TESIS GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA COMO ALTERNATIVA PARA SUMINISTRO RESIDENCIAL

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

MODALIDAD: TESIS

―GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA COMO ALTERNATIVA PARA SUMINISTRO RESIDENCIAL‖.

PRESENTA:

LUIS AUGUSTO ARENAS BAUTISTA

DIRECTOR DE TESIS

ING. OSVAR VAZQUEZ ARIAS

BOCA DEL RIO, VER 2013

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERÍA





ÍNDICE

CAPÍTULO 1. ASPECTOS GENERALES. ............................................................. 1

1.1 INTRODUCCIÓN. ................................................................................................ 1

1.1.1 Energías renovables generatrices de energía eléctrica. .......................... 1

1.2 JUSTIFICACIÓN. ................................................................................................ 2

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ....................................................................... 2

1.4 OBJETIVO GENERAL. ......................................................................................... 3

1.4.1 Objetivos particulares. ............................................................................. 3

1.5 MARCO DE REFERENCIA. ................................................................................... 4

1.5.1 Marco teórico. .......................................................................................... 4

1.5.2 Marco jurídico. ......................................................................................... 9

1.5.3 Marco conceptual. .................................................................................... 9

1.6 METODOLOGÍA. .............................................................................................. 12

1.7 HIPÓTESIS. ..................................................................................................... 13

CAPÍTULO 2 ENERGÍAS RENOVABLES............................................................ 14

2.1 ENERGÍA TRABAJO Y POTENCIA. ....................................................................... 14

2.2 ¿QUÉ SON LAS ENERGÍAS RENOVABLES? .......................................................... 14

2.3 CAMBIO CLIMÁTICO. ........................................................................................ 15

2.4 CRISIS ENERGÉTICA. ....................................................................................... 17

2.5 BENEFICIOS DE LA UTILIZACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES. ............................... 18

2.6 TIPOS DE ENERGÍAS RENOVABLES. ................................................................... 20

2.6.1 Energía solar. ........................................................................................ 21

2.6.2 Energía eólica. ....................................................................................... 23

2.6.3 Energía hidráulica .................................................................................. 26

2.6.4 Energía de la biomasa ........................................................................... 30

2.6.5 Energía geotérmica ................................................................................ 32

2.6.6 Energía de las mareas ........................................................................... 35

2.7 PANORAMA MUNDIAL DE ENERGÍAS RENOVABLES. .............................................. 38

2.8 APROVECHAMIENTO A NIVEL MUNDIAL DE LOS RECURSOS RENOVABLES. .............. 39

2.8.1 Energía eólica. ....................................................................................... 39

2.8.2 Energía geotérmica. ............................................................................... 40

2.8.3 Energía hidroeléctrica. ........................................................................... 40

2.8.4 Energía solar. ........................................................................................ 41




CAPÍTULO 3. MÉXICO Y LAS RENOVABLES. ................................................... 44

3.1 SITUACIÓN DE LA INDUSTRIA ELÉCTRICA EN MÉXICO. ......................................... 44

3.2 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MÉXICO. ............................................ 46

3.3 CONSUMO ELÉCTRICO NACIONAL. ..................................................................... 50

3.4 RECURSOS RENOVABLES DE LA REPÚBLICA MEXICANA. ...................................... 52

3.4.1 Potencial eólico. ..................................................................................... 53

3.4.2 Potencial solar (Fotovoltaica). ................................................................ 53

3.4.3 Potencial hidráulico (modalidad minihidráulica) ..................................... 54

3.4.4 Potencial geotérmico. ............................................................................ 54

3.4.5 Potencial biomasa. ................................................................................. 55

CAPÍTULO 4. TECNOLOGÍA FOTOVOLTAICA. ................................................. 56

4.1 EFECTO FOTOVOLTAICO. ................................................................................. 56

4.2 CELDA FOTOVOLTAICA. .................................................................................... 57

4.3 PANEL SOLAR. ................................................................................................ 57

4.4 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.............................................................................. 58

4.5 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. ............................................................... 59

4.5.1 Sistemas fotovoltaicos autónomos......................................................... 60

4.5.2 Sistema fotovoltaico interconectado a la red. ........................................ 61

4.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. .......................... 62

4.7 INVERSOR DE CD/CA ...................................................................................... 64

4.8 MEDIDORES BIDIRECCIONALES. ........................................................................ 65

CAPÍTULO 5. AUTOABASTECIMIENTO COMO ALTERNATIVA PARA EL

SUMINISTRO ELÉCTRICO DE UNA CASA HABITACIÓN POR MEDIO DE UN

SISTEMA FOTOVOLTAICO INTERCONECTADO A LA RED ELÉCTRICA

(NORMATIVIDAD). ............................................................................................... 68

5.1 ¿QUÉ ES EL AUTOABASTECIMIENTO ELÉCTRICO? ............................................... 69

5.2 AUTORIDADES CLAVE EN LA PRÁCTICA DE AUTOCONSUMO Y LA EXPLOTACIÓN DE

FUENTES RENOVABLES. ......................................................................................... 70

5.3 NORMATIVIDAD. .............................................................................................. 73

5.4 REQUISITOS GENERALES ................................................................................. 83

5.4.1 Regulación de Tensión. ......................................................................... 83

5.4.2 Sincronía ................................................................................................ 83

5.4.3 Voltaje .................................................................................................... 84

5.4.4 Frecuencia ............................................................................................. 85




CAPÍTULO 6. AUTOABASTECIMIENTO COMO ALTERNATIVA PARA EL

SUMINISTRO ELÉCTRICO DE UNA CASA HABITACIÓN POR MEDIO DE

SISTEMA FOTOVOLTAICO (DIMENSIONAMIENTO DEL SFVI). ....................... 87

6.1 DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO. .............................................. 87

6.1.1 Carga eléctrica conectada y hábitos de consumo. ................................ 88

6.1.2 Tarifas eléctricas actuales. .................................................................... 88

6.1.3 Carga a alimentar por el sistema fotovoltaico. ....................................... 89

6.1.4 Localización del SFVI. ........................................................................... 90

6.1.5 Tipo de panel solar. ............................................................................... 90

6.2 PASOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE SFVI. .................................................. 90

6.2.1 Promedio del consumo anual de la vivienda. ......................................... 91

6.2.2 Porcentaje de carga a ser alimentado por el SFV. ................................ 91

6.2.3 Capacidad requerida diaria. ................................................................... 92

6.2.4 Capacidad del panel. ............................................................................. 92

6.2.5 Cantidad de paneles a utilizar. ............................................................... 93

6.3 EJEMPLOS DE DIMENSIONAMIENTO DE MÓDULOS FV PARA ALIMENTACIÓN DE CARGA

DE CASA HABITACIÓN AL 50%, 80% Y 100%. .......................................................... 94

6.3.1 Ejemplo Suministro al 50%. ................................................................... 95

6.3.2 Ejemplo Suministro al 80%. ................................................................... 97

6.3.3 Ejemplo Suministro al 100%. ................................................................. 99

6.4 INTERCONEXIÓN DE UN SISTEMA FTV A LA RED ELÉCTRICA. .............................. 101

6.5 COBRO Y RETRIBUCIONES AL USUARIO DE UN SFVI. ........................................ 101

CAPÍTULO 7. CONCLUSIÓN. ............................................................................ 104

ANEXO A. ........................................................................................................... 105

ANEXO B. ........................................................................................................... 106

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA. ................................................................... 107




ÍNDICE DE FIGURAS.

FIG. 1 APROVECHAMIENTO SOLAR TÉRMICO Y SOLAR FOTOVOLTAICO. ................................................... 22

FIG. 2 PARQUE EÓLICO LA VENTOSA. OAXACA, MÉXICO. ....................................................................... 24

FIG. 3 CENTRAL HIDROELÉCTRICA ―LAS TRES GARGANTAS‖, CHINA........................................................ 27

FIG. 4 FORMAS DE PRODUCCIÓN DE BIOMASA. ...................................................................................... 30

FIG. 5 ESQUEMA TRIDIMENSIONAL DE UNA PLANTA GEOTÉRMICA. .......................................................... 34

FIG. 6 PROTOTIPO DE TURBINA PARA APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA MAREOMOTRIZ. ........................... 36

FIG. 7 CÉLULA FOTOVOLTAICA CON CARGA ELÉCTRICA.......................................................................... 57

FIG. 8 EFICIENCIA ENERGÉTICA POR MATERIAL DE CELDAS FOTOVOLTAICAS. FUENTE: SENER, PROGRAMA

DE ENERGÍAS RENOVABLES. ......................................................................................................... 58

FIG. 9 SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTÓNOMO. ........................................................................................ 61

FIG. 10 SISTEMA FOTOVOLTAICO INTERCONECTADO A LA RED. .............................................................. 62

ÍNDICE DE GRÁFICAS.

GRÁFICA 1 CAPACIDAD ACUMULADA DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA AL 2010 (MW). FUENTE: TRENDS

IN PHOTOVOLTAIC APLICATIONS, SURVEY REPORT OF SELECTED IEA COUNTRIES BETWEEN 1992 AND

2010. IEA PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEMS PROGRAMMER 2011 ....................................................... 8

GRÁFICA 2 ESCENARIO DE EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN MUNDIAL DE HIDROCARBUROS. GBPE: MILES DE

MILLONES DE BARRILES DE PETRÓLEO EQUIVALENTE POR AÑO. FUENTE: ASSOCIATION FOR THE STUDY

OF PEAK OIL AND GAS (ASPO), 2008. .................................................................................................. 17

GRÁFICA 3 CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE FUENTES RENOVABLES (TWH), 2006 – 2035 FUENTE: INTERNATIONAL

ENERGY OUTLOOK 2011, ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION, US. ............................................................... 39

GRÁFICA 4 GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE ENERGÍAS RENOVABLES A NIVEL MUNDIAL

(MWH). FUENTE: SENER, CON DATOS DE RENEWABLE ENERGY OUTLOOK. ...................................... 42

GRÁFICA 5 PARTICIPACIÓN DE LA CAPACIDAD DE GENERACIÓN ELÉCTRICA DE PERMISIONARIOS EN MÉXICO,

2011. FUENTE: COMISIÓN REGULADORA DE ENERGÍA (CRE). ............................................................. 45

GRÁFICA 6 GENERACIÓN BRUTA EN EL SERVICIO PÚBLICO POR TIPO DE ENERGÉTICO UTILIZADO (GWH),

2000 – 2011. FUENTE: COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE). ............................................... 48

GRÁFICA 7 GENERACIÓN ANUAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE PERMISIONARIOS POR MODALIDAD (GWH),

2000 – 2011. FUENTE: COMISIÓN REGULADORA DE ENERGÍA (CRE). ................................................ 49

GRÁFICA 8 VENTAS INTERNAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR SECTOR (DISTRIBUCIÓN PORCENTUAL), 2011.

FUENTE: SENER, POISE 2011 – 2026, CON DATOS DE LA CFE. ....................................................... 51




ÍNDICE DE TABLAS.

TABLA 1 CLASIFICACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES. FUENTE: SP ENERGÍAS RENOVABLES DESARROLLO

SUSTENTABLE MÉXICO. SENER, 2012. ........................................................................................ 21

TABLA 2 CAPACIDAD EÓLICA INSTALADA, 2010. (MW). FUENTE: GLOBAL WIND REPORT, ANNUAL MARKET

UPDATE 2010. GLOBAL WILD ENERGY COUNCIL............................................................................ 26

TABLA 3 GENERACIÓN BRUTA EN EL SERVICIO PÚBLICO POR TIPO DE CENTRAL, 2000 – 2011. FUENTE:

COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD (CFE). .............................................................................. 47

TABLA 4 CONSUMO NACIONAL DE ENERGÍA (GWH), 2000 – 2011. FUENTE: COMISIÓN FEDERAL DE

ELECTRICIDAD (CFE)................................................................................................................... 50

TABLA 5 VENTAS INTERNAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA POR SECTOR (GWH), 2000 – 2011. FUENTE: SENER,

POISE 2011 – 2026, CON DATOS DE LA CFE ............................................................................... 51

TABLA 6 RESPUESTA A TENSIONES ANORMALES EN EL PUNTO DE INTERCONEXIÓN. FUENTE:

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PEQUEÑA ESCALA. CFE. ................................................................. 85

TABLA 7 RESPUESTA A FRECUENCIAS ANORMALES EN EL PUNTO DE INTERCONEXIÓN. FUENTE:

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PEQUEÑA ESCALA. CFE. ................................................................. 86

TABLA 8 TARIFAS ESPECÍFICAS DE CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN SERVICIO DOMÉSTICO, AL 2012.

