Dr. Jorge Huacuz. Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). México XVII Simposio Peruano de Energia Solar IV Conferencia Latinoamericana de Energía Solar Blog: solucionessolares.blogspot.com

1. Taller Internacional sobre Generación Distribuida con Sistemas
Fotovoltaicos Conectados a la Red
Cusco, Perú, Noviembre 2, 2010
Sistemas Fotovoltaicos
Conectados a Red en México:
Situación Actual y Perspectivas
Jorge M Huacuz
Unidad de Energías No Convencionales
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Cuernavaca, México
jhuacuz@iie.org.mx

2. El Sistema Eléctrico Mexicano
• Una empresa eléctrica estatal,CFE
Sistema Nacional de Transmisión y Distribución • Otros actores:
 Productores independientes
 Auto-abastecedores
 Co-generadores
 Pequeños generadores
 Exportadores
• Más de 55 GW de capacidad
instalada
• Demanda crece al 5% por año
Tipo de Combustible
Combustible fósil Hidroelectricidad Nuclear Geotermia Viento • Mayor capacidad requerida para
los próximos años
• 76.5% generado con combustibles
fósiles
• Muy baja participación de las
energías renovables no
convencionales

3. Motivación para la Línea de I+D
1000
COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA: ZONA MEXICALI (DIA TIPICO)
Horario punta: 12 a 18:00 hrs
• Sistema BC no conectado a
900
la red nacional; generación
800
700 con gas importado
600
Demanda
• Demanda eléctrica en
MVA
Máx: 16:30 hrs
500
400
300
verano 2-3 veces mayor
200
100
que en invierno por uso de
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
aire acondicionado
HORA
Verano Invierno
• Consecuencias:
Consumo de energía de un usuario de tarifa DAC
en Mexicali vs producción FV
 Menor eficiencia
termodinámica de centrales
6,000
generadoras
5,000
4,000  Exceso de capacidad en
kW h /m es
3,000 invierno
2,000
1,000  Mayores inversiones en
-
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
subsistema de distribución
Mes
 Mayores costos de
Demanda de energía Energía consumida en horario FV Prod. FV 6 kWe
mantenimiento

4. La energía solar como solución
• Disponible en todo el territorio
• Altos valores de insolación
(Promedio diario anual: 5.5
kWh/m2)
• Coincidente con regiones de alta
demanda por aire acondicionado
• Muy pocas aplicaciones
 Fuera de red: ~20 MW
 Conectada a red: apenas
iniciando

5. CONFIGURACIÓN BÁSICA DEL SISTEMA
Generador FV
Inversor FV
Cargas
Eléctricas
Medidor
Bidireccional Red
Eléctrica

6. Las Primeras Experiencias
Año Localidad Objetivo Potencia Pico Situación
(kW) Actual
1997-1999 Cuernavaca Investigación del sistema 1.7 Desmantelado
IIE
1999-2000 Mexicali Prueba de concepto 1.5 Desmantelado
IIE-CFE autogeneración
2000- 2006 Mexicali 4 sistemas: evaluar beneficios a 1.5 – 2 kW cada uno Desmantelado
IIE-CFE red y a usuarios; probar
tecnologías
2001- 2006 Hermosillo Prueba de concepto 1.5 Desmantelado
IIE-CFE autogeneración
2002- a la fecha Nuevo León Prueba de concepto 1 En operación
IIE-IP autogeneración institucional
2005-a la fecha Ciudad de México Prueba piloto autogeneración 30 En operación
IIE-LFC-IP comercial
2006-a la fecha La Paz, BCS Prueba piloto usuario DAC 6.5 En operación
IIE-CFE-IP
2006-a la fecha Mexicali Primer vecindario FV en México 220 casas, 1kW c/u En operación
Gob.BC-CFE-IIE
2008 Tijuana, Contratos comerciales con ~10, 1-2 kW c/u En operación
Usuarios Guadalajara medición neta
domiciliarios Región Laguna

