RESUMEN DISEÑO DE La tecnología fotovoltaica es la única que puede producir, a partir de una fuente renovable, electricidad allí donde se consume; a partir de este principio, desarrollamos la investigación sobre cómo podríamos diseñar un sistema fotovoltaico para la generación de electricidad, ya sea para suplir una necesidad específica o para la inyección a la red convencional de distribución eléctrica, o ambas, teniendo en cuenta todas las condiciones del medio. Ernesto A. Glez. Seiglie SISTEMAS FV PIM Ingeniería Mecánica, CETER, Grupo 43 #7 Resumen: La tecnología fotovoltaica es la única que puede producir, a partir de una fuente renovable, electricidad allí donde se consume; a partir de este principio, cómo podemos diseñar un sistema fotovoltaico para la generación de electricidad, ya sea para suplir una necesidad específica o para la inyección a la red convencional de distribución eléctrica, o ambas, teniendo en cuenta todas las condiciones del medio. Palabras claves: fotovoltaica, radiación, celda, sol, inversor, cableado, estructura, módulo, soporte, fijación, energía, sistema, paneles, instalación, eficiencia. Abstract: The photovoltaic technology is the only one, from a renewable source of energy, that can produce electricity in the same spot where it consumes this energy; based on this principle, how can we design a photovoltaic array for the generation of electricity, for a specific application or to inject this into the conventional electrical distribution or both, considering all the conditions of the surroundings and the environment. Key words: Photovoltaic, radiation, cell, sun, invertor, wiring, structure, module, support, fixing/biding, energy, system, panel, installation, efficiency. 1 Glosario de términos CD – corriente directa CA – corriente alterna Wp – watt pico Si-a – silicio amorfo Si-c – silicio monocristalino Si-p – silicio policristalino BOS – Base Of System 2 Indices INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................................... 5 Diseño Teórico Metodológico .......................................................................................................... 6 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................................................... 8 SISTEMAS FV Y TODO LO QUE TENER EN CUENTA A LA HORA DE SU DISEÑO .............................................. 10 El Sol .............................................................................................................................................. 10 Radiación Directa .......................................................................................................................... 11 Radiación Difusa ............................................................................................................................ 12 Relación entre radiación directa y difusa en Cuba ........................................................................ 12 Celda Solar..................................................................................................................................... 14 El Watt Pico ................................................................................................................................... 15 Relación del watt pico con horas pico y la radiación solar ............................................................ 16 Componentes de un Módulo FV .................................................................................................... 17 Innovaciones tecnológicas en los módulos fotovoltaicos .............................................................. 18 Módulos fotovoltaicos integrados inteligentes ............................................................................. 18 El Sistema Fotovoltaico ................................................................................................................. 19 Instalaciones fotovoltaicas remotas aisladas ............................................................................... 19 Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red ............................................................................... 19 El balance del sistema fotovoltaico ............................................................................................... 19 Inversor fotovoltaico ..................................................................................................................... 21 Características de los inversores fotovoltaicos ............................................................................. 21 Clasificación de los inversores ....................................................................................................... 24 Estructuras soportes fotovoltaicas ................................................................................................ 24 Fijación del módulo a la estructura ............................................................................................... 25 Resistencia de la propia estructura ............................................................................................... 25 Fijación de la estructura a la superficie ......................................................................................... 26 Cableado........................................................................................................................................ 26 Eficiencia de las instalaciones fotovoltaicas ................................................................................. 27 Construcción, montaje y mantenimiento ...................................................................................... 28 Estructuras fotovoltaicas y el viento ............................................................................................. 28 Ángulo de inclinación (tilt) de 15° ................................................................................................. 30 Obstáculos rompe vientos ............................................................................................................. 31 Sistemas fotovoltaicos en techos, cubiertas y suelos .................................................................... 31 3 Orientación de los paneles ............................................................................................................ 32 La impermeabilización .................................................................................................................. 34 Mantenimiento de sistemas fotovoltaicos conectados a red........................................................ 36 Instalaciones fotovoltaicas en techos y cubiertas vs. suelo .......................................................... 41 Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red, descentralizadas y centralizadas ......................... 41 Sistemas fotovoltaicos fijos vs. con seguimiento .......................................................................... 42 Características de sistemas fotovoltaicos fijos .............................................................................. 43 Almacenamiento eléctrico en baterías vía fotovoltaica ................................................................ 44 Baterías de nivel Utility ................................................................................................................. 44 CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 46 RECOMENDACIONES ............................................................................................................................. 48 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................................. 49 4 INTRODUCCIÓN Está claro que los combustibles fósiles son la principal fuente de generación de energía a nivel mundial, pero su continuo uso nos conduce a dos graves problemas: perjudica considerablemente nuestro medio ambiente, como resultado son el calentamiento global y el agujero en la capa de Ozono, y existe el factor del consumo de dicho combustible que excede a lo que el planeta es capaz de generar naturalmente, como resultado, su inexistencia en el futuro. Esta situación lleva al hombre a tomar medidas y acciones alternativas: las energías renovables; éstas pueden proteger el ecosistema por su escaso o nulo contenido de sustancias tóxicas después de la combustión, y tienen carácter inagotable dado que son capaces de regenerarse por medios naturales o por la gran cantidad de energía que contienen. Una de las alternativas del mundo actual es la utilización de la energía proveniente del Sol, y convertirla en energía eléctrica a través del fenómeno fotoeléctrico. La energía solar fotovoltaica es un tipo de electricidad renovable (energía eléctrica, -voltaica) obtenida directamente de los rayos del sol (foto-) gracias a la foto-detección cuántica de un determinado dispositivo; normalmente una lámina metálica semiconductora llamada célula fotovoltaica, o una deposición de metales sobre un sustrato llamada capa fina. También están en fase de laboratorio métodos orgánicos. La FV (Fotovoltaica) es la fuente de energía eléctrica de más rápido crecimiento en la última década a nivel mundial. La FV aprovecha el recurso “radiación solar” para a través de dispositivos electrónicos directamente convertirla en electricidad, con la posibilidad de aplicarla no solo en sistemas aislados autónomos sino, lo que es más importante aún, de inyectarla a la red eléctrica convencional. Los sistemas FV en aplicaciones terrestres comienzan su empleo en lugares apartados de la red pública donde es difícil y costoso llegar con una extensión de la red eléctrica convencional. En la última década del siglo XX se inicia su instalación en sistemas conectados a red, subvencionados por gobiernos que vieron sus potencialidades. Esto provocó un intenso proceso de inversión en investigación, desarrollo y producción que ha llevado a un nivel de masificación de la producción que ha provocado una gran reducción de los costos de fabricación de los módulos. El resto de los componentes del sistema también han sufrido una significativa reducción de costos. Es necesario tener en cuenta que la generación eléctrica fotovoltaica es la única que puede producir, a partir de una fuente renovable, electricidad allí donde se consume. Se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas y para producir electricidad para redes de distribución. 