FUENTE: COMISIÓN FEDERAL DE ELECTRICIDAD. ........................................................................... 89

TABLA 9 HORAS DE SOL PICO POR DÍA PARA LA REPÚBLICA MEXICANA. FUENTE: “GUÍA DE

USUARIO SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INTERCONECTADOS CON LA RED APLICACIONES A PEQUEÑA

ESCALA”, INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS. .............................................................. 105

TABLA 10 ÁREA REQUERIDA DEL ARREGLO FV CON DIVERSAS TECNOLOGÍAS Y

CAPACIDADES, M2 (VALOR APROXIMADO). FUENTE: “GUÍA DE USUARIO SISTEMAS

FOTOVOLTAICOS INTERCONECTADOS CON LA RED APLICACIONES A PEQUEÑA ESCALA”, INSTITUTO DE

INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS. ................................................................................................. 106

1




LUIS AUGUSTO ARENAS BAUTISTA.

Capítulo 1.

Aspectos Generales.

1.1 Introducción.

La energía eléctrica es un recurso vital para el desarrollo de todos los países y

sociedades a nivel mundial, el prescindir de infraestructura y tecnología para la

generación de éste es fatal para la economía de cualquier país y/o sociedad

actual. Sin embargo, la contaminación que conlleva la quema de combustibles

para la generación eléctrica es ya un tema de gran relevancia a nivel mundial el

cual cuestiona la práctica tradicional de generación eléctrica (termoeléctricas).

Otro punto importante, es el encarecimiento de los combustibles con los cuales se

genera electricidad gracias a la especulación a nivel mundial de las principales

empresas productoras de petróleo, como consecuencia de esto las tarifas

eléctricas van en aumento.

1.1.1 Energías renovables generatrices de energía eléctrica.

La generación de energía eléctrica mediante recursos renovables se realiza por

medio de los ciclos y condiciones que brinda la naturaleza, dichas condiciones se

espera perduren por varios siglos o incluso milenios, es por esto que se han

desarrollado tecnologías para el correcto aprovechamiento de estos recursos, la

implementación de estas tecnologías y por ende aprovechamiento de los recursos

tiene un impacto favorable para el entorno. Por lo tanto, el utilizar estos recursos

es de gran importancia en la actualidad debido a que ayudan a frenar los cambios

climáticos derivados de la quema de combustibles fósiles y reduce la dependencia

a estos.

Las energías renovables pueden ser aprovechadas a gran escala por medio de

grandes generadoras o por medio del autoconsumo energético, esta es una

actividad mediante la cual un consumidor de energía, en este caso energía

2





eléctrica, produce su propio abastecimiento sin algún suministro externo, esta

práctica puede ser total o parcial.

Autoconsumo eléctrico, es una alternativa para el aprovechamiento de los

recursos renovables, esta actividad presenta una alternativa para el suministro

eléctrico, con lo cual el consumidor experimenta independencia energética hasta

donde el mismo consumidor lo decida, y con esto disminuiría la carga demandada

a la empresa prestadora del servicio eléctrico nacional.

Esta tesis expondrá la importancia de las energías renovables y principalmente del

autoconsumo eléctrico como aprovechamiento de los recursos renovables

(energía solar) a nivel residencial.

1.2 Justificación.

Esta tesis se realiza con la finalidad de ilustrar el dimensionamiento de un sistema

fotovoltaico para el suministro de energía de una fracción de la carga conectada

del consumidor.

1.3 Planteamiento del problema.

La práctica de autoconsumo energético no es nueva en el estado mexicano, sin

embargo ha tenido poca propagación a nivel nacional debido a la falta de

tecnología y de personal calificado para la implementación de esta actividad,

haciendo con esto una práctica poco común.

Para poder hacer factible la práctica de autoabastecimiento se hace necesario

realizar un estudio de ingeniería eléctrica para el correcto dimensionamiento del

sistema fotovoltaico, este dimensionamiento debe de cubrir aspectos

fundamentales de la ingeniería eléctrica que van desde leyes y teorías hasta la

normatividad vigente de recursos para el correcto aprovechamiento de la energía

eléctrica.

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Por lo anterior, se implementarán las actividades necesarias para poder realizar un

correcto dimensionamiento basados en la normatividad mexicana, cálculos,

esquematización, etc., dichas actividades buscaran dar al sistema de

autoabastecimiento las características fundamentales brindadas por el

suministrador de energía eléctrica a nivel nacional (CFE) tales como: calidad,

flexibilidad y continuidad.

Las características mencionadas con anterioridad deben estar siempre presentes

en los sistemas eléctricos debido a que la falta de energía eléctrica conllevaría a,

en el caso de casas habitación, la inconformidad del consumidor, por tal motivo es

necesario buscar los medios para el establecimiento de estas características

fundamentales mediante los respectivos cálculos, los dispositivos correctos y las

distintas herramientas eléctricas.

1.4 Objetivo general.

Exponer el aprovechamiento de los recursos renovables (energía solar

fotovoltaica) a nivel residencial.

1.4.1 Objetivos particulares.

Demostrar la importancia de la implementación de fuentes de energías

renovables para el sustento energético (autoabastecimiento).

Exponer el marco regulatorio para el autoabastecimiento eléctrico.

Comparar el sistema fotovoltaico Celdas-batería contra un sistema

fotovoltaico Celdas-medidor bidireccional.

Realizar el análisis de una casa habitación para autoconsumo energético.

Proponer una alternativa para el dimensionamiento de un sistema

fotovoltaico.

4





1.5 Marco de referencia.

1.5.1 Marco teórico.

Se le denomina energías renovables a aquellos recursos los cuales son

consecuencia de fenómenos naturales, estos recursos son hasta cierto punto

inagotables ya que son producto de ciclos naturales, estos recursos prevalecerán

por un largo tiempo, hasta que las condiciones que propician dichos ciclos o

fenómenos cambien, para lo cual deben pasar centenares de años debido a que

los cambios en los ecosistemas naturales son graduales y no ocurren de forma

inmediata.

Este tipo de recursos pueden ser aprovechados utilizando los avances de la

tecnología, y con esto se pueden obtener grandes beneficios ya que al aprovechar

estos recursos se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero a la

atmosfera y con ello ayudamos a frenar el calentamiento global del cual ya se

sienten sus efectos en todas las regiones del mundo.

Estos recursos están dispuestos en casi todas las regiones del planeta, debido a

que prácticamente cada ecosistema propicia un fenómeno natural el cual a su vez

genera un recurso renovable que puede ser aprovechado por el ser humano

utilizando la tecnología correcta.

Debido a lo anterior, distintos países han apostado fuertemente por explotar sus

recursos renovables en aras de la obtención de sus beneficios, si bien las

energías renovables no son la panacea ayudan considerablemente a reducir los

gases de efecto invernadero causantes del aceleramiento del calentamiento

global, además de disminuir la dependencia de los seres humanos a los

combustibles fósiles los cuales cada día van a la alza y con ellos las tarifas

eléctricas.

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Existe una gran variedad de energías renovables presentes en el planeta, estas

energías como se mencionó corresponden a los diversos fenómenos que se

presentan de forma natural dentro de los ecosistemas naturales. Sin embargo, no

todas las tecnologías se han desarrollado tanto y tan velozmente como aquellas

que son para el aprovechamiento de la energía solar.

Energía solar.

La energía solar que recibe nuestro planeta es resultado de un proceso de fusión

nuclear que tiene lugar en el interior del Sol. De la energía generada durante el

proceso mencionado llega a nuestro planeta una mínima cantidad, esta energía

recorre alrededor de 145 millones de kilómetros (distancia del Sol a la Tierra), sin

embargo, la cantidad de energía que logra llegar es suficiente en proporción a las

dimensiones de nuestro planeta.

La energía solar está compuesta por: radiación ultravioleta, la cual al llegar a la

Tierra es absorbida por la capa de ozono, que está en el límite superior de la

atmósfera, la parte infrarroja de la energía solar se pierde por dispersión al

reflejarse en las nubes (las nubes reflejan hasta un 80% de la radiación solar),

mientras que el resto de la energía proveniente del Sol llega a la superficie, ya sea

de manera directa o indirecta, como reflejo de las nubes y partículas en la

atmosfera; es así como al saber los componentes que integran este tipo de

energía se puede hallar y desarrollar tecnologías con las cuales se puede

aprovechar el potencial de esta fuente, dicha fuente se estima perdurará por

millones de años o al menos hasta que el Sol cumpla su ciclo de vida.

Una vez que se conocen los componentes de la energía solar se desarrollaron

tecnologías capaces de aprovechar esta fuente de energía amigable con el

ambiente, estas innovaciones se emplean principalmente en dos sistemas:

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Sistemas térmicos. Utilizado mayormente para el calentamiento de fluidos.

Sistemas fotovoltaicos. Utilizado para la generación de energía eléctrica en

pequeña o gran escala.

Las anteriores son las principales formas de aprovechar el potencial solar, estos

sistemas han sido empleados alrededor del mundo por distintos sectores, los

cuales están comprometidos con frenar la emisión de gases de efecto invernadero

y con ello disminuir las afectaciones producidas por estos, cuyos efectos son cada

vez más visibles, algunos países europeos dan constancia de las bondades que

tiene el utilizar la energía solar como materia prima para la producción de energía

eléctrica.

Actualmente los esfuerzos realizados por distintas organizaciones públicas,

privadas y ecologistas a nivel mundial promueven la utilización de fuentes de

energías renovables como lo es la energía solar. En este contexto se deben

mencionar las distintas formas por medio de las cuales se han implementado la

explotación de recursos renovables para la generación de energía eléctrica,

hablando específicamente de energía solar fotovoltaica, las cuales son:

Generación eléctrica a gran escala.

Generación eléctrica para autoconsumo.

Generación eléctrica para autoconsumo.

La generación eléctrica por medio de fuentes renovables se puede realizar a gran

escala, esta es una medida la cual conlleva grandes esfuerzos por diversos

sectores de la población, además de ser una gran inversión por parte de los

propietarios de la planta, estos pueden ser del sector público o privado

dependiendo de la normatividad vigente en el estado o país donde se desarrollen

este tipo de proyectos, sin embargo, al ser una gran inversión conlleva que

7





también se corran grandes riesgos en cuanto a las ganancias y pérdidas que se

manejan en la industria energética, es por esto que la generación de energía

eléctrica a gran escala por medio de fuentes renovables actualmente representa la

mínima parte del total del consumo energético de la mayoría de los países, a

excepción de algunos países de la zona euro, ya que las grandes productoras de

energía eléctrica no están del todo convencidas por los riesgos económicos que

pudieran conllevar la explotación de fuentes renovables para la generación de

energía eléctrica.

Por los motivos mencionados y como medida para aumentar la generación de

energía eléctrica por fuentes renovables, muchas administraciones

gubernamentales están apostando por promover y reglamentar el autoconsumo

energético, específicamente generación de energía eléctrica.

El autoconsumo energético es una práctica en la cual el consumidor de energía

tiene la capacidad de generar la carga demandada total o parcialmente mediante

diversas formas de aprovechamiento energético, no solo fuentes renovables. Sin

embargo, las más benéficas por el impacto positivo es la generación por medio del

aprovechamiento de recursos verdes. El autoconsumo energético da la pauta para

que el consumidor se independice de las compañías suministradoras de energía

eléctrica, hasta donde el usuario lo requiera ya que la finalidad de la iniciativa no

es disolver o quebrar las finanzas de las productoras sino equilibrar el sistema

eléctrico local.

La actividad del autoconsumo eléctrico por medio de paneles fotovoltaicos es una

práctica cotidiana en varios países, un claro ejemplo es España en donde buena

parte de la población satisface sus necesidades energéticas por medio de sus

propios sistemas fotovoltaicos, pero esto no quiere decir que las empresas

suministradoras de energía eléctrica pierdan sus facultades como tal ya que si

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bien dejan de suministrar energía a los ―autoconsumidores‖ dichas cargas

representan una cantidad de consumo mínimo en comparación con el consumo

que tienen los centros industriales, quienes debido a su alta demanda de energía

eléctrica la implementación de la actividad de autoconsumo eléctrico representa

más riesgos económicos que beneficios para estas empresas.

Otro ejemplo claro de esto son Alemania, Italia, Brasil, por mencionar algunos,

estos últimos han implementado reglamentaciones menos agresivas para quienes

quieran generar su propia energía, caso contrario el de España a quienes se les

añadió un impuesto por esta práctica.

Gráfica 1 Capacidad acumulada de energía solar fotovoltaica al 2010 (MW).

Fuente: Trends in Photovoltaic Aplications, Survey report of selected IEA countries between 1992 and

2010. IEA Photovoltaic Power Systems Programmer 2011

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Es así como poco a poco se ha ido abriendo camino para realizar actividades de

generación de energía eléctrica para consumo propio en diferentes países, no

obstante, que la regulaciones deben ser las apropiadas para fomentar el uso de

este tipo de energías y así ayudar a alcanzar metas ecológicas y reducir la

dependencia a los combustibles convencionales.

1.5.2 Marco jurídico.

En México existen reglamentos y normativas la cuales brindan el marco jurídico

con el cual deben ser aprovechados los recursos de la nación, en este caso las

fuentes renovables, dentro de la normatividad y reglamentación actual se

encuentran las siguientes:

CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS.

LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

REGLAMENTO DE LA LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y EL

FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA.

REGLAMENTO DE LA LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS

RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA.

