Sistemas fotovoltaicos, futuro actual
Por Doctor Erik Eduardo Vázquez Fernández*
Actualmente los sistemas fotovoltaicos (SFV) son junto con los sistemas eólicos, una de las tecnologías renovables empleadas como alternativa para realizar en el mediano plazo la transición de una matriz energética basada en hidrocarburos a una basada en energías limpias. Sin embargo, es indispensable conocer de manera general el comportamiento de esta tecnología para evaluar su impacto en la generación de electricidad.
Los SFV emplean el efecto fotoeléctrico para aprovechar el espectro de radiación de la luz visible para generar un flujo de tensión y corriente en modo de corriente directa (CD), posteriormente se emplean reguladores e inversores que permiten emplear dicha energía en corriente alterna (CA), que es la energía de la que se dispone en la mayoría de los hogares y empresas.
En cuanto a la generación, esta es intermitente debido a la naturaleza de la irradiación de la que depende su operación, siendo ésta disminuida tanto por situaciones fortuitas, tales como nubosidad, o fallas de diseño, como sombras debidas a árboles y edificaciones cercanas. Así mismo, una mala orientación incidirá directamente en la cantidad de energía generada a lo largo del día y el año, derivada de la posición del sol, haciendo hincapié, en que la forma de la curva de generación es una campana durante el día, ya que ocurre cuando el sol inicia su ascenso, siendo máximo cuando está en el cenit y disminuye cuando va en descenso por la tarde al ocultarse.
Por lo anterior, es importante advertir que no es posible demandarle a este tipo de tecnología un bloque de energía continuo durante el día, por lo que se requiere otro tipo de tecnología, principalmente energía hidráulica, que permita compensar esa fluctuación y que los usuarios siempre dispongan del servicio de energía eléctrica.
En México, los SFV han incrementado su capacidad instalada debido a la posibilidad de adaptarlos en diferentes niveles de tensión, en casas habitación y pequeños comercios en redes de baja tensión hasta comercios y empresas en redes de media tensión, así como en el mercado eléctrico mayorista, con potencias superiores a 3 megawatts (MW) e interconectados a redes de alta tensión.
Por otro lado, existen metas comprometidas por México en diversos foros para la participación de energías limpias en la matriz de generación con miras de disminuir paulatinamente la dependencia de hidrocarburos en la generación de electricidad. Es importante mencionar que la disminución de emisiones contaminantes involucra a diversos sectores, dentro de los cuales el sector eléctrico no es el que mayor participación tiene, pero sí el que mayor inversión ha realizado para disminuirlas.
Debido a la importancia que ha tenido el desarrollo de la tecnología fotovoltaica en los últimos 30 años y su impacto en la población, se han realizado diversos estudios e investigaciones acerca de su funcionalidad, eficiencia, entre otros factores. Lo anterior ha sido indispensable para realizar prospecciones con respecto al uso de la tecnología, esto debido a que la vida útil de los SFV es de veinticinco años, por lo que las primeras grandes centrales instaladas a principios de siglo empiezan a reportar datos acerca de su desempeño durante este ciclo.
Aunado a lo anterior, la tecnología de los módulos fotovoltaicos (MFV) de silicio ha dejado atrás a la tecnología de inversión, habiendo actualmente una gama de alta potencia con parámetros de operación que no pueden ser utilizados por los inversores de cadena salvo los que son módulos de potencia, lo cual genera una escasez de módulos para sistemas comerciales.
En concordancia con lo anterior, una de las áreas de oportunidad reportada es que la potencia generada por los MFV fue menor al prospectado en los diseños iniciales, siendo este tema el desarrollado en una línea de investigación en la Facultad de Ingeniería, Mecánica y Eléctrica (FIME) de la Universidad de Colima, en la cual, se plantea que las características inherentes a la tecnología fotovoltaica, principalmente en los MFV de silicio, han permitido la obtención de eficiencias cada vez más altas bajo condiciones estándar de prueba en el laboratorio bajo condiciones controladas.
Sin embargo, las condiciones diversas de operación presentadas en las diferentes localidades en que se instalen los SFV también impacta en el desempeño de los diferentes tipos de tecnología asociada a los MFV, por lo cual, es necesario llevar a cabo mediciones de los parámetros de operación de las tecnologías de silicio monocristalinas y policristalinas, para determinar qué tecnología presenta el mejor desempeño ante las condiciones de operación presentes en el lugar de emplazamiento.
La línea de investigación de Medición de Sistemas Fotovoltaicos ha desarrollado tecnología de medición propia registrada ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) y actualmente participan en el proyecto siete universidades nacionales y la Comisión Federal de Electricidad (CFE), con el objetivo de realizar la evaluación de tecnología en sitio y posteriormente desarrollar modelos que permitan realizar prospecciones con datos reales de operación en diversas zonas de México, y de ese modo, aportar a los esfuerzos de mitigación del cambio climático.
*Profesor de Tiempo Completo en Licenciatura en Ingeniería Mecánica y Eléctrica e Ingeniería en Mecatrónica, y posgrado en la Maestría en Ingeniería Aplicada
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