Autoconsumo e incremento de las instalaciones fotovoltaicas.

El desarrollo cronológico mundial que la fotovoltaica (FV) ha seguido ha tenido una evolución, que para aquellos países que no han sido participes en este desarrollo y que se incorporan a la generación FV, no deben ¨caerle atrás a la historia¨ sino que deben abordar la estrategia de acuerdo con el ¨estado del arte FV¨ alcanzado mundialmente, teniendo en cuenta las características propias de cada país.

Cuba es un ejemplo fehaciente.

Como hemos visto anteriormente el desarrollo espectacular de la FV comenzó en primer lugar por las aplicaciones en el espacio extra terrestre.

En años posteriores se adicionaron otros escenarios, como en la década de los 70 en aplicaciones terrestres remotas aisladas, mientras más lejos de la red eléctrica mejor.

El tercer escenario que se sumó fue el de la FV conectada a la red eléctrica comenzando por las bajas potencias en el sector residencial, donde no se hacía necesario contar con almacenamiento en baterías, sino que la intermitencia FV era suplida por la propia red eléctrica.

La FV, de acuerdo con una nueva concepción de generación eléctrica distribuida, daba la oportunidad, no solo de recibir sino también de inyectar a la red. El aumento de la producción FV fue propiciando su abaratamiento así como también el aumento de instalaciones FV de mayores potencias, sobre todo, después de los primeros años del 2000, en instalaciones FV en el los sectores de industrias y comercios.

Aproximadamente después del año 2010 el número de instalaciones residenciales en el mundo llegaba a ser de varios millones mientras que también aumentaban a varios miles las instalaciones FV de más de 4 MW, por lo que se mantenía las bondades de la concepción de la generación distribuida, pero aumentada en un espectro de mayores potencias FV que continúan sus incrementos.

Así fueron ampliándose las instalaciones FV en todos los sectores, desde bajas potencias hasta parques FV que inclusive comenzaban a inyectar a nivel de transmisión de la red. Se multiplicaban las opciones para cualquier país que quisiera incorporar la FV a su matriz eléctrica.

La paridad FV

Se entiende por paridad FV cuando el costo del kWh se hace igual o inclusive menor al de las fuentes convencionales, sobre todo en base a los distintos combustibles fósiles. La primera paridad se obtuvo para los sistemas FV aislados remotos, cuando a pesar del alto costo FV de entonces, era una opción que competía con la de los altos costos de instalación de nuevas líneas eléctricas.

En lo que respecta a la paridad de la FV conectada a la red se hace necesario diferenciar la paridad del lado de la demanda del cliente y la paridad del suministro de la generación centralizada (nivel de utilities). Ambas pueden a su vez diferenciarse si tienen o no subvención.

Debido a la disminución del costo del kWh FV y del encarecimiento del kWh de la factura que paga el cliente, se fue haciendo más atractiva la instalación FV sobre todo en el sector residencial, proceso que comenzó hace mas de 25 años en algunos países, sobre todo Alemania, Australia, Japón, EEUU, mediante el pago por parte de la ¨utility¨ de variantes de precios privilegiados, o sea, subvencionados, por el kWh FV inyectado por el cliente a la red. Este monto del pago debido al propio abaratamiento de la generación del kWh FV ha ido disminuyendo paulatinamente en el tiempo. Evidentemente esta es una paridad que se origina por un ahorro en dinero de lo que paga el propio cliente por su consumo eléctrico, o sea, es una paridad para el cliente relacionado con su demanda.

En el caso de Cuba el kWh es altamente subvencionado, en mayor medida mientras menos es la potencia demandada por el cliente, por lo que la opción en el sector residencial se hace menos atractiva.

La otra paridad es la del lado de la generación y suministro, es concretamente lo que cuesta realmente generar el kWh FV en comparación con el kWh convencional total generado por la empresa eléctrica (utility) e inclusive con el costo a nivel de país, esta paridad es la que tributa a una estrategia para el logro de la soberanía electro energética de un país.

Con el transcurso del tiempo y la disminución del costo de generación FV fueron aumentando las instalaciones FV por parte del suministrador (empresa eléctrica). Mientras mayor era la potencia de la instalación FV, mas barato se volvía el costo de instalación del kWp FV y por tanto del costo del kWh. Realmente, para definir actualmente una estrategia FV, existe un rango de diferentes alternativas, de pequeñas a grandes instalaciones de mayores potencias FV en distintos sectores, centralizados y no centralizados, en dependencia de las características concretas de cada país.

Parques FV

Como hemos visto en otros trabajos, las instalaciones centralizadas en parques FV se han convertido en una buena opción, la que aumenta en la medida que el costo de generación del kWh del mix fósil sea mayor mientras que la FV disminuye, como es el caso de Cuba, donde se hace relevante el costo evitado de generación eléctrica fósil. Las instalaciones deben hacerse desde un principio de la forma más distribuida posible, teniendo en cuenta las medidas y las acciones para lograr la mayor penetración integración posible, según hemos reflejado en otros trabajos.

