La generación de electricidad a partir de un sistema solar, ayuda a disminuir drásticamente lo que se paga por energía eléctrica a la CFE. Es posible producir la electricidad necesaria para una casa, oficina, negocio - industria o comercio – aprovechando la luz solar. Cada caso tiene sus peculiaridades y de estas depende el beneficio que es posible obtener.
El propósito principal en la realización de un proyecto de generación solar es la reducción del importe que se paga de luz y que, por tanto, conlleva a buscar la mejor rentabilidad. La rapidez con que la planta solar es puesta en operación, lo que se va ahorrar por dejar de pagar de luz y el costo del sistema solar, son las variables determinantes del tiempo de recuperación de la inversión. Para realizar un proyecto exitoso con los mínimos retrasos posibles y al mejor precio, es recomendable seguir los siguientes pasos:
1. Planeación y Diseño del Sistema
La Planeación y Diseño del Sistema, es el corazón del proyecto, hay que ser muy meticuloso y observador, ya que un mal diseño puede traer como consecuencia un proyecto sin pies ni cabeza. Esta etapa es el disparador de donde emanaran gran parte de las decisiones para lograr un proyecto exitoso. Esta fase está compuesta de las siguientes tareas;
Elaboración del Plan de trabajo.
Para lograr el objetivo de la rentabilidad del proyecto, es necesario contar con un proceso que permita planear, organizar, controlar, evaluar y corregir las desviaciones súbitamente. Por tal motivo, en esta fase se incorpora a la Oficina de Gestión de Proyectos (OGP o PMO por sus siglas en inglés), que es la encargada de crear los procesos y mejores prácticas que ayudarán a que las operaciones se realicen de una manera ordenada y fluida, se complete en el menor tiempo al mejor precio y de como resultado un proyecto de calidad. Para lo cual se asigna un Líder de Proyecto (AP o PM Project Manager por sus siglas en inglés) que será el responsable de coordinar todos los recursos, esfuerzos y dar seguimiento a la consecución del proyecto. Es imprescindible que el personal de la OGP tenga una amplia experiencia y conocimiento en las normas, leyes, reglamentos y de estar al día de las modificaciones que se publican a través de resoluciones en el Diario Oficial de la Federación (DOF) en lo que se refiere a Generación de Energía Eléctrica, para una eficaz administración del proyecto. Una vez nombrado el PM, su primera función será la elaboración del plan de trabajo para dar inicio al proyecto de producción de energía eléctrica.
Determinación de la Cantidad de Paneles
El cálculo para establecer cuantos paneles se necesitan para el sistema solar, es la pieza determinante para realizar el diseño conceptual. Para deducir este número, primero se debe
saber los kilowatts (kW) consumidos por hora. Esto que suena complicado, es muy sencillo. Solo hay que revisar la parte posterior del recibo más reciente de CFE y obtener la cantidad de kW utilizados en el último año. En la imagen del recibo de CFE, en la columna de “Energía”, se encuentran los kWh consumidos durante el periodo del 11 de Oct del 2018 al 11 de Oct del 2019; estos suman 3,145 kW. El promedio, (3,145 / 364.25 días), es de 8.61 kW diarios. Posteriormente es necesario saber con cuantas horas de irradiación solar se cuenta al día. Para efectos prácticos de este estudio, se va a suponer que solo es posible captar rayos solares, con buena intensidad en donde se localizará el sistema solar, por 5 horas. Entonces hay que dividir los 8.61 kW diarios entre 5 horas, lo que arroja un total de 1.722 kW por hora (kWh) o 1,722 Watts por hora (Wh).
Adicionalmente hay Factores que producen pérdidas en un sistema solar, como puede ser la temperatura, por mencionar uno.
A pesar de que los módulos solares están diseñados para la irradiación solar, la temperatura bajo el cual fueron diseñados es de 25°C en el medio ambiente, al producirse temperaturas superiores, traen como consecuencia la degradación en la producción de energía eléctrica. Para calcular las pérdidas de este elemento, podemos utilizar las hojas de especificaciones de los paneles solares para encontrar la información de la Potencia Máxima (Pmax) y el Coeficiente de Temperatura para la Potencia – Power Temperature Coefficient – que nos ayudan a determinar estas mermas.
Para efectos de este ejemplo, se utilizará el Total de Pérdidas Fotovoltaicas de la gráfica superior, que son de 17.3%. En este supuesto se seleccionaron paneles de 395 Wh – STC –, de acuerdo con las especificaciones del fabricante, como se aprecia en la siguiente tabla, este panel en condiciones normales de operación– NOCT – genera 294 Wh en la realidad. Ahora hay que restar el 17.3% de pérdidas totales del sistema fotovoltaico, (1 - 0.173= 0.827) x 294 Wh, resultando que este panel, una vez instalado, va a entregar solamente 243.14 Wh.
