmenes de producción y mercados diversos para dar más rentabilidad a las inversiones. 12. La oferta tecnológica no se inserta adecuadamente dentro de un enfoque de cadena de valor. 13. Mala utilización de equipos. 9 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos b. Diagnóstico de los servicios Descripción de la disponibilidad de las distintas opciones energéticas para el abastecimiento de electricidad. Población no atendida, señalando su forma de abastecimiento (pilas, baterías, entre otros), cantidad y tiempo relacionado a su reposición, gasto mensual en el que incurren y horas de uso. Número de usuarios potenciales identificados por sectores (doméstico, comercial, usos generales y pequeña industria). Número de usuarios por tipo de localidad. Coeficiente de electrificación referencial (localidad específica, según país). Identificación de la empresa concesionaria de distribución de energía eléctrica o instituciones cercanas al área de influencia del proyecto. Identificación, para fines comparativos, de localidades similares al área de influencia del proyecto que sí cuenten con servicio eléctrico. Identificación de posibles cargas para usos productivos en la zona. Verificación de las localidades beneficiadas, por si se ubican dentro o fuera de la zona de alguna empresa concesionaria de distribución. Verificación de que no existan localidades incluidas en otros proyectos de inversión. c. Conocimiento vinculado a la tecnología Energía La energía desde el punto de vista social y económico, es un recurso natural primario o derivado, que permite realizar trabajo o servir de subsidiario a actividades económicas independientes de la producción de energía. Como todas las formas de energía una vez convertidas en la forma apropiada son básicamente equivalentes, toda la producción de energía en sus diversas formas puede ser medida en las mismas unidades: A través de la energía primaria que nos provee el sol podemos transformarla en (i) energía eléctrica a través de sistemas fotovoltaicos (SF) y (ii) energía térmica a través de sistemas colectores solares. A diferencia de otras tecnologías, la energía solar fotovoltaica constituye una excepción en cuanto a que la posibilidad de utilizarla para generar electricidad no depende del proceso de instalación, sino de otros factores como la disponibilidad de espacio (suelo, techo, etc.) con buena orientación. 10 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos III. LA OFERTA TECNOLÓGICA a. Principios de la tecnología solar La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio de la transformación directa de la energía del sol en energía eléctrica. Esta definición de la energía solar fotovoltaica, aunque es breve, contiene aspectos importantes sobre los cuales se puede profundizar: La energía solar se puede transformar de dos maneras: I. La primera utiliza una parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir calor. A la energía obtenida se le llama energía solar térmica. La transformación se realiza mediante el empleo de colectores térmicos. II. La segunda, utiliza la otra parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir electricidad. A la energía obtenida se le llama energía solar fotovoltaica. La transformación se realiza por medio de módulos o paneles solares fotovoltaicos. 1. La energía solar fotovoltaica se utiliza para hacer funcionar diversos equipos que necesitan electricidad convencional. Es por ello que la aplicación para sistemas de riego, bombeo, iluminación y refrigeración son las más comunes, generalmente en aquellos lugares donde no existe acceso a la red eléctrica. 2. Es necesario disponer de equipos especialmente construidos para realizar la transformación de la energía solar en energía eléctrica. Este sistema recibe el nombre de sistema fotovoltaico y los equipos que lo forman, componentes fotovoltaicos. 3. La energía solar se encuentra disponible en todo el mundo. Algunas zonas del planeta reciben más radiación solar que otras. Los sistemas fotovoltaicos tienen muchas aplicaciones. En el caso particular de América Central y el Caribe, los sistemas fotovoltaicos son una alternativa muy interesante desde las perspectivas técnica y económica, pues la región dispone durante todo el año de abundante radiación solar. Según las clasificaciones de la intensidad de la radiación solar en diferentes regiones del mundo, Centroamérica es una región privilegiada respecto del recurso solar disponible, aunque siempre es necesario evaluar el potencial solar de un sitio específico donde se planea instalar un sistema fotovoltaico. 4. La energía del sol es un recurso de uso universal, por lo tanto, no se debe pagar por utilizar esta energía. Sin embargo, es importante recordar que para realizar la transformación de energía solar en energía eléctrica, se necesita de un sistema fotovoltaico apropiado. 11 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos 5. El costo de utilizar la energía solar no es más que el costo de comprar, instalar y mantener adecuadamente el sistema fotovoltaico. El sistema fotovoltaico Un conjunto de equipos construidos e integrados especialmente para realizar cuatro funciones fundamentales: Transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica. Almacenar adecuadamente la energía eléctrica generada. Proveer adecuadamente la energía producida (el consumo) y almacenada. Utilizar eficientemente la energía producida y almacenada. En el mismo orden antes mencionado, los componentes fotovoltaicos encargados de realizar las funciones respectivas son: El módulo o panel fotovoltaico. La batería o acumulador. El regulador de carga. El inversor. Las cargas de aplicación (consumo final de la energía). Figura 1. Los componentes fotovoltaicos 12 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Módulos fotovoltaicos La transformación directa de la energía solar en energía eléctrica se realiza en un equipo llamado módulo o panel fotovoltaico. Los módulos o paneles solares son placas rectangulares formadas por un conjunto de (1) celdas fotovoltaicas protegidas por un (2) marco de vidrio y aluminio anodizado. La capacidad energética nominal de los módulos fotovoltaicos se indica en vatios-pico (Wp), lo cual indica la capacidad de generar electricidad en condiciones óptimas de operación. La capacidad real de un módulo fotovoltaico difiere considerablemente de su capacidad nominal, debido a que bajo condiciones reales de operación, la cantidad de radiación que incide sobre las celdas es menor que bajo condiciones óptimas. Por ejemplo, un módulo de 50 Wp es capaz de producir 50 W más o menos un 10 % de tolerancia cuando recibe una radiación solar de 1.000 vatios por metro cuadrado (W/m2) y en temperatura de 25 ºC estables. En condiciones reales, este mismo módulo produciría una potencia mucho menor que 50 W debido a factores variables, como temperatura, humedad relativa, polvo, entre otras externalidades. En el mercado se pueden encontrar módulos fotovoltaicos de baja potencia, desde 25 Wp hasta 220Wp. En aplicaciones de electrificación rural suelen utilizarse paneles fotovoltaicos con capacidades comprendidas entre los 50 y 100 Wp. Si se requiere mayores potencias se configura la conexión eléctrica. La vida útil de un panel fotovoltaico puede llegar hasta 25 años, y los fabricantes generalmente otorgan garantías de 20 o más años. El mantenimiento consiste de una limpieza del vidrio para prevenir que las celdas fotovoltaicas no puedan capturar la radiación solar. La elección apropiada del tipo y capacidad del módulo fotovoltaico depende de las características propias de la instalación fotovoltaica, tales como radiación solar existente y consumo energético requerido. a.1.Celdas fotovoltaicas Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la transforma en una corriente eléctrica, en base al efecto fotovoltaico que produce una corriente eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales. Son hechas principalmente de material semiconductor silicio. Una celda fotovoltaica tiene un tamaño de 10 por 10 centímetros y produce alrededor de un vatio a plena luz del día. Normalmente son color azul oscuro. La mayoría de los paneles fotovoltaicos constan de 36 celdas fotovoltaicas. a.2.Marco de vidrio y aluminio anodizado Tiene la función principal de soportar mecánicamente a las celdas fotovoltaicas y de protegerlas de los efectos degradantes de la intemperie, por ejemplo: humedad y polvo. Todo el conjunto de celdas fotovoltaicas y sus conexiones internas se encuentra completamente aislado del exterior por medio de dos cubiertas, una frontal de vidrio de alta resistencia a los impactos y una posterior de plástico EVA (acetato de vinil etileno). 