Además del gran desarrollo que han tenido las plantas (centrales o parques) de energía solar FV conectadas a red, en los últimos años los sistemas de autoconsumo FV han aumentado sus posibilidades, complementando el gran desarrollo de las plantas de nivel utility, aspecto que veremos a continuación.

El autoconsumo FV

El autoconsumo de electricidad fotovoltaica es una gran oportunidad para el desarrollo de la FV en Cuba, que puede además tributar grandemente al aumento de la producción industrial, a las necesidades del comercio, el turismo, entre otros aspectos.

El primer ejemplo de autoconsumo FV fue y sigue siendo el de los sistemas aislados no conectados a la red en cuyo caso se hace necesario la acumulación de electricidad para demanda en horas sin la presencia de sol.

Con el abaratamiento de los sistemas FV y el encarecimiento de las tarifas eléctricas, se hizo más rentable producir por un mismo cliente su consumo eléctrico. Frecuentemente las empresas eléctricas han estado en contra de promover el autoconsumo eléctrico incluyendo el FV ya que disminuye la dependencia comercial del cliente con la empresa suministradora del servicio eléctrico. El autoconsumo que se genera en forma distribuida entre otra bondades también aporta a la disminución de las pérdidas de transmisión y distribución

Autoconsumo instantáneo vs autoconsumo con acumulación.

El autoconsumo FV instantáneo o sin acumulación es el que se consume directamente por el sistema eléctrico del propio cliente a partir de la generación de la instalación FV. Por lo general, constituye una parte de su demanda eléctrica, y el resto lo importa de la red. También el cliente puede o no exportar excedentes de su generación FV a la red, así como en lugar de inyectar a red lo pudiera acumular parcial o totalmente, principalmente en baterías eléctricas. En este caso la utilización de la electricidad FV acumulada es diferida.

Una de las formas en términos legales comerciales existentes, de acuerdo a un marco regulatorio establecido al respecto, entre el suministrador y el cliente, cuando este consume o inyecta energía FV sobrante a la red es el denominado balance neto (net-metering), cuando se inyecta para consumirla en otro momento, lo que también tiene un carácter diferido.

La magnitud del autoconsumo instantáneo depende de la potencia de la energía eléctrica consumida por el cliente lo que condiciona las dimensiones de la instalación fotovoltaica, que a su vez está relacionada con el perfil de carga del lado de la demanda de consumos específicos de cada cliente.

Autoconsumo por sectores

El surgimiento del autoconsumo estuvo muy relacionado primeramente con el sector residencial y ha tenido un relativo lento proceso ascendente en instalaciones de mayores potencias industriales y comerciales, debido a reparos de las compañías generadoras y suministradoras de electricidad.

Es inobjetable que el autoconsumo fotovoltaico para el sector industrial con empresas que son altas consumidoras de energía eléctrica se torna altamente conveniente, donde el dimensionado de la instalación debe responder a las necesidades especificas de la demanda eléctrica de cada empresa.

El autoconsumo eléctrico FV consistente en producir, gestionar y consumir la propia energía FV generada es hoy una realidad que continuará desarrollándose notablemente en los próximos años, mediante una gestión de la energía consumida y por consumir mucho más precisa, un mayor control de su producción y consumo, lo que tributa a un mayor ahorro. Los clientes pueden hacer adaptaciones de sus consumos eléctricos y se convierten en elementos activos de la gestión.

El modelo de generación-consumo eléctrico debe ir cambiando con el aumento del autoconsumo, donde se pueden obtener bondades de un comportamiento estadístico al involucrar a miles, sobre todo de grandes clientes de consumo eléctrico, cada uno con una ¨micro gestión¨ de la curva de su demanda eléctrica, que debe ser diseñada apropiadamente por cada cliente con el acuerdo y aprobación del Despacho Nacional de Carga (DNC). Existen sistemas de control que se incorporan opcionalmente en inversores, por ejemplo con el propósito de no inyectar a la red excedentes de la generación FV. También existen softwares (free y online) de diseño para dimensionar las instalaciones óptimas de autoconsumo FV.

El autoconsumo y la penetración – integración FV

Con la disminución de los costos FV y el aumento del costo del kWh por tarifa del servicio eléctrico, el argumento principal para promover el aumento del autoconsumo instantáneo ha sido el ahorro debido a la reducción del monto del pago de factura eléctrica por parte del cliente. Además de ello, con el aumento del autoconsumo bien programado y organizado se pueden lograr dos aspectos sumamente importantes, en el caso de que el costo del kWh FV se haga menor que el kWh fósil, que ya no solo tiene que ver con los ahorros del cliente, sino también con los ahorros de carácter nacional de todo el sistema eléctrico, específicamente:

1. Menor costo de la generación eléctrica a nivel nacional debido a un mayor costo evitado de combustible fósiles para la generación eléctrica.
2. Aumento del aporte FV en el marco de una estrategia para lograr una mayor penetración – integración de la FV, al tener la posibilidad de no inyectar a red una gran parte de la generación FV.