Finalmente, si se requieren 1,722 Wh (1,722 Wh / 243.14 Wh por panel = 7.08) se necesitarán 8 paneles para cubrir el consumo de energía eléctrica.
Estudio de Espacio Disponible vs Requerido
Una vez que se conoce cuántos paneles teóricamente se necesitan, se usará esta información para determinar el espacio requerido. Esta tarea está compuesta de dos etapas, primero, calcular el espacio requerido y después realizar una visita de campo para definir el espacio disponible.
Calcular el espacio requerido
Siguiendo con el ejemplo anterior, hay que recurrir nuevamente a la hoja de especificaciones técnicas y en la sección de Características Mecánicas – Mechanical Characteritics – muestra que cada panel mide 2.010 Metros de largo por 1.0 Metros de Ancho, lo que arroja 2.010 M2 por panel, más un espacio adicional por la separación que hay entre los módulos, se necesitan 2.05 M2 aproximadamente por panel; multiplicado por 8 módulos, que fueron los calculados anteriormente, resulta que se va a requerir de un espacio de 16.4 M2.
Realizar una visita de campo para definir el espacio disponible
Una vez que se sabe hipotéticamente el espacio que se requiere, se procede a la visita de campo. El objetivo de esta tarea es conocer la superficie donde se ubicarán los paneles, para:
· Corroborar que hay el espacio necesario
· Definir la estrategia de fijación de los soportes
· Condiciones en que se encuentra el área
· Orientación e inclinación que va a ser posible dar a los módulos.
Esta inspección es trascendental, ya que de aquí se desprenden gran parte de los datos necesarios para el cálculo de pérdidas fotovoltaicas y el diseño definitivo.
En el sitio, es importante observar los cuerpos que en cierto momento pueden obstruir los rayos solares en donde se planea ubicar los paneles – Arboles, Cisternas, Bardas, etc. –. Ya que cualquier sombra sobre los módulos, traerá como consecuencia, una pérdida considerable en la eficiencia del sistema solar. Así mismo es recomendable utilizar un dron, para obtener un mejor punto de vista del proyecto, como se observa en la imagen superior.
Una vez concluida la inspección, habrá que regresar al escritorio a realizar el modelado de sombreado. De este estudio se obtiene la irradiación solar que recibirán los paneles, durante las horas del día en las 4 diferentes estaciones del año y como consecuencia, las pérdidas por sombreado. Adicionalmente este modelo ayuda a determinar la mejor ubicación de los paneles, como se aprecia en las siguientes imágenes.
Una vez concluidas estas tareas, se evalúan la mezcla de precios con las diferentes capacidades de generación de los paneles, disponibles en ese momento en el mercado, para llegar a determinar la opción que produce la mejor rentabilidad del proyecto. O sea, al encontrar la relación optima entre la eficiencia de los paneles, el espacio disponible y el número de módulos se obtiene el mejor Precio vs Desempeño.
Lo que quiere decir, que, si se cuenta con espacio de sobra, no se requiere colocar los paneles más eficientes, ya que esto traerá como consecuencia un sistema muy costoso; se puede buscar paneles con un poco de menos eficiencia y ahorrar mucho dinero, haciendo el proyecto más rentable.
Poniendo números a la descripción anterior, (en este caso, se ignoran las variables de pérdidas fotovoltaicas por cuestiones de simplificar el modelo de estudio), si se requieren 2kWh de potencia, con paneles de 435Wh, se necesitarían 5 paneles (435 x 5 = 2,175 Watts) y si cada panel vale $140.00 Dólares, el costo sería de $700.00. En contraste, poniendo paneles de 385Wh, se utilizarían 6 paneles (385 x 6 = 2,310 Watts), que tienen un costo de $85.00 Dólares, el importe resultaría de $510.00. Como se puede ver, hay un ahorro importante del 28% y la diferencia entre la eficiencia de los paneles, es tan solo del 12%. Esto finalmente llevará a que la recuperación de la inversión del proyecto sea en menor tiempo. Inclusive, con la opción de los segundos paneles, se obtiene una mayor producción de energía dando espacio a un incremento de la energía que se consume actualmente.
Una vez hecha la selección de los paneles, se busca el Inversor adecuado para el proyecto. Así como con los paneles, existen diferentes alternativas de marcas y capacidades de inversores, por lo que hay que analizar las diferentes opciones y seleccionar el más conveniente al proyecto.