7. Proyectos Piloto Período 1997 - 2002
1 2
1. Cuernavaca
(IIE)
2. Mexicali
3. Hermosillo
4. Monterrey
3 4

8. Instalaciones piloto-demostrativas
Casa 2
CIS1
SIP4
Casa 1 Casa 2 Casa 3 Casa 4
Potencia promedio demandada en el transformador de distribución: Mexicali
22 110
20 100
18 90
Potencia real y reactiva (Kw - Kvars)
Temperatura (ºC) y F.P. (%)
16 80
14 70
12 60
10 50
8 40
6 30
4 20
2 10
0 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
SEPTIEMBRE 2001 (Promedio Mensual)
Pot. real Pot. reactiva Potencia estimada sin FV (Ref .) Temp. en el transf . Factor de potencia

9. Beneficios Derivados
Efecto de Nivelación de Carga en la Vivienda (Agosto 1999)
4500 45
4000 40 Beneficios al usuario:
3500 35
3000 30
•Menor consumo de red
Reducción de demanda pico
•Tarifas eléctricas más bajas
Temperatura (ºC)
Demanda (Watts)
2500 25
2000 20
1500 15 •Sombreado de la vivienda
1000 10
500 5
Inyección a red en la vivienda (Promedio mensual)
0 0
3500 45
-500 -5 3000 40
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00
Hora
2500 35
Demanda Promedio a la Red con FV Aportación FV Promedio
Demanda Promedio de la Vivienda Temperatura Ambiente Promedio
2000 30
Demanda (Watts)
Beneficio al sistema: 1500 25
•Alivio de la red 1000 20
•Menores costos de mantenimiento 500 15
0 10
•Menores inversiones en capacidad Inyección a red
-500 5
•Menores pérdidas por transmisión y
distribución -1000
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
0
AGOSTO 2001
•Menores pérdidas por ineficiencia Demanda con FV
Aportación FV
Demanda en la vivienda
Temperatura Ambiente
termodinámica

10. Proyecto Valle de las Misiones, Mexicali, BC.
• Proyecto piloto iniciado en 2006
• Primera fase: 220 casas con 1 kW FV c/u
• Evaluación en curso:
Desempeño técnico
Beneficios económicos al usuario
Beneficios técnicos a red
Estudios de máxima penetración
Beneficios al sistema eléctrico

11. Beneficio Económico al Usuario
Ejemplo 1 ENERGIA GENERADA POR EL PANEL SOLAR = 158KWH
SFVI en Mexicali, B.C.
ENERGIA ENTREGADA A CFE = 63 KWH
ENERGIA ENTREGADA POR CFE = 311 KWH
ENERGIA FACTURADA = 311 – 63 = 248 KWH
ENERGIA CONSUMIDA REAL = 311 + 158 – 63 = 406 KWH
IMPORTE POR 248 KWH = $ 242.32
IMPORTE POR 406 KWH = $ 609.29
158 KWH BENEFICIO = $ 366.97
BOLSA DE ENERGIA = 0 KWH
63 KWH
311 KWH

12. Beneficio Económico al Usuario
Ejemplo 2 ENERGIA GENERADA POR EL PANEL SOLAR = 170 KWH
ENERGIA ENTREGADA A CFE = 129 KWH
ENERGIA ENTREGADA POR CFE = 87 KWH
ENERGIA FACTURADA = 87 – 129 = 0 KWH
ENERGIA CONSUMIDA REAL = 87 + 170 – 129 = 128 KWH
IMPORTE POR 0 KWH = $ 15.52
IMPORTE POR 128 KWH = $ 85.53
BENEFICIO = $ 70.01
170 KWH
BOLSA DE ENERGIA = 42 KWH
129 KWH
87 KWH