5 Diseño Teórico Metodológico Tema: Diseño de sistemas FV. Problema de investigación: ¿Cómo diseñar e instalar un sistema FV dado unas condiciones específicas? Objeto de estudio: Proceso de diseño e instalación de sistemas FV. Campo de acción: Procedimiento para el diseño e instalación de un sistema FV bajo condiciones específicas. Objetivo de la investigación: Diseñar e instalar un sistema FV bajo condiciones específicas. Hipótesis: Si se realiza un diseño correcto de un sistema FV para unas condiciones específicas, es factible su instalación y explotación. Tareas de investigación: 1. 2. 3. 4. 5. Análisis y revisión bibliográfica sobre sistemas FV. Desarrollar un diagrama sobre todos los componentes dentro de un sistema FV. Definir dichos componentes. Determinar los instrumentos que se usan para la medir la radiación solar. Previsión de las condiciones específicas, como por ejemplo: condiciones geográfica y geofísica de la instalación, determinación de la ventana solar y ángulo de inclinación de los módulos, determinación de la relación entre horas de pico solar y consumo energético y producción, influencias de las zonas sombreadas u horarios de sombra, economía de los materiales a usar y su eficiencia, determinación de la construcción, montaje y mantenimiento del sistema, y por ende, su aplicación. 6. Desarrollar un algoritmo para un correcto diseño de sistemas FV bajo condiciones específicas. 6 Métodos de Investigación: Análisis y síntesis (teórico): Se utilizará para determinar las bases teóricas que fundamenten y permitan el correcto diseño de sistemas FV acorde a las condiciones prestablecidas cumpliendo parámetros técnicos y económicos. 7 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Ventajas prácticas del uso de la energía solar como fuente de producción de electricidad La energía solar fotovoltaica se produce usando el principio de la celda fotovoltaica descubierto por Edmond Bequerel en 1839, entre sus ventajas se pueden citar las siguientes[1]: - Energía disponible en todo el mundo. El Silicio constituye el 26 % de la corteza terrestre. Es la más instantánea de todas las energías renovables. No tiene partes móviles y por tanto no sufre desgastes. Aplicaciones desde menos de 1 Wp hasta más de 1 000 MWp. Fácil traslado y fácil instalación. Su instalación puede ser progresiva adicionando potencia por etapas. En su explotación se utiliza poca o ninguna agua. Es de las tecnologías menos contaminantes del medio ambiente. Tiene el menor costo de operación y mantenimiento de las fuentes de generación eléctrica. Generador eléctrico silencioso, apto para ambiente urbano cerca del hombre. El uso de la radiación solar que incide sobre la tierra es especialmente beneficioso debido a los factores siguientes[1]: - Esta radiación permanece estable (dentro de un 10 %) en promedio de un año a otro. A nivel del suelo, proporciona una media de 1 000 Wh/m² al día, aunque esto depende de aspectos tales como: la latitud el ángulo de la superficie y la orientación el grado de contaminación la época del año el grosor de la capa de nubes la hora del día y la sombra La irradiación horizontal global, que es la cantidad de energía recibida anualmente sobre un plano, varía de 700 kWh/m2 al año cerca de los Círculos Polares a 2 500 kWh/m2 al año en las zonas desérticas. Ventajas ambientales El uso de la energía solar permite reducir el consumo de combustibles fósiles, que es la causa principal del calentamiento global y la contaminación atmosférica. La energía solar contribuye al desarrollo sostenible y también cumple con las políticas de la Unión Europea, que aprobó en marzo de 2007 un decreto que establecía los siguientes objetivos para 2020[1]: 8 - Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 20 %. Reducción del consumo energético en un 20 %. El 20 % del consumo total de energía debe provenir de energías renovables. Vista al Mundo Actualmente muchos gobiernos del mundo (Alemania, Japón, EEUU, España, Grecia, Italia, Francia, ...) están subvencionando las instalaciones con un objetivo estratégico de diversificación y aumento de las posibilidades tecnológicas preparadas para crear electricidad de forma masiva. La gran mayoría de las instalaciones conectadas a red están motivadas por primas muy elevadas a la producción, pagándose al productor 5 o 6 veces el coste de la energía eléctrica generada por vías tradicionales, o mediante incentivos fiscales, lo que ha generado críticas desde grupos favorables a un mercado libre de generación eléctrica.[2] Perspectiva en Cuba Según las proyecciones del plan de la economía nacional hasta 2030, para ese año las fuentes renovables de energía deberán aportar el 24 % de la electricidad generada en el país[1]. Según los especialistas, Cuba recibe un promedio de radiación solar superior a los 1 800 kWh/m2 al año, lo cual avala las potencialidades existentes. 9 SISTEMAS FV Y TODO LO QUE TENER EN CUENTA A LA HORA DE SU DISEÑO El Sol El Sol es un reactor de fusión nuclear gigantesco, con temperaturas del orden de 107 grados (oK) en su centro; consume 20 millones de millones de toneladas de hidrógeno, o sea, cien mil millones de veces menor que el contenido total de H2 que posee. La potencia de radiación que emite es gigantesca, de 3.8 x 1011 millones de GW. Al planeta, antes de entrar a la atmósfera en forma ininterrumpida, llega una radiación constante, cuya potencia es 1 366 kW/𝑚2 (denominada constante solar). Para calcular la energía que llega durante un año a las inmediaciones del planeta, antes de entrar a la atmósfera terrestre, se debe multiplicar la constante solar (potencia) por las horas contenidas en un año, o sea, 24 horas por 365 días = 8 760 horas, que es aproximadamente 12 000 kWh/𝑚2 /año. Sin embargo, lo que llega a la superficie de la tierra es mucho menos, debido a distintos factores: el Sol ni sale ni se esconde, quien lo hace es el planeta desde cualquier lugar producto de su rotación, que provoca la intermitencia día-noche 100 % predecible, aspecto tener en cuenta para la explotación de la energía solar; el recorrido de los rayos solares al atravesar la atmósfera, que varía en función de la distribución geográfica y del tiempo para cada lugar específico. La masa de aire recorrida cuando los rayos del Sol cruzan en forma perpendicular se define como masa 1.0 (ma 1.0), la cual va aumentando en dependencia de la inclinación del trayecto de la radiación en la atmósfera[3]. 10 Radiación Directa La radiación directa es la que llega del Sol sin desviaciones previas. Esta se descompone en dos, una tangencial a la superficie de la Tierra y la otra que llega en forma perpendicular a la superficie y cambia de acuerdo con la latitud, la cual influye en que la instalación fotovoltaica reciba menos radiación, al poner el ángulo de inclinación de los módulos fotovoltaicos en 00 con respecto a la superficie de la Tierra; por eso es necesario ir inclinando más el ángulo, en la medida que la instalación se mueva desde el ecuador hacia los polos, colocando el módulo mirando hacia el sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur. Aunque también existe la variante de orientar los módulos fotovoltaicos hacia el este-oeste[3]. 11 Radiación Difusa Debido a la dispersión de la radiación electromagnética solar en la atmósfera, a cualquier punto de la superficie llega, además de la radiación solar directa, la radiación difusa, la cual no incide directamente desde el Sol, sino proviene de casi toda la bóveda celeste. La radiación que se dispersa en mayor grado es la que se corresponde con la longitud de onda del azul del espectro, lo que le da la coloración que se percibe del cielo. La radiación difusa es mucho menor en zonas desérticas (sin nubes), aproximadamente 15 % de la radiación total. En zonas con mayor nubosidad puede llegar hasta 40 %, como es el caso de Cuba. La intensidad de la radiación solar tiene un espectro, en dependencia de la longitud de onda, en nanómetros (nm), que va desde la luz ultravioleta (UV), invisible para el ojo humano hasta el infrarrojo. La absorción se produce en bandas de longitudes de onda debido fundamentalmente, a vapores de agua y de CO2[3]. Relación entre radiación directa y difusa en Cuba La componente directa de la radiación solar en Cuba constituye un promedio de 65 %; la componente difusa es relativamente alta, originada por la dispersión selectiva, mayor en las longitudes de onda que se corresponden con el color azul visible de los rayos del Sol. En Cuba la alta nubosidad aporta más a la radiación difusa, que puede llegar a 40 % del total, por lo cual disminuye el aporte que pueden dar los sistemas fotovoltaicos con seguimiento de la radiación directa del Sol. En la siguiente figura se muestra, en color amarillo, el nivel de la radiación solar que llega a las inmediaciones externas de la atmósfera, de la parte iluminada del planeta durante las 24 horas, con una potencia aproximada, referida anteriormente como constante solar, de 1366 kW/ 𝑚2 . Para un mismo lugar geográfico, la radiación es de cero durante la noche hasta una 12 potencia máxima aproximada de 800 kW/𝑚2 al mediodía, para una radiación promedio de energía, ya referida, de 1 825 kWh/𝑚2 /año. La radiación directa se puede reflejar y concentrar, mientras que la luz difusa, que proviene de todas direcciones no es posible concentrarla. Sin embargo, ambas son aprovechables. La radiación solar no hay que extraerla, estará por cientos de millones de años en una cantidad promedio estable, distribuida por todo el país como fuente primaria de la fotovoltaica, en relojes, casas, comercios, fábricas, transportes, agricultura, plantas fotovoltaicas de hasta cientos de mega watt. Toda el área del archipiélago cubano recibe en su superficie unos 200 millones de GWh al año. De acuerdo con la actual eficiencia fotovoltaica, se generan 1000 GWh de energía eléctrica fotovoltaica en un área de alrededor de 10 k𝑚2 , relación que aumentará paulatinamente con el transcurso de los años, con el incremento de la eficiencia de las celdas solares[3]. 