Elaboración del Proyecto de Instalación
El Proyecto de Instalación, es llevar a escala los espacios y los diferentes componentes del sistema, para proyectar en un plano como serán instalados y determinar las distancias que nos ayudarán a definir las características de los materiales de cableado y canalización requeridos.
Con toda la información anterior, se realiza el cálculo del Total de Pérdidas Fotovoltaicas del sistema, se hace una última revisión de los valores contra los requerimientos de la producción de electricidad necesaria, llevando a cabo los ajustes pertinentes para terminar con el Diseño Definitivo. Es importante reiterar que, para la realización de un diseño adecuado, es importante tener el conocimiento de las Leyes, Normas, Reglamentos, Resoluciones publicadas en el DOF, etc. de las entidades que de alguna forma, tiene injerencia en la generación de energía eléctrica.
Finalmente se procede a realizar la explosión de materiales, – cálculo del metraje y calibres de cables de Corriente Directa (CD) y Corriente Alterna (CA), así como los diámetros y cantidad de material de canalización, sujeción y puesta a tierra –, obteniendo como resultado de este proceso, el listado de componentes y materiales.
Desarrollo de la mejor rentabilidad del proyecto
En Inergy, evaluamos cada una de las diferentes alternativas de Espacio, Paneles, Inversores, Estructuras y Materiales, dando cabal cumplimiento con las Normas Oficiales Mexicanas para instalaciones eléctricas, NOM-001-SEDE-vigente, las de CFE, CFE G0100-04, Interconexión a la Red Eléctrica de Baja Tensión de Sistemas Fotovoltaicos con Capacidad hasta 30kW y el Manual de Interconexión de Centrales de Generación con Capacidad Menor a 0.5MW, para cada proyecto particular y diseñar la alternativa más rentable.
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2. Cotización de los Componentes del Sistema
Una vez terminado el diseño definitivo y se cuenta con el detalle de materiales y componentes se procede a cotizar cada uno de los elementos, incluyendo mano de obra y otros gastos necesarios para la ejecución del proyecto para llegar al mejor precio de la realización del sistema solar.
En esta tarea es muy importante tener presente las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y los requerimientos de la Normatividad de CFE, Comisión Reguladora de Energía (CRE) y del Centro de Nacional de Control de Energía (CENACE) para evitar retrasos a la hora de las Inspecciones, que son un requisito para la autorización a realizar los contratos de Interconexión y Contraprestación del servicio eléctrico. En otras palabras, para poder poner en operación el sistema solar.
Adquisición de los Componentes del Sistema Solar
En Inergy, somos distribuidores autorizados de las mejores marcas que cumplen con las certificaciones necesarias de acuerdo con la normatividad del sector eléctrico especializado en sistemas de generación de energía renovable. Contamos con un departamento de compras especializado en cada uno de los diferentes componentes para la búsqueda de los mejores precios, respetando la calidad de los materiales, para así obtener el menor costo y presentar una oferta, orientada a la rentabilidad del proyecto. No estamos casados con ninguna marca en particular, sino que buscamos y en cada caso particular, armamos una propuesta con el mejor precio del momento, aprovechando las ofertas que hacen en ese instante los fabricantes.
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3. Instalación del Sistema Solar
El proceso de la Instalación de un sistema Solar, también conocido como proceso de Ingeniería, Procura y Construcción (IPC o EPC Engineering, Procurement and Construction EPC, por sus siglas en inglés), es el proceso de la realización del proyecto. En esta actividad la OGP juega un importante papel, ya que es donde se realizará la mayor parte de trabajo que requiere de mucha coordinación para que la ejecución de este proceso fluya, se realice con eficiencia y eficacia, evitando retrasos en la entrega del proyecto.
Este proceso contempla las siguientes etapas;
Conocimiento de la Normatividad
La ejecución del proyecto requiere de amplia experiencia y conocimiento de la NOM-001-SEDE-vigente – Norma Oficial Mexicana Instalaciones Eléctricas (utilización) – la Normatividad de la CFE, Ley de la Industria Eléctrica, Ley de la Transición Energética, de las Resoluciones publicadas en el DOF, por mencionar algunas, con la finalidad de lograr terminar un proyecto sin retrasos a la hora de las inspecciones. Así mismo, los instaladores deberán contar con las certificaciones y experiencia acreditable, con la finalidad de prevenir retrasos, accidentes o desperfectos tanto en la colocación de los materiales como en los inmuebles durante el proceso de instalación y adicionalmente evitar en el futuro fallas por instalaciones con vicios ocultos.