En un esquema de demanda con autoconsumo FV se hace necesario analizar y distribuir los consumos particulares de los equipos, tener en cuenta los pronósticos meteorológicos de la región y zona, el manejo para controlar el consumo, ente otros aspectos.

El sistema de autoconsumo puede contemplar la desconexión a la red en solo varios milisegundos, mediante conmutador aislado o integrado al inversor, convirtiendo la instalación en un sistema aislado.

El autoconsumo en Cuba

Sector residencial

En Cuba existen cerca de 4 millones de clientes residenciales, el 94 % de los clientes residenciales, consumen menos de 350 kWh/mes, y pagan una tarifa eléctrica altamente subvencionado, por lo que el cliente paga un precio por kWh mucho menor que el costo de generación obtenido por la UNE y el país. Para este sector los sistemas FV que puedan instalarse son de muy poca potencia, por ejemplo:

Sabemos que la curva de demanda del cliente residencial tiene por lo general un pico inevitablemente fatal muy pronunciado en horas de ausencia de radiación solar y mucho menos demanda en horas diurnas de sol.

De inyectar el excedente a red hay que analizar la cantidad de energía total inyectada desde miles a cientos de miles de sistemas residenciales de poca potencia pero que pueden sumar mucho en horas diurnas y que pueden aumentar a rampa del pico vespertino nocturno y entrar en contradicción con la estabilidad de la red.

Una importante opción sería almacenarla en baterías como es frecuente en el caso residencial para ser utilizada en forma diferida a las horas de consumo pico o de baja radiación solar por nubosidad, esta variante no complica, como en el caso de inyección a red, la estabilidad de la misma, pero tiene sus inconvenientes, sobre todo todavía las baterías encarecen notablemente el kWh FV .

Sector industrial

A diferencia del bajo consumo por cliente residencial, las potencias y energías de consumo en el sector industrial son de las mayores del país, mas de 4000 GWh, de las que unas 600 empresas industriales consumen alrededor de 1500 GWh al año.

Eso permite la posibilidad de generar por vía FV una gran parte de la generación suministrada por la red a la demandada por la industria en cuestión, sin tener que inyectarla a la red, o sea , se satisface un consumo eléctrico inyectando muy poco a o nada a la red, por lo que la penetración sería no solo la de penetración- integración a la red, sino también la FV en autoconsumo.

Por otra parte, también a diferencia del sector residencial, la gestión de la demanda por parte de la industria puede manejar la disminución e inclusive no consumir nada durante el inevitable pico ¨fatal¨ , de consumo coincidente con la del sector residencial. Una organización inteligente de la curva de demanda eléctrica en cada industria debe tender a una mayor correspondencia entre consumo y la radiación solar diurna.

El consumo se debe programar durante un año teniendo en cuenta el comportamiento estadístico de largo plazo de la radiación solar. En el caso que se cumplan los parámetros esperados de radiación solar y de producción de la fábrica o empresa, se debe cumplir con bastante aproximación el resultado esperado de autoconsumo instantáneo FV sin necesidad de inyectar excedentes a la red. No obstante se pueden dar, aunque con menor probabilidad, otras situaciones, veamos dos casos extremos.

A.- La fábrica no está activa por distintos motivos, hay Sol y generación FV.

En este caso hay que reenviar la generación FV, una opción es inyectarla a la red, pero solo una parte. En este caso, de haber un buen número de fábricas con autoconsumo FV incorporado, el comportamiento se puede promediar estadísticamente y tener en cuenta en la gestión combinada de cientos de fábricas en coordinación con la gestión central en el DNC. Otra posibilidad es tener localizados lugares con ¨consumo de oportunidad¨, que son aquellas que están aptas para recibir ocasionalmente excedentes de generación eléctrica en cualquier momento, aspecto que se realiza actualmente en algunos países.

B.- La fábrica está trabajando en su horario diurno pero no hay sol.

En este otro caso extremo hay que determinar si hace falta en ese momento suplir o no la energía FV ausente. Se pueden tomar medidas como predefinir consumos eléctricos en partes del proceso productivo que son posibles diferir. Otra posibilidad es manejar la situación en su compartimento estadístico nacional en que se pueden incluir plantas flexibles de arranque y de conexiones rápidas, pero también se puede trasladar esta solución con plantas electrógenas o con baterías previamente cargadas, situadas en la propia fábrica. Las variantes a seleccionar pasan por un análisis económico al respecto.

Recalcamos que el comportamiento planificado debe coincidir estadísticamente con la mayoría del tiempo del proceso productivo de la fábrica, no obstante hay que tener en cuenta la gestión en los casos de fluctuaciones del comportamiento “normal”.

No debe haber dudas que la FV y el autoconsumo pueden dar un importante aporte al consumo eléctrico del sector industrial que complementa el desarrollo FV en base a nivel utility.