13 Celda Solar Una celda solar, es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotovoltaico[4]. Compuestos de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. La eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente (producidas a partir de silicio monocristalino) está alrededor del 11-12%, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 14-19% de las células de silicio monocristalino. También existen Las células multicapa, normalmente de Arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 42% con nuevos paneles experimentales[3]. La vida útil media a máximo rendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye. Al grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como módulo fotovoltaico. Los módulos fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V ó 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo[3]. El tipo de corriente eléctrica que proporcionan es corriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia. 14 El Watt Pico En la producción industrial y también para los costos fotovoltaicos en el mercado todo se representa en watt pico (Wp). Cuando hablábamos de la radiación solar, se vio que en forma ininterrumpida, llega a la parte exterior de la atmósfera terrestre alrededor de1366 MW/𝑚2 , mientras la rotación del planeta hace que su mitad esté iluminada o no; por otra parte, en la atmósfera y la superficie se producen reflexión, absorción y dispersión de los rayos del Sol, por lo que en cualquier lugar de la superficie terrestre se produce una radiación solar que no es continua y que idealmente se aproxima a la forma que aparece a continuación. Con una potencia cambiante P (t), la energía suministrada por el Sol en el lugar sería: Potencia definida por el área sombreada en amarillo, con un comportamiento que cambia mucho de acuerdo con el lugar del planeta, por lo que se debe buscar, entre otros aspectos, una referencia cómoda que permita unificar los cálculos que se realizan en función de la generación eléctrica fotovoltaica y de los costos de las celdas, sobre todo de los módulos fotovoltaicos[3]. El Sol artificial Como la radiación solar no es constante, para lograr una radiación de referencia con similares valores promedios a la del Sol natural, se utiliza un Sol artificial, con un espectro lo más cercano posible al del Sol, a 25 °C, después de pasar un promedio de 1.5 de la masa de aire (ma) atmosférica. La potencia brindada para el Sol artificial es de 1000 W/𝑚2 , para iluminar las celdas o 15 los módulos fotovoltaicos perpendicularmente, los que reciben una potencia distinta de acuerdo con el área de cada celda o módulo (panel). En la siguiente figura se muestra el esquema de medición de watt pico[3]. Por ejemplo, un módulo de 1 𝑚2 que recibe 1 kW de potencia, para una eficiencia de 15 %, genera 150 Wp; para otro módulo de similar área con una eficiencia de 18 %, genera 180 Wp. Relación del watt pico con horas pico y la radiación solar En la siguiente figura se muestra un área verde igual al área amarilla que caracterizan ambas. La misma energía solar suministrada por el Sol en 24 horas es una referencia aproximada de la realidad, ya que el Sol que llega a la superficie no es constante en el tiempo. Las celdas y módulos fotovoltaicos se comercializan en dólares por watt pico, concepto muy cómodo para definir costos, diseños, introducción del concepto de horas «pico» y calcular costos de generación eléctrica de los sistemas fotovoltaicos. A P(t) constante de 1000 W/𝑚2 , b determina la misma energía solar que a durante n horas (denominadas pico)[3]. 16 Componentes de un Módulo FV La estructura del módulo de silicio cristalino se muestra en la siguiente figura. El módulo dispone, en la parte superior, de una lámina de vidrio templado texturado, con menos de 3 mm de espesor; a continuación, una lámina de etil vinil acetato transparente (EVA); después, el arreglo de celdas fotovoltaicas interconectadas por una cinta estrecha de estaño, con otra lámina posterior de EVA debajo de las celdas, seguida de una lámina de Tedlar y al final un marco de aluminio. Actualmente, más de 40 % del costo del panel fotovoltaico es de materiales. Reducir la cantidad de material a utilizar y disminuir el costo por unidad de peso y área es trascendental.[3] El módulo se encapsula herméticamente con selladores poliméricos a temperaturas específicas, con un aumento de la resistencia mecánica que resiste vientos de más de 220 km/hora verticalmente; incluso, aunque no se debe, se puede caminar por encima de él.[3] 17 Innovaciones tecnológicas en los módulos fotovoltaicos Además de las últimas innovaciones en los módulos fotovoltaicos (nueva estructura vidrio-vidrio con más tiempo de vida útil, más resistencia mecánica, menos acumulación de suciedad en bordes del marco de aluminio, y aumento del protocolo de CD a 1500 volt), en los últimos años se han venido desarrollando otras innovaciones en módulos integrados como las que tienen incorporado la electrónica de potencia o agregados desde la propia fábrica de módulos, con vistas a mejorar su funcionamiento, como los optimizadores que siguen el punto de máxima potencia. Existen cuatro variantes de arquitecturas para la introducción de la electrónica de potencias directamente en los módulos fotovoltaicos (module-level power electronics-MPLE), las que también se pueden combinar[3]. Estas variantes son: 1. Módulos mejorados o de seguridad en función de la seguridad, que permiten una rápida desconexión del módulo. 2. Módulos optimizados, que optimizan la potencia de CD a CD, y siguen el punto de máxima potencia para el módulo. 3. Módulos inteligentes que, además de optimizar la potencia CDCD, controlan el voltaje de CD de salida, permitiendo mayores longitudes de strings, o sea, una cantidad de módulos conectados en serie. 4. Módulos de CA, que permiten la conversión de CD a CA debido a la incorporación en el propio módulo de microinversores. Módulos fotovoltaicos integrados inteligentes Los módulos inteligentes de corriente alterna (CA) fueron introducidos en el mercado por primera vez en el año 2011. Para esa época, los módulos mejorados u optimizados, que tenían microinversores y dispositivos optimizadores, correspondientes al módulo de nivel de electrónica de potencia (MLPE), constituían tecnologías prometedoras no consolidadas, aunque fueron creciendo rápidamente en el mercado. En 2014 era 1.3 GW y el pronóstico de crecimiento cercano a 40 % anual. No obstante, continuó siendo mucho más pequeño que otros segmentos de inversores de mayores potencias como las de nivel central-utility y trifásicos-string. El objetivo de la introducción de los módulos inteligentes de CA es, junto con otras innovaciones de la fotovoltaica, tributar a mejores soluciones, simplificar costos que dependen del trabajo directo humano, eliminar redundancias y sobre todo disminuir costos. La GTM Research pronosticó que el mercado anual para instalaciones propiamente de módulos inteligentes y de CA crecería mundialmente de 73.3 MW en 2014 a más de 1 GW hacia 2020 Fig. 7.17); pero una modesta parte del total fotovoltaico anual en 2014 continuaba siendo de unos 40 GW, con un pronóstico superior a 100 GW para 2020, lo que constituiría una penetración de los módulos inteligentes de CA de 3 % para 2015, que pasaría a 7 % en 2020[3]. Las variantes inteligentes de corriente alterna (Smart-AC modules), del módulo de nivel de electrónica de potencia pueden mejorar distintos aspectos como garantía única, o sea, no son 18 varias garantías de las componentes. Estas variantes son: ahorro de materiales (reemplazo de la caja de conexiones), que pueden llegar a ser de $0.03 USD/W; instalación de 30 % a 50 % más rápida, que pudiera ahorrar entre $0.02 USD/W y $0.03 USD/W; simplificación de las ventas; empaquetamientos e inventarios; y mejoras en los niveles de seguridad. La introducción de la electrónica no es solo para el módulo, sino que tiene que ver con muchas más innovaciones en la fotovoltaica con vistas a mayores niveles de automatización de las instalaciones fotovoltaicas, sobre todo en los inversores, tanto para la gestión de red (despacho eléctrico) como para la automatización del consumo eléctrico desde el lado del cliente. En Cuba la introducción de módulos inteligentes de CA hay que seguirla de cerca, ya que, en un futuro, cuando llegue el momento de desarrollar la economía de escala de la fotovoltaica en el sector residencial, habrá nuevas innovaciones y la posibilidad de un abaratamiento del kilowatt/hora en este sector[3]. El Sistema Fotovoltaico Las distintas variantes de instalaciones de sistemas fotovoltaicos tienen mucho en común y se diferencian en algunos aspectos según la aplicación de que se trate; en primer lugar, si son sistemas remotos aislados o conectados a red. Instalaciones fotovoltaicas remotas aisladas Los sistemas fotovoltaicos de los sistemas remotos aislados, generalmente, incorporan baterías eléctricas para utilizar la electricidad fotovoltaica en forma diferida en ausencia de luz solar y en múltiples aplicaciones importantes. Por lo general son sistemas de poca potencia. Cada instalación remota aislada requiere de un análisis, diseño y dimensionamiento, para lo cual existe una amplia literatura al respecto[3]. Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red Las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red responden, en términos de potencia eléctrica, a la inmensa mayoría de las producciones e instalaciones fotovoltaicas. A partir del año 1999, las instalaciones conectadas a red comenzaron a ser mayores que las aisladas, en una proporción que fue aumentando rápidamente. Desde hace más de 10 años, las instalaciones anuales conectadas a red supera 99 %. Las dos aumentan; pero, aproximadamente, por cada 1000 MW conectados a red, las instalaciones aisladas han fluctuado entre 3 MW FV y 5 MW FV en un mismo año[3]. El balance del sistema fotovoltaico La instalación de un sistema fotovoltaico se conforma a partir del módulo al que se van incorporando otros componentes. El acrónimo BOS del inglés Base of System, que por definición 19 no incluye el módulo fotovoltaico, se ha generalizado para referirse a las otras partes constitutivas del sistema fotovoltaico, compuesto fundamentalmente por[3]: • Inversor fotovoltaico. • Parte estructural (SBOS: S del inglés structure + BOS). • Parte eléctrica (EBOS: E del inglés electric + BOS) • Construcción y montaje. • Otros. El BOS está relacionado con la puesta en marcha inicial del sistema fotovoltaico. La traducción literal del BOS al español sería «base del sistema», pero más bien su significado es «resto del sistema». Posiblemente la denominación de BOS surgió cuando el módulo fotovoltaico representaba un altísimo porciento del costo total fotovoltaico. El inversor es una componente electrónica. En la siguiente figura, la «estructura» pertenece al SBOS y el «cableado» al EBOS, formando parte del mismo, ya que al EBOS se incorporan también transformadores, interruptores y, en ocasiones, controladores.