REQUISITOS TÉCNICOS PARA LA INTERCONEXIÓN DE FUENTES DISTRIBUIDAS

DE GENERACIÓN EN PEQUEÑA ESCALA CFE.

Las anteriores son las principales regulaciones en México para el

aprovechamiento de los recursos renovables, no obstante se debe mencionar que

ninguna ley o reglamento está o estará por encima de la constitución política de

los Estados Unidos Mexicanos.

1.5.3 Marco conceptual.

Para el entendimiento de los temas aquí descritos se necesita delimitar algunos

conceptos y definirlos según el contexto analizado dentro del área del estudio.

Para lo cual se enlistaran los conceptos más relevantes los cuales le darán al

lector la herramienta para un mejor entendimiento de este texto.

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Energías renovables. Aquellas cuya fuente reside en fenómenos de la naturaleza,

procesos o materiales susceptibles de ser transformados en energía aprovechable

por la humanidad, que se regeneran naturalmente, por lo que se encuentran

disponibles de forma continua o periódica, y que se enumeran a continuación:

a) El viento;

b) La radiación solar, en todas sus formas;

c) El movimiento del agua en cauces naturales o artificiales;

d) La energía oceánica en sus distintas formas, a saber: mareomotriz,

maremotérmica, de las olas, de las corrientes marinas y del gradiente de

concentración de sal;

e) El calor de los yacimientos geotérmicos;

f) Los bioenergéticos, que determine la Ley de Promoción y Desarrollo de los

Bioenergéticos, y

g) Aquellas otras que, en su caso, determine la Secretaría de Energía. [1]

Energía solar. Energía proveniente del Sol la cual recorre millones de kilómetros

hasta la Tierra en forma de radiación electromagnética. [2]

Espectro solar. Rango de frecuencias de radiación electromagnética debida a la

energía solar en donde se encuentran los distintos componentes de esta; las

ondas de alta frecuencia son denominadas ultravioleta, las de baja frecuencia

infrarrojo, dentro del rango de ondas de alta frecuencia y las de baja frecuencia se

encuentra la parte visible de la luz solar. [2]

Insolación. La cantidad total de radiación solar (directa y reflejada) que se recibe

en un punto determinado del planeta, sobre una superficie de 1 m2, para un

determinado ángulo de inclinación entre la superficie colectora y la horizontal del

lugar, recibe el nombre de insolación. [2]

Sistema fotovoltaico. Consiste en la integración de varios componentes, cada uno

de ellos cumpliendo con una o más funciones específicas, a fin de que éste pueda

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proporcionar la energía necesaria demandada por el sistema la cual esta impuesta

por el tipo de carga conectada, los sistemas fotovoltaicos usan como combustible

la energía solar. [2]

Panel fotovoltaico. Conjunto de celdas fotovoltaicas las cuales son fabricadas con

silicio esta celda transforma la radiación solar en energía eléctrica. La tensión

producida de cada celda es de aproximadamente 0,5 voltios, insuficiente para la

práctica totalidad de aplicaciones eléctricas, por tal motivo se agrupan un número

determinado de celdas para constituir el panel y con ello producir energía eléctrica

útil en diversas aplicaciones. La potencia eléctrica producida depende linealmente,

en una primera aproximación, de la superficie del panel fotovoltaico. [2]

Carga conectada. Cantidad de carga, en Watts, totales conectada en un sistema

eléctrico determinado.

Inversor CD/CA. Dispositivo electrónico el cual tiene la capacidad de convertir una

señal de corriente directa en una señal de corriente alterna, necesaria para la

utilización de la energía generada en el sistema fotovoltaico. [2]

Medidor bidireccional. Equipo de medición utilizado para la autogestión de energía

eléctrica.

Autoconsumidor. Persona moral o física la cual realiza la actividad de

autoconsumo energético por cualquier medio. [1]

Fuente de energía distribuida (FED), en pequeña escala. Fuentes de energía

independiente conectada al sistema eléctrico nacional con voltajes menores a 1 kV

y potencias que no rebasen los 30 MW. [3]

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Suministrador de energía eléctrica. Empresa local, pública o privada, encargada

del suministro de energía eléctrica mediante una red de distribución convencional.

Para el caso de México Comisión Federal de Electricidad (CFE).

Interconexión. Proceso de conectar una fuente de energía independiente a la red

eléctrica nacional (Sistema eléctrico nacional)

1.6 Metodología.

Actualmente existe un gran número de profesionales que se desarrollan en el área

de energía, específicamente en energías renovables, con especial énfasis en la

proyección, instalación y mantenimiento de sistemas fotovoltaicos, gracias a la

actividad profesional empírica y al empleo de la ingeniería dichas actividades se

han desarrollado velozmente. De lo anterior tenemos que actualmente existen

distintos recursos de los cuales se puede apoyar una investigación de este tema.

La metodología a utilizar en esta ocasión será basada en un conjunto de diversos

estudios extraídos de libros, manuales electrónicos, investigaciones realizadas con

anterioridad por diversos institutos, etc.

Se debe señalar claramente que la metodología que se llevara a cabo no es una

receta de cocina ya que la aplicación de dicha metodología dependerá de

múltiples factores propios de la ingeniería, es así como la metodología la cual se

empleara estará apoyada en la experiencia de profesionales en la materia para así

poder dar una mejor realización de los estudios.

Dentro de las actividades a realizar para cumplir con el cometido de la tesis se

realizaran aquellas que se consideren necesarias para dimensionar un sistema

fotovoltaico para una casa habitación del estado mexicano, tales como el cálculo

de la carga total del lugar o consumo promedio, asimismo se realizaran los

cálculos para abastecer dicha carga por medio de un sistema fotovoltaico y la

interconexión de este hacia la red eléctrica de CFE.

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1.7 Hipótesis.

“La generación de energía eléctrica por medio de la explotación de la energía solar

fotovoltaica es una alternativa técnicamente viable para abastecer, total o

parcialmente, el consumo de una casa habitación”.

14





Capítulo 2

Energías renovables.

2.1 Energía trabajo y potencia.

Para entender el uso de las energías renovables y la procedencia de estas es

imprescindible conocer los conceptos que hacen posible la utilización de este

término como lo son: energía, trabajo y potencia.

El concepto de energía es muy utilizado cotidianamente, sin embargo, en el

terreno de la física y de la tecnología la energía es definida como la propiedad que

los cuerpos o sistemas completos tienen para transformarse y modificar sus

estados físicos de forma independiente o dependiente de otros factores.

Por otro lado el trabajo se refiere a la transferencia de energía de un sistema a

otro. Erróneamente se piensa que la energía es la capacidad de producir trabajo,

siendo que en un sentido estricto del concepto el trabajo no es una propiedad de

los cuerpos sino el proceso por el cual se transfiere energía de un cuerpo a otro.

Esto se respalda por las unidades que manejan ambos conceptos el Joule (J), el

cual se define matemáticamente como: Newton por metro.

Es así como llegamos al término de potencia el cual está definido como el trabajo

por unidad de tiempo, lo cual nos dice que la potencia es la rapidez con la cual se

realiza un trabajo y su unidad es el Watt (W).

Con base en lo anterior podemos definir el concepto de energías renovables el

cual sin las anteriores definiciones podría ser ambiguo.

2.2 ¿Qué son las energías renovables?

Primeramente, el término de ―energías renovables‖ no es correcto ya que teniendo

en cuenta la primera ley de la termodinámica o ley de conservación de la energía

sabemos que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, por tal

15





motivo una energía no se puede renovar y volver a su estado original

completamente de acuerdo a los principios termodinámicos de reversibilidad e

irreversibilidad. Sin embargo, la fuente que los genera si se puede considerar

renovable o no renovable, no obstante, se ha acuñado el término ―energías

renovables‖ a aquellas que provienen de fuentes renovables.

Las energías renovables son recursos provenientes de los ciclos naturales de la

Tierra, estos recursos al ser aprovechados para la realización de algún trabajo no

alteran el equilibrio térmico del planeta al no liberar gases de efecto invernadero,

por tal motivo, también se les considera energías verdes. Al ser consecuencia de

los fenómenos naturales terrestres las energías renovables pueden ser

aprovechadas por un tiempo indefinido ya que los fenómenos que producen estos

recursos, se estima, perdurarán por millones de años, esto debido a que un

cambio en la atmósfera terrestre se da de forma gradual y no de manera

inmediata, de aquí la justificación del aprovechamiento de estos recursos como

fuentes energéticas sustentables.

El aprovechamiento de estos recursos tiene varios puntos importantes entre los

cuales destacan dos, dichos puntos han estado en boga desde la última década,

estos son:

Cambio climático.

Crisis energética.

Ambos temas son de gran relevancia para la población mundial ya que ambas

problemáticas han venido a dejar un panorama nada agradable a las generaciones

presentes y amenaza la estabilidad de las futuras.

2.3 Cambio climático.

El cambio climático forma parte de un ciclo natural de la Tierra, sin embargo la

acción humana en diversos rubros ha acelerado este proceso y con ello sus

16





efectos negativos en la población a nivel mundial, tales efectos se pueden ver año

con año en todos los rincones del planeta y dejan ver lo frágil de la civilización

ante el inmenso poder de la naturaleza.

Los seres humanos han contribuido al calentamiento global gracias a la

dependencia de los hidrocarburos los cuales han sido la fuente de energía por

excelencia en el último siglo, acelerándose el uso de estos después de la

revolución industrial.

Después de la revolución industrial el oro negro se convirtió en el más preciado de

los recursos debido a que de este se derivaban una gran variedad de

combustibles para las maquinarias, entro otros artículos. Ahora bien, la

combustión de estos productos tienen entre sus residuos al CO2 (bióxido de

carbono), este residuo es liberado en grandes cantidades durante la combustión

de cualquier máquina de combustión interna, dichas maquinas son utilizadas

comúnmente en las generadoras eléctricas mediante plantas termoeléctricas,

usualmente estas centrales son alimentadas con productos derivados del petróleo

para su funcionamiento por lo que presentan un centro de contaminación

importante al ser las más empleadas para la generación eléctrica a nivel mundial.

Por lo anterior, las fuentes de energías renovables son un gran apoyo para

disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2 y con ello

aminorar los efectos que tienen estos residuos en el proceso de cambio climático.

Al ser una fuente que no altera el equilibrio térmico del planeta, las energías

renovables son de gran ayuda y se hace necesaria su implementación a nivel

global, lo cual nos lleva a reflexionar acerca del riesgo de seguir con la

dependencia al petróleo y lo que podría representar para generaciones presentes

y futuras el seguir con esta práctica.

17





2.4 Crisis energética.

La crisis energética que asola al planeta debida a diferentes problemáticas es un

tema que ha estado presente durante las últimas décadas, una de esas

problemáticas es la especulación en cuanto a los precios del crudo a nivel mundial

por las grandes compañías petroleras, las cuales han venido anunciando desde

hace algún tiempo del posible desabasto de este recurso a nivel mundial, lo cual

en los mercados financieros hace que el precio de los barriles de petróleo vaya a

la alza cada vez más.

Como consecuencia de las fluctuaciones del precio del crudo los consumidores de

energía eléctrica se ven afectados debido al incremento en las tarifas de consumo

las cuales están directamente relacionadas con el precio de los combustibles, esto

al ser los hidrocarburos la base para la generación eléctrica por medio de plantas

termoeléctricas, las cuales son las de mayor presencia debido a sus ventajas con

respecto a otras centrales.

Gráfica 2 Escenario de evolución de la producción mundial de hidrocarburos. Gbpe: Miles de millones de barriles de petróleo equivalente por año. Fuente: Association for the Study of Peak Oil and Gas (ASPO), 2008.

18





No obstante, muchos expertos indican que la especulación de los hidrocarburos se

basa en teorías infundadas, sin fundamento alguno, ya que no se sabe con

exactitud la cantidad de petróleo que hay en el mundo, puesto que se siguen

descubriendo yacimientos alrededor del mundo como en el caso de los

yacimientos en aguas profundas en el golfo de México, aun así los grandes

corporativos realizan están practicas con la finalidad de engrosar sus finanzas y

así tener el control del mercado energético a nivel mundial.

2.5 Beneficios de la utilización de energías renovables.

La implementación de políticas las cuales fomenten y procuren la utilización de

fuentes renovables como principal combustible para la producción de energía

eléctrica tiene beneficios tanto económicos como ambientales para los habitantes

del lugar donde se desarrollen este tipo de proyectos.

Los fenómenos que originan los recursos renovables existen alrededor del mundo

de forma natural, por tal motivo no es descabellado pensar que todos los países

cuentan con, por lo menos, una fuente de energía renovable, la apropiada

explotación de estos recursos conllevara, al país que practique estas actividades,

beneficios los cuales se traducirán en ahorros monetarios y mejoramiento de la

calidad de vida de sus habitantes.

Uno de los principales motivos para utilizar estas fuentes de energía son los

beneficios ambientales ya que el correcto aprovechamiento, para generación de

energía eléctrica, ayudara a la mitigación de la contaminación procedente de las

centrales termoeléctricas ubicadas, por lo regular, en las inmediaciones de las

ciudades y cuyas emisiones son, junto con las emisiones provocadas por el

transporte, las principales fuentes de gases de efecto invernadero. La explotación

de los recursos renovables contribuirá a una mejor calidad de vida de los

19





habitantes ya que estarán expuestos a una menor contaminación.

