Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red
El uso de sistemas fotovoltaicos para generación de electricidad es una práctica cada vez más común en el ámbito
internacional. Durante los últimos 30 años el desarrollo tecnológico en este campo ha permitido una reducción de
95 % en el costo de los módulos fotovoltaicos comerciales, a la par de un incremento cercano al 200% en su
eficiencia. Un dato que puede servir como referencia para dimensionar el nivel de penetración de esta tecnología
en estos últimos años son los más de 1200 MW de potencia pico instalada a nivel mundial, con un crecimiento
anual del orden de 16 %.
En países industrializados, gracias a la maduración alcanzada en las
tecnologías de dispositivos fotovoltaicos y convertidores estáticos de potencia, así como a la reducción en sus costos de fabricación, la generación fotovoltaica ligada a la red se ha venido convirtiendo gradualmente en una alternativa viable en el esquema de generación distribuida. En él, una combinación de plantas centrales y un gran número de pequeños generadores dispersos en la red eléctrica satisfacen la demanda de electricidad; esto es hoy en día una realidad en algunos países como Dinamarca, Holanda, Alemania y Japón.
En términos generales, los generadores fotovoltaicos distribuidos conectados a la red pueden aportar importantes beneficios a los sistemas de distribución, dependiendo de las características y condiciones operativas de red de distribución, así como de la localización de éstos dentro de la misma.
Los beneficios potenciales más importantes son:
• Suavización de picos de demanda cuando existe cierto grado de coincidencia entre el perfil de generación fotovoltaica y el perfil de consumo del inmueble o alimentador.
• Alivio térmico a equipos de distribución, lo que implica también la
posibilidad de postergar inversiones de capital para incrementar su
capacidad o reemplazo.
• Disminución de pérdidas por transmisión y distribución.
• Soporte de voltaje en alimentadores de distribución.
• Compensación de potencia reactiva en el alimentador
Características del sistema fotovoltaico
Las principales componentes de un sistema fotovoltaico conectado a la
red son:
el arreglo fotovoltaico, que es el elemento encargado de transformar la luz del sol en electricidad; y un elemento acondicionador de la potencia producida (un inversor c.d./c.a.), cuya función es adecuar la energía generada por el arreglo a las características eléctricas de la red para su conexión a ésta.
Un arreglo fotovoltaico está constituido por un determinado número de módulos o unidades fotovoltaicas individuales. El número de unidades depende de la potencia nominal requerida en el arreglo y de la potencia pico de los módulos seleccionados. El voltaje de salida del arreglo, –que
corresponde al voltaje de operación del inversor– se obtiene mediante la conexión serie de un número determinado de módulos; y la potencia, a través de la conexión paralelo de dichas series. La potencia nominal de los módulos normalmente está entre 50 y 200 Wp, aunque hoy en día algunos fabricantes ofrecen módulos arriba de 200 Wp.
Para extraer siempre la máxima potencia disponible en el arreglo
fotovoltaico, el inversor incorpora entre sus funciones un elemento de
control que sigue permanentemente el punto de máxima potencia del
arreglo (MPPT, por sus siglas en inglés) mediante un ajuste continuo de la
impedancia de la carga.
En relación con los aspectos de seguridad y de calidad de la energía
producida, las compañías suministradoras del servicio eléctrico requieren
de los fabricantes y usuarios de estos equipos el cumplimiento de normas
y disposiciones aplicables que garanticen que la instalación y operación
del inversor, y del sistema fotovoltaico en su conjunto, sea segura y no
afecte adversamente la calidad de la energía.
Tradicionalmente, es un sólo inversor (de la capacidad adecuada) el
que maneja la potencia nominal de todo un arreglo fotovoltaico. Sin embargo, cada vez es más común el uso de varios inversores conectados en paralelo y cada uno maneja una parte proporcional de la potencia del
arreglo. Incluso, en algunos casos, el inversor viene directamente montado en el respaldo del módulo de manera individual (módulos c.a.). El uso de estas dos últimas configuraciones, inversores en paralelo y ‘módulos c.a.’, muy probablemente se verá incrementado en el futuro en aplicaciones de sistemas fotovoltaicos integrados a los edificios. Pues esta característica facilita más la expansión de la capacidad de los sistemas, que opera independiente y emplea una instalación más sencilla.