[3] 20 Inversor fotovoltaico La celda y el módulo solar generan corriente directa (CD), la función del inversor fotovoltaico es convertirla en corriente alterna, con vistas a emplearse en sistemas aislados, pero sobre todo conectada y sincronizada con la red eléctrica. El nombre de inversor, utilizado en el argot fotovoltaico, proviene del hecho que comenzó a hacer lo inverso del proceso existente con anterioridad a cargo del rectificador eléctrico, o sea, de convertir la corriente alterna en directa. Desde el punto de vista tecnológico y de sus prestaciones, los inversores combinan, por un lado, la electrónica de potencia de los transistores de efecto de campo metal-óxido-semiconductor (MOSFET del inglés) y los Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT del inglés), que le dan la característica de conmutar los altos voltajes, y por otro, los microprocesadores de pequeñas corrientes eléctricas, los cuales componen la parte «inteligente» del inversor. [3] Prestaciones de los inversores La fuente que se expone sobre este tema procede de distintas informaciones, de los principales productores mundiales de módulos (Schnider, SMA, ABB, Huawei, Sungrow, entre otros) Características de los inversores fotovoltaicos • Convierten la corriente directa (CD) en alterna (CA). • Reducen automáticamente la potencia en caso de sobre frecuencias, para estabilizar la frecuencia de la red, cuando se genera más energía de la necesaria. • Poseen la capacidad de suministrar potencia reactiva que ayuda a mantener la estabilidad en la tensión de la red. • Se pueden emplear para compensar desfasajes no deseados. • Poseen funciones de apoyo dinámico que protegen la red en caso de fallo y ayudan a evitar la propagación de un fallo o al menos limitarla. En gestión de generación de energía y seguridad de la red, en Alemania, país de mayor per cápita fotovoltaico mundial, los inversores disponen de unos 60 segundos para adaptarse a los posibles requisitos de gestión de la generación de energía del operador de la red. Cuando una sección de la red de transporte superior esté temporalmente sobrecargada, el operador de la red de distribución puede y debe limitar a distancia la potencia de las grandes instalaciones fotovoltaicas[3]. En regulación de la potencia efectiva, en función de la frecuencia, a partir de una frecuencia de red en Europa de 50.2 Hz, el inversor reduce automáticamente su potencia efectiva siguiendo una curva característica predeterminada y, con ello, contribuye a estabilizar la frecuencia de la red. 21 En mantenimiento estático de la tensión mediante potencia reactiva, además de la frecuencia, la potencia de red también tiene que mantenerse dentro de los límites definidos, especialmente en la red de distribución. Gracias a la potencia reactiva, los equipos pueden reducir notablemente las subidas de tensión no deseadas. La capacidad de potencia reactiva se emplea también para la compensación de contribuciones de potencia reactiva existente y no deseada de la red, provocadas, por ejemplo, por transformadores, grandes motores o líneas de cables más largas. De este modo se pueden evitar las tradicionales medidas de expansión de la red. En el suministro de potencia reactiva se encuentra el mayor potencial para la integración de la red en instalaciones de generación descentralizada. Para ajustar la proporción de potencia reactiva existen varias posibilidades: • El operador de la instalación puede usar valores nominales fijos dados por el operador de red. • Se pueden usar varios valores de potencia reactiva de acuerdo con un plan cronológico acordado o predeterminarse a distancia. • Se puede regular la proporción de la potencia reactiva según una curva característica que depende de la tensión de red, medida en el punto de conexión o de la potencia efectiva del inversor. Antes, las instalaciones fotovoltaicas tenían que desconectarse al instante de la red, con caídas muy breves de la tensión, lo que resultaba problemático dado el aumento cada vez mayor de la potencia fotovoltaica en la red. Aunque los problemas fueran en principio momentáneos y fáciles de resolver, podrían conducir a paralizaciones repentinas de grandes potencias de generación y, con ello, acabar con su equilibrio energético. En Alemania, con su experiencia de más de 40 000 MW FV instalados, la directiva de media tensión requiere que los inversores fotovoltaicos protejan la red en caso de fallos. De producirse caídas de hasta 1.5 segundos de duración, deben permanecer en la red y reanudar inmediatamente después de la inyección normal. Los equipos deben ser capaces de inyectar corriente reactiva a la red durante la caída de tensión y ayudar así a activar los dispositivos de protección de la red. En reducción de potencia por control remoto, en caso de sobrecarga de la red, para evitar breves sobrecargas, el operador de red establece un valor nominal de la potencia efectiva que el inversor transforma en el transcurso de 60 segundos. El valor nominal se transmite a los inversores a través de un control a distancia[3]. Son valores límites típicos de la potencia nominal 100 %, 60 %, 30 % o 0 %. En el apoyo dinámico de red, el inversor continúa conectado a la red con caídas de tensión hasta 1.5 segundos de duración y la protege inyectando corriente reactiva. Si la tensión sobrepasa posteriormente los valores mínimos establecidos, continúa de inmediato con la inyección normal. 22 Para mantener la tensión de red constante los inversores suministran potencia reactiva capacitiva o inductiva a la red. Para ello, existen tres variantes: 1. Prescripción fija de la potencia reactiva por parte del operador de la red. El operador de la red indica un valor de potencia reactiva o un factor de desfase fijo entre cos(ɸ) inductivo = 0.90 y cos(ɸ) capacitivo = 0.90. 2. Prescripción dinámica de la potencia reactiva por parte del operador de la red. El operador de la red indica un factor de desfase dinámico, como cualquier valor entre cos(ɸ) inductivo = 0.90 y cos(ɸ) capacitivo = 0.90. El valor se transfiere a través de una unidad de comunicación. 3. Regulación de la potencia reactiva por medio de una curva característica. La arquitectura de corriente directa (CD) de las instalaciones fotovoltaicas han ido aumentando en tensión eléctrica, hasta un estándar de 1000 volts está aumentando a 1500 volts, lo que propicia un mayor abaratamiento de la instalación. Los módulos y los inversores tienen que adecuarse. Al respecto, hoy el número de empresas que producen inversores con protocolo de 1500 volts de CD ha aumentado. Por otra parte, la electrónica de potencia, los microprocesadores, las nuevas innovaciones automatizadas de las redes eléctricas y los softwares para el control y supervisión a distancia (SCADA del inglés Supervisory control and data acquisition) propiciarán cada vez más la aparición de nuevos inversores, que acerquen los servicios de red descentralizados y una interfaz inteligente para la red de suministro eléctrico[3]. Los inversores son parte importante de innovaciones futuras en función de la gestión de la red. Resumen de las funciones de los inversores actuales Cuando la instalación fotovoltaica produce más, el inversor regula el voltaje para reducir la potencia de salida. Cuando el voltaje y la corriente no están en fase, la potencia reactiva suministrada por el inversor mueve la diferencia de fase hacia atrás y hacia adelante, lo que ayuda al operador de red a regular el voltaje durante horas o días. Mediante el sistema SCADA, la instalación de nivel utility puede comunicarle al inversor cuánta potencia reactiva debe aportar a la red; puede establecer la relación entre potencia reactiva y activa, de ciclo en ciclo de línea para mantener el voltaje; ayuda a mantener la instalación del parque fotovoltaico en períodos de bajos voltajes de la red, para evitar las desconexiones en cascadas de otras plantas y así contribuir a la estabilidad de la red. [3] 23 Clasificación de los inversores Los inversores se clasifican de diferentes formas: • De acuerdo con el número de fases, se distinguen entre inversores monofásicos y trifásicos. • De acuerdo con la configuración del sistema, se suelen distinguir entre inversores centrales, en cadena y modulares (módulos CA). Los inversores de mayores potencias son los centrales de nivel utility, y que se dividen en centrales aislados o centrales solución, e incorporan otras prestaciones (controladores, optimizadores, baterías) «llave en mano», que optimizan la eficiencia; después están los de cadenas mono y trifásicos, que comienzan a hacerle la competencia a los inversores centrales. Los más pequeños son los microinversores de más bajas potencias. Existen también los optimizadores de CD a CD, cuya función es mitigar distintas variabilidades para aumentar la energía que se le envía al inversor.[3] Estructuras soportes fotovoltaicas Después de abordar los módulos y los inversores, el tercer elemento que se impone analizar es el de las estructuras, o sea, de los soportes físicos que sostienen los módulos en una determinada posición por toda la vida útil del sistema fotovoltaico. Los costos de labor por la instalación de las estructuras generalmente se consideran aparte. Al igual que en los inversores, la disminución de los costos de los módulos, realzó el aporte del costo de las estructuras. Lo más importante es optimizar las resistencias vs. costos de[3]: • La fijación del módulo a la estructura. • La resistencia de la propia estructura. • La fijación de la estructura a la superficie, en que se instale el sistema fotovoltaico. 