13 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos El vidrio frontal es antireflejante para optimizar la captación de los rayos solares. El marco de aluminio también tiene la función de facilitar la fijación adecuada de todo el conjunto a una estructura de soporte a través de orificios convenientemente ubicados. Baterías Debido a que la radiación solar es un recurso variable, en parte previsible (ciclo día-noche), en parte imprevisible (nubes, tormentas), se necesitan equipos apropiados para almacenar la energía eléctrica cuando existe radiación y para utilizarla cuando se necesite. El almacenamiento de la energía eléctrica producida por los módulos fotovoltaicos se hace a través de las baterías. Estas baterías son construidas especialmente para sistemas fotovoltaicos. Son un componente muy importante de todo el sistema pues realizan tres funciones esenciales para el buen funcionamiento de la instalación: Almacenan energía eléctrica en periodos de abundante radiación solar y/o bajo consumo de energía eléctrica. Durante el día los módulos solares producen más energía de la que realmente se consume en ese momento. Esta energía que no se utiliza es almacenada en la batería. Proveen la energía eléctrica necesaria en periodos de baja o nula radiación solar. Normalmente en aplicaciones de electrificación rural, la energía eléctrica se utiliza intensamente durante la noche para hacer funcionar tanto lámparas o bombillas así como un televisor o radio, precisamente cuando la radiación solar es baja. Estos aparatos pueden funcionar correctamente gracias a la energía eléctrica que la batería ha almacenado durante el día. Proveen un suministro de energía eléctrica estable y adecuado para la utilización de aparatos eléctricos. La batería provee energía eléctrica a un voltaje relativamente constante y permite, además, operar aparatos eléctricos que requieran de una corriente mayor que la que pueden producir los paneles (aún en los momentos de mayor radiación solar). Por ejemplo, durante el encendido de un televisor o durante el arranque de una bomba o motor eléctrico. Especificaciones técnicas a considerar: Estar debidamente certificada por una entidad autorizada para tal fin. Al momento de la instalación, no deberían haber transcurrido más de tres meses desde el momento de su fabricación. Si la batería ha sido almacenada por más de tres meses, de ninguna manera debería aceptarse si ha permanecido más de diez meses almacenada. En este caso debería someterse a una carga previa antes de entrar en servicio. Deberían disponer de válvula de seguridad o de alivio de acción automática, para regular la presión interna que puede incrementarse durante la operación. 14 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos La batería no debería deformarse al adquirir la presión de diseño. Además, el sellado entre los postes y la tapa, y entre ésta y la caja, debería ser tal que no presente fugas durante lapsos de tiempo de cinco horas a presiones internas de hasta cinco veces la presión de operación especificada por el fabricante. Ofrecer una vida útil superior a 1200 ciclos de carga-descarga a la profundidad de descarga diaria. Regulador de carga El controlador de carga es el dispositivo electrónico diseñado para: Proteger la batería contra posibles sobrecargas causadas por excedentes provenientes del módulo y/o campo fotovoltaico. Evitar la sobredescarga en la batería por exceso de consumo, para así también proteger los dispositivos de consumo. Eliminar las corrientes que puedan fluir desde la batería hacia el módulo fotovoltaico, cuando éste no recibe energía solar. Centralizar el cableado del sistema por lo cual debe proveer los terminales apropiados. De éste sale el cableado para la red del consumo. Proporcionar elementos de monitoreo de sus funciones como pantalla analógica o digital, testigos (LEDs) o alarmas. Ser compatible con las características e intermitencia del recurso solar disponible. Dimensionarse de acuerdo a la carga requerida. Dimensionar los límites mínimos de suministro de potencia y los tiempos máximos de autonomía en el almacenamiento. Considerar que todos los elementos que componen el sistema, así como los dispositivos e interfaces entre ellos, estén construidos para asegurar un desempeño eficiente, confiable y seguro durante toda su vida útil. Se debería partir del supuesto que la integración de sus partes no requiera de asistencia técnica por largos periodos especialmente en lugares remotos o de difícil acceso. Debería diseñarse para soportar la acción del ambiente local (por ejemplo, salinidad y contaminación). Debería proyectarse el tipo de funciones automáticas que debe desarrollar, incluyendo (de ser necesario) la condición de prendido/apagado. 15 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Inversor Es el dispositivo electrónico que convierte la corriente directa proveniente de la batería (por ejemplo, 12 V d.c.) en energía eléctrica alterna (por ejemplo, 120 V a.c.). Generalmente, la alternancia producida en el inversor es del tipo onda cuadrada de 60 Hz, con deformidades (indeseables) o picos de voltaje, lo que supone una utilización prudente de este dispositivo, especialmente con cargas provistas de tarjetas de memoria. Especificaciones técnicas que deberían tener en cuenta los siguientes aspectos: Ofrecer un suministro de potencia adecuado a la carga. Debería operar óptimamente al recibir en su entrada un potencial de 12 V d.c. nominal y/o un mínimo de 11,5 V d.c. hasta un máximo de 13,5 V d.c. Ofrecer un voltaje a.c. de salida con regulación de ± 3% del voltaje nominal establecido para domicilio Una regulación de frecuencia de ± 0,05. Un consumo interno no mayor de 2 W. Debería poder operar en ambientes cuya humedad relativa supere 90 % y con temperaturas desde –5 °C hasta 60Hz. Los circuitos electrónicos y los dispositivos eléctricos como conexiones y fusibles deberían estar dispuestos en caja o gabinete hermético a prueba de polvo y humedad. Disponer de protección contra polaridad invertida. Disponer de protección contra sobre voltaje. No debería generar interferencias en receptores de radio y/o televisión. Su operación debería ser silenciosa y no presentar ruidos inducidos por transformadores y mucho menos por desajustes mecánicos. Se sugiere que disponga de circuito detector de falla en conexión a tierra y de su respectiva señal de aviso. b. Condiciones de diseño del sistema fotovoltaico Las condiciones de diseño de un SFV deberían involucrar aspectos tales como: Ser compatible con las características e intermitencia del recurso solar disponible. Dimensionarse de acuerdo a la carga requerida. 16 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Dimensionar los límites mínimos de suministro de potencia y los tiempos máximos de autonomía en el almacenamiento. Considerar que todos los elementos que componen el sistema, así como los dispositivos e interfaces entre ellos, estén construidos para asegurar un desempeño eficiente, confiable y seguro durante toda su vida útil. Se debería partir del supuesto que la integración de sus partes no requiera de asistencia técnica por largos periodos especialmente en lugares remotos o de difícil acceso. Debería diseñarse para soportar la acción del ambiente local (por ejemplo, humedad relativa, salinidad y contaminación.) Debería proyectarse el tipo de funciones automáticas que debe desarrollar, incluyendo (de ser necesario) la condición de prendido/apagado. c. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico Para el dimensionamiento adecuando de un sistema fotovoltaico se deben realizar las siguientes actividades fundamentales: 1. Sumar todas las potencias de los equipos a conectar, ya sea: Iluminación Radio, televisión Refrigeración Bombas para agua, consumo humano o riego 2. Sumar los tiempos de funcionamiento de cada uno de los equipos conectados, a fin de calcular la energía diaria. 3. Disponibilidad de irradiación solar diaria. Comúnmente cada país cuenta con un mapa solar. Tomar en cuenta que el sol es el combustible para este generador de electricidad. 4. Posición del sitio a instalar, respecto al sol, tomando en cuenta una orientación óptima entre los 12 y 15 °C. 5. Cálculo de cada uno de los equipos que conforman el sistema fotovoltaico según nuestras necesidades de uso y operación. 17 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Tabla 1. Tabla de cálculo de consumo horario por día Cargas Individuales Cant W 5 Tipo (AC/DC) AC W AC 30 W DC 0 LÁMPARAS 6 TV 1 120 AC 120 0 4 7 7 480 REFRIGERADOR 1 100 AC 100 0 12 7 7 1200 BOMBA DE AGUA 1 570 AC 570 0 4 7 7 2280 TOTAL W: Watts H/di Dia/Sema 7 a na días 3 7 7 820 Wh: Watts hora AC: Corriente Alterna Wh AC 90 4,050 CD: Corriente Directa Datos Meteorológicos: A fin de poder determinar la disponibilidad de irradiación solar en el sitio, es necesario investigar los datos meteorológicos. De acuerdo a la posición geográfica del sitio respecto al Ecuador, se podrán obtener estos datos indicando la latitud y longitud, por ejemplo. Figura 2. Mapa de irradiación solar en América Central Fuente: http://www.cleanergysolar.com/wp-content/uploads/2011/07/MAPA-DE-RADIACI%C3%93N-SOLAR-EN-AMERICA-CENTRAL. jpg En la imagen se puede apreciar que la irradiación solar mínima es de 3.5kWh/m2/día. Se puede tomar este dato como referencia, o bien otro mayor, según los datos históricos obtenidos. 