Por otro lado, el aprovechamiento de las fuentes de energía ―verde‖ tiene distintos

beneficios económicos y sociales.

En cuanto a los beneficios económicos, la dependencia que tiene el mundo hacia

los hidrocarburos ha creado una gran demanda de estos, por ende, la industria

petrolera internacional se ha convertido en un negocio extremadamente lucrativo y

con ello llegan las diversas problemáticas que involucra cualquier negocio donde

se encuentren inmersos millones de intereses. Esto dio como resultado que en

1970 se comenzara a especular con la producción del crudo y al mismo tiempo

con el precio de este.

Por tal motivo las energías renovables al ser un recurso esencialmente gratuito, ya

que no se puede exportar ni importar, y el cual está fuera de las fluctuaciones de

los mercados financieros hace que los beneficios de utilizar estas fuentes como

principal combustible para la generación eléctrica, a gran o pequeña escala, sea

vuelva atractiva. Asimismo, la explotación de estos los energéticos verdes ayudan

a la soberanía del país que los utilice, debido a que al utilizar recursos locales para

el desarrollo del lugar independiza a dicho lugar de las importaciones de recursos

del extranjero.

Otro beneficio que conlleva la utilización de energías renovables, para la

generación de energía eléctrica, es el aspecto social del lugar donde se

aprovechen, ejemplo de esto es la electrificación en zonas rurales en donde

suministrar energía eléctrica con redes eléctricas convencionales se torna difícil

por razones geográficas y en alguno casos económicas, es así como la

generación de energía eléctrica mediante la explotación de recursos renovables

ayudan a reducir los rezagos sociales en cuestión de electrificación en dichas

zonas. Además, en las zonas urbanas también hay beneficios con la creación de

nuevos oficios, esto se debe a que la tecnología utilizada para la explotación de

20





estos recursos es prácticamente nueva, por tanto se necesita personal capacitado

y entendido en la materia, abriendo con esto nuevas fuentes de empleo.

Consecuencia de estos beneficios (solo por citar algunos, ya que puede haber

beneficios desde distintos enfoques) la economía de los países donde se

aprovechen mejorara ya que al tener una fuente de energía eléctrica la cual te da

autonomía del mercado y propicie dinamismo dentro del mercado interno

provocara que la economía permanezca más estable que las economías de

países donde no son utilizadas las energías verdes. La seguridad del comentario

anterior se debe a que el mercado global se rige en gran medida por lo precios y la

disposición de los hidrocarburos y las fluctuaciones en los precios del petróleo

puede dañar de igual manera a una economía emergente como a una economía

de ―primer mundo‖.

2.6 Tipos de energías renovables.

Después de todo lo dicho se debe tener claro las diversas fuentes de energías

limpias que existen, esto con la finalidad de identificar los recursos existentes y la

forma con la cual se pueden aprovechar estos recursos.

Se ha mencionado a lo largo del texto que las fuentes de energías renovables son

producto de los fenómenos físicos de la Tierra y los cuales no alteran al equilibrio

térmico del planeta, de lo anterior se deriva la gran gama de recursos renovables

existentes.

21





Tabla 1 Clasificación de energías renovables.

Fuente: SP Energías Renovables desarrollo sustentable México. SENER, 2012.

Notas: (1) La mayoría de las fuentes de energía tienen a la energía del sol como origen de forma indirecta. (2) Todas las fuentes renovables pueden ser utilizadas para generar electricidad, a partir de estas producir calor. (3) La bioenergía se utilizar como combustible desde hace milenios, actualmente se desarrollan tecnologías para la producción de energía eléctrica. (4) La geotermia se aprovecha de varias maneras, existen tecnologías en desarrollo como la de rocas secas y geotermia submarina. (5) Las corrientes oceánicas se deben a diversos factores, vientos, diferencias de temperatura, diferencias de salinidad, rotación de la Tierra y mareas. (6) Otras energías oceánicas incluye el gradiente térmico oceánico y el gradiente de concentración de sal.

2.6.1 Energía solar.

Es la energía radiante procedente del Sol y que llega a la superficie de la Tierra

(infrarrojo, luz visible y ultravioleta). [4]

Potencial energético.

Es variable, en función de la hora del día, época del año y situación atmosférica:

duración de día y de la noche, estación del año (altura del sol sobre el horizonte),

nubes, nieblas, smog, calimas, etc. En teoría, la radiación media incidente por m2

fuera de la atmósfera es de 1.4 kW/m2. En la práctica y en una zona como

Canarias, la energía solar anual, por m2, es aproximadamente de 2 000 kWh/m2

22





(con un promedio de 3 000 h. de insolación, equivalente a 4 200 000 kJ/m2año o 1

711 488 kcal/m2año o 478.5 kcal/m2día). [4]

Formas de aprovechamiento.

Los métodos de aprovechamiento pueden englobarse en dos grandes grupos:

térmicos y fotovoltaicos. Los primeros transforman la energía solar en energía

térmica (calentando aire, agua u otras sustancias). Los segundos transforman la

energía solar en energía eléctrica, aprovechando el efecto fotovoltaico, en las

denominadas «células solares» o «fotovoltaicas». [4]

Fig. 1 Aprovechamiento solar térmico y solar fotovoltaico.

Reservas.

La energía total que llega a la Tierra procedente del Sol es de 1 559 280 TWh en

un año, de los cuales alrededor de un 1% podrían ser utilizables. La potencia solar

aprovechable en la Tierra supera los 1.000 TW. En teoría, si todos los tejados de

las viviendas en España se utilizasen para captar la energía del sol, se

alcanzarían los 180 TWh, superior al consumo total en todas ellas. Aun cuando la

energía solar se distribuye por todo el planeta, es superior en las zonas

ecuatoriales y tropicales e inferior en las zonas polares. Además, depende mucho

de las condiciones climatológicas (nubes). El suroeste de Estados Unidos, el

Sahara y Arabia Saudita, Atacama en Chile y el centro de Australia son las zonas

de mayor potencial. [4]

23





Mapa 1 Radiación solar anual promedio en (kWh/m2).

Fuente: Meteotest; data base Meteonorm.

Producción y consumo.

Por las características de esta energía, la producción y el consumo son idénticos,

tanto en el tiempo como en el espacio (no se transporta de una zona a otra). En

todo el mundo hay instalados más de 300 MWe (en centrales solares

fotovoltaicas), destacando 110 MWe en Japón, 60.5 MWe en Estados Unidos y

38.6 MWe en la Unión Europea (de ellos, sólo 8 MWe en España, aun cuando la

previsión para el año 2040 es de 135 MWe). [4]

Duración.

Ilimitada.

2.6.2 Energía eólica.

La energía eólica no es más que la energía cinética de una masa de aire en

movimiento. Su origen se encuentra en la existencia sobre la Tierra de masas de

aire a diferentes temperaturas, originadas por diferentes intensidades de radiación

solar, a nivel global o local, las cuales producen corrientes ascendentes y

descendentes, formando anillos de circulación del aire. La energía eólica es, por

24





consiguiente, un pequeño porcentaje de la energía solar incidente sobre el

planeta. [4]

Potencial energético.

Es variable, en función de la hora del día, del día del año, de la situación

geográfica general y de la topografía local. Por razones técnicas, es imposible

extraer toda la energía cinética existente en una corriente de aire. A título de

ejemplo, en un viento de 8 m/s de media anual, pueden extraerse alrededor de 2

800 kWh por m2 y año. Un viento de 13 m/seg, a través de una superficie de 150

m2, tiene una potencia de 198 kW. [4]

Formas de aprovechamiento.

El aprovechamiento de esta fuente energética es su conversión directa en energía

mecánica a través del giro del eje de la turbina eólica con una cierta potencia. Esta

energía mecánica puede transformarse posteriormente en energía potencial

(bombeo) o energía eléctrica (por accionamiento de un generador eléctrico

acoplado al eje de la turbina). [4]

Fig. 2 Parque eólico la Ventosa. Oaxaca, México.

Reservas.

La energía eólica almacenada en los vientos en todo el mundo se estima entre 2

500 y 5 000 TWh año, de los cuales entre un 1% y un 2% serían recuperables. La

energía eólica no se distribuye uniformemente sobre el planeta, ni tampoco se

25





mantiene constante a la largo de todo el año. [4]

Mapa 2 Potencial eólico mundial, según estaciones del año. Arriba: Invierno Hemisferio Norte/Verano Hemisferio Sur. Abajo: Verano Hemisferio Norte/Invierno Hemisferio Sur.

Fuente: NASA

Producción y consumo.

Por las características de esta energía, la producción y el consumo son

prácticamente idénticos. Toda la energía eléctrica producida en los

aerogeneradores se inyecta en la red. En todo el mundo hay instalados más de 59

GW, con un elevado crecimiento anual. (Fuente: Global Wind Energy Outlook

2007). Destacan Alemania 18.43 GW, seguida de España con 10.02 GW y

Estados Unidos con 9.2 GW. [4]

26





Tabla 2 Capacidad eólica instalada, 2010. (MW). Fuente: Global Wind Report, Annual market update 2010. Global Wild Energy Council.

Duración.

Ilimitada.

2.6.3 Energía hidráulica

En teoría, la energía hidráulica es la contenida en una masa de agua elevada

respecto de un nivel de referencia (de utilización). En la práctica, la energía

hidráulica se obtiene a partir de cualquier masa de agua en movimiento. Tal puede

ser el caso de la corriente de un río, como la corriente que discurre por un tubo

originada por una diferencia de altura entre dos pantanos. En ambos casos, la

energía potencial del agua se transforma en energía cinética, y ésta es la

aprovechable. [4]

Su origen es la evaporación del agua (en el mar, tierra, pantanos, etc.) por la

acción de la energía solar y que cae en forma de lluvia o nieve en cotas altas de la

superficie terrestre. Es, por tanto, un pequeño porcentaje de la energía solar que

llega a la Tierra. [4]

27





Potencial energético

La energía hidráulica constituye una de las energías renovables más importantes

del planeta. 1 Tonelada de agua, a 10 m de altura, tiene una energía de 278 kWh.

En teoría, el potencial de energía hidráulica aprovechable en toda la Tierra se

estima entre 2 y 3 TW. [4]

Formas de aprovechamiento

La energía potencial del agua se transforma en energía cinética y ésta a su vez en

energía mecánica, por medio de las turbinas hidráulicas, colocadas en la base de

los correspondientes embalses reguladores. El empleo de la energía captada es,

casi exclusivamente, para la producción de electricidad, acoplando a la turbina

hidráulica un generador eléctrico [4]

Fig. 3 Central hidroeléctrica “Las tres gargantas”, China.

28





Reservas

La energía hidráulica es una energía renovable. Por consiguiente, el concepto de

reserva no es el mismo que en los casos de la energía del carbón, petróleo, gas, o

uranio. [4]

Debe entenderse, más bien, como la energía existente, por tiempo indefinido, que

puede explotarse en condiciones económicas, de un total mucho mayor que

constituyen los recursos globales del planeta. [4]

Teniendo en cuenta las precipitaciones anuales sobre todo el planeta, y la altura

media a la que pueden caer, podrían calcularse unos recursos de alrededor de 50

000 TWh/año, cuatro veces la energía obtenible en todas las centrales térmicas

actuales. [4]

Si de estos se consideran solo los técnicamente explotables (por ejemplo, porque

donde se extraiga esta energía haya una demanda real de electricidad), entonces

la energía extraíble se reduciría a una banda de 10 000 a 20 000 TWh/año. [4]

La mayoría de estas reservas se encuentran en Asia, con 6 GW, seguida de

América del Sur, con 4 GW, África con 3.5 GW, América del Norte, con 3.2 GW,

Rusia con 2.5 GW y Europa con 1.8 GW. [4]

29





Mapa 3 Potencial hidráulico mundial, 2004.

Fuente: UNESCO.

Producción y consumo

Por las características de la energía hidráulica (generación de electricidad y

control de la potencia simple y total), la producción es exactamente igual al

consumo, y obviamente, la duración del recurso es ilimitada. [4]

En todo el mundo hay instalada una potencia hidroeléctrica de 650 GW. La mayor

producción se encuentra en China, seguida de Brasil, Canadá, Estados Unidos,

Noruega, etc. [4]

En España la producción de elevó, en el año 2007. Europa prácticamente ha

llegado al límite de la explotación hidroeléctrica, mientras que Asia y, sobre todo,

África apenas alcanza el 10% de sus posibilidades. [4]

30





2.6.4 Energía de la biomasa

Es la energía solar almacenada en los seres vivos, vegetales o animales por

medio del proceso de fotosíntesis (vegetales) y la digestión (comida) de estos

vegetales por los animales. Se trata, por tanto, de un pequeño porcentaje de la

energía solar que llega a la Tierra. En la práctica pueden suponerse tres fuentes

de energía de la biomasa: [4]

De origen vegetal: biomasa natural, cultivos energéticos.