24 Fijación del módulo a la estructura El diseño y la tecnología para instalar las grapas de fijación estructura-módulo son muy importantes para garantizar la resistencia de las cargas; se debe tratar que sean lo más económica posible y permitan a los operarios la mayor rapidez de instalación. Por el momento la inmensa mayoría de los marcos de los módulos son de aluminio, por lo que las grapas o abrazaderas deben ser también de aluminio para alejar el par eléctrico metálico aluminio-acero[5]. Existe una amplia gama de grapas con las características necesarias al respecto. Con la aparición de los módulos cristal-cristal, que se están produciendo e incrementando, desaparece el marco de aluminio. El aluminio es un metal común para ser conformado por extrusión, ya sea en caliente o en frío. En caliente, es calentado de 300 °C a 600 °C, a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y facilitar el paso del material a través del troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales, con rango de 250 toneladas a 12 000 toneladas, por lo que la lubricación es necesaria y puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento. En Cuba es posible hacer las grapas en la empresa V.I. Lenin de Santiago de las Vegas, donde se hace extrusión de aluminio. Los troqueles con posible diseño cubano se pueden encargar e importar relativamente baratos de países como Canadá o Portugal. El perfil extrusionado tiene varios metros de longitud y se corta en segmentos cortos, en el que todas las grapas salen iguales de acuerdo con el diseño del troquel[3]. Resistencia de la propia estructura Es fundamental realizar un buen diseño de las estructuras soportes para lograr la resistencia nominalizada, costos menores posibles, y mayor sencillez para su rápido montaje por parte de los instaladores. La estructura más sencilla que se logra consta de cuatro perfiles: postes traseros, postes delanteros, soportes transversales y soportes de los módulos. Los productores de postes de acero galvanizado garantizan la duración de los mismos cierto número de años, incluso ante la corrosión. Para evitar la corrosión se podría utilizar la protección catódica, muy fácil de aplicar y de poco costo[3]. 25 Fijación de la estructura a la superficie Posiblemente es uno de los elementos más controvertidos de la parte constructiva de las instalaciones fotovoltaicas. Los postes traseros y delanteros son los encargados de la fijación de todo el sistema al suelo[5]. Existen variantes de cómo realizarlo, las alternativas dependen de las propias características del terreno; por ejemplo, si no hay piedras lo más recomendable es utilizar directamente el hincamiento de los postes. Hay dos tipos de máquinas hincadoras, las de golpeo y las vibratorias. Estas pueden empotrar (hincar) cada poste en unos dos minutos; la inversión inicial se amortiza rápidamente y las hincadoras van trasladándose y trabajando de parque en parque. Se recomienda crear un grupo de trabajo especializado en hincadoras. Para la fijación al suelo por hincamiento de postes no se necesita hacer huecos, ni cabillas ni concreto[3]. Si el suelo tiene algunas pocas piedras, es posible utilizar hincadoras de golpeo, de lo contario hay que pasar a otros métodos; los dos más utilizados son mediante barrenado de hoyos y reforzamientos específicos como concreto, y mediante zapatas (corridas o no), pilotes u otros pesos «muertos». En el caso de hoyos se podría experimentar con compactación de tierra[6]. En general hay que evitar al máximo los encofrados de cabillas y el uso excesivo de concreto. Una de las causas que conlleva a la fijación exagerada al suelo es el temor al daño provocado por huracanes de gran intensidad. Cableado Después de describir los componentes de módulos, inversores y estructuras, como partes importantes de un sistema fotovoltaico, es necesario referirse a la parte eléctrica complementaria del inversor. En primer lugar, se encuentra el cableado entre módulos, inversor, más las cajas de combinación para los strings de los módulos[3]. 26 Los cables eléctricos deben tener los requisitos que exige el terreno, el medio ambiente, entre otros aspectos. El cableado es el encargado de transportar la corriente continua generada por los módulos fotovoltaicos hasta el inversor, donde se transforma en corriente alterna para su posterior utilización. Su dimensionamiento viene determinado por el criterio más restrictivo entre la máxima caída de tensión admisible y la intensidad máxima admisible. Aumentar las secciones del cable (disminución del calibre) conductor aporta: • Líneas más descargadas que prolongan la vida útil de los cables. • Aumento de la potencia fotovoltaica sin cambiar el cable. • Mejor respuesta a posibles cortocircuitos. La instalación eléctrica requiere de otros equipamientos y dispositivos como transformadores e interruptores. Se insiste que el protocolo de corriente directa (CD) utilizado en la instalación fotovoltaica ha ido aumentando; actualmente está pasando de 1000 volts a 1500 volts, lo que permite disminuir el diámetro del cableado de corriente directa[3]. Eficiencia de las instalaciones fotovoltaicas Anteriormente se analizó la disminución de la energía solar que llega a la superficie terrestre en relación con la constante solar fuera de la atmósfera. Esta primera aproximación define una diferencia de «eficiencia» de origen natural; se trata de la radiación solar en función de la región del planeta en cuestión, de acuerdo con la distribución geográfica del promedio anual de la radiación solar, desde un mínimo promedio de aproximadamente 700 kWh/𝑚2 /año, cerca de los polos, hasta un promedio mayor de 2400 kWh/𝑚2 /año, en regiones desérticas. Sobre la base de esta «eficiencia» de carácter natural, se añade la eficiencia propia de cada instalación, que depende en mayor medida de la eficiencia de conversión eléctrica de las celdas solares y, aunque en menor medida, también de la calidad de las instalaciones del sistema fotovoltaico y de las pérdidas de energía entre los distintos pasos del proceso de generación[3]. Gran parte de los cálculos de la eficiencia general de un sistema fotovoltaico se facilita con la introducción y manejo del concepto de kilowatt pico, al determinarse los kilowatts hora, capaz de suministrar cada kilowatt pico; por ejemplo, las instalaciones fotovoltaicas en Noruega tienen como promedio aproximado 800 kWh/kWp, mientras que, en lugares de mayor radiación solar, como el desierto de Atacama en Chile, tienen más de 2 000 kWh/kWp. Esta diferencia sería aún mayor de no ser porque, a mayor radiación solar se provocan temperaturas más altas, que conducen a menores eficiencias de las celdas solares, mientras que en lugares más fríos disminuyen menos las eficiencias[3]. 27 Construcción, montaje y mantenimiento Un aspecto más, pero central, vinculado al propósito de aumentar la calidad, comportamiento y disminución de los costos relacionados con la parte constructiva de las instalaciones fotovoltaicas incluye, en las condiciones de Cuba, el cálculo de resistencia de los sistemas fotovoltaicos a los fuertes vientos, sobre todo de huracanes, por lo que se impone hacer un análisis de riesgos y costos al respecto, teniendo muy en cuenta las características y especificidades de la fotovoltaica, que se deben utilizar para lograr un óptimo en esta relación[3]. Estructuras fotovoltaicas y el viento Escala Saffir-Simpson. La escala de huracanes Saffir-Simpson, desarrollada en 1969 por Herbert Saffir y el director del Centro Nacional de Huracanes de los Estados Unidos, Bob Simpson, clasifica los ciclones tropicales según la intensidad del viento. El 1𝑟𝑜 de febrero de 2012, el Centro de Huracanes de Miami (NHC) modificó las categorías 3, 4 y 5 de la escala Saffir-Simpson. Resistencia del módulo fotovoltaico a la velocidad del viento Los productores de módulos certifican que estos resisten presiones perpendiculares de viento de 2400 pascales. Para calcular la resistencia del módulo a la velocidad perpendicular del viento se debe tener en cuenta la figura a continuación: • Un módulo de un metro cuadrado de superficie S =1 𝑚2 . • Una columna de aire de altura d que se mueve hacia el módulo perpendicularmente. 28 La energía cinética de la columna de aire en dirección al módulo es: Ec = ½ m v 2 = F x d (1) m: masa de aire contenida en la columna de aire a la altura d sobre el módulo. F: fuerza con que se desplaza el aire perpendicularmente hacia el módulo. Al dividir ambos miembros de (1) entre el volumen de la columna de aire (S xd), se obtiene: P = F / S = ½ (m/ (S xd)) 𝒗𝟐 O sea, P= ½ r v2 (2) r: densidad del aire en kg masa/vol. m3 (aprox. 1.2 kg por m3). P: presión del aire sobre el módulo en pascales (newton/m2). v: velocidad del viento en metros por segundo (m/seg). Sustituyendo en (2) la resistencia a una presión de 2 400 pascales, se obtiene que la resistencia del módulo a la componente perpendicular del viento es 63.24 m/seg, o sea, 227.68 km/hora y v, la velocidad del viento = 228 km/hora, que se corresponde con un huracán de categoría 4[3]. 29 Ángulo de inclinación (tilt) de 15° Anteriormente se hablaba sobre cómo en la latitud promedio de Cuba, la desviación de los rayos del Sol con respecto a la horizontal terrestre cambia en un año unos 45°, por lo que, para recibir la radiación solar en forma perpendicular por el módulo fotovoltaico, el ángulo de inclinación del plano del módulo debe cambiar aproximadamente entre 0° y 45°. Este procedimiento que se utiliza en los sistemas con seguimiento del Sol no es recomendable para Cuba. En los sistemas fijos se toma un ángulo medio, igual a los grados de latitud donde se localiza la instalación fotovoltaica, que para Cuba es entre 22°y 23° inclinado al sur. Sin embargo, una desviación de este ángulo disminuye muy poco la eficiencia del módulo, por lo que hay que analizar la conveniencia de cuál ángulo utilizar. Al instalar el módulo con inclinación a 15° (2,3) (en lugar de los grados de latitud correspondientes) se obtiene una mayor resistencia del sistema a los vientos[3], pero, además: • La diferencia de energía solar captada es pequeñísima. • Se privilegia la generación en el verano. • Disminuye la altura del poste posterior con ahorro de estructura. • Se estrecha la calle entre filas de módulos (disminución de área). • Posible ahorro de cableado. • Aumenta la resistencia al viento. 