13. 6 kWp La Paz, Baja California
Si el consumidor genera localmente parte importante Sur
de lo que demanda para no ser clasificado como un
usuario DAC, la energía que produce localmente tiene
un doble valor económico:
• Continuación en la tarifa normal de servicio
doméstico correspondiente 1D (costo bajo); y
• Toda la energía generada localmente sustituye la
energía más cara para el usuario (tarifa DAC)
Generador fotovoltaico en la
6 kWp azotea de la vivienda.
Tarifa CFE aplicable de 1D (localidades con una T
media mínima en verano de 31ºC. Límite DAC de
1,000 kWh/mes (precio más alto)

14. 6 kWp La Paz, Baja California
Sur
Desempeño del SFVI en función de la irradiación Reducción de la demanda de electricidad a la CFE
(Verano del 2008 )
La energía producida (10,074 kWh ) representa el 41% del total consumido en la vivienda
(24,463 kWh); este ahorro de electricidad en tarifa DAC generó un ahorro anual –en la
facturación- de $28,000.00 M.N. Aprox. El usuario pagó el 59% del monto de la facturación
que hubiese tenido si toda la electricidad utilizada en la vivienda la demandara de CFE.

15. Aplicaciones en Comercios
 Primer sistema FV trifásico
interconectado a la red de
distribución.
 Capacidad: 30.6 kW
 InstalacIón a finales de 2005.
 Instrumentado en mayo de 2006
para caracterizar su operación y
evaluar su desempeño e
interacción con la red

16. Sistema de acondicionamiento de potencia
(2) Inversores
trifásicos Xantrex de
15 KW
(2) Transformadores de
aislamiento Delta-Estrella

17. Resultados operacionales en “The Green Corner”
Junio 2006- Mayo 2007
Datos del Generador Fotovoltaico Potencia Máxima Registrada
Potencia Nominal [kWp] 30.6 Potencia Máxima de Salida [W] 23551.7
Área del Generador [m2] 263.41 Día 288.0
Tipo de Módulos Si cristalino Hora 1140
Ángulo de Inclinación del Arreglo 19º Irradiancia W/m2 1077.4
º
Azimut 0º Temperatura Ambiente [ C] 20.7
º
Temperatura de los Módulos [ C] 45.0
Datos del Inversor
Producción Normalizada / Pérdidas
Potencia Nominal [kW] 15 Producción de Referencia [kWh/m2] 1733.4
Voltaje de Entrada [VCD] 408-521 Producción Generador FV [kWh/kWp] 1170.5
Datos Climatológicos Producción Final de la Planta [kWh/kWp] 971.7
Irradiación en el Plano del Arreglo [kWh/m 2] 1733.4 Pérdidas por Paro Forzado [kWh/m2] 55.3
Irradiación Diaria Promedio [kWh/m 2-día] 4.7 Pérdidas de Captación [kWh/kWp] 507.6
Pérdidas Acond. de Potencia [kWh/kWp] 198.8
Irradiación Total (P. Arreglo) [kWh] 456603.4
Temperatura Ambiente Promedio [ºC] 17.8 Eficiencia Promedio
º
Temperatura de Módulos Promedio [ C] 21.9 Eficiencia del Generador FV 8.1%
Balances de Energía Eficiencia Sist. Acond. Pot. 82.9%
Energía Producida por el Arreglo FV [kWh] 35818.3 Eficiencia de la Planta 6.7%
Energía Entregada por el Sistema [kWh] 29733.6 Otros Índices de Desempeño
Energía Entregada a CFE [kWh] 7111.0 Tiempo de Paro [Hrs.] 129.17
Energía Consumida de CFE [kWh] 72501.9 Disponibilidad de la Planta 97.1%
Consumo en el Inmueble [kWh] 95124.5 Relación de Desempeño 54.5%
Factor de Planta 11.1%

