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Abril 2020 | Energía

Análisis comparativo

Sistemas de riego fotovoltaico conectado a red o aislado de red, ¿cuál es el más competitivo?

¿Sabía usted que una instalación fotovoltaica aplicada al bombeo o riego puede estar aislada (autónoma) o conectada a la red eléctrica (autoconsumo)? Son diferentes en cuanto a gestión eléctrica pero ambas tienen el mismo objetivo: abastecer y reducir los costos del consumo de electricidad. Si quiere saber más sobre instalaciones fotovoltaicas de tipo aislada o conectada a red, en el siguiente artículo conocerá los criterios para su implementación óptima.

Dr. Gerardo Arancibia Moreno, consultor especialista en eficiencia energética y energías renovables. gerardo@elementalenergy.cl

MODELOS ÓPTIMOS DE INTEGRACIÓN FOTOVOLTAICA

El principal objetivo de una planta fotovoltaica diseñada para autoabastecer el consumo energético del riego o cualquier otra demanda energética es satisfacer la demanda eléctrica diaria o anual del proceso productivo de forma total o parcial sin generar excedentes energéticos o sea que la producción eléctrica se ajuste lo más posible a la demanda, en tiempo y potencia requerida.

Los modelos de integración fotovoltaica en los diferentes sectores productivos dependerán de la normativa eléctrica vigente en cada país, la forma en que la empresa o procesos producto consume la energía y si estos sistemas están conectados a la red eléctrica local o aislados de esta.

La fotovoltaica ofrece soluciones de sistema integrales para multitud de aplicaciones híbridas con redes diésel y red eléctrica convencional para un consumo óptimo en aplicaciones industriales como packing de procesamiento, cámaras frigoríficas, sistemas de riego y bombeo de alta potencia, etc. La integración arquitectónica de estas plantas es óptima en infraestructuras existentes para cualquier aplicación comercial e industrial: sobre tejados, en campo abierto, en estacionamientos, etc.

SISTEMAS CONECTADOS A LA RED O DE AUTOCONSUMO (ON-GRID)

El autoconsumo energético consiste en el uso de la energía generada por una instalación fotovoltaica para el consumo propio. El principal objetivo de una planta fotovoltaica diseñada para autoconsumo energético es satisfacer la demanda anual de una empresa o proceso productivo, de forma total o parcial, sin generar excedentes energéticos, es decir, que la producción eléctrica se ajuste lo más posible a la demanda, en tiempo y potencia requerida.

En este modelo de gestión energética, la planta fotovoltaica está conectada en paralelo con la red eléctrica local y la demanda de energía se alimenta de estas dos fuentes de forma simultánea dando prioridad de uso a la energía fotovoltaica.

La planta fotovoltaica está formada por módulos fotovoltaicos, inversores on-grid, estructuras de montaje y tableros de seguridad eléctricos parte DC y AC.

A continuación se presenta un diagrama de la planta fotovoltaica integrada eléctricamente al sistema de bombeo y la red eléctrica local.

La solar fotovoltaica será la fuente de energía primaria y durante el día puede alimentar hasta el 100% de la demanda energética de la bomba de riego.

La red eléctrica local será la fuente de energía secundaria que se utilizara como apoyo para estabilizar la producción energética del sistema fotovoltaico en las horas extremas del día (al amanecer y atardecer). De ahí viene el ahorro y la seguridad de que jamás la demanda de energía quedará sin electricidad.

La planta fotovoltaica funciona respaldada con la red local. Cuando la demanda energética crece puntualmente, o un cúmulo de nubes reduce la radiación local y por lo tanto la producción eléctrica del sistema o la planta fotovoltaica deja de producir energía por la noche o por falla imprevista, la planta fotovoltaica toma la energía faltante de la red eléctrica local de forma automática, ofreciendo una flexibilidad total y la máxima eficiencia a la hora de generar y consumir energía eléctrica a muy bajo costo.

Existen 3 formas de gestión energética cuando el sistema fotovoltaico está conectado a red: Net Metering, Net Billing e Inyección Cero.

En el Net Metering, la energía consumida de la red eléctrica cuando la planta fotovoltaica no está generando y la energía fotovoltaica inyectada a la red como excedente o almacenamiento tienen el mismo precio. El Retorno de la inversión fotovoltaica en este modelo es de 2,5-3 años.

El usuario sólo debe pagar la diferencia entre lo consumido y lo inyectado en la factura de cada mes, y en caso de existir un excedente de inyección a la red, la empresa eléctrica debe pagar al usuario cada kWh (unidad de energía) al mismo precio que el de venta.

En el modelo de comercio Net Billing, existe una diferencia entre el precio de la energía consumida de la red eléctrica cuando la planta fotovoltaica no está generando (noche) y la energía fotovoltaica inyectada a la red como excedente. Según la valoración del precio de la energía excedente, se optara por inyectar a red o almacenarla de forma flexible en bancos de baterías o sistemas de almacenamiento calor/frío, calentamiento de agua/aire para otros procesos o bombeo. El Retorno de la inversión fotovoltaica en este modelo es de 3-4 años

Los sistemas fotovoltaicos de Inyección cero se desarrollan cuando no existe normativa que integre la energía fotovoltaica a la red eléctrica local o no existen incentivos para inyectar excedentes a la red. Se diseñan para satisfacer normalmente un 30-40% de la demanda energética diaria de la empresa o lo que es igual al 60 al 80% de la demanda energética que se produce entre la 9 y las 15 horas del día solar. El Retorno de la inversión fotovoltaica en este modelo es de 1,5-3 años

SISTEMAS AISLADOS DE RED O AUTÓNOMOS  (OFF-GRID)

Son sistemas autónomos de alta potencia que no disponen de conexión eléctrica con la distribuidora local.