Con el rápido crecimiento de los sistemas distribuidos conectados a la
red, hoy en día existe una amplia variedad de productos desarrollados
específicamente para la instalación de los módulos fotovoltaicos en las edificaciones. Éstos incluyen estructuras de montaje para fachadas fotovoltaicas, perfiles para tejados, techos planos, incluso algunas tejas fotovoltaicas que pueden ser utilizadas para reemplazar tejas convencionales. Cada uno de estos nuevos productos facilita la integración de los sistemas fotovoltaicos a la fachada y/o techo de los edificios, sin detrimento de la apariencia estética del inmueble.
Configuración típica de un sistema conectado a red
En el caso particular de los sistemas fotovoltaicos ligados a la red, cuya principal aplicación se da en viviendas o edificaciones dentro de las zonas urbanas, los elementos conversores (módulos fotovoltaicos) encargados de transformar la luz del sol en electricidad se instalan sobre el techo de
las construcciones para proveer a éstos una mayor y mejor exposición a los rayos solares. En cuanto a la conexión eléctrica del sistema a la red, ésta se lleva a cabo a través de un inversor. La imagen muestra la configuración y conexión típica de un sistema fotovoltaico conectado a la red. Como cualquier otra instalación eléctrica, estas instalaciones se habilitan con los medios apropiados para realizar, adecuadamente y en forma segura, la conexión y la desconexión eléctrica del sistema fotovoltaico de la red; y para proporcionar la adecuada protección al equipo y a las personas contra condiciones de operación no deseadas. Para tales efectos, se siguen las normas y recomendaciones de carácter general; y las establecidas en particular para este tipo de aplicaciones, como es la norma IEEE Std 1547 (IEEE, Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems).
Indistintamente. En este esquema la fuente de energía que provee
la electricidad a las cargas es transparente en todo momento para
el usuario, dado que la calidad de la energía eléctrica generada por
el sistema fotovoltaico es similar a la de la red eléctrica convencional. Cuando existe un déficit entre la demanda de electricidad en el inmueble respecto a la generación fotovoltaica, este diferencial es cubierto con electricidad proveniente de la red eléctrica convencional. En caso contrario, cuando se presenta un excedente entre la demanda respecto a la generación fotovoltaica, éste es directamente inyectado a la línea
de distribución del proveedor del servicio eléctrico.
Potencial de penetración e Implantación de la tecnología
Como ya se mencionó anteriormente, el uso masivo de sistemas
fotovoltaicos con conexión a la red –como una alternativa de generación distribuida– ofrece beneficios potenciales tanto al sistema eléctrico como a los usuarios individuales. Se prevé que las primeras aplicaciones económicamente competitivas de esta tecnología, desde el punto de vista
de los costos directos de inversión y generación (sin involucrar los
costos ambientales), serán aquellas que provean beneficios adicionales o ‘valor agregado’ para el usuario y la empresa eléctrica.
Estos posibles beneficios adicionales de la generación fotovoltaica ligada a la red se pueden clasificar en tres grupos: beneficios relacionados con la producción de la energía eléctrica, beneficios en la integración arquitectónica y beneficios ambientales.
Dentro de los beneficios derivados de la generación eléctrica existe un gran potencial en la reducción de la demanda pico y del consumo eléctrico en horas pico, que se pueden aplicar en inmuebles comerciales, industriales o habitacionales, y en los edificios públicos en general.
Esto debido a que el perfil de generación fotovoltaica tiene un buen grado
de coincidencia con el perfil de la demanda eléctrica en el inmueble.
Fuente: https://ecotec.unam.mx/wp-content/uploads/Sistemas-Fotovoltaicos-conectados-a-la-red.pdf