De origen animal: excrementos y purines.

De origen humano: los Residuos Sólidos Urbanos (RSU), procedentes de

viviendas, comercios, fábricas, etc.

Fig. 4 Formas de producción de biomasa.

31






La producción energética a partir de la biomasa puede variar según el tipo de

cultivo, el método de aprovechamiento empleado y las necesidades de transporte

de la misma hasta el punto de aprovechamiento. [4]


La energía de la biomasa se emplea directamente para producir calor por

combustión de la misma (calefacción, cocción), o indirectamente para producir

electricidad (evaporando agua y transformándola en energía mecánica con una

turbina). [4]

También se puede transformar la biomasa en combustibles líquidos (bioalcoholes)

o gaseosos (biogás) para ser posteriormente quemados y convertidos en energía

calorífica y posteriormente, en mecánica (automoción o generación eléctrica). [4]

Reservas

La biomasa total existente en la Tierra se estima en unas 1.8x1012 Tn. De toda

ésta, alrededor de 1.6x1012 Tn se encuentra en los bosques y selvas del planeta.

En términos de energía, esto supone un potencial energético superior a las

0.57x1012 Tep. [4]

Obviamente, nadie puede pretender quemar todos los bosques para

transformarlos en energía. En conjunto, la energía recuperable de la biomasa en el

mundo se estima en 450 TWh por año. [4]


Las características de esta energía la hacen no almacenable (en grandes

cantidades) y no transportable, por lo que la producción y el consumo

prácticamente coinciden en el tiempo y en el espacio. [4]

32





La producción neta anual de biomasa se estima en 400 000 Mtn/año, de las cuales

solo una pequeña parte son aprovechadas. En términos energéticos, el consumo

de energía procedente de la biomasa en el año 1996 se estimó en el rango 33-55

EJ (Fuente: World Energy Assessment). [4]

Duración

Ilimitada.

2.6.5 Energía geotérmica

Su origen se encuentra en el calor acumulado en el interior de la tierra, en su

magma fundido. Sin embargo, su aprovechamiento solo es posible en aquellas

zonas donde el calor se aproxima a la superficie, normalmente en los

denominados cinturones sísmicos, bien por una intrusión magmática —cono

volcánico—, o por una corteza anormalmente delgada. También pueden

originarse zonas térmicas por concentraciones de radioactividad elevadas. [4]

Los campos térmicos pueden clasificarse en dos grandes grupos: hipertérmicos y

semitérmicos. En los primeros, el agua caliente, o en forma de vapor, alcanza la

superficie. En los segundos, el agua o gases calientes no afloran. [4]

Los campos hipertérmicos (que a veces se manifiestan como géiseres, fumarolas,

barro caliente, fuentes termales, etc.) están construidos normalmente por agua de

lluvia que alimenta el manto acuífero y que es calentada por el magma próximo.

Debido a la presión, el agua subterránea puede alcanzar los 200-300 ºC y a

medida que asciende se transforma en vapor al disminuir la presión. Si este vapor

continúa hasta la superficie, se condensa en contacto con capas más frías, dando

lugar a campos de agua caliente, o campos húmedos. Por el contrario, si el vapor

queda atrapado en bolsas se dice que es un campo seco. [4]

33






En conjunto, el potencial energético del flujo geotérmico de la Tierra se estima en

unos 30 TW. [4]

Mapa 4 Potencial geotérmico mundial, para producción eléctrica. Fuente: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2010


El agua y gases calientes, en afloramientos naturales, se emplea directamente

para la calefacción u otros usos industriales que exijan esta forma de energía. En

perforaciones efectuadas sobre campos hipertérmicos, el agua caliente o el vapor

se emplean para mover turbinas de vapor y producir electricidad. En los campos

semitérmicos, las perforaciones se emplean casi exclusivamente para la

calefacción de aguas, invernaderos, etc. [4]

34





Fig. 5 Esquema tridimensional de una planta geotérmica.

Reservas

En conjunto, los recursos de esta energía en todo el planeta pueden estimarse en

unos 30x106 TW de los cuales sólo una pequeña parte podrían ser extraíbles en

condiciones técnicas y económicas adecuadas. Los recursos más importantes se

encuentran en Estados Unidos, seguido de Japón, Italia, México, Nueva Zelanda,

Filipinas y China. [4]


Por las características de esta energía (uso directo del calor extraído, o su

conversión a energía eléctrica), la producción es exactamente igual al consumo.

En todo el mundo hay una potencia total instalada de casi 10 GW (en concreto, 5

834 MWe en 1990. Fuente: Godfrey Boyle, 2000) y una potencia térmica de 4

GWe (4.123 MWe en 1990). [4]

35





Por países, la mayor producción (año 1990) se produjo en Estados Unidos, (2 800

MWe y 160 MWt), seguido de Japón (228 MWe y 970 MWt), Filipinas (894 MWe),

Italia (545 MWe y 210 MWt), México (680 MWe y 8 MWt), China (11 MWe y 610

MWt), Nueva Zelanda (280 MWe y 200 MWt), Islandia (39 MWe y 340 MWt),

Hungría (375 MWt), Rusia (11 MWe y 340 MWt), Indonesia (140 MWe), El

Salvador (95 MWe), Turquía (21 MWe y 70 MWz), Kenia (45 MWe), Nicaragua (35

MWe), seguidos de Taiwán, Azores y otros con cantidades menores. [4]

Duración

A escala humana, la energía geotérmica puede considerarse una energía

renovable, en el sentido que su duración puede considerarse ilimitada. [4]

2.6.6 Energía de las mareas

Su origen es la interacción gravitatoria Tierra-Luna que desplaza cantidades

ingentes de las aguas de los océanos. [4]


El potencial energético depende del punto del planeta y de la época del año, así

como de la disponibilidad de zonas donde embalsar el agua del mar durante la

pleamar. En la práctica son aprovechables los niveles superiores a los 4 m. [4]


La única forma de aprovechamiento es la conversión en energía mecánica, para

su conversión posterior en energía eléctrica, mediante turbinas hidráulicas. [4]

36





Fig. 6 Prototipo de turbina para aprovechamiento de energía mareomotriz.

Reservas

La energía total involucrada en las mareas se estima en 3 000 GW, de las cuales

unos 1 000 GW podrían ser accesibles por consideraciones geográficas y de

altura de las mareas (por encima de los 5 metros entre bajamar y pleamar). En la

práctica se estima que solo podrían instalarse 15 GW, para obtener una energía

de alrededor de 20 TWh por año. [4]

Destacan como lugares de mayor potencial extraíble en el Atlántico tres zonas en

Canadá, Estados Unidos y Argentina y varios puntos en el Reino Unido y Francia.

También se encuentran varios puntos favorables en el Mar de Barents. En el

Océano Índico se encuentran varias zonas en la India, mientras que en el Pacífico

se encuentran varias zonas de Rusia, China y Australia. [4]

37





Mapa 5 Potencial mareomotriz

Fuente: http://www.centralenergia.cl.


Por las características de esta energía (conversión en energía eléctrica), la

producción y el consumo son cantidades idénticas. Por la condición de energías

renovables, su duración es ilimitada. [4]

La mayor instalación en funcionamiento se encuentra en el estuario de la Rance

(Francia), con una potencia instalada de 240 MW y que alcanza una producción de

480 GWh/año. Otra instalación proyectada que está a punto de entrar en

funcionamiento es la central mareomotriz de Severn Barrage, en Inglaterra, con

una potencia total de 8.640 MW y una producción esperada de 17 TWh por año.

Otras, que aún no se encuentran en funcionamiento, 8 centrales en China, con

una potencia de 6.5 MW y otra en Canadá (Anápolis) con una potencia de 20 MW.

[4]

38





Duración

Ilimitada.

2.7 Panorama mundial de energías renovables.

A nivel mundial el aprovechamiento de las fuentes renovables ha ido a la alza, con

más presencia en países emergentes tales como China, Brasil, Rusia, e India,

estos países han optado por tener una amplio portafolio energético en el que se

incluyen a los recursos renovables como un eslabón importante en su cadena de

desarrollo. Mientras tanto en países desarrollados el aprovechamiento de los

recursos renovables mediante proyectos de explotación ha sido menor debido a

que muchas administraciones prefieren no correr riesgos en cuanto al

abastecimiento de energía eléctrica, teniendo a las plantas térmicas como las

principales generadoras de electricidad dentro de su portafolio energético.

Pese a la poca implementación de ―proyectos verdes‖ en países desarrollados la

participación de las energías renovables ha alcanzado un crecimiento de 2.2%

anual durante el periodo comprendido de 1990 a 2010 y se estima que en el

periodo de 2008 a 2035 la producción de energía eléctrica por medio de la

explotación de fuentes renovables tenga un mayor crecimiento. [5]

39





Gráfica 3 Consumo de energía eléctrica a partir de fuentes renovables (TWh), 2006 – 2035 Fuente: International Energy Outlook 2011, Energy Information Administration, US.

Con la finalidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y

amortiguar la volatilidad de los hidrocarburos, distintas administraciones a nivel

mundial, han implementado programas para fomentar el desarrollo de proyectos

con las tecnologías necesarias para la explotación de los recursos renovables

dispuestos en el lugar. Ejemplo de esto es Estados Unidos en donde las cuotas

para la capacidad y generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables

son mínimas, con este tipo de acciones se impulsa al sector energético a

aprovechar los recursos renovables y gozar de los beneficios que brindan.

2.8 Aprovechamiento a nivel mundial de los recursos renovables.

2.8.1 Energía eólica.

Durante años recientes, la capacidad mundial eoloeléctrica instalada ha crecido de

manera vertiginosa, particularmente en países como Alemania, España y China.

Durante el periodo 2000- 2010, la capacidad eólica mundial creció a una tasa

promedio anual de 27.5%, al pasar de 17,400 MW a 197,039 MW. En Europa, el

40





crecimiento de la capacidad instalada ha sido propiciado en gran parte por la

implementación de las FIT. [5]

Actualmente, existe un mayor interés por desarrollar e implementar nuevas

tecnologías en las zonas marítimas, principalmente al este de Europa. En el mar

del Norte, los países nórdicos iniciaron un proyecto de instalación de líneas de

transmisión para sentar las bases de conectividad en alta mar para Alemania,

esperando su conclusión en 2013. [5]

De acuerdo a la Asociación Industrial de Energía Renovable de China, se espera

una tasa de crecimiento de 14.2% anual en la generación eólica de dicho país

hacia 2035. En India se pronostica un crecimiento anual de 7.4% en los siguientes

años. Brasil tiene planeado impulsar la energía eólica, estimando un crecimiento

de 9.7% anual en el periodo prospectivo hasta 2035. [5]

2.8.2 Energía geotérmica.

De acuerdo con la Asociación Geotérmica Internacional (IGA, por sus siglas en

inglés), se espera que la capacidad instalada aumente hasta 160 GW para 2050, y

que la mitad de estas plantas utilicen Sistemas Geotérmicos Mejorados (EGS, por

sus siglas en inglés), también llamados sistemas de Rocas Secas Calientes (Hot

Dry Rock). [5]

2.8.3 Energía hidroeléctrica.

Este tipo de fuente es empleada en 150 países y durante 2010 representó 16% de

la generación eléctrica total a nivel mundial. Se calcula que se agregaron 30 GW

de capacidad instalada durante ese año. Se espera que alcance una capacidad

mundial cercana a 970 GW. Las naciones con mayor capacidad hidroeléctrica son

China, Brasil, Estados Unidos, Canadá y Rusia, que en conjunto suman 52% del

total de capacidad instalada a nivel mundial. [5]

41





En Europa y Eurasia No OCDE, se espera una expansión en la generación

eléctrica a partir de plantas hidroeléctricas de 1.9% anual hacia 2035. Se estima

que la energía hidroeléctrica continuará siendo importante para Canadá, por su

alto potencial aún sin explotar. [5]

En varios países de Asia se desarrollan centrales hidroeléctricas en pequeña,

mediana y gran escala, incluyendo alrededor de 50 instalaciones hidroeléctricas

que se encuentran en construcción. En el caso de India, el gobierno ha

identificado un potencial de alrededor de 41 GW de capacidad hidroeléctrica, de la

cual más de una tercera parte ya se encuentra en construcción y está programada

para iniciar operaciones en 2020. El país ha establecido como meta duplicar su

capacidad instalada para el año 2030. [5]

Por su parte, China tiene varios proyectos hidroeléctricos de gran escala en

construcción. Con ello se busca alcanzar la meta de 300 GW de capacidad

hidroeléctrica hacia 2020. Con base en estos datos, se espera un crecimiento

anual de 3.7% hacia 2035. [5]

Por el contrario, en Medio Oriente la hidroelectricidad no tendrá una expansión

significativa, dado que en esa región sólo algunos países tienen los recursos

hidráulicos necesarios. [5]

2.8.4 Energía solar.

En la actualidad la energía solar representa una opción para la generación

eléctrica en aplicaciones poco intensivas. En la última década se han desarrollado

diversos sistemas que se basan en dos opciones tecnológicas: solar fotovoltaica y

solar térmica. [5]

42





Solar fotovoltaica.