18. Resultados operacionales en The Green Corner
Datos climatológicos Reducción de la demanda en el inmueble (junio, 2006)
D sclim lo os
ato ato gic
20000 30
180 45
160 40
140 35 15000 24
Irradiación (KWh/m2)
120 30
D e m a n d a ( W a tts )
100 25 10000 18
80 20
60 15 5000 12
260.6 kWh/día
40 10
20 5 0 6
0 0
EE
N FB
E MAR ABR MAY JUN JUL AGO SP
E OT
C NV
O DC
I
-5000 0
2007 2006 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Irradia ne e p od Arre (K h 2
cio n l lan el glo W /m ) T pe
em raturaAm nteP ed
bie rom io T pe radelos m du F prom o
em ratu ó los V edi JUNIO 2006
Demanda con FV Aportación FV Demanda en el inmueble Temperatura Ambiente
De la irradiación captada en el plano del arreglo FV El 31.2% del total de la energía utilizada en el
(1,733 kWh/m2.año), el 63.8% de ésta se captó con inmueble fue proporcionada por el SFVI.
valores de irradiancia entre 550 y 900 W/m2.

19. 174kW; Wal-Mart de México (Aguascalientes, AGS. 2009)
• 1,056 MFV que ocupan el techo de la tienda
Aurrerá (2, 173.5 m2).
• El SFV generará 265,641 kWh/año; el 20% de la
energía que la tienda requiere anualmente.
• Se evitará la emisión de 140 toneladas de CO2 al
ambiente.
• 2 millones de USD
• Desarrollado por G3 Servicios Ambientales
GFV en la azotea de la tienda.
MFV de empresa alemana Aleo Solar AG.
G3 está a cargo del financiamiento, la instalación y la
operación así como del mantenimiento posterior.

20. 60 kWp UAM-I, México DF
• Potencia Nominal: 60 kWp
• Número de Módulos FV: 286
• Número de Inversores : 21
• Potencia Unitaria: 210 Wp
• Inclinación: 19°
• Orientación: Sur Magnético

21. Sistema Institucional 60 kWp UAM-I, México DF
Cuarto de Inversores (antes) Cuarto de Inversores
Contribución FV en eléctrica
Patrón de demanda Edificio de Oficinas
100
90
Sin generación FV
80
Demanda (kW)
70
60
50
40
30 Con generación FV
20
10
0
19:45
22:45
20:30
21:15
22:00
23:30
05:30
07:45
12:15
13:45
15:15
16:00
16:45
17:30
18:15
19:00
00:15
01:00
01:45
02:30
03:15
04:00
04:45
06:15
07:00
08:30
09:15
10:00
10:45
11:30
13:00
14:30
Hora del día
Actual Aportación del SFVI Con un SFVI de 60 kWp
Estructura para la instalación de
Módulos FV

22. Estudio de Penetración a Red
Hasta 800 MW
Miguel Imperial Valley
1. Central Ciclo Combinado Mexicali
5 (InterGen, L Rosita) PIE: 489 MW
a
6
4 (autorizados 597 MW)
Zona 1 Exportación: hasta 636 MW
Zona 2. Central geotérmica Cerro Prieto
Costa 3
Valle (CFE) 720 MW
3. Central turbogás Mexicali (CFE)
Hasta
62 MW
520 MW
7 4. Termoeléctrica de Mexicali
(SEMPRA) Exportación: 625 MW,
2 autorizados 680 MW
5. Centra eólica L Rumorosa 10
a
MW (autoabastecimiento, CEE de
BC, 2010)
6. Central Presidente J uárez
(TC/ CC/ TG, CFE) 1026 MW
7. Turbogás Ciprés (CFE) 28 MW

23. Estudio de Penetración a Red
Generación FV máxima permisible en Mexicali para
condiciones de carga del 2007
Días
Crítíticos