El principal objetivo de una planta fotovoltaica diseñada de forma autónoma es satisfacer la demanda eléctrica diaria de una empresa o proceso productivo de forma total o parcial, contando siempre con el apoyo secundario o auxiliar  de soluciones híbridas diésel.

Se dividen en equipos fotovoltaicos pre-configurados de corriente continua con controlador fotovoltaico de bomba solar, bomba solar y sistemas de seguridad eléctricos en corriente continua,  seleccionados según demanda hídrica,  presión de trabajo y tiempo de riego por cultivo.

La otra alternativa es trabajar con bombas convencionales de corriente alterna (monofásica/trifásica) y variadores de frecuencia DC/AC. El Controlador se selecciona según potencia,  amperes y voltaje demandado por la bomba.

Los variadores de frecuencia fotovoltaicos para bombas convencionales  suministran potencia a sistemas de bombeo tradicionales usando energía fotovoltaica.

De esta forma es posible convertir sistemas de red eléctrica convencionales en instalaciones que utilicen energía solar fotovoltaica utilizando las mismas bombas de corriente alterna creando sistemas de bombeo independientes que generan un mayor ahorro energético y sostenibilidad productiva.

Los Variadores de frecuencia fotovoltaicos para bombas convencionales convierten el suministro de voltaje DC proveniente de paneles fotovoltaicos en voltaje AC para dar potencia a cualquier bomba con motor trifásico o monofásico.

La velocidad de rotación de la bomba se adapta constantemente a la radiación solar disponible, maximizando la cantidad de agua bombeada y haciendo posible su operación incluso en condiciones de baja radiación.

Son altamente competitivos cuando reemplazan generación en base a petróleo o los costos de extender la red hasta el punto de consumo más los costos asociados de la energía, potencia y peajes eléctricos cobrados en la factura eléctrica al estar conectados de la red local.

Estas plantas fotovoltaicas satisfacen hasta el 100% del consumo eléctrico de la empresa o de sus procesos productivos más demandantes, como bombeo de agua, riego, climatización, cámaras de frío, etc.

La energía se consume de manera directa en el proceso como por ejemplo en sistemas de riego que trabajan de forma continua de 7 a 11 horas al día y pueden utilizar un grupo electrógeno como respaldo auxiliar  para garantizar su disponibilidad siempre que resulta necesaria. Así se asegura la estabilidad de la red y se reducen sus costes operacionales. El uso de partidores suaves permite utilizar potencias máximas de moto-generadores de un 30% a un 50% superior a la potencia nominal de la bomba.

Aplicaciones híbridas Fotovoltaica/Diésel: Las soluciones híbridas diésel y fotovoltaicas permiten ser independientes de los combustibles fósiles, reduciendo sus gastos operativos y del mantenimiento de motores.

Con el modo sin diésel, los generadores diésel se desconectan totalmente reduciendo al mínimo el consumo de combustible. El suministro de corriente se mantiene a la perfección, conservando una calidad eléctrica de la red igual o incluso más estables que la red eléctrica local.

Esto resulta muy rentable, ya que se reducen drásticamente el consumo de petróleo y las horas de trabajo del moto-generador por la energía eléctrica de las instalaciones fotovoltaicas que se caracterizan por ser sistemas que requieren escaso mantenimiento, si están bien diseñadas. El Retorno de la inversión fotovoltaica en sistemas aislados es de 1-2 años.

Sistema de bombeo solar aislado y el paso de nubes: Tal como se muestra en la siguiente imagen, la desventaja es que su funcionamiento es muy sensible al paso de nubes ya que toda la potencia disponible es la del sistema fotovoltaico, y una caída de éste implicará un descenso en la potencia de la bomba, dando lugar a varias situaciones posibles, tal como se indica en la siguiente imagen.

Pequeñas caídas de potencia en el generador fotovoltaico por el paso de nubes: Se reduce la frecuencia de funcionamiento y baja la potencia de la bomba sin llegar a pararse. Ante el paso de nubes que no dejan pasar apenas luz, la potencia del generador cae por debajo de la potencia mínima para que la bomba funcione. Se produce la parada de la bomba.

Sistema de riego híbridos Fotovoltaica/Diésel y paso de nubes: En cambio con un sistema híbrido Fotovoltaica/Diésel, aunque también se vea afectado por el paso de nubes tendrá el respaldo del moto-generador para suplir la energía faltante y mantener el funcionamiento óptimo de bomba. El sistema híbrido Fotovoltaica/Diésel, apoyado en un buen sistema de control, permite gestionar mejor las caídas de potencia del generador fotovoltaico frente al paso de nube.

Más información en  https://bit.ly/2PLopeP