18 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Tabla 2. Cálculo del módulo Según nuestro cálculo de cargas en función de las horas sol, tendremos la siguiente información: Carga Wh AC Horas pico de sol Potencia pico del arreglo 4,050.00 6.54 892.26 Módulos totales 5 Voltaje del sistema (DC) 24 No. Módulos en serie 5 No. Módulos en paralelo 1 Datos técnicos de cada módulo sería: Especificaciones Power (Watts) 210 Maximum Power - Pp,max 214.99 Minimum Power - Pp,min 210 Voltage - Vmp (Volts) 18.7 Current - Imp (Amps) 11.23 Open Circuit Voltage -Voc (Volts) 23.1 Short Circuit Current - Isc (Amps) 12.2 Cells 114 Max Series Fuse (Amps) 20 19 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos La producción estará en función de la potencia máxima del módulo, producto de horas sol al día, y los días del mes, considerando una caída de voltaje del 90%. Tabla 3. Producción de nuestro sistema Mes Día Hora sol kwh/día kwh/mes kwh - Carga Dife Ene 31 5.67 3.51123853 108.8483945 4.05 -0.54 Feb 28 6.09 3.77133028 105.5972477 4.05 -0.28 Mar 31 6.54 4.05 125.55 4.05 0.00 Abr 30 6.15 3.80848624 114.2545872 4.05 -0.24 May 31 5.64 3.49266055 108.2724771 4.05 -0.56 Jun 30 5.63 3.48646789 104.5940367 4.05 -0.56 Mes Día Hora sol kWh/día kWh/mes kwh - Carga Dife Jul 31 5.52 3.41834862 105.9688073 4.05 -0.63 Ago 31 5.37 3.32545872 103.0892202 4.05 -0.72 Sep 30 5.24 3.24495413 97.34862385 4.05 -0.81 Oct 31 5.29 3.27591743 101.5534404 4.05 -0.77 Nov 30 5.41 3.35022936 100.5068807 4.05 -0.70 Dic 31 5.53 3.42454128 106.1607798 4.05 -0.63 20 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos La eficiencia de nuestro sistema se tiene: Ef Caída Voltaje 90% Ef Batería 85% Ef Inversor 94% Ef Cableado 97% Ef Sistema 69.40% Tabla 4. Calculo del Banco de Baterías Teniendo en cuenta (i) la carga total, (ii) la eficiencia del inversor (del cual estaremos dando las mayores especificaciones para su selección), y el voltaje del sistema en DC, tendremos los amperios horas total al día: Carga total wh 4,050.00 Eficiencia inversor 94% Carga total Wh DC 0 Voltaje del sistema DC 24 Amp/h días Días de autonomía 673.20 3 Profundidad descarga 80% Capacidad de batería amper hora (Ah) 205 Baterías en paralelo 3.00 Voltaje de la batería 12 Batería en serie 2 Total de batería 6 21 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Ecuación: Arreglos de batería en series: la suma del voltaje de cada batería conectada en serie, que resultaría el voltaje del sistema, en nuestro caso igual a 2. Arreglos de las baterías en paralelo: la relación de las corrientes en Ah total y Ah de batería, que en nuestro caso es igual a 3. Total de baterías: es el producto de número de baterías en series y paralelos, en nuestro caso igual a 6 unidades. Figura 3. Arreglos de baterías de dos series y tres paralelos Selección de un regulador de carga o controlador El regulador de carga es un dispositivo que se encarga de proteger la batería. Criterios de selección: Tensiones de batería compatibles (12, 24 y 48V). Corriente máxima de paneles. Corriente máxima que puede proporcionar a la carga. Figura 4. Tipos de Reguladores de Carga 22 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Dado nuestro sistema, el controlador de carga tendrá las siguientes características: Voltaje de operación en 24VDc. Corriente máxima de 60 a 100Amp. Protección contra polaridad inversa, es decir, de soportar las corrientes máximas de los módulos FV y cargas conectada en DC. Iniciadores LED´s. Protección contra sobre voltaje ±3% del voltaje nominal del sistema FV. Selección del inversor Los inversores transforman la corriente continua de las baterías en corriente alterna compatible con los electrodomésticos de consumo. Se deben elegir teniendo en cuenta los siguientes criterios: Máxima potencia que pueden suministrar en alterna. Tipo de cargas que van a alimentar. Algunos electrodomésticos son muy sensibles al tipo de onda que dan los inversores (cuadrada, semisenoidal, senoidal pura). Posibilidades del inversor de funcionar también como cargador de baterías. Presupuesto. Condiciones ambientales y de almacenamiento del equipo. Los inversores son equipos electrónicos muy sensibles a las condiciones ambientales. Se debe elegir uno lo suficientemente robusto como para aguantar las condiciones ambientales presentes. Dadas las condiciones de operación, se puede tener un Inversor de las siguientes características Voltaje de entrada en DC: 24VDC. Voltaje de operación en AC, 120 VAC Línea a Neutro - 240 VDC línea a línea. Tolerancia del ±3% Voltaje de Operación. Forma de Onda: Sinusoide 95%. Eficiencia mayor al 85%. Protección contra polaridad inversa en voltaje y corriente. Corrientes en DC 60 Amp. Frecuencia de salida 60Hz o 50 Hz, según operación de los equipos. Protección contra variación de frecuencia del ±5% de la fundamental nominal. Potencia de salida entre 1,500W hasta 1800W. 23 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Consumo no mayor a 2W. Debería poder operar en ambientes cuya humedad relativa supere 90% y con temperaturas desde –5 °C hasta 60ºC. No debería generar interferencias en receptores de radio y/o televisión. Su operación debería ser silenciosa y no presentar ruidos inducidos por transformadores y mucho menos por desajustes mecánicos. Se sugiere que disponga de circuito detector de falla en conexión a tierra y de su respectiva señal de aviso. En resumen, nuestro sistema fotovoltaico estaría compuesto de la siguiente manera: Cinco módulos fotovoltaicos conectados en serie de 210 Watts pico cada uno, para un total de 1,50 Watts pico. Síes baterías, de las cuales 3 paralelas y 2 en serie. Controlador de carga. Inversor. Cargas: iluminación, TV, Bomba de agua. d. Normas de Certificación y Garantía La certificación de los equipos a utilizar en los sistemas solares, es un punto esencial, a fin de que puedan instalarse materiales que cumplan con los siguientes requerimientos: Calidad del servicio. Eficiencia. Confiabilidad. Continuidad. Seguridad física de las instalaciones. Dados estos principios, retomaremos algunas certificaciones de referencia para cada uno de los equipos que conforman nuestro SFV. Módulos FV Para los propósitos de esta guía se recomienda que los módulos fotovoltaicos sean fabricados de acuerdo con lo establecido en las normas siguientes y otras aplicables: 24 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos DIN 4102-1: Inflamabilidad baja (categoría B1). IEC 61701: Prueba de corrosión por niebla salada de los paneles fotovoltaicos. IEC 60068-2-60: Resistencia al amoniaco, salinidad. IEC 61215: Paneles fotovoltaicos (PV) terrestres de silicio cristalina—Calificación de diseño y aprobación de tipo. IEC 61730: Calificación de seguridad de paneles fotovoltaicos—Parte 1: Requerimientos para construcción. UL 1703: Paneles fotovoltaicos de placa plana. Serie de normas ISO 60904: Dispositivos fotovoltaicos. La eficiencia mínima aceptable de 15% para módulos FV. Controlador de Carga Se recomienda que el controlador de carga sea fabricado de acuerdo con lo establecido en la norma UL 1741 u otras normas aplicables. Baterías Se recomienda que las baterías asociadas a los SFV de energización rural sean fabricadas de acuerdo con lo establecido en la norma IEC 61427 u otras normas aplicables, Inversor Se recomienda que el inversor sea fabricado de acuerdo con lo establecido en la norma UL 1741 u otras normas aplicables. e. Garantías de fabricante Se deberá solicitar por escrito garantía de funcionamiento o vida útil por cada equipo, además de las siguientes documentaciones: Ficha técnica completa para cada equipo o Curvas de operación de voltaje, corriente, temperatura, irradiación, etc. o Especificaciones de resistencia estructural, y salinidad. o Ciclos de descarga en función de la corriente y temperatura. 25 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Pruebas de ensayo de laboratorios acreditados en la región, por ejemplo el UL certificated. La vida útil debe solicitar como mínimo: o Módulo fotovoltaico con garantía de 25 años o más. o Batería sellada de ciclo profundo, con garantía de dos años o más. o Inversor con garantía de dos años o más. o Controlador o regulador de carga, con garantía de dos años o más. o Lámparas fluorescentes compactas, 9,000 horas o más. o LED’s, más de 25,000 horas. o Bomba de agua, más de diez años. o Refrigerador en DC, ocho años o más. f. Accesorios y materiales Prensadores de tapa Si el módulo tiene una caja de conexiones cerrada y protegida de la intemperie, deberían usarse prensaestopas y abrazaderas resistentes a la humedad en todos los huecos dispuestos para el cableado. Si las juntas resistentes a la intemperie forman parte de la caja de conexiones, deben seguirse las instrucciones del fabricante para asegurar el adecuado prensado y aislamiento UL Standard 1703. En la figura se muestran varios tipos de prensadores de tapa. El de la izquierda es una sencilla abrazadera para uso en interiores con cable aislado no metálico (Romex). Las abrazaderas del centro (T&B) y de la derecha, son resistentes al agua y se pueden usar con cable de uno o más conductores, según el orificio. Figura 5. Interconexiones del módulo Se recomienda conductores de cobre para casi todo el cableado del sistema fotovoltaico. Los conductores de cobre presentan menores caídas de tensión y máxima resistencia a la corrosión. En ciertas aplicaciones pueden usarse conductores de aluminio o de cobre revestidos de aluminio, pero no se recomienda su uso sobre todo en viviendas particulares. Todos los tamaños de cables que aparecen en esta guía se refieren a conductores de cobre. 