Ingeniería del Proyecto, Estructuras, Construcción y Ambientales
En este apartado, además de las consideraciones específicas de Ingeniería del propio proyecto, es importante contemplar las cuestiones de las estructuras donde se apoyarán los diferentes componentes del sistema solar, para garantizar que la instalación sea adecuada al tipo de superficie y pueda soportar el peso de los equipos a colocar. En algunos casos es recomendable la intervención de un Director Responsable de Obra (DRO) para certificar que la construcción es lo suficientemente sólida para cargar el equipo a ser instalado. Es importante no perder de vista los aspectos ambientales, ya que, dependiendo del proyecto, se puede requerir Estudios de Impacto Ambiental, Impacto Social y Permisos de Construcción.
Inspecciones
En cuanto a las inspecciones, CFE realiza una donde solicita los folletos de los equipos para validar su calidad y que estos son aceptados de acuerdo con la lista de equipo aprobado de CFE, para posteriormente hacer una visita en sitio, cuando cambia el medidor por uno bidireccional. También será necesario contar con un cuadro de cargas y diagramas unifilares para ser entregados junto con la solicitud de Interconexión. Dependiendo del proyecto, puede ser requerido un Certificado de la Unidad Verificadora de Instalaciones Eléctricas de la Secretaría de Energía (UVIE – SEDE), de la Unidad de Inspección (UI) de la Comisión Reguladora de Energía (CRE) y los permisos del Centro Nacional de Control de Energía (CENACE).
Limpieza y Seguridad del Área de Trabajo
La instalación deberá llevarse a cabo con equipo de seguridad, con limpieza en el área de trabajo y es recomendable contar con un seguro de responsabilidad civil.
Pruebas Preoperativas
Por último, una vez finalizada la instalación, se requiere hacer las pruebas preoperativas para validar que todo funciona de acuerdo con el diseño original.
4. Trámites y Contratos
Una vez concluidas las pruebas preoperativas con éxito, se procede a la realización de los trámites para que el sistema pueda entrar en funcionamiento.
Si se cumplieron con todas las normas aplicables y se cuenta con los certificados requeridos en cada fase del proyecto de instalación, este proceso debe de ser muy ágil, de lo contrario se incurrirá en retrasos con pérdidas incalculables y en casos, se convierten en rotundos fracasos, llevando a la cancelación del proyecto solar.
El objetivo final de esta fase es obtener la firma de los contratos de Interconexión y Contraprestación con la CFE o el suministrador seleccionado. Para esto se deberá de contar con todos los requisitos de la Solicitud de los contratos. Estos pueden ser tan sencillos como tener llena la forma de la solicitud, los folletos y manuales de los equipos, copias de los representantes legales, actas constitutivas o títulos de propiedad, estar al corriente con los pagos de los recibos de luz, cuadros de carga y diagramas unifilares. O muy sofisticados requiriendo adicionalmente a lo anterior, Uso de Suelo, Proyecto Ejecutivo, Cálculos de Estructura y Responsabilidad de un DRO, Certificación de un UVIE, de la UI, permisos del CENACE, Estudios de Impacto Ambiental y Social, Permisos de Construcción y Certificación de Protección Civil.
5. Puesta en Operación del Sistema Solar
Una vez concluidos todos los trámites, CFE procede a hacer el cambio del medidor actual por uno con capacidad bidireccional, para llevar la contabilidad de la energía recibida y entregada a la red eléctrica y finalmente se obtendrá la instrucción de prender los equipos para que el Sistema Solar entre en Operación
6. Finalización de Proyecto y Entregables
Una vez concluidos todos los trabajos y el sistema está en marcha, es importante contar con la carpeta que contiene toda la documentación del proyecto:
· Firma de Aprobación de la UVIE – SEDE
· Reporte de la UI
· Constancia de Permisos del CENACE con sus respectivos estudios y recibos correspondientes.
· Estudio Ambiental y de Impacto Social
· Reportes de Sesión de Equipos a CFE y Constancia de Sigla 3
· Permisos de Construcción
· Visto Bueno de Protección Civil
· Carpeta con Cálculos de Estructura firmados por el DRO
· Proyecto Ejecutivo
· Carpeta con los Diagramas Unifilares
· Carpeta con Folletos de los Equipos con sus Manuales de Operación
· Memorias de Cálculo para los Alimentadores, Protecciones, Sistema de Tierras y Canalizaciones
· Diseño de Instalación de paneles solares con Modelado de Irradiación Solar
· Bitácora de Obra
· Reporte de Seguimiento de la OGP
· Manual de Operación, Mantenimiento y Cuidados, junto con toda la información necesaria para soporte, garantías y teléfonos de contacto.
· Curso de Capacitación para Mantenimiento y Operación
· Manual de Monitoreo, Mantenimiento y Operación
· Contrato de Interconexión y Contrato de Contraprestación
· Archivo Fotográfico
· Carta de Aceptación del Proyecto
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