En la actualidad, se tiene interés en implantar sistemas fotovoltaicos en áreas

donde no se tiene acceso a la red eléctrica, así como en pequeños sistemas. Un

ejemplo de ello es Australia, donde se estima que 70% de sus instalaciones de

energía fotovoltaica no están conectadas a la red local. En los últimos cinco años,

el incremento en la utilización de paneles fotovoltaicos ha permitido la reducción

gradual de los costos de esta tecnología, permitiendo una mayor penetración. [5]

Debido al accidente ocurrido en marzo de 2011 en los reactores nucleares de

Fukushima, Japón está reconsiderando sus políticas de suministro eléctrico.

Asimismo, ha iniciado una expansión de generación con fuentes renovables,

especialmente la solar, la cual se espera tenga un crecimiento de 15.5% en 2035.

En 2010 Corea del Sur se ubicó dentro de los 10 países con mayor capacidad

instalada de energía solar fotovoltaica, participando con el 2% a nivel mundial. Se

espera que esta tendencia continúe durante los siguientes años. [5]

Gráfica 4 Generación de energía eléctrica a través de energías renovables a nivel mundial (MWh).

Fuente: SENER, con datos de Renewable Energy Outlook.

43





La utilización de las energías renovables como materia prima para la generación

de energía eléctrica va en aumento en todo el mundo, esto ha sido posible gracias

a los esfuerzos de los distintos gobiernos que establecen políticas para impulsar

proyectos de este tipo dentro de sus países. Esto ha acarreado consecuencias

favorables para dichos países, los cuales han sido beneficiados en diversos

sectores, sin embargo, la tendencia que se vislumbra a nivel mundial es la de un

portafolio energético balanceado ya que como se ha visto las fuentes renovables

son dependientes de factores ambientales en los cuales el ser humano no tiene

control, por tal motivo el fin de la implementación de centrales eléctricas con

fuentes renovables como materia prima no es desaparecer a las centrales

eléctricas convencionales (termoeléctricas), sino es un esfuerzo para intentar

reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hacia la atmosfera.

44





Capítulo 3.

México y las renovables.

Al igual que varios países del mundo, México ha apostado por tener dentro de su

infraestructura energética centrales eléctricas con fuentes renovables, esto forma

parte de los planes de acción internacional en los cuales México, al igual que otros

países, se comprometen a disminuir sus emisiones de gases de efecto

invernadero y con ello frenar, en medida de lo posible, los efectos negativos que

tienen en el ambiente.

Sin embargo, aunque en años recientes se ha apostado por crear centrales

eléctricas de fuentes renovable México no tiene contemplado dejar de producir

energía eléctrica por medio de termoeléctricas, con ello las administraciones

mexicanas prefieren tener un amplio portafolio en cuanto a generación de energía

eléctrica, al igual que muchos países en el mundo, de esta manera la industria

eléctrica no se verá centralizada en una sola fuente energética, sino que tendrá

distintas alternativas con la finalidad de tener una buena producción de respaldo.

3.1 Situación de la industria eléctrica en México.

Tomando como base el destino final de la energía eléctrica generada, el Sistema

Eléctrico Nacional (SEN) está conformado por el sector público y aquella energía

no suministrada al servicio público –privados-. El sector público se integra por la

infraestructura de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y las centrales

construidas por los Productores Independientes de Energía (PIE), los cuales

entregan la totalidad de su producción eléctrica a la CFE para suministro en el

servicio público. [5]

El otro sector agrupa las modalidades de cogeneración, autoabastecimiento, usos

propios continuos, pequeña producción, importación y exportación. De estas

modalidades, el autoabastecimiento es el que cuenta con mayor capacidad, y

45





considera a los sectores industrial, comercial y, particularmente, el sector

servicios, donde se ha registrado un importante incremento en el número de

permisos y capacidad instalada durante los últimos años. [5]

Gráfica 5 Participación de la capacidad de generación eléctrica de permisionarios en México, 2011. Fuente: Comisión Reguladora de Energía (CRE).

La infraestructura del SEN, en términos de su cadena de valor, se conforma de las

siguientes fases: generación, transformación y transmisión en alta tensión,

distribución en media y baja tensión, así como ventas a usuarios finales, que

incluye procesos de medición y facturación. [5]

Al cierre de 2011 la capacidad instalada ascendió a 61 570 MW, 1.1% inferior a la

registrada en 2010. De dicha capacidad, 52 512 MW correspondieron al servicio

público, que incluye la capacidad contratada con el esquema PIE, y 9 058 MW a

21 permisionarios. [5]

Por su parte, la CFE aportó 63.8% de la capacidad total instalada en el país, los

activos de la extinta Luz y Fuerza del Centro (LFC) participaron con 2.2% y los PIE

19.3%. El sector privado, con permisos de autoabastecimiento, cogeneración y

para fines de exportación de electricidad contribuyeron con 14.0% [5]

La infraestructura del SEN hace posible la transformación, transmisión,

distribución y comercialización de energía eléctrica a lo largo de todo el país a

través de la CFE. Esta infraestructura es operada por áreas de control de esta

46





paraestatal, que mantienen la confiabilidad e integridad del sistema. A su vez,

dichas áreas supervisan que la demanda y la oferta de energía eléctrica estén

balanceadas en todo momento. Al cierre de 2011, la red de transmisión y

distribución alcanzó una longitud total de 845 201 km. Lo anterior implicó un

aumento de 21 136 km respecto al año anterior. [5]

La red de transmisión está constituida por líneas a 230-400 kV (5.9%), líneas a 69-

161 kV (5.8%), líneas a una tensión de 2.4-34.5 kV (47.7%), red en baja tensión

(30.4%) y las líneas pertenecientes al área de control Central en que operaba la

extinta LFC (10.2%). [5]

En 2011 la red de transmisión y distribución nacional se integró de la siguiente

manera [5]:

98,749 km de líneas entre 400 kV y 69 kV.

402,857 km de líneas de 34.5 kV a 2.4 kV.

257,152 km de líneas en baja tensión.

86,443 km correspondientes a la extinta LFC.

3.2 Generación de energía eléctrica en México.

La generación de la energía eléctrica en el estado mexicano recae

mayoritariamente en la paraestatal CFE (Comisión Federal de Electricidad) la cual

es la empresa eléctrica del estado. En un principio era la única capaz de generar,

transformar, transmitir y distribuir energía eléctrica en alta, media y baja tensión,

pero, con el paso de los años diversas legislaciones han modificado las

normativas y leyes pertinentes a este tema dando cabida a sectores de interés

privado en lo que respecta a la generación, no así a las demás tareas que siguen

siendo de dominio exclusivo de la paraestatal, hasta este momento. Las plantas

generadoras de electricidad en México están situadas a lo largo de la república,

con la finalidad de abastecer los centros de consumo, tales como las grandes

ciudades y poblaciones de menor número de habitantes, es así como el sistema

47





eléctrico nacional requiere tener una potencia eléctrica conectada suficiente para

abastecer las demandas de los consumidores a nivel nacional.

En 2011, la generación total de energía eléctrica para el servicio público alcanzó

259 155 GWh, lo que representó un incremento de 6.9% con relación a 2010. Este

aumento se originó por el incremento de 7 299 GWh (18.0% respecto a 2010) en

la generación de las centrales térmicas convencionales. Además, la energía

generada en los ciclos combinados y la central nuclear de Laguna Verde,

registraron incrementos por 4 113 GWh y 4 210 GWh, respectivamente. Una de

las razones de este comportamiento, fue la reducción de la generación

hidroeléctrica, geotermoeléctrica y eoloeléctrica, con sus correspondientes

decrementos de 2.6%, 1.7% y 36.5%. En conjunto, estas tecnologías dejaron de

producir 1 115 GWh, ya que 2011 fue un año particularmente seco en la región

norte del país y de baja productividad de las fuentes renovables. [5]

Tabla 3 Generación bruta en el servicio público por tipo de central, 2000 – 2011. Fuente: Comisión Federal de Electricidad (CFE).

En 2011, la generación de electricidad a partir de gas natural representó 50.4%.

Este combustible dio resultado como una de las mejores opciones por su

disponibilidad en el periodo histórico y diferencial de precio respecto del resto de

energéticos. Es importante mencionar que en 2000 representó 17.1%. [5]

48





De esta forma, la generación eléctrica a base de gas natural creció 13.3 %

promedio anual entre 2000 y 2011. La instalación de centrales de ciclo combinado,

principalmente por los PIE, fue el factor que detonó este comportamiento. [5]

En contraste, en los últimos 12 años el uso de combustóleo disminuyó 7.1%

promedio anual. La aplicación de normas ambientales más estrictas y el

encarecimiento de este energético fueron determinantes para esta disminución

gradual. En 2011, 15.9% de la generación en el servicio público provino de

centrales termoeléctricas convencionales que utilizan combustóleo. [5]

En 2000 el uso del carbón en la generación eléctrica representó 9.6%, mientras

que en 2011 alcanzó 12.9% con un crecimiento de 5.5% promedio anual entre

esos años. Por otra parte, en 2011 la generación con uranio, diésel, viento y

geotermia sumó 7.0%. Todas estas fuentes redujeron su participación 1.2 puntos

porcentuales con respecto a 2000. Lo anterior principalmente por el incremento de

los ciclos combinados. Como ya se mencionó, la generación eoloeléctrica reportó

una tasa de crecimiento de 27.0% anual. [5]

Gráfica 6 Generación bruta en el servicio público por tipo de energético utilizado (GWh), 2000 – 2011. Fuente: Comisión Federal de Electricidad (CFE).

49





Además, en 2011, los registros de operación administrados indicaron que la

energía eléctrica producida por los permisionarios, sin la generación de los

productores independientes de energía, se ubicó en 32,863 GWh. Esto representó

un decremento de 1.0% con relación a 2010. De las diferentes modalidades, el

autoabastecimiento y la cogeneración fueron los que mayor participación

registraron durante 2011, con 43.9% y 37.9% sobre el total de permisionarios sin

PIE, respectivamente. [5]

Durante el periodo 2000-2010, la generación de los permisionarios, excluyendo a

los PIE, creció 10.0% promedio anual. La modalidad de cogeneración presentó un

crecimiento en promedio anual de 12.4% y el autoabastecimiento de 7.7% para

dicho periodo. La modalidad con menor participación y crecimiento fue la de

pequeño productor, por ser una de las modalidades más recientes. [5]

Gráfica 7 Generación anual de energía eléctrica de permisionarios por modalidad (GWh), 2000 – 2011. Fuente: Comisión Reguladora de Energía (CRE).

50





3.3 Consumo eléctrico nacional.

En 2011, el consumo nacional de energía eléctrica alcanzó 229,318 GWh, lo que

representó un aumento de 7.2% con relación a 2010. Este incremento derivó del

comportamiento de las ventas internas, con un crecimiento de 7.7% con relación a

2010 y un crecimiento promedio anual de 2.4% para el periodo 2000-2011. A su

vez, el crecimiento en las ventas fue resultado de la incorporación, tanto por la

regularización como por la conexión de nuevos usuarios, de más de medio millón

de nuevos clientes en el área central del país al servicio de energía eléctrica. [5]

Por su parte, el consumo autoabastecido registró un incremento de 3.6% en el

último año, con lo que alcanzó 27,092 GWh, es decir, 937 GWh por arriba de lo

registrado en 2010. Durante el periodo 2000-2011, éste creció 8.5% promedio

anual. [5]

Tabla 4 Consumo nacional de energía (GWh), 2000 – 2011. Fuente: Comisión Federal de Electricidad (CFE).

En cuanto a consumo de energía eléctrica en el país, éstas se agrupan en los

siguientes sectores: industrial, comercial, residencial, servicios y bombeo agrícola.

El sector industrial se caracteriza por su alto consumo y por los extensos patrones

horarios de demanda. Asimismo, se asocia a los procesos de transformación y los

sistemas productivos. En 2011 consumió 57.8% de las ventas del servicio público;

es decir, 116,984 GWh. De este total, 63.1% correspondió a la empresa mediana y

36.9% a gran industria. [5]

El sector residencial ocupó el segundo lugar en ventas, con una participación de

26.0% en 2011. En dicho año alcanzó ventas de energía de 52,505 GWh. En el

51





sector comercial las ventas registradas alcanzaron 13,675 GWh mientras que el

sector servicios se ubicó en 8,089 GWh. Ambos sectores integraron 10.8% del

total de las ventas internas. El sector de bombeo agrícola, con una participación

de 5.4% sobre el total, reportó ventas por 10,973 GWh [5]

Gráfica 8 Ventas internas de energía eléctrica por sector (Distribución porcentual), 2011. Fuente: SENER, POISE 2011 – 2026, con datos de la CFE.