26 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos El National Electric Code (NEC) exige que se utilicen conductores de calibre 12 American Wire Gage (AWG) o superior, en los sistemas con tensiones por debajo de 50 voltios. Los cálculos de ampacidad derivados del Artículo 690, que den lugar a tamaños más pequeños de conductores, podrían invalidar las consideraciones del Artículo 720, pero algunos inspectores siguen las exigencias del Artículo 720 para los circuitos de continua, y el Código da poca información acerca de tamaños de conductores inferiores a 14 AWG, aunque la sección facilita algunos consejos. Los cables permitidos para la interconexión de módulos son: conductor simple, Tipo UF (Ramal Bajo Tierra –Identificado como Resistente a la Luz del sol), Tipo SE (Entrada del Servicio), o tipo USE (Entrada Bajo Tierra del Servicio). Se recomienda el uso de cable con hilos, para facilitar el mantenimiento de los módulos después de la instalación y por durabilidad. Desafortunadamente, el cable de conductor simple, con hilos, UF resistente a la luz del sol, no es fácil de conseguir y hay dudas sobre el uso del aislamiento de PVC encontrado en los cables UF, en circuitos de continua y en presencia de humedad. La mayoría de los cables UF tienen aislamiento especificado para 60°C. Este aislamiento no es adecuado para largas exposiciones a la luz directa del sol y a temperaturas como las que se dan en los tejados, cerca de los módulos FV. Estos cables muestran signos de deterioro al cabo de cuatro años de exposición. Debe evitarse la utilización de conductores con aislamiento de 60°C cuando haya temperaturas superiores en las proximidades de los módulos. El cable de Entrada Bajo Tierra del Servicio (USE), ampliamente disponible, se recomienda como el mejor para las interconexiones del módulo. Cuando se fabrica según el estándar UL, tiene una especificación de 90°C y es resistente a la luz del sol, aunque, generalmente, no se señala como tal. Otras marcas indicando XLP o XLPE (polietileno enlazado) y RHW-2 (aislamiento de 90°C en condiciones de humedad) aseguran que se usa el cable de mayor calidad. Las designaciones RHH y RHH-2 encontradas frecuentemente en el cable USE-2, permiten su uso bajo tubo en el interior de edificios. El cable USE, sin las otras marcas, no tiene los componentes ignífugos que tiene el cable SE y no se puede usar en el interior de edificios. Cuando se conecten los módulos en paralelo, habrá que ajustar correctamente la ampacidad de los conductores. La ampacidad en cualquier punto, corregida por la temperatura, debe ser al menos el 125% de la corriente de cortocircuito del módulo (o serie de módulos en paralelo). Si se necesita cable flexible de dos conductores, se puede usar cable de bandeja (Tipo TC), pero hay que sostenerlo de una forma determinada, tal y como se indica en el NEC. El cable TC es resistente a la luz del sol y suele señalarse como tal. Aunque se usan frecuentemente para las interconexiones de los módulos, los tipos de cable SO, SOJ y otros flexibles similares pueden no ser resistentes a la luz del sol y no están aprobados para su uso en instalaciones fijas (no portátiles). Estos cables pueden usarse para conectar módulos de seguimiento, y la marca “WA” o los cables de servicio pesado SEO, indica que tienen alguna resistencia a la luz del sol y están homologados para su uso en el exterior. El NEC de 1996 facilita datos que permiten calcular la adecuada disminución de ampacidad en estos cables flexibles, debido a las altas temperaturas presentes cerca de los módulos. No se ha probado el uso bajo tubo de los cables SEO, SO y otros flexibles. 27 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Terminales Se recomiendan los terminales grimpados en forma de anillo dentro de la caja de conexiones del módulo para asegurar que todos los hilos del conductor se conectan al terminal de tornillo. Si se usan tornillos de fijación, entonces pueden utilizarse terminales con forma de horquilla, pero no deberían juntarse más de dos en un tornillo. Figura 6. Terminales aisladas y no aisladas. Uniones Todas las uniones (aparte de los conectores mencionados anteriormente) deben realizarse en cajas de conexiones aprobadas y con un método de unión aprobado. Los conductores deben retorcerse firmemente para hacer una buena conexión eléctrica y mecánica, después enlazarlos, soldarlos y cubrirlos. Aunque la soldadura ofrece una resistividad mayor que el cobre, una unión soldada mediante soldadura protegida con antioxidante presentará una resistencia eléctrica ligeramente inferior y una resistencia a la corrosión potencialmente más elevada que la unión no soldada. También se aceptan dispositivos de unión mecánica tales como conectores de tornillo partido o tiras de terminales. Se pueden usar uniones de conectores grimpados si se utilizan grimpadoras y dispositivos de unión homologados. Si es necesaria una fiabilidad máxima, puede usarse para las uniones la soldadura exotérmica. También ofrecen una alta fiabilidad los conectores de presión bien usados. Hay bloques de fusibles, desconectadores e interruptores con estos conectores de presión. Figura 7. Tipos de conductores Los conectores de cable retorcido (aprobados para unir cables) no han resultado adecuados cuando se usan en sistemas FV de baja tensión (12-50 voltios) o corriente elevada, debido a la tensión térmica y oxidación de los contactos. 28 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Estos elementos no suelen homologarse para ambientes exteriores o en cajas de conexión que pueden estar expuestas a la humedad. Ubicación y soporte Es indispensable que el sitio en el que se ubicará el campo fotovoltaico no reciba sombras durante el día, en ninguna época del año. Dadas las condiciones de operación y la ubicación geográfica de Colombia, el módulo o el campo fotovoltaico debería orientarse de tal manera que en la región centroamericana tengan una inclinación no mayor de 15º con respecto a la horizontal y orientados hacia el sur. En todo caso, se recomienda que la inclinación no sea menor de 10º. Si el campo fotovoltaico se pretende ubicar sobre el techo de la vivienda, se deben observar los siguientes aspectos: Figura 9. Soporte tipo Mástil Verificar que se facilita el cumplimiento de orientación e inclinación descritas anteriormente. Que su estructura sea adecuada para soportar los módulos y el peso de la persona o personas que los instalarán. No se recomienda colocarlos sobre la cubierta de la casa cuando ésta es de paja, de teja de asbesto-cemento con escaso soporte, y menos aún en el caso de cartón asfaltado. Si los anteriores aspectos son favorables, debería tenerse en cuenta que al instalarlos, tengan una adecuada ventilación, que facilite la disipación de calor generado por la acción de la radiación solar o de la vivienda misma. En este caso, es ampliamente recomendable que haya alarma contra incendio en el SFV. Si definitivamente se desecha la cubierta de la vivienda como soporte de los módulos, es necesario montarlos en otro soporte que al menos cumpla con los siguientes aspectos: Sea una estructura de madera (postes) o metálica, pero liviana y de geometría adecuada para dar al módulo o campo fotovoltaico la orientación e inclinación propicios a la máxima captación de radiación solar durante el año. 29 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Anclaje y rigidez suficientemente fuertes como para soportar cargas eólicas generadas con vientos de hasta 80 km/h. Si se usa poste de madera debería haber sido curado contra deterioro biológico. Si la estructura es metálica, debería estar provista de elementos y/o tratamientos que prevengan la corrosión. La tornillería empleada deberá ser de acero inoxidable. En el caso de que la estructura sea galvanizada se admitirán tornillos galvanizados, exceptuando los de sujeción de los módulos a la misma, que serán de acero inoxidable. Puesta a tierra La puesta a tierra es uno de los elementos fundamentales para la correcta protección del nuestro sistema fotovoltaico. En este principio es importante considerar los siguientes: Entre las situaciones que implican la puesta a tierra en SFV se cuenta la de que si se monta en poste o bases no metálicas y la altura de éstos supera en 2 m. o más la altura de la vivienda, debería realizarse la puesta a tierra. Como al parecer no es extraña (pero sí indeseable) la situación de que alguien instale módulos FV en la copa de árboles, con mayor