30 Obstáculos rompe vientos Para la protección contra los vientos, de ser necesario, se pueden tomar medidas y acciones complementarias concretas como hacer montículos, fuertes cortinas rompe viento, cercas, parabanes, superficies desviadoras de viento, entre otras. La primera fila es la que recibe el mayor embate. Otra posibilidad que disminuye en gran medida la probabilidad de daños es construir edificaciones e industrias tan altas como se quiera, pero solo por el lateral norte del sistema fotovoltaico, donde «rompen» los vientos y no dan sombra a la instalación[3]. Sistemas fotovoltaicos en techos, cubiertas y suelos Los techos, cubiertas y suelos de diferentes dimensiones son potencialmente aptos para las instalaciones fotovoltaicas. En el caso de los parques fotovoltaicos se debe simplificar al máximo la preparación del terreno, por ejemplo, el movimiento de tierra. La geometría del parque puede ser diversa, rectangular, irregular o dispersa, de acuerdo con la geografía del lugar. Se tiende que sea rectangular con las líneas de módulos de una misma longitud, pero esto depende también de la orientación de los módulos con respecto al área disponible para la ubicación del parque fotovoltaico[7]. En la figura a continuación se muestra un ejemplo de un espacio completamente rectangular, donde la disposición por la orientación de los módulos no puede tener la misma longitud, o sea, donde es imposible lograr el parque en forma rectangular. 31 La tendencia de que los parques tengan una configuración rectangular no se debe convertir en una camisa de fuerza[3]. Orientación de los paneles En el hemisferio norte, la mayoría de los sistemas fotovoltaicos están orientados hacia el sur, en ocasiones se desvían ligeramente hacia el sureste o suroeste, buscando privilegiar la generación a ciertas horas con una ligera disminución de esta. También existen instalaciones fijas con orientación este-oeste. Su aspecto negativo es que la eficiencia de un módulo disminuye un poco. No obstante, la configuración este-oeste tiene varias bondades, que se pueden tener en cuenta para algunas instalaciones de acuerdo con sus características[3]: • Aunque por cada módulo la generación fotovoltaica disminuye, debido a que en una misma área puede haber como 40 % más de módulos en este-oeste, se puede generar por área alrededor de 30 % más que los sistemas orientados al sur. • Ensanchan la curva de generación; aunque disminuye algo la potencia generada en el día por módulo, comienzan a generar energía fotovoltaica más temprano y terminan más tarde. • Los ángulos de inclinación para Cuba serían 10°, por lo que a menores ángulos de inclinación se pueden utilizar con capacidades de soporte de carga más bajos. • Poseen una mayor resistencia a los vientos huracanados; no importa de donde venga el viento, incluso del norte. • Pueden requerir menos materiales de montaje, con reducción en los costos de instalación. 32 Los módulos fotovoltaicos se pueden instalar con separaciones mínimas e inclinaciones de unos 10°. Para una misma cantidad de área, en orientación este-oeste, se pueden instalar alrededor de 40 % más de módulos que en orientación sur, por lo que el rendimiento anual de la instalación sería entre 30 % y 40 % mayor que la de los sistemas orientados al sur[3]. En orientación este-oeste, los módulos se fijan entre abrazaderas soportes de pie y de cresta. La orientación este-oeste, aunque no se recomienda todavía su generalización, es una posibilidad a experimentar en industrias y comercios, por ejemplo, que tengan techos o cubiertas de aguas este-oeste[3]. 33 La impermeabilización En ocasiones se afirma que con mantas flexibles fotovoltaicas instaladas en techo se matan dos pájaros de un tiro, al producir energía eléctrica, además de impermeabilizar el techo. ¿Es correcta esta afirmación? No, actualmente existen alternativas mejores. Desde hace más de 20 años, el semiconductor más utilizado en celdas fotovoltaicas, producidas en forma de tiras continuas flexibles, ha sido el silicio amorfo (Si-a). Las celdas de silicio amorfo no han podido aumentar su eficiencia de aproximadamente 7 % industrial, mientras que las de Si-poli hoy superan 16 % industrial y las de Si-mono 19 %; ambas continuarán aumentando en los próximos años, el Si-poli a cerca de 19 % y el Si-mono a 22 %. Por otra parte, ha desaparecido prácticamente la diferencia del costo de producción y precios de venta del watt pico entre las celdas de Si-a y las de Si-c, tendencia que continuará a favor de los módulos de Si-c. La potencia de generación eléctrica fotovoltaica por metros cuadrados en la manta de Si-a es de unos 70 W/𝑚2 ; la del módulo de Si-poli, de unos 150 W/𝑚2 y la del módulo de Si-mono mayor de 180 W/𝑚2 . Para producir la misma energía eléctrica, la manta de Si-a necesita por lo menos el doble de área; esta diferencia se acentuará. Para la manta fotovoltaica se necesita que previamente la superficie del techo cumpla con requisitos mínimos. Para un costo de 50 centavos de USD por Wp de la manta, solo por este concepto, el costo por área es de aproximadamente 35 USD por 𝑚2 . Sin embargo, los costos por impermeabilizar (sin sistemas fotovoltaicos) son mucho menores. Existen distintas alternativas como la antigua y muy buena opción, de cubrir correctamente el techo (de placa) con rasilla, rellenos y morteros, todos con insumos fundamentalmente de producción nacional[3]. 34 Una característica de la rasilla es que transpira la humedad provocada por la lluvia, o sea, la parte de humedad que pasa y traspasa la rasilla se evapora posteriormente por el calor de los rayos de Sol, de ahí la importancia de transpirar. La manta fotovoltaica no transpira, es decir, que, si en algún momento el agua filtra hacia la placa, no sale nuevamente por evaporación. Para impermeabilizar o para aumentar el nivel de impermeabilización se puede utilizar pintura de techo que también transpira. Para evitar mayores rajaduras en la rasilla se utiliza manta de fibra de vidrio, que se adhiere con la propia pintura impermeabilizante y que en dos manos más cubre toda la fibra que también transpira. El color más recomendable es el blanco, que se conoce como «techo frío», el cual refresca grandemente el interior del techo, con distintas bondades térmicas y ecológicas. Sobre un techo muy oscuro, a las 12 del mediodía, no se puede caminar descalzo; sobre un techo blanco sí, debido al nivel de reflectividad que, al igual que la nieve, refleja hasta 90 % de los rayos del Sol[3]. Techo blanco. Una buena oportunidad para la fotovoltaica Cuando aumenta la eficiencia del módulo fotovoltaico disminuye el costo del resto del sistema fotovoltaico (BoS), por ejemplo, la estructura soporte. Para los sistemas de techos, otra alternativa complementaria es probar la instalación con módulos de Si-mono bifaciales, con cerca de 20 % de eficiencia, producidos actualmente por Panasonic, en celdas tipo HIT, y por Worldsolar, en celdas tipo PERC, que, por ser bifaciales, la eficiencia puede sobrepasar 24 % en techos blancos. 35 En un techo con manta de Si-a se necesitan unos 15 m2 para instalar 1 kWp, mientras que en bifacial actual de Si-mono, menos de tres veces área (< de 5 m2). Esta variante en «techo blanco», además de proveer mucha mayor potencia por metros cuadrados, no condena la utilización de azoteas para otros propósitos donde se necesite modificar o perforar la superficie, como por ejemplo: instalación de antenas, anclaje de cables, poner parches en caso de nuevas filtraciones, etcétera. Las mantas, además de no transpirar, no se pueden perforar ni hacer en ellas «parches fotovoltaicos» parciales. Mantenimiento de sistemas fotovoltaicos conectados a red Las instalaciones fotovoltaicas funcionan a plenitud de forma automática, normalmente durante muchos años sin fallos. El operador de la instalación tiene la misión de controlar el rendimiento, además de: • Estar instruido en el manejo de la planta. • Disponer de la documentación detallada de la instalación. • Comparar los rendimientos con otras instalaciones fotovoltaicas. Se pueden producir pérdidas económicas considerables por desatenciones del operador, como la ocurrencia de un fallo que no se detecte a tiempo, por lo que se recomienda hacer contratos de mantenimiento, que incluyan el control periódico del funcionamiento de la instalación, entre otros. Una planta fotovoltaica con mantenimiento regular y continuo control de su rendimiento produce, de por vida, más que una planta sin mantenimiento[8]. 36 ¿Qué debe hacer el operador? El operador debe: • Leer y anotar mensualmente el rendimiento en el inversor. De un mes a otro el rendimiento puede variar muchísimo. • Normalizar ese valor para comparar, a finales de año, la planta con otras. El rendimiento se debe referir (normalizarse) al intervalo anual y a la potencia de la planta en kilowatt pico. Control del rendimiento Para controlar el rendimiento de una planta el operador debe: 1. Comparar con valores similares de la propia planta y con los de otras plantas (se recomienda más). Un programa de mantenimiento debe definir las condiciones generales mínimas que se deben seguir para el mantenimiento de las instalaciones. 2. Asegurar el correcto funcionamiento, aumentar la producción y prolongar la duración. Niveles de actuación de mantenimiento Existen dos niveles de actuación: 1. Preventivo. 2. Correctivo. El mantenimiento se debe realizar por personal técnico calificado, bajo la responsabilidad de la empresa instaladora. Mantenimiento preventivo Se debe disponer de un plan de mantenimiento preventivo, que incluya: • Operaciones de inspección visual. • Verificación de actuaciones. • Otras operaciones de funcionamiento dentro de los límites aceptables. • Incluir al menos, una visita anual para el caso de instalaciones de menos potencia (por ejemplo, de 5 kWp) y una semestral para instalaciones de mayores potencias. • Realizar como mínimo las comprobaciones de: 1. Las protecciones eléctricas. 37 2. El estado de los módulos: la situación respecto al proyecto original y verificar el estado de las conexiones. 3. El estado del inversor: funcionamiento, lámparas de señalizaciones, alarmas, etcétera. 4. El estado mecánico de los cables y terminales (incluyendo los cables de tomas de tierra y el apretado de bornes), transformadores, ventiladores y extractores, uniones, reaprietes y limpieza. • Realizar: 1. Un informe técnico de cada una de las visitas, en el que se refleje el estado de las instalaciones y las incidencias acaecidas. 