Tabla 5 Ventas internas de energía eléctrica por sector (GWh), 2000 – 2011. Fuente: SENER, POISE 2011 – 2026, con datos de la CFE

En cuanto al análisis del consumo de energía eléctrica en el país, México está

dividido en cinco regiones de las cuales se obtienen los datos para poder observar

cual región tiene un elevado consumo de energía eléctrica. [5]

La región Noreste representó 24.8%, donde Nuevo León fue la entidad federativa

de mayor consumo. La segunda región en orden de magnitud fue la Centro

52





Occidente, con 23.8%; donde Jalisco fue el mayor consumidor. La región Centro,

con el Estado de México como mayor consumidor de electricidad, reportó ventas

equivalentes a 22.7%. Las regiones Sur-Sureste y Noroeste lograron ventas

equivalentes a 14.9% y13.8% del total nacional. En 2011, sus correspondientes

entidades de mayor consumo fueron Veracruz y Sonora. [5]

Mapa 6 Regionalización estadística del mercado nacional de energía eléctrica. Fuente: SENER, POISE 2011 – 2026.

3.4 Recursos renovables de la república mexicana.

México, siendo una economía emergente no se puede dar el lujo de

desaprovechar los recursos energéticos con los que cuenta, sean renovables o no,

teniendo como objetivo principal el mejoramiento en la calidad de vida de los

ciudadanos.

En el mundo México es conocido como un país productor de petróleo, siendo

PEMEX la empresa nacional encargada de la explotación de este recurso, sin

embargo también es sabido que México gracias a su geografía tiene un gran

potencial en cuanto a recursos renovables los cuales apenas están siendo

53





explotados en diferentes regiones del país, dentro de las energías renovables con

las que cuenta el país son: energía hidráulica, energía eólica, energía geotérmica

y la siempre presente energía solar.

Es decir, México tiene un amplio repertorio de posibilidades listas para ser

utilizadas en el momento en el que sean requeridas y con ello aprovechar de los

beneficios propios de la utilización, si a lo anterior se le suma los yacimientos de

gas natural encontrados en últimos años y los yacimientos de petróleo en aguas

profundas, México tiene todos los recursos energéticos necesarios para seguir

desarrollándose, no obstante no hay que perder de vista los daños en cuanto a

contaminación que causa la utilización de combustibles fósiles, exceptuando el

gas natural el cual es el energético cuya utilización representa un impacto

ambiental menor a los hidrocarburos.

A continuación se exponen el potencial estimado en cuanto a energías renovables

en el territorio nacional.

3.4.1 Potencial eólico.

En México se han identificado diferentes zonas con potencial para la explotación

eólica para la generación eléctrica, como en el Istmo de Tehuantepec, en el

estado de Oaxaca, La Rumorosa en el estado de Baja California, así como en los

estados de Zacatecas, Hidalgo, Veracruz, Sinaloa, y en la Península de Yucatán,

entre otros. La Asociación Mexicana de Energía Eólica estima que estas zonas

podrían aportar hasta 10,000 MW de capacidad al parque eléctrico nacional. [6]

3.4.2 Potencial solar (Fotovoltaica).

Considerando la capacidad energética del Sol, la cual perdurará durante millones

de años, así como la privilegiada ubicación de México en el globo terráqueo, la

cual permite que el territorio nacional destaque en el mapa mundial de territorios

con mayor promedio de radiación solar anual, con índices que van de los 4.4

kWh/m2 por día en la zona centro, a los 6.3 kWh/m2 por día en el norte del país,

54





resulta fundamental la adopción de políticas públicas que fomenten el

aprovechamiento sustentable de la energía solar en nuestro país. [7]

Mapa 7 Radiación solar por día en la República Mexicana. Fuente: SENER, Programa de energías renovables, con datos de Instituto de Investigaciones

Eléctricas (IIE).

3.4.3 Potencial hidráulico (modalidad minihidráulica)

A nivel nacional se han dirigido esfuerzos para determinar el potencial

minihidráulico de nuestro país. En este sentido, la Comisión Nacional para el Uso

Eficiente de la Energía (antes CONAE) estimó en 2005 el potencial hidroeléctrico

nacional en 53,000 MW, de los cuales, para centrales con capacidades menores a

los 10 MW, el potencial es de 3,250 MW. [7]

3.4.4 Potencial geotérmico.

La Comisión Federal de Electricidad estima que el potencial geotérmico en México

es de 1 395 MW. Sin embargo, el sector académico calcula que dicho potencial

pudiera ser mucho mayor. [7]

55





3.4.5 Potencial biomasa.

El potencial de la bioenergía en México se estima entre 2 635 y 3 771 Petajoules

al año. En el sector agroindustrial de la caña de azúcar, se ha calculado un

potencial de generación de electricidad, a partir del bagazo de caña, superior a

3000000 de MWh al año. [7]

56





Capítulo 4.

Tecnología fotovoltaica.

Después de estudiar grosso modo los diferentes recursos renovables se hace

necesario adentrarse en el estudio del aprovechamiento de la energía solar ya que

es el eje de estudio de esta tesis, por tal motivo en este capítulo se estudiara la

tecnología requerida para la explotación de la energía solar, específicamente para

la generación de energía eléctrica.

La energía solar se manifiesta alrededor del planeta Tierra en muchas variantes,

de hecho de ella derivan una buena parte de la amplia gama de recursos

renovables, sin embargo como tal la energía solar solo puede ser aprovechada de

dos formas, hasta ahora, para el calentamiento de fluidos, solar térmica, y para la

generación de electricidad a través de sistemas fotovoltaicos.

Científicos han asegurado que el Sol dejara de brillar en algún momento, sin

embargo, dichos el panorama es alentador ya que esto sucederá en millones de

años, tiempo suficiente para aprovechar la energía brindada por este cuerpo

celeste para satisfacer parte de nuestras necesidades energéticas por cualquiera

de las tecnologías dispuestas para la energía solar.

4.1 Efecto fotovoltaico.

Efecto descubierto en 1839 por Edmond Bequerel y explicado por Albert Einstein,

trabajo el cual le valió obtener el premio Nobel en 1921. [2]

Edmond Bequerel descubrió que ciertos materiales (material semiconductor,

silicio, germanio, etc.) producían una diferencia de potencial al exponerlos a la luz,

asimismo, cuando se le conectaba una carga por el circuito circulaba una corriente

eléctrica, no obstante, pese al temprano descubrimiento de este fenómeno la

tecnología de esa época no pudo desarrollar el aprovechamiento de este.

57





Tiempo después ya con tecnología más apropiada se desarrolló la primera celda

fotovoltaica en 1941, dicha celda tenía una eficiencia que oscilaba el 1%, para

después ser comercializada en 1955.

Fig. 7 Célula fotovoltaica con carga eléctrica.

4.2 Celda fotovoltaica.

Es la unidad básica de un dispositivo fotovoltaico, usualmente construidas con

silicio, enriquecidas con algunos otros elementos con la finalidad de aumentar la

eficiencia de la celda, generalmente son fabricadas en forma cuadrada con

tamaños de 10, 12.5 y hasta 15 centímetros, aunque, con la ayuda de la

nanotecnología, la tendencia es hacer celdas más pequeñas y enriquecidas con

diversos elementos con la finalidad de aumentar la eficiencia y hacer más

accesible la tecnología al mercado. [2]

4.3 Panel solar.

Un panel solar está conformado por un número determinado de celdas

fotovoltaicas las cuales son encapsuladas dentro de un material transparente en la

parte frontal de las celdas y un plástico en donde se encuentran montadas las

celdas. A los paneles solares también se les denomina módulos, estos módulos

pueden ser fabricados para diferentes potencias, sin embargo, las potencias

comerciales son: 50 W, 200 W, y hasta 300 W. Dentro de los módulos las celdas

58





están dispuestas eléctricamente en serie y en paralelo para poder brindar las

especificaciones eléctricas requeridas (Voltaje, corriente, potencia, etc.). [2]

Existen diferentes tipos de paneles solares, esto depende del material utilizado

para su fabricación.

Fig. 8 Eficiencia energética por material de celdas fotovoltaicas. Fuente: SENER, Programa de energías renovables.

4.4 Sistemas fotovoltaicos.

Un sistema fotovoltaico es aquel capaz de aprovechar la energía solar para

generar energía eléctrica, este sistema fotovoltaico está constituido por un

conjunto de elementos los cuales desempeñan una tarea muy específica dentro de

la totalidad del sistema. En este punto cabe destacar que el diseño del sistema

dependerá de las características de la carga eléctrica a alimentar debido a que

según la carga requerida será el tamaño del sistema fotovoltaico.

59





Estos sistemas son utilizados comúnmente para cargas de autoabastecimiento, es

decir, cargas no muy grandes, por tal motivo profesionales en esta materia se han

encargado de establecer una generalidad de los elementos a utilizar dentro de un

sistema fotovoltaico para el autoabastecimiento, independientemente de la carga

que requiera el usuario de dicho sistema.

Según se requiera la carga, los sistemas fotovoltaicos se clasifican como:

Sistemas fotovoltaicos autónomos.

Sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica.

La implementación de cualquiera de ellos dependerá de las necesidades del

usuario ya que será este el que consuma la carga suministrada por cualquiera de

los sistemas.

Por ejemplo, los sistemas fotovoltaicos autónomos, son muy utilizados para cargas

que requieren ser alimentadas durante la noche ya que almacenan la energía

producida durante el día por el panel solar se almacena en un banco de baterías

solares, durante la noche las baterías son conectadas a la carga eléctrica.

Por otro lado, los sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica,

funcionan mediante la implementación de un medidor bidireccional el cual ayuda a

interconectar la generación de los paneles solares a la red eléctrica del

suministrador local.

Ambos sistemas serán expuestos con mayor detalle más adelante.

4.5 Tipos de sistemas fotovoltaicos.

Como se vio anteriormente según su disposición aislada de la red local o

interconectada a la red local los sistemas fotovoltaicos se clasifican en dos

divisiones. A continuación se describirán ambas divisiones de una forma más

amplia.

60





4.5.1 Sistemas fotovoltaicos autónomos.

Este sistema es utilizado cuando el régimen de utilización de la carga eléctrica es

nocturna o en países donde las legislaciones no permiten la interconexión de un

sistema autónomo a la red local, por lo cual la carga es abastecida, de acuerdo a

lo requerido por el usuario, únicamente durante la noche mientras que durante el

día las baterías se cargan para poder ser utilizadas por la noche.

Este tipo de sistemas FV fueron los primeros en implementarse debido a que

anteriormente la única forma de suministrar energía eléctrica a un usuario era a

través de la red local, sin embargo cuando aparecieron los primeros paneles

solares estos no podían ser interconectados a la red eléctrica local debido a que

podían causar afectaciones.

La piedra angular de este tipo de sistema es, además de los paneles solares, el

banco de baterías el cual sirve para acumular la energía obtenida durante el ―día

solar‖ y almacenarla para su posterior utilización.

En la práctica son muy utilizados en zonas rurales donde la alimentación eléctrica

por métodos convencionales resulta compleja debido a que en estos lugares no

existe la suficiente infraestructura y donde el grado de dispersión de los

pobladores es alto. Los componentes de un sistema autónomo son: el panel solar

que convierte la energía de la luz solar en energía eléctrica de corriente directa,

las baterías que almacenan la energía ya sea para ser consumida durante las

noches y/o para abastecer del recurso en días de condiciones atmosféricas

adversas (días nublados, lluvias, etc.), controlador de carga el cual funge como

protección principal de la batería además de brindarnos información acerca del

estado de la batería, entre otras cosas. Algunos sistemas que requieran

alimentación de corriente alterna deben incluir en su sistema un inversor de

corriente (CD/CA).

61





Fig. 9 Sistema fotovoltaico autónomo.

4.5.2 Sistema fotovoltaico interconectado a la red.

Estos sistemas tienen prácticamente las mismas características que los sistemas

autónomos, sin embargo, son utilizados en zonas donde el abastecimiento

eléctrico por medio de redes eléctricas convencionales. Para la realización de este

tipo de proyectos la legislación local debe permitir esta actividad ya que de lo

contrario el propietario del proyecto podría verse envuelto en problemas legales.

Por otro lado, los sistemas interconectados a la red tienen la principal

característica de no tener baterías para la acumulación de energía ya que el

diseño de este sistema no lo requiere, esto es debido a que la finalidad de las

baterías es almacenar energía para su posterior utilización, sin embargo, en esta

modalidad el panel o los paneles solares producen la energía eléctrica de corriente

directa la cual es convertida a corriente alterna por medio de un puente rectificador

(también llamado inversor) con esto la energía puede ser utilizada durante el día

por los equipos que la requieran, pero, la energía sobrante (la cual en el sistema

autónomo es almacenada en baterías) es enviada a la red eléctrica por medio de

un dispositivo llamado medidor bidireccional, es decir, la red eléctrica funge como

62





las baterías para el almacenamiento de energía eléctrica y sirve como respaldo

para días en los cuales haya poca producción de energía eléctrica por parte del

sistema FV.

No obstante depende de las leyes locales el establecer las reglamentaciones y

normativas para ésta práctica.

Fig. 10 Sistema fotovoltaico interconectado a la red.