24. Estudios de Penetración
Penetración máxima permisible de SFVI en Mexicali
Escenario bajo Escenario medio Escenario alto
Máximos permisibles
2010 2017 2010 2017 2010 2017
Capacidad FV interconectada máxima 81 323 98 399 118 469
permisible, MW
Métricas de penetración
Penetración instantánea pico 14.0% 43.8% 16.7% 50.2% 19.6% 55.0%
Penetración relativa a la carga pico 5.1% 16.1% 6.1% 18.5% 7.1% 20.3%
Penetración relativa a la capacidad total 6.2% 24.6% 7.5% 30.4% 9.0% 35.7%
Penetración energética 2.3% 7.1% 2.7% 8.1% 3.2% 8.9%

25. Otras Iniciativas en Curso
Foto Red 100 Vecindario FV
•Seguimiento del estado físico y
• Iniciativa CFE para incorporar 100 operativo de los sistemas
MW de SFV a la red del Sistema • Evaluación del grado de
Baja California satisfacción de los usuarios y
evolución de patrones de consumo
• Estudios preparatorios en proceso eléctrico
•Análisis de beneficios para
Especificaciones usuarios y red
Técnicas CFE
Identificación y Remoción de
Oportunidades en Barreras (GEF-PNUD)
Regiones No Críticas Cursos de diplomado en SFV para:
• Ingenieros de CFE-Distribución
• Analizar oportunidades y barreras
• Profesores Universitarios
para la aplicación de SFV conectados
a red en regiones de clima no • Personal de empresas
extremo Talleres y conferencias
Material promocional

26. Perspectivas
• Nichos actuales:
 Consumidores doméstico de tarifa alta
 Pequeñas aplicaciones comerciales (hasta
500 kW)
 Edificios gubernamentales e institucionales
 Vivienda nueva
• Prospectos futuros:
 Aplicaciones comerciales grandes
 Electricidad para exportación
 Soporte de red
 Eliminación de picos estacionales/regionales
 Alivio al sistema eléctrico

27. Pros y Contras
 Los Impulsores  Las Barreras
 Tarifas eléctricas crecientes × Desconocimiento generalizado de
 Buen recurso solar la tecnología
 Medición neta para usuarios × Altos requerimientos de inversión
domiciliarios y pequeños × Primas e incentivos económicos
comercios OK fuera de posibilidad
 Contrato de interconexión a × Ventas directas a CFE con base
red para grandes en $/kWh, no competitivas
autoabastecedores OK × La generación distribuida, en
 Depreciación acelerada para contra del paradigma “lo más
inversiones amigables con el grande es mejor”
ambiente × Cadenas de valor pendientes de
 Cero impuestos de implementar en la economía
importación para equipo nacional
amigable con el ambiente × Disponibilidad de petróleo, “freno
 Nueva Ley para el mental” para el cambio
Aprovechamiento de las × Carencia de personal técnico
Energías Renovables calificado para la identificación y
 “Tech apeal” desarrollo de proyectos

28. ¿Qué Falta por Hacer?
• Cuantificar los nichos de oportunidad para la
implantación masiva de los sistemas FV
• Crear la infraestructura operativa para el
soporte de las actividades de implantación
comercial y masiva de los sistemas FV
• Elaborar y emitir normas y reglamentos
técnicos para certificación de equipos e
instalaciones interconectadas a red
• Definir estrategias y crear mecanismos para el
financiamiento de los sistemas
• Crear las cadenas de valor para que los
beneficios de la implantación masiva se
queden en México
• Formar recursos humanos especializados en
el tema

29. Evolución del Inversor Fotovoltaico Espiga I
IIE
Estado Inversor FV de 1 KVA
Actual
Avance Ajustes, Pruebas Piloto y
Pendiente Desarrollo de Interfaz Gráfica
Inversor FV de 1 KVA
Prototipo Prototipo Electrónico
Industrial Industrial
Rumbo al • Desarrollo del gabinete
Prototipo
• Pruebas en campo y certificación
comercial
Producto
Comercial Licenciar la tecnología
desarrollada
Empresa

30. Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)
www.iie.org.mx
jhuacuz@iie.org.mx Gracias.....