razón en estos casos se requiere la puesta a tierra por el gran riesgo de descarga eléctrica atmosférica. En estos casos, es recomendable que la conexión a tierra arranque desde el marco o chasis del módulo o módulos y vaya directamente a tierra. Figura 10. Esquema de electrodo a tierra 30 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos El electrodo de tierra debería ser una varilla metálica (preferiblemente de cobre) de al menos 1,8 cm. de diámetro y una longitud que le permita entrar al menos 2,5 m. por debajo de la superficie del piso. La inclinación de la varilla no debería ser de más de 45º con respecto a la vertical. La interconexión de módulos para bajos potenciales, según lo especificado anteriormente, puede realizarse en “cadena margarita”; sin embargo, puede no ser lo más recomendable cuando se hace puesta a tierra, en cuyo caso se exige la “conexión en bus”. Esta garantiza que al desconectar un módulo, no se desconectan de tierra otros o una parte del campo FV. Esta condición es muy exigente en grandes SFV. Para uniones, se aceptan uniones mecánicas con conectores de tornillo o regletas de conexiones de presión o de conectores para “grimpar” (conexión a presión). Estas uniones deberían estar debidamente protegidas de la intemperie o sus cajas deberían tener aprobación de entidades competentes. No se aceptan las de cable retorcido en receptáculo cónico, porque han ocasionado fallas en SFV de bajo voltaje al no operar adecuadamente bajo tensión térmica y oxidación. El cableado desde el campo fotovoltaico hacia el interior de la vivienda, en el caso de bajas tensiones (12 V d.c.) puede o no hacerse con tubo. De hacerse con tubo, debería tenerse en cuenta que no puede darse la posibilidad de apozamiento o almacenamiento de agua en su interior. El tubo puede ser conduit metálico o de PVC. No utilizar tubería de fontanería. Varios códigos eléctricos de SFV recomiendan usar una caja desconectadora del campo fotovoltaico antes de llegar al controlador de carga. Todos los dispositivos eléctricos y los 31 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos desconectadores de esta parte del circuito deberían cumplir la condición de ampacidad mencionada anteriormente para los cables. Cuando existe conexión de puesta a tierra, ésta no debería pasar por la caja desconectadora. Debe ir desde el punto elegido, directo a tierra. El punto a elegir puede ser la salida del campo fotovoltaico, aunque se acepta que esté a la salida. Costos en un sistema fotovoltaico Los costos de un SFV están conformados por los costos de Inversión más los costos de operación y mantenimiento. Los costos de Inversión están compuestos por: Módulo fotovoltaico Batería Regulador Inversor DC/AC Componentes eléctricos Componentes mecánicos Transporte Instalación Figura 11. Distribución de costos de inversión SFV Se estima que el costo del kWp instalado necesarios para la inversión inicial con tecnología fotovoltaica, es de aproximadamente 2,800 a 3,500 dólares. Este precio puede variar según condiciones de lugar, 32 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos debido al transporte. Costos asociados a la sostenibilidad Por otra parte, para asegurar la sostenibilidad del proyecto se deben considerar los costos de gestión que están compuestos por la administración, operación y mantenimiento. En referencia la composición de la participación de costos a fin de garantizar la sostenibilidad del proyecto, tendremos lo siguiente: Tabla 5. Estructura de costos para sostenibilidad Estructura de costos para sostenibilidad Costo de inversión 93.9% Costos de administración 4.8% Costos de operación y mantenimiento 1.2% g. Tecnología para usos finales Mediante la implementación de los SFV, se pueden satisfacer necesidades de consumos siguientes: Iluminación doméstica. Refrigeración. Bombeo de agua potable e irrigación. Iluminación Factor determinantes para la selección de la iluminación domiciliar. El tipo de lámpara deberá ser: Fluorescente compacta Potencia no mayor de 11W. Base estándar tipo rosco E27. Color blanco suave. Temperatura de color. Vida útil: más de 9,000 horas. 33 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Cello UL certificated o similar. Energy Star, FIDE o similar. Temperatura de operación Operación en 12V DC o 24V DC. Etiquetado, fabricante, potencia, año de fabricación y otras. Bajo nivel de mercurio según lo estipulado en norma ambiental vigente en el país. Dimensiones. Peso. También se encuentra la tecnología de iluminación LED, que representa mayores costos de inversión con mayor vida útil. En base a esto se debe considerar lo siguiente: Lámpara LED Potencia en el rango de 3.5 a 5 W. Eficiencia luminosa. Base rosca del tipo E 27. Vida útil mayor a las 30,000 horas. Color blanco suave. Temperatura de color. Temperatura de operación. Voltaje de operación en 12 VDC a 24 VDC. Corrientes máximas de operación. Cello UL certificated o similar. Energy Star, FIDE o similar. Etiquetado, fabricante, potencia, año de fabricación y otras. Dimensiones. Peso. Refrigeración Los refrigeradores y congeladores solares de funcionamiento con baterías deben estar diseñados para una operación completamente automática, con motor de alta eficiencia en DC sin escobillas con voltaje de operación 12 o 24 VDC. 34 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Los refrigeradores y congeladores deben ser de bajo mantenimiento y operación económica. El compresor y el ventilador deben ser muy silenciosos. El sistema óptimo es de baja escarcha, con facilidad de limpiar y descongelar y drenar agua de la unidad. Con una gruesa capa aisladora y un sistema de refrigeración optimizado para la energía solar, las unidades aseguran una eficiente y confiable operación. Características Potencia de operación en DC. Volumen interior. Dimensionamiento. Peso. Amperio hora/día. Voltaje de operación en rangos de 10 a 48 V DC. Refrigerante ecológico. Operación automática. Grueso aislamiento de poliuretano. Tapa asegurable. Luz interior (preferible LED). Exterior resistente a la corrosión. Sistema de baja escarcha. Interior de fácil limpieza. Termostato ajustable. Bomba de agua Aplicaciones Las bombas solares se usan principalmente en dos aplicaciones: Suministro de agua a comunidad rural. Riego. Agua para población En la siguiente figura se muestra el esquema de una bomba solar usada para el suministro de agua a una población. Ésta tendrá una demanda constante de agua aunque es necesario almacenar agua para períodos de baja insolación (baja radiación solar). En ambientes donde existe estación de lluvias, esta 35 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos demanda se puede cubrir mediante la recolección del agua de lluvia durante dicha estación. Idealmente el almacenamiento debería ser de tres a cinco días de demanda de agua. En la práctica algunos tanques instalados no tienen la capacidad suficiente pues son menores a un día de capacidad, por lo que el mismo se queda vacío al final del día. Esto se debe a un diseño inconsistente entre el tamaño del tanque, la capacidad de la bomba y el perfil de demanda de agua durante el día. Figura 12. Esquema de bombeo para comunidad rural Agua para riego 36 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Un sistema solar de regadío tiene que tener en cuenta que la demanda de agua para uso agrícola variará a lo largo del año. La demanda punta durante la época de regadío es con frecuencia más del doble de la demanda media. Esto significa que las bombas solares para regadío pueden ser infrautilizadas durante la mayor parte del año aunque puede producirse una reducción de la fuerza del sol durante esos períodos reduciendo el lado del suministro de la ecuación. Se debe prestar atención al sistema de distribución y aplicación del agua a los cultivos. El sistema debe minimizar las pérdidas de agua, sin imponer resistencias adicionales significativas al sistema de bombeo y ser de bajo coste. Figura 13. Esquema de bombeo para riego Tipos de bombas Bombas sumergibles Con frecuencia con controladores de carga electrónicos. La bomba estará sumergida mientras que el controlador de carga está en la superficie. Las ventajas de esta configuración son su fácil instalación, con 37 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos frecuencia con tuberías flexibles y el impulsor sumergido lejos de daños potenciales. Bombas centrífugas multifase La bomba centrífuga puede accionarse a torques bajos y se puede emparejar con el bloque de paneles solares sin usar controladores electrónicos. Estas bombas no son tan eficientes como las de desplazamiento positivo, las cuales usan controladores electrónicos de carga baratos. Son útiles para pequeñas cargas. Las más antiguas, accionadas con motores de corriente alterna, operan a cargas de 10-25 m. Figura 14. Bombas centrífugas multifase Bombas helicoidales desplazamiento positivo de Las bombas helicoidales tienen las 38 Figura 15. Bombas helicoidales de desplazamiento positivo Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos mejores eficiencias y requieren los menores paneles fotovoltaicos para suministrar el mismo volumen y presión del agua. Tienen una baja velocidad rotacional. La bomba está compuesta por un rotor metálico helicoidal que rota en el interior de una carcasa de goma. Son aptas para cargas mayores. Una bomba mono-solar se ralentizará cuando esté nublado, pero debido a que no tiene una velocidad mínima (al contrario de las bombas centrífugas) seguirá suministrando agua. Bombas sumergibles con motor montado en la superficie La principal ventaja es el fácil acceso al motor para su mantenimiento. Sus desventajas son la baja eficiencia debido a la pérdida de potencia en el eje de rodamiento y el alto coste de instalación. En general esta configuración está siendo ampliamente sustituida por las de motor e impulsor sumergibles. Bombas con motores flotantes La versatilidad de las unidades flotantes hace a estas bombas ideales para riego para canales y pozos abiertos. El impulsor es fácil de transportar y la probabilidad de que entre aire a la bomba es despreciable. La mayoría de estos tipos de bombas usan una bomba centrífuga sumergida de una sola fase. El tipo más común tiene un motor de corriente continua sin escobillas. Con frecuencia el soporte del bloque de paneles solares incorpora una agarradera o un carro tipo carretilla para permitir su transporte. Rendimiento Hay bombas solares disponibles para bombear cualquier cantidad en el rango hasta 200 m. de carga y con unos caudales de hasta 250 m3/día. La tecnología de bombeo solar continúa mejorando. A principios de los años ochenta la eficiencia típica de energía solar a energía hidráulica (agua bombeada) era de alrededor de 2% con una eficiencia de los paneles fotovoltaicos de entre 6–8% y una eficiencia del motor de la bomba del 25%. Hoy en día, una bomba solar eficiente puede tener una eficacia media de energía solar a energía hidráulica de más del 9%, pero eficiencias inferiores al 2-3% son todavía habituales. Puesto que la diferencia en coste entre una bomba más eficiente y otra menos eficiente, es mucho menor que el coste adicional requerido por un mayor panel fotovoltaico, es importante tener la bomba más eficaz posible. El dimensionamiento correcto del bloque de paneles es importante para mantener el bajo coste de capital. Un buen subsistema (motor, bomba y acondicionador de potencia) debe tener una eficacia de energía eléctrica a hidráulica de alrededor del 70% usando bombas de accionamiento positivo. Con bombas de diafragma la eficacia estará alrededor del 45% y con bombas centrífugas alrededor del 20%. 39 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos El rendimiento de un sistema de bombeo solar depende en gran medida de un buen diseño basado en un conjunto de datos exactos sobre la ubicación y la demanda. Es por lo tanto esencial que se hagan suposiciones acertadas en lo relativo al patrón de demanda de agua y la disponibilidad del agua incluyendo rendimiento de pozos y sequías esperadas. El uso per cápita de agua doméstica tiende a variar considerablemente según su disponibilidad. El objetivo a largo plazo es suministrar agua a la gente en cantidades suficientes para cubrir todas sus necesidades para beber, lavar y saneamiento. Las directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS) tienen como objetivo un aprovisionamiento per cápita de 40 a 50 litros por día sólo para consumo doméstico, por lo tanto, un pueblo con 500 habitantes tendría una necesidad de 20 metros cúbicos por día. La mayoría de las aldeas tienen una necesidad combinada de agua para uso doméstico y de ganadería que requerirá cantidades muy superiores. Las necesidades para regadío dependerán de las necesidades del cultivo, contribución efectiva del agua superficial y eficiencia del sistema de distribución al campo. Dimensionamiento de bombas solares Energía hidráulica requerida (kwh/día). = Volumen requerido (m3/día) x carga (m) x densidad del agua x gravedad / (3.6 x 106) = 0.002725 x volumen (m3/día) x carga (m) La potencia requerida del sistema de paneles (kwp) = Energía hidráulica requerida (kWh/día) Radiación solar diaria media (kWh/m²/día x F x E) Donde F = factor de emparejamiento de los paneles = 0.8 de media (un factor de seguridad para el rendimiento real de los paneles expuestos al calor y después de 20-30 años) y E = eficiencia diaria del subsistema = 0.25 – 0.40 normalmente 40 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos IV. BUENAS PRÁCTICAS EN LA IMPLEMENTACIÓN DE LOS PROYECTOS a. Participación social La organización de una estructura local, comunitaria, permite la integración de la población en las actividades requeridas para la ejecución del proyecto y alcanzar el buen éxito. En este sentido se requiere la conformación de comités, según el interés de brindar solución a una problemática específica, por ejemplo, acceso al agua. Se deberían organizar comités de agua y ambiente, a fin de buscar financiamiento y promover en la comunidad el trabajo en conjunto para mejorar el entorno facilitando la gestión en la implantación del proyecto. La administración del recurso debe ser en función de la disponibilidad. La importancia de asignar cuotas a cada beneficiario de la comunidad, radica en que el bien o recurso se utiliza de manera sostenible y responsable, con acceso a todos. b. Sostenibilidad técnica y económica La sostenibilidad de los proyectos dependerá mucho del nivel de organización y administración de recursos que tenga la comunidad, para ello deberá garantizar los siguientes aspectos. Creación de comités de acuerdo a cada interés (comité agua, comité de energía y ambiente). Creación de capacidades técnicas locales. Creación de fondos para mantenimiento y material de reposición del equipamiento del SFV. Promoción social continúa de los beneficios del proyecto a fin de expandirlo o replicarlo con fondos propios. Apropiación del proyecto. Los comités pueden tener la siguiente estructura: Comités de energías Objetivo: Garantizar el buen funcionamiento de sistema solar fotovoltaico, respondiendo a las adversidades que pueda presentar la operación, y el mantenimiento. No se deben limitar acciones que conduzcan a incrementar y mejorar el sistema. Integrantes: Junta directiva conformada por: Líder comunitario. 41 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Secretario. Administrador. Operación y mantenimiento. Líder religioso. Responsabilidades Líder comunitario Coordinar las actividades del comité. Aprobar el calendario de trabajo del comité. Coordinar, evaluar y dar seguimiento a las propuestas y acciones para la sostenibilidad del SSFV. Canalizar los recursos externos con entidades privadas o de gobierno para mejorar e incrementar el número de beneficiarios o bien aumentar la capacidad de los existentes SSFV. Definir las tareas de cada uno de los miembros del comité. Otras acciones que se consideren necesarias. Secretario Someter a consideración del comité el calendario anual de sesiones ordinarias. Convocar a las sesiones ordinarias y extraordinarias. Someter a consideración del presidente el orden del día de cada sesión. Someter a consideración del comité las propuestas de trabajo, así como informar sobre el seguimiento y evaluación del mismo. Elaborar las minutas de las sesiones. Dar seguimiento a los acuerdos del comité; y Otras que se relacionen con el comité y que asigne el Líder comunitario. Administrador Control de los fondos para la operatividad y sostenibilidad del SSFV. Proponer las tarifas (mensual, bimensual y/o, trimestral) a cada beneficiario, la que será destinada a los fondos para la operatividad y sostenibilidad del SSFV. Recolectar entre los beneficiarios el monto de la tarifa previamente aprobada por el comité. Compras necesarias de equipos, herramientas o materiales para el mantenimiento del SSFV. 42 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Informar al comité del flujo económico del fondo para sostenibilidad, al menos dos veces al año o según sea requerido por el comité. Otras actividades indicadas por el comité de energía. Operación y mantenimiento Informar al comité las actividades de mantenimiento. Elaborar el calendario anual de mantenimiento preventivo. Asistencia técnica a los beneficiarios a fin de corregir algunos problemas del SSFV. Brindar capacitación del uso adecuado del SSFV a los beneficiarios, al menos dos veces al año. Asistir a capacitaciones técnicas, que brinde el equipo técnico de empresas suplidoras de SSFV. Otras actividades para el buen funcionamiento del SSFV. Líder religioso Fungirá como enlace del comité ante otras instancias. Colaborar en la difusión a la comunidad de las actividades necesarias para la sostenibilidad del proyecto, especialmente en aquellas de capacitación y recordar el cumplimento del pago de la tarifa asignada. Otras actividades que considere el comité de energía. c. Monitoreo y evaluación Después de la instalación y como un procedimiento de control de calidad, el proveedor debe llevar a cabo una prueba de aceptación del cien por