2. Reflejar las operaciones de mantenimiento realizadas en un libro de mantenimiento, en el que constará la identificación del personal de mantenimiento (nombre, titulación, autorización de la empresa); modelo de plan de mantenimiento preventivo y mantenimiento del campo fotovoltaico. • Inspección visual a: - Generador fotovoltaico: módulos, armazón, suciedad, etcétera, en parte, mediante plataformas de trabajo móviles. - Instalación eléctrica: cables y trazados de cables vistos, conexión del generador, incluido registro de estado de los fusibles y los descargadores de sobre tensión. - Edificio de explotación con inversores: armario de distribución y sistema de refrigeración. El estado de la instalación se documentará y los posibles daños serán fotografiados. - Mantenimiento de los módulos fotovoltaicos: requieren escaso mantenimiento (protegidos del exterior), que abarcan: » Limpieza periódica del panel. » Inspección visual del panel. » Mediciones periódicas de la curva I-V. » Análisis de puntos calientes. » Mantenimiento de la estructura. Limpieza periódica. Características • Normalmente no requieren limpieza, se mantienen limpios con la lluvia e inclinación. • Las pequeñas impurezas (polvo, polen) no afectan el rendimiento. • Se deben retirar los residuos adheridos que la lluvia no arrastra. 38 • Generalmente se realiza una vez al año. • No se emplean disolventes, sino detergentes suaves diluidos en agua. Inspección visual para detectar posibles fallos Para detectar posibles fallos se deben observar: • Posibles roturas del cristal. • Oxidaciones en los circuitos y soldaduras de las celdas fotovoltaicas (por entrada de humedad). • Cambio de color a amarillo o marrón del encapsularte EVA. • Deformaciones en las cajas de conexión del módulo por sobrecalentamiento de los diodos de paso. • Control de las conexiones eléctricas y el cableado de los paneles. • Comprobación del apriete y estado de los terminales de los cables de conexionado de los paneles. • Comprobación de la estanqueidad de la caja de terminales o del estado de protección de los terminales. En caso de que haya fallos de estanqueidad, sustituir los elementos afectados y limpiar los terminales (sellar la caja de terminales con juntas nuevas o silicona). Mediciones periódicas de la curva I-V En cada instalación de 100 kW, las curvas I-V se medirán al menos una vez al año, para comprobar el correcto funcionamiento y la posible degradación de los módulos. Análisis de puntos calientes Si se produjeran puntos calientes sin la presencia de sombreados parciales, se estudiarán con una cámara termográfica una vez durante el período de garantía y, posteriormente, una vez cada cinco años, o cuando se detecte una disminución de la producción. Mantenimiento de la estructura Mediante inspección visual, buscar golpes, corrosiones, estado de la pintura de protección, ausencia de acumulaciones de agua, etcétera. 39 Mantenimiento del inversor Para dar mantenimiento al inversor se debe: • Comprobar el estado y funcionamiento. • Comprobar el cableado y la conexión de los componentes. • Verificar que el área de ubicación del inversor se encuentre limpia, seca y bien ventilada. • Comprobar que el alojamiento del inversor mantenga temperaturas adecuadas (entre 0 °C y 50 °C). Para comprobar las protecciones y alarmas del equipo se deben hacer: • Mediciones periódicas de eficiencia. • Revisiones anuales. • Mediciones de la eficiencia de conversión CD/CA y de la eficiencia de seguimiento del PMP, al menos una vez al año. • Limpiezas de filtros de aire. • Controles y aprietes posteriores de los tornillos de todos los elementos. • Comprobaciones de ventilación y refrigeración. • Inspecciones visuales de los contactos de puesta a tierra. • Lecturas de la memoria de averías. • Pruebas de funcionamiento del conmutador de potencia de entrada. • Planes de mantenimiento extraordinario cada 8 años, en el que se revisarán los históricos y el operador decidirá, de acuerdo con el asesor técnico, el mantenimiento que proceda para garantizar su vida. Mantenimiento de las instalaciones y equipos Este mantenimiento incluye: • Toda la instalación eléctrica, desde las bornes de salida del inversor hasta el punto de conexión de la compañía. • Comprobación y reparación de todos los accesorios que forman parte de los componentes de la instalación, necesarios para la estación transformadora y su funcionamiento seguro, así como la eliminación de pequeños fallos. • Las desconexiones que serán realizadas por el operador, tras notificación al propietario. 40 Mantenimiento correctivo Se realizarán todas las operaciones de sustitución necesarias, para asegurar que el sistema funciona correctamente durante su vida útil; lo cual incluye: • Visita a la instalación en los plazos indicados y cada vez que el usuario lo requiera por avería grave. • Análisis y definición de presupuestos de los trabajos y reposiciones necesarias. • Revisar que los costos económicos formen parte del precio anual del contrato de mantenimiento. Instalaciones fotovoltaicas en techos y cubiertas vs. suelo Hacer la pregunta ¿qué es mejor hacer instalaciones fotovoltaicas en techos o en suelo? no es adecuado. Una de las bondades de la fotovoltaica es que se puede instalar en sistemas de potencias, desde muy pequeñas hasta muy grandes y puede ser en uno u otro, o incluso utilizar los dos para una misma instalación. Es importante analizarlo por sectores. Existen dos extremos, uno el de nivel utility de mayores potencias, que por lo general es en suelo y otro el del sector residencial de muy bajas potencias, que por lo general es en techos. En los sectores industrial, comercial y social pueden ser en cualquiera de los dos, de acuerdo con las características y conveniencias del caso[3]. Por ejemplo, si en una industria de alto consumo eléctrico se recomienda instalar un sistema fotovoltaico y esta tiene buenos techos o cubiertas al respecto, pues ahí se pueden colocar; pero de no tener techos o cubiertas adecuados, o lugares apropiados aledaños en suelo, deberán ir para el suelo. Si se tiene de los dos y se necesitan mayores potencias fotovoltaicas, entonces se puede instalar en ambos lugares[9]. Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red, descentralizadas y centralizadas En esta ocasión el análisis no incluye las instalaciones aisladas no conectadas a red. Las instalaciones fotovoltaicas descentralizadas y centralizadas conectadas a red son importantes y se complementan; la preponderancia de una sobre otra depende de las características de cada país. La descentralizada conectada a red vincula la generación dirigida a suministrar energía a clientes específicos, mientras que la concepción de conexión a red centralizada se relaciona más con plantas centrales fotovoltaicas, que tributan fundamentalmente a la red como un todo, o sea, la descentralizada tiene que ver con el consumo in situ, aunque también puede, por lo general y en menor medida, inyectar a la red. Las centralizadas tributan más a todos los clientes de la red y menos a clientes específicos. Ambas se pueden distribuir; pero las descentralizadas en mucho 41 mayor número de instalaciones, y deben estar integradas según las condiciones de consumo del cliente, en relojes contadores de los sectores residencial, comercial e industrial. Las centralizadas están relacionadas más con las instalaciones de nivel utility[3]. Se insiste en que ambas tienen que ver con la concepción de generación distribuida de la fotovoltaica, son importantes y se complementan. En Cuba las dos categorías, centralizadas y descentralizadas, deben jugar su papel, o sea, el desarrollo de las instalaciones de parques centralizados que aporten a media tensión; también deben tener en cuenta las posibilidades del aumento futuro de las potencias con inyección a alta tensión. Mundialmente ambas se desarrollan. A partir de los últimos años, las instalaciones anuales de nivel utility han aumentado más rápidamente; y en 2014 unos 21 GW; en 2015, 32 GW; en 2016, 46 GW y en 2017, 60 GW[3]. De los sectores, por un lado, están los centralizados de nivel utility, y mayormente en parques fotovoltaicos y más baratos por watt pico, y por otro los de autoconsumos descentralizados, que incluyen el comercial y el industrial, los cuales están en un intermedio en cuanto a costo de instalaciones y continúan desarrollándose a buen nivel. Se pronostica que deben aumentar aún más, a pesar de la reacción adversa de las empresas suministradoras de electricidad, las que están en contra de las posibilidades de autoconsumo[3]. Sistemas fotovoltaicos fijos vs. con seguimiento Entre las aplicaciones en instalaciones fotovoltaicas, además de los sistemas fijos, se ha desarrollado una variante para que el módulo siga y reciba directamente los rayos del Sol. Como se vio en el capítulo de radiación solar, cuando el módulo hace un seguimiento de los rayos del Sol, la potencia generada aumenta. Determinar qué sistema fotovoltaico es mejor, entre fijo o con seguimiento, no es nada simple, depende de muchos factores: costos, eficiencia de conversión, tipos de estructuras, posibilidades de fijaciones al suelo, disponibilidad de tierras y áreas, factores geográficos (latitud, magnitud de radiación solar, relación entre radiación directa vs. difusa), dependencia de la carga y resistencia al viento, por lo que para la toma de decisiones al respecto hay que tener en cuenta la importancia de cada característica. Existen distintos tipos de sistemas con seguimiento[7]. En la siguiente figura se aprecian los diferentes sistemas fotovoltaicos con seguimiento del Sol. 42 Características de sistemas fotovoltaicos fijos Entre las ventajas de los sistemas fijos están: • Sencillez mecánica: no tienen partes móviles; diseños más sencillos, de fácil instalación. • Costos: inicial, instalación y mantenimiento más bajos. Cuando los módulos fotovoltaicos eran mucho más caros, los trackers tenían el propósito de sacar más energía a los módulos; pero al ser estos mucho más baratos, no siempre tienen sentido los trackers. El sistema con seguidores con parte mecánica en movimiento siempre añade un costo inicial complementario y mayor costo de O-M. • Carga de viento: el fijo es más fácil y más barato de anclar, calcular, diseñar y de resistir fuertes vientos, aspecto muy importante en zonas de huracanes. El sistema de seguimiento sobre un poste necesita mucha más robustez y es más vulnerable a fuertes vientos que el fijo con postes delanteros y traseros. • Área: se necesita comparar el costo del mantenimiento de los trackers con el costo del número de módulos en instalación fija (sin trackers), para