ciento (100%) de los sistemas, así como proporcionar un informe de los resultados de esta prueba. El propósito de la prueba de aceptación es verificar que los componentes del sistema y la instalación cumplen con las especificaciones según lo dispuesto como mínimo en este documento. El proveedor proporcionará por escrito una notificación con un mínimo de diez días de anticipación a la fecha en que la instalación será probada. La prueba de aceptación debe incluir como mínimo lo siguiente: 43 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos a. Revisión física. b. Pruebas eléctricas que incluyen lo siguiente: Corriente de cortocircuito del panel fotovoltaico (Icc). Voltaje de circuito abierto del panel fotovoltaico (Voc). Corriente de operación del panel fotovoltaico (Ip). Voltaje de operación del panel fotovoltaico (Vp). c. Pruebas de todos los elementos de control y regulación del sistema. d. En la prueba se debe reportar la irradianza solar (W/m2) y la temperatura ambiente (en °C). Los resultados de la prueba deben ser comparados con los valores del funcionamiento esperado. Los procedimientos de prueba de aceptación recomendados, incluyendo los ajustes apropiados en los puntos de operación, deben: a. Verificar que la instalación del panel fotovoltaico con respecto a la posición, dirección, inclinación y el no sombreado, maximice la generación de energía. b. Asegurarse de que las baterías se encuentran correctamente colocadas y que puedan ser cargadas totalmente. c. Medir la corriente del módulo fotovoltaico bajo condiciones de carga de baterías. Esta medición debe ser efectuada en condiciones de cielo despejado y con una irradianza no menor a 800 W/m2. d. Probar todas las cargas para su correcto funcionamiento en la vivienda. e. Determinar que el controlador de carga está operando de acuerdo a las especificaciones del fabricante. f. Verificar las caídas de voltaje en los sub-circuitos del sistema completo para determinar si las conexiones se encuentran dentro de las especificaciones mínimas aceptables reportadas por el fabricante. g. Verificar que el sistema esté instalado en forma segura y con un trabajo o mano de obra de nivel profesional y estéticamente aceptable. h. Se incluye un protocolo sugerido de la prueba de aceptación. i. Se considerará que el sistema ha sido aceptado cuando las pruebas hayan sido concluidas y documentadas satisfactoriamente. 44 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Algunos problemas que se pueden presentar dentro de los cuales habrá que tomar algunas acciones de verificación, son los siguientes: Lámparas CC, no encienden Verificar que las conexiones de las lámparas hacia el controlador de carga estén correctas. Efectuar inspección visual (polaridad (+) y (-). Verificar que el nivel de tensión en la batería es el adecuado (Vn = 12 Vcc). Tener cuidado con la polaridad. Verificar el estado de las conexiones en los interruptores fijos unipolares y de las portalámparas (sockets). Verificar si la lámpara está en buen estado. Efectuar inspección visual. Pocas horas de energía del sistema integrado Verificar si todas las conexiones están correctas, inspeccionar los conductores aislados o cables y terminales, caso contrario revisar el dimensionamiento del sistema. Verificar el estado de la batería y el nivel del electrolito. En el caso de la batería no sellada, colocar un densímetro y medir la densidad del electrolito. Verificar la limpieza del módulo fotovoltaico o si se producen sombras, tener en cuenta la estacionalidad (días nublados) y la autonomía establecida para el sistema. Módulo fotovoltaico no genera electricidad Medir el estado de continuidad de los diodos o de los fusibles, según corresponda. Verificar que las conexiones del módulo al controlador de carga, estén correctas, polaridad y continuidad. d. Capacitación técnica Creación de capacidades técnicas locales a través de la formación. Debe explicar a los usuarios los principios de funcionamiento del sistema, requerimientos para el manejo de las cargas, revisiones de mantenimiento por parte del usuario y cómo llevarlas a cabo. La capacitación deberá estar orientada en cómo usar el manual, y aspectos de operación y mantenimiento que deberán quedar bien claros en la capacitación, tales como: Incluir los dibujos y diagramas correspondientes. 45 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Incluir una breve descripción de cada uno de los componentes del sistema y de su funcionamiento, y de los procedimientos para la adecuada operación del sistema, incluyendo una lista de las limitaciones en el funcionamiento de las cargas y problemas potenciales. Indicar claramente cuántas horas a la semana puede ser utilizada cada parte del equipo y la relación entre la energía diaria disponible y las condiciones de luz solar. Indicar claramente las secuencias de encendido y apagado de los equipos. Explicar cómo se debe verificar el estado de carga de las baterías y como desconectarlas en caso de bajo voltaje. Indicar claramente lo que no puede ni debe hacerse con el sistema. Proporcionar las recomendaciones de qué hacer en casos de emergencia, tales como: tormentas eléctricas, huracanes, inundaciones, etc. Explicar la guía de localización de averías del sistema. Indicar a quién se debe contactar para la solución de los diversos problemas que puedan existir. Fomentar medidas de protección al medio ambiente. Debe presentarse un plan para el manejo del reciclaje o descarte de las baterías que van quedando obsoletas para evitar cualquier contaminación al medio ambiente. El plan debe garantizar el acopio de las mismas. Las capacitaciones deben ser en el idioma original del sitio. Previo a la capacitación elaborar cronograma de trabajo. e. Manual de uso y mantenimiento Aunque el sistema se haya instalado de acuerdo a las directrices propuestas y se haya inspeccionado minuciosamente antes de su cesión al usuario, el funcionamiento en el corto y el largo plazo se ve fuertemente influido por la interacción del usuario con el mismo. Hay algunas directrices sencillas pero básicas, todas ellas de carácter obligatorio, que se deben seguir durante la operación de los sistemas. Superficie de los módulos fotovoltaicos limpia y libre de sombras. Límite de consumo acorde a las recomendaciones técnicas. Permitir sólo aquellas extensiones de líneas y nuevas aplicaciones que cumplan especificaciones de potencia y voltaje. 46 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Controladores de carga no puenteados. Prestar atención regularmente a las señales de aviso de los controladores de carga. No cortocircuitar los fusibles con elementos conductores. Si se reemplazan cargas o se realizan otras tareas en la instalación, prestar atención a la carga máxima permisible por el SSFV. La capacitación de usuarios es clave para la sostenibilidad de la electrificación mediante sistemas fotovoltaicos (ver sección c y d, de este capítulo). Mantenimiento Un mantenimiento adecuado es un factor clave en la sostenibilidad de los sistemas fotovoltaicos. La estrategia, recursos y responsabilidades de mantenimiento se deben especificar durante la fase de diseño del proyecto, antes de la instalación. A continuación se detallan algunos aspectos que se deben definir: Instalación externa e interna: definición de la propiedad y las responsabilidades técnicas. Sustitución de componentes. Mantenimiento preventivo: frecuencia y tareas. Tiempo de respuesta al aviso de los usuarios. Distribución de tareas de mantenimiento: técnicos profesionales, técnicos locales y usuarios. Costos. Las directrices técnicas para el mantenimiento de sistemas autónomos se detallan a continuación. Durante la operación del sistema, los factores locales y el diseño del proyecto afectan considerablemente su funcionamiento, fallos y necesidades de mantenimiento. Por tanto, estas guías deben adaptarse a las particularidades de cada proyecto. En las siguientes tablas se detallan los puntos específicos a chequear por el técnico y la acción correctiva recomendada en cada caso. El equipo técnico debe registrar las reclamaciones de mantenimiento (incluyendo información del tipo de incidencia y la fecha). Este registro es útil tanto para conocer el comportamiento del sistema en el largo plazo, como documento de referencia en futuras instalaciones. Módulo fotovoltaico El módulo fotovoltaico normalmente no requiere frecuentes actividades de mantenimiento, aunque sí básicas, para optimizar la producción energética. El mantenimiento del generador está determinado por las características concretas de su ubicación. 47 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Tabla 6. Recomendaciones para el mantenimiento del módulo fotovoltaico Aspecto general Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) Ubicación Cambios de posición, sombreado Reubicación, evitar el sombreado todo lo posible. Limpieza Suciedad apreciable mediante inspección visual. Limpiar el generador periódicamente en función de las condiciones externas. Conexiones Ajuste, sellado de las cajas de conexión Reconexión del cableado. y señales de corrosión. Batería El envejecimiento de las baterías es uno de los principales aspectos que influyen en el funcionamiento del sistema fotovoltaico y en el suministro de energía. Por tanto, el chequeo, mantenimiento y la reposición de la batería son tareas claves en la operación a largo plazo. Sin embargo, no es fácil establecer criterios de decisión, ya que el mal estado de las baterías puede tener causas diversas aunque a veces relacionadas entre sí. En este caso, la experiencia acumulada del equipo técnico es crucial para garantizar un buen mantenimiento. 48 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Tabla 7. Recomendaciones para el mantenimiento de baterías Aspecto general Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) Etiquetado Tipo de batería y capacidad. Pedir características de la batería y etiquetado. Ubicación Seguridad, ventilación y temperatura. Reubicar la batería o reconstruir el recinto de protección. Condiciones generales Vertido de líquido, roturas. Preguntar motivos (externos o internos de las malas condiciones). Reemplazar batería si el suministro energético no es adecuado. Conexiones Ajuste, señales de corrosión. Reconexión, limpieza. Preguntar las características del suministro energético. Preguntar las características del suministro energético. Nivel de electrolito En el mínimo nivel (sobre las placas) Por Rellenar con agua destilada. Si hay que rellenar con demasiada frecuencia, la debajo de las placas. causa puede ser una mala batería o elevados voltajes de regulación. La batería puede estar seriamente dañada. Comprobar la evolución del suministro energético. Densidad de electrolito Valor medio� depende del estado de carga Recargar la batería carga de (nunca inferior a 1,10g/cc). Diferencias entre ecualización. Corrección de la densidad (tarea realizada exclusivamente por los los vasos (nunca superiores a 0,03g/cc). técnicos) Cambio de la batería. Voltaje Voltaje de circuito abierto (nunca inferior a Verificar las condiciones actuales de irradiación y la evolución del suministro. 11,4V). Envejecimiento de las baterías, fallo de regulación. Capacidad Elevado número de desconexiones de carga Verificar condiciones del sistema (quejas de los usuarios si no se han instalado (consumo, estado de componentes). equipos de monitorización). Cambio de baterías. Verificar la capacidad de las baterías reemplazadas (o de una muestra de las mismas). 49 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Controladores Los controladores de carga se deben revisar periódicamente debido a su elevada influencia en la operación del sistema. Se detallan aquí los aspectos específicos que se deben verificar de manera continua. Tabla 8. Recomendaciones para el mantenimiento de controladores Aspecto general Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) Condiciones generales Rotura, señales de sobrecalentamiento Sustitución Señales de aviso Activas en el momento del mantenimiento Sustitución Acondicionamiento de potencia: Valores fuera de especificaciones medidas del voltaje Sustitución por fallo interno del componente Acondicionamiento de potencia: Valores fuera de especificaciones autoconsumo Sustitución Umbrales de regulación (medidas de campo con un potenciómetro) Fuera de especificaciones. Reajustar si es posible Sustitución. Causa de deterioro de baterías. Fusibles Quemados, cortocircuitados. Conectar nuevos fusibles (incluyendo repuestos) Conexiones Ajuste, terminales Reconexión Para las mediciones de voltaje se deberá contar con unos algunos equipos de medición. Las mediciones son sencillas de realizar a fin de validar los valores de operación, pero deberá de capacitarse técnicamente al operador del SSFV: Voltímetro. Multímetro. Amperímetro de corriente directa. Aplicaciones de carga Obviamente, las cargas son los componentes que cambian con mayor frecuencia entre las visitas técnicas. Se debe prestar especial atención no sólo a las condiciones particulares de las lámparas sino además al número y tipo de aplicaciones, debido a su influencia en el balance energético del sistema. 50 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Tabla 9. Recomendaciones para el mantenimiento de cargas Aspecto general Tipo y potencia nominal Funcionamiento de lámparas Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) No cumple especificaciones Retirar aplicaciones incorrectas. Aconsejar del proyecto un bajo consumo si no existen aplicaciones de baja potencia disponibles (medida Sin iluminación Reposición�Verificar la frecuencia de provisional). reposición para detectar causas anómalas. Excesivamente ennegrecidas Necesidad de repuestos comprobar tiempo de operación calidad. Conexiones Ajuste Reconexión. Cableado y accesorios La extensión de la línea de carga para suministrar electricidad a nuevas estancias, es una práctica habitual realizada en las instalaciones, en ocasiones incluso por los propios usuarios. Se debe prestar especial atención para asegurar algunos requisitos básicos. Tabla 10. Recomendaciones para el mantenimiento del cableado y accesorios Aspecto general Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) Tipo No adecuado, sin código de polaridad Sustitución Comportamiento eléctrico Caídas de voltaje elevadas, capacidad Sustitución (opcionalmente, como insuficiente solución provisional, doble cableado) Extensiones de línea Permisos, condiciones Retirar si no está permitido Sustituir si no cumple especificaciones. Enchufes y tomas de corriente Condiciones externas, polaridad, conexiones Reconexión. Sustitución Interruptores Mala conexión, tipo, Reconexión. Sustitución 51 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Inversor Las tareas de mantenimiento de los inversores son similares a las de los controladores de carga. Tabla 11. Recomendaciones para el mantenimiento del inversor Aspecto general Aspecto específico Acción (si se detecta un fallo) Condiciones generales Rotura, señales de sobrecalentamiento Sustitución Señales de aviso Activas en el momento del mantenimiento Sustitución Autoconsumo Valores fuera de especificaciones Sustitución Regulación de voltaje (Voltaje CA) a la entrada CC real) No cumple especificaciones Sustitución �deterioro de cargas Fusibles Quemados, fundidos, cortocircuitados Conectar nuevos fusibles (incluyendo repuestos) Conexiones Ajuste, terminales Reconexión Sistema solar fotovoltaico (SSFV) Tras comprobar el estado de todos los componentes se debe verificar la operación del sistema. Sino hay fallos o los fallos se pueden reparar en el momento, el sistema está listo para ponerse en marcha. Si no es así, se debe garantizar el aprovisionamiento de repuestos para realizar la reparación lo más rápidamente posible. Tabla 12. Recomendaciones para el mantenimiento del SSFV Aspecto Criterio Funcionamiento del sistema Encendido de las cargas Acción (si se detecta un fallo) Volver a la verificación de componentes f. Aspectos ambientales La energía solar fotovoltaica ocasiona impactos en el ambiente no relevantes en la fase operacional, mientras que en las fases de construcción pueden ser significativos. No obstante, se deberá evitar la disposición final de los componentes fotovoltaicos en rellenos sanitarios comunes (botaderos), a menos que estos sean los denominados rellenos de seguridad, con dos capas impermeables para evitar cualquier tipo de lixiviado. 52 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos Se recomienda devolver, al proveedor, para reciclar o acopiar en un centro debidamente autorizado por las entidades regulatorias correspondientes, el módulo fotovoltaico, la batería, el controlador de carga y el inversor, luego que haya sufrido un deterioro y requiera ser cambiado. Se espera que en el futuro, a medida que se incrementen las instalaciones fotovoltaicas, con la consecuente mayor generación de residuos, se produzca un desarrollo de empresas dedicadas al reciclaje de los componentes principales. 53 Guía de buenas prácticas en Proyectos Fotovoltaicos V. BIBLOGRAFÍA Energía solar térmica y fotovoltaica- Richard Komp, P.h.D. Manual de Entrenamiento en Sistemas Fotovoltaicos para Electrificación Rural, Humberto Rodríguez Murcia, Suresh Hurry, PNUD:OLADE:JUNAC, (1995). Bogota, Colombia Practical Photovoltaics, Electricity from Solar Cells: 3rd Ed, Richard Komp, aatec Publicacion, (1995). Ann Arbor, Michigan 48107 USA. Energía Solar en Nicaragua, información suministrada por el padre Julio López de la Fuente, JS, Universidad Centroamericana. Managua, Nicaragua. Instalaciones Solares Fotovoltaicas: 3rd edición, Enrique Alcor Cabrerizo, PROGENSA (Promotora General de Estudios, S.A.), (2002). Sevilla, España. Curso de Postgrado de Energía Solar, Dr. Richard J. Komp Proyecto PFAE -Grupo Fénix, (Enero, 2001), Universidad Nacional Ingeniería, Managua, Nicaragua. La Casa Ecológica Autosuficiente, Armando Deffis Caso, Árbol Editorial, (1994). México, DF. Energía Solar Aplicada, Ethelvina Morillo de Escobar, Educa, (1998). San Salvador, El Salvador. 54