lograr la misma energía fotovoltaica. Con el abaratamiento de los módulos, la variante costo-beneficio puede ser mejor que la de aumentarla instalación de más módulos fijos. Por ejemplo, en California, un sistema con seguimiento de un eje de 20 MW o un sistema fijo de 24 MW (utilizando inversores centrales e igual técnica de cableado) producen la misma energía fotovoltaica. • Radiación: el montaje de sistemas fijos es una buena opción en lugares de alta radiación difusa. Además, existe la posibilidad de utilizar la radiación albedo (reflexión difusa en superficies) en algunos tipos de instalaciones. • Alineación: el sistema fijo tiene mucha menos dependencia al desalineamiento angular del módulo con la radiación directa del Sol. Además, existe la posibilidad de cambiar el ángulo manualmente (con aumento de la radiación entre 2 y 8 soles) mediante sistemas mecánicos manuales de barras y cambiando el ángulo 4 veces al año (a la mitad entre solsticios y 43 equinoccios), que pueden aumentar la producción de energía fotovoltaica hasta 5 % Fuente: NREL Solar Radiation Data Manual). • Garantía: en sistemas fijos, las garantías son por más tiempo, mientras que la de los seguidores (trackers) está en un rango entre 2 años y 10 años. Almacenamiento eléctrico en baterías vía fotovoltaica Las dos aplicaciones más importantes del almacenamiento eléctrico en baterías son para el transporte y para la generación diferida de electricidad en ausencia o disminución de la radiación solar (noche, nubes). Las aplicaciones en el transporte han conducido a una gran disminución de los costos de las propias baterías en relación con el aumento de las densidades de energía que almacena y la cantidad de ciclos de cargas y descargas. El otro factor que continuará tributando al abaratamiento de la generación eléctrica en baterías es la propia disminución del costo del kilowatt hora fotovoltaico con que se cargan las baterías[6]. Baterías de nivel Utility Además del costo propiamente de la batería está el del «BOS de almacenamiento» (no confundir con el BOS del resto del sistema fotovoltaico sin baterías)[3]. El BOS para el almacenamiento por baterías en el año 2015 costaba aproximadamente unos 670 USD/kW. Está compuesto por: • Hardware (inversores bidireccionales, contenedor). • Softcost (adquisición, interconexión). • EPC (ingeniería, adquisición, preparación, construcción). Este costo debe caer en aproximadamente 40 % entre 2015 y 2020, para situarse por debajo de los 400 USD/kW, lo que contribuirá a la disminución del costo total del kilowatt hora almacenado. Una de las componentes que contribuye a la disminución de dichos costos utility es la configuración y construcción de las grandes baterías de distintos tipos en contenedores que almacenan cientos de kilowatt hora de energía eléctrica. Con la economía de escala y la disminución de costos, las instalaciones de baterías en los sistemas fotovoltaicos deben aumentar entre 2016 y 2024 de 20 a 30 veces. Es posible que, en ese momento, dentro de unos 7 años, el kilowatt hora fotovoltaico almacenado logre en algunos países la paridad con las plantas pico basadas en combustibles fósiles, elemento a tener muy en cuenta para definir el aporte fotovoltaico a la estrategia de la sustitución de combustibles fósiles en la generación eléctrica nacional. [3] La electricidad fotovoltaica continuará disminuyendo sus costos de generación; de lo que se trata es de disminuir también el costo complementario por su almacenamiento, proceso que está en 44 marcha. El aumento de la penetración-integración fotovoltaica se puede ir alcanzando mediante otras alternativas, mientras que no se produzca la eliminación de la intermitencia fotovoltaica por almacenamiento eléctrico. 45 CONCLUSIONES Cuba necesita marchar hacia una soberanía electro-energética; es uno de los países del mundo que consume más petróleo para generar electricidad, con una alta erogación en divisas. Uno de los recursos primarios energéticos mayores que llega gratis, es el Sol, el cual estará por cientos de millones de años en una cantidad promedio estable, distribuido por todo el país, con un buen nivel de radiación solar, además de ser la fuente de la vida en el planeta. El hombre ha aprendido a transformar el sol en energías secundarias como calor y electricidad; a esta última se refiere concretamente la fotovoltaica. Entre otras de las ventajas analizadas se encuentra su accesibilidad tecnológica, la cual se desarrolló en un proceso que comenzó con el descubrimiento, por notables físicos, del efecto fotovoltaico. El aporte porcentual de la generación eléctrica fotovoltaica a la red, en relación con la generación total entre todas las fuentes de energía eléctrica tiene límites debido a su intermitencia día-noche y a su dependencia climatológica de nubosidades; lo que define un nivel máximo en por cientos de penetración e integración en potencia y energía eléctrica, con vistas a poder mantener la estabilidad de la red en términos de tensión y frecuencia. A diferencia de los países continentales secos, la nubosidad es muy alta, debido principalmente a los mares que la rodean. La radiación difusa tiene un valor promedio mayor de 40 %. La cantidad promedio de días nublados por mes es mayor que 10; sin embargo, es difícil encontrar un día que no salga el Sol, aunque sea por un momento. De acuerdo con lo anterior, en lugares de alta radiación difusa disminuye el aporte que pueden dar los sistemas fotovoltaicos con seguimiento de la radiación directa del Sol. El aumento de las instalaciones fotovoltaicas en el mundo es relativamente reciente, con el liderazgo de varios países que han afrontado este reto. En 2014, el aporte fotovoltaico a la generación mundial de electricidad fue solo de 0.2 %, mientras que en 2017 llegó a 2 %, crecimiento porcentual que continuará. Otros países, con características distintas, van desarrollando alternativas y experiencias ante los retos, que plantean programas con muy altos porcentajes de generación a alcanzar paulatina y sostenidamente. Muchas de esas experiencias, de mejores prácticas fotovoltaicas, se pueden aprovechar por Cuba; de ahí la importancia de mantener una estrecha vigilancia tecnológica al respecto. En la actualidad se pueden tomar muchas medidas para aumentar la penetración fotovoltaica, que depende de diversos factores. Con el progreso científico tecnológico y el curso de los años, el por ciento de penetración-integración aumentará sensiblemente, complementándose con otras fuentes renovables de energía. La curva de carga actual de Cuba es muy adversa y también atenta fuertemente contra el aumento estratégico de las instalaciones fotovoltaicas. Lograr la meta, de cambiar paulatinamente el perfil de la curva de carga, contribuiría al aumento de la necesaria penetración fotovoltaica. Realmente, las limitaciones mayores no se presentan a corto plazo, sino de manera paulatina, en la medida que crezcan las instalaciones fotovoltaicas 46 conectadas a la red. Con pequeños niveles de instalación se pueden tomar las primeras medidas para aumentar la penetración y la integración fotovoltaica. A mediano plazo se requerirán otras medidas y a más largo plazo se podrán tomar nuevas medidas. Con los años, la integración aumentará notablemente. Otro aspecto sería aprovechar algunas características del país. Por ejemplo, Cuba tiene un buen promedio de radiación solar y la fluctuación promedio es relativamente pequeña, debido a su larga configuración este-oeste. Los 110 000 k𝑚2 del archipiélago están aptos para la fotovoltaica, por lo que se puede instalar con buen potencial en cualquier lugar, entre otras ventajas. De acuerdo con las características de Cuba se recomienda: • No utilizar celdas de concentración solar debido a la componente de radiación solar difusa en el país. • Continuar priorizando las instalaciones de módulos de celdas de silicio policristalino para mantener la mayor producción de economía de escala mundial, el aumento de la eficiencia y la reducción de los precios por watt pico. • Analizar la conveniencia de incluir también instalaciones de módulos de celdas de silicio monocristalino de acuerdo con su evolución de costo-eficiencia, de las que últimamente se reportan distintos récords de eficiencia: SolarCity 22.04 % (2015), SunPower 22.8 % (2015), Panasonic 23.8 %, todavía no comercializada. • Los cálculos integrales de eficiencia-costo deben tener en cuenta costos por watt pico, aumento de la eficiencia, disminución de estructura soporte y cableado, degradación en el tiempo, que hasta ahora, en las condiciones de Cuba favorecen al Si-c poli y próximamente a las de Si monocristalinas también. • Se recalca que el reto está en aumentar la eficiencia sin aumentar los costos del watt pico. De acuerdo con los factores ya expuestos, como sencillez, abaratamiento de módulos, menor área de ocupación, estandarización de los parques fotovoltaicos, menores costos iniciales y demás; mayor resistencia a los vientos huracanados, posible seguimiento parcial manual en algunos sistemas instalados, y posibilidades en un futuro próximo de utilizar la radiación albedo, se recomienda desarrollar en Cuba, fundamentalmente, las instalaciones fijas de los sistemas fotovoltaicos[3]. A pesar de lo mucho logrado, la fotovoltaica continúa en un proceso de perfeccionamiento. El pronóstico de cómo continuarán las innovaciones, eficiencias, costos y demás componentes de la energía fotovoltaica ha sido y seguirá siendo muy importante para definir una buena estrategia fotovoltaica. 47 RECOMENDACIONES Utilizar el conocimiento adquirido en esta investigación y desarrollar un diseño de un sistema FV que se encuentre ubicado en el terreno colindante con la Facultad de Ingeniería Mecánica y el CETER en la Cujae. 48 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Cubana, N., Instalaciones Fotovoltaicas, G. Cubana, Editor. 2017. Wikipedia, Energía Solar Fotovoltaica. Wikipedia, 2019. Novygrod, P.D.D.S., Energía Fotovoltaica Para Cuba, D.M.G. Medina, Editor. 2019, Editorial CubaSolar. p. 555. Wikipedia, Célula Fotoeléctrica. Wikipedia, 2018. Options, S.P., Roof Mounted PV Systems, in Solar Panel Options. 2016, Solar Panel Options. p. 19. John A. Duffie, W.A.B., Solar Engineerin of Thermal Processes. 2013, John Waly & Sons, Inc.: Gear Team. p. 928. 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