4.6 Ventajas y desventajas de los sistemas fotovoltaicos.

Si bien es cierto que los sistemas fotovoltaicos tienen grandes bondades si se les

utiliza correctamente no son la panacea, es decir, también tienen inconvenientes

propios de cualquier tecnología ya que siempre serán perfectibles, a continuación

se listan una serie de ventajas y desventajas de los sistemas fotovoltaicos.

Ventajas [8].

No tienen partes móviles que se desgasten.

No contienen fluidos o gases que puedan derramarse o fugarse.

No consumen combustible para operar.

Tienen una respuesta rápida, alcanzando plena producción eléctrica

63





instantáneamente.

No producen contaminación al generar electricidad.

Requieren poco mantenimiento si están correctamente fabricados e

instalados.

El 85% de las celdas se fabrican con silicio, el segundo elemento más

abundante en la corteza terrestre.

Son modulares, por lo que permiten un amplio rango de aplicaciones sola –

eléctrica.

Tienen una eficiencia de conversión de la luz solar a electricidad

relativamente alta.

Tienen amplio rango de capacidad de generación, de microwatts a

Megawatts.

Tienen alta relación de potencia a peso.

Se prestan para instalaciones locales, esto es, potencia descentralizada o

dispersa.

Desventajas [8].

No son aun económicamente competitivos para la mayoría de las

aplicaciones, especialmente en aplicaciones de escala intermedia y grande.

Para la manufactura de cierto tipo de celdas se requiere el manejo de

sustancias que pueden ser nocivas para el ambiente en caso de descargas

accidentales.

Las tecnologías de producción están controladas por países

industrializados.

64





Como podemos observar la tecnología para el aprovechamiento de la energía

solar fotovoltaica tiene tanto aspectos positivos como aspectos negativos, sin

embargo, se puede observar que son más los aspectos positivos lo cual brinda la

posibilidad de que estos sistemas sean viables en diversas aplicaciones, por

ejemplo el autoabastecimiento.

4.7 Inversor de CD/CA

El inversor de CD/CA es el elemento primordial para una instalación de un sistema

FV interconectado a la red eléctrica, este dispositivo tiene la finalidad de

transformar la señal de voltaje de corriente directa en una señal de voltaje de

corriente alterna, además de hacer que esta señal cumpla con dos de las

especificaciones técnicas más importantes que existen, estas son: voltaje,

frecuencia, etc., estas especificaciones deben estar de acuerdo a las

proporcionadas por la red eléctrica ya que de lo contrario acarrearía afectaciones

al usuario y posiblemente a la red eléctrica de suministrador [9].

Dentro de las características que debe tener un inversor de CD/CA son [9]:

Contar con un alto rango de potencias, ya que la potencia entregada por el

panel solar será variable dependiendo de las condiciones climatológicas y

de las estaciones del año.

Tener bajo consumo en vacío. El inversor deberá consumir la mínima carga

(Watts) para su operación.

Protecciones. Debe contar con las debidas protecciones por sobrecorriente

y sobrecarga.

Buena regulación de voltaje. Deberá entregar un voltaje lo más cercano

posible al voltaje suministrado por la red.

65





Frecuencia. Asimismo, deberá tener una frecuencia similar a la de la red a

conectar, ya que de lo contrario no se podría realizar la interconexión

debido a que causaría algún daño, como la producción de armónicos (onda

de frecuencia múltiplo de la señal nominal, normalmente múltiplo de 60 Hz)

Cabe destacar que la mayoría de los inversores para potencias de hasta 10 kW

son monofásicos, el voltaje podrá variar dependiendo del lugar donde se

desarrolle el proyecto, y los inversores para potencias arriba de 10 KW son

normalmente trifásicos.

Debido a la importancia de las funciones del inversor se hace necesario que el

dimensionamiento de este dispositivo sea el correcto ya que es un elemento del

cual no puede prescindir el sistema FV interconectado a la red eléctrica.

4.8 Medidores bidireccionales.

Los medidores bidireccionales son los dispositivos ayudaran, junto con los

inversores de corriente, a interconectar un sistema fotovoltaico a la red eléctrica

local, sin ayuda de esto no se podría realizar tal actividad. Actualmente es una

tecnología al alcance ya que varias compañías de la industria eléctrica se han

encargado de desarrollarlos, es así como podremos encontrar distintos modelos

de ellos, sin embargo, la finalidad es la misma.

Cuando el usuario de un sistema fotovoltaico quiere interconectar su equipo a la

red eléctrica, y pasar de un sistema autónomo a un sistema interconectado,

requerirá de un medidor bidireccional, el cual medirá la carga generada por su

sistema y la carga utilizada proveniente de la red eléctrica.

Es decir. un medidor bidireccional a diferencia de un medidor convencional medirá

dos flujos de carga eléctrica por hora, estas cargas provienen de dos fuentes de

energía eléctrica distintas, sin embargo, interconectar ambas alimentaciones

eléctricas no producirá afectaciones por secuencia de fase o alguna otra a la red

66





eléctrica local, ya que el inversor de corriente convertirá la señal de voltaje de CD

(producida en los paneles FV) en una señal de voltaje de CA (producida por

cualquier alternador de alguna central convencional), independientemente del

voltaje que maneje la instalación (120V o 240V) lo cual no repercutirá en la red

eléctrica, es decir, el dispositivo encargado de las características de la señal

eléctrica es el inversor de corriente y no el medidor.

Dependiendo de la legislación del país donde se desarrolle el proyecto de sistema

fotovoltaico interconectado a la red eléctrica serán las tarifas, el coste por el uso

de la red eléctrica y/o las retribuciones y beneficios de un ―Autoconsumidor‖

(propietario de un sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica).

Usualmente se realiza de la siguiente manera:

a) Si el sistema FV del usuario produce el 50% de la energía requerida por el

consumidor y el otro 50% proviene de la red eléctrica local, el consumidor

deberá pagar la carga requerida a la compañía suministradora por concepto

de la utilización de energía, a la tarifa que especifique la compañía

suministradora.

b) Si el usuario consume 100% (la totalidad de la carga) de la red local, es

decir, no tiene producción de energía eléctrica por medio de su sistema FV

(por razones climatológicas, de mantenimiento, etc.) el usuario deberá

pagar la totalidad del consumo a la tarifa especificada por la compañía

suministradora.

c) Si el usuario consume 0% (no tiene consumo), la totalidad de la energía

eléctrica será enviada a la red local, esto quiere decir que contribuirá a

aumentar la capacidad de potencia eléctrica de la red local suministrando el

100% de su producción al sistema local. Sin embargo, lo anterior no

significa que el usuario pierda la energía generada por su sistema FV, esta

energía será retribuida al usuario de acuerdo a las especificaciones que

67





dicte la compañía suministradora y la legislación vigente en el país donde

se encuentre.

Es así como con el medidor bidireccional las baterías de respaldo se vuelven,

hasta cierto punto, innecesarias, ya que el respaldo estará garantizado por la

compañía suministradora de energía eléctrica, volviendo con ella más eficiente al

sistema eléctrico local y al mismo tiempo con la utilización del sistema FV reducir

carga a la red eléctrica local, pero sin sustituir a de sus funciones a la compañía

suministradora.

68





Capítulo 5.

Autoabastecimiento como alternativa para el suministro eléctrico de

una casa habitación por medio de un sistema fotovoltaico

interconectado a la red eléctrica (Normatividad).

La práctica de autoconsumo eléctrico por medio de sistemas FV interconectados a

la red eléctrica local, es una actividad la cual ha ido ganando adeptos alrededor

del mundo en distintos países, mayormente países industrializados, en los cuales

se permite la interconexión de sistemas FV a la red eléctrica de las compañías

suministradoras locales, esta actividad no se podría realizar sin la anuencia y la

regulación de las autoridades competentes.

La interconexión de sistemas FV a la red no es nueva en el estado mexicano, el

cual ha tratado de impulsar esta práctica con la finalidad de cumplir los

compromisos en materia ecológica, para reducir las emisiones de gases de efecto

invernadero. No obstante, aunque las empresas han participado en este tipo de

proyectos usualmente no lo hacen por medio de sistemas fotovoltaicos sino por

algunas otras alternativas como lo son: la cogeneración o aprovechando recursos

propios de la empresa ya en ocasiones consideran que la implementación de

tecnologías como los sistemas FV representan un mayor riesgo.

Sin embargo, en años recientes se ha impulsado la actividad de autoconsumo

eléctrico en otros sectores, tal es el caso del autoconsumo eléctrico en el sector

residencial, esta actividad puede ser muy prolífica debido a que uno de los

sectores de mayor demanda de energía eléctrica es el sector residencial, siendo el

abastecimiento de energía eléctrica ya un gran peso para el estado ya que buena

parte de las plantas generadoras propiedad de CFE son poco eficientes debido al

largo tiempo de utilización y aunque a nivel federal se prevé mejorar la

infraestructura en este rubro se torna lejano el día que la industria eléctrica

mexicana, CFE, renueve esta, debido a distintas problemáticas económicas,

69





ambientales, sociales, etc. es por esto que el autoabastecimiento se presenta

como una buena alternativa para satisfacer la demanda de diversos sectores

sociales, fortaleciendo al mismo tiempo a la principal, y hasta ahora única,

suministradora de energía eléctrica de México, CFE.

5.1 ¿Qué es el autoabastecimiento eléctrico?

El autoconsumo eléctrico es la actividad la cual permite al consumidor de energía

eléctrica satisfacer sus necesidades de energía por sus propios medios. Mediante

esta práctica el usuario puede contribuir a abastecer la energía demandada en su

centro de consumo de forma total o parcial.

De acuerdo con lo dispuesto por la Secretaría de Energía el autoabastecimiento

se define como:

Generación de energía eléctrica para fines de autoconsumo siempre y cuando

dicha energía se destine a satisfacer las necesidades de personas físicas o

morales y no resulte inconveniente para el país. [10]

Esta actividad sugiere la generación de energía eléctrica para satisfacer las

necesidades de algún centro de consumo, preferentemente mediante el

aprovechamiento de las fuentes renovables, debido a que la explotación de

recursos renovables tiene afectaciones mínimas al ambiente y por ende al país.

Como sabemos se puede generar energía eléctrica por medio de distintas

tecnologías, dependiendo del tipo de fuente que se tenga proyectado explotar, sin

embargo, el ―Autoabastecimiento‖ impulsado por el gobierno federal a través de

las dependencias correspondientes impulsa y fomenta la utilización de las fuentes

de energía renovable para la generación de energía eléctrica por medio de

diferentes programas e incentivando a quienes practican la actividad.

Ahora bien, el autoconsumo es un recurso el cual brinda al usuario la capacidad

de generar su propia energía, pero esto no quiere decir que la empresa

70





suministradora pierda facultades en cuanto a la generación de energía eléctrica,

es decir, CFE no perderá derechos ni tendrá que realizar menos tareas ya que

aunque todos los consumidores a nivel residencial produjeran su propia energía a

partir de alguna fuente renovable (un hecho con muy pocas probabilidades), de

forma parcial o total, CFE como principal encargada del suministro del servicio

eléctrico debe satisfacer las demandas de otros sectores, por ejemplo el sector

industrial, dicho sector tiene una carga considerable con respecto a la del sector

residencial, y a pesar de las diferentes formas de autoabastecimiento eléctrico que

se han venido impulsando en el sector industrial no todas las empresas poseen

recursos de los cuales se puedan beneficiar.

Por otro lado, para la práctica del autoconsumo a nivel residencial, en áreas

urbanas, los sistemas FV interconectados a la red son la mejor opción para la

generación de energía eléctrica debido a que, como se ha mencionado, los

elementos de estos sistemas son la tecnología más desarrollada en cuanto al

aprovechamiento de las energías verdes, además, otro factor importante para esta

afirmación es el hecho de que la energía solar es la de mayor disponibilidad en el

mundo.

5.2 Autoridades clave en la práctica de autoconsumo y la explotación de

fuentes renovables.

La Secretaría de Energía (SENER) es la cabeza del sector y conduce la política

energética, la cual se desarrolla e implementa por medio de programas como son

el Programa Sectorial de Energía 2007-2012 y el Programa Especial para el

Aprovechamiento de las Energías Renovables, así como a través de las

estrategias elaboradas: la Estrategia Nacional de Energía 2010 (2009 - 2024) y la

Estrategia Nacional para la Transición Energética y el Aprovechamiento

Sustentable de la Energía (2009). La primera estrategia tiene como base la Visión

al año 2024 y está conformada por tres Ejes Rectores - la Seguridad Energética, la

Eficiencia Económica y Productiva, y la Sustentabilidad Ambiental -, y tiene por

71





objetivos la diversificación de las fuentes de energía y el aumento en la utilización

de las energías renovables. La segunda está orientada a impulsar programas y

acciones para fomentar el uso de las energías renovables y reducir la

dependencia de México en los hidrocarburos. [11]

La Comisión Reguladora de Energía (CRE) como órgano desconcentrado de la

Secretaría de Energía, con autonomía técnica y operativa, está encargada de la

regulación de las industrias del gas, de los refinados, derivados de hidrocarburos y

de electricidad gas natural y energía eléctrica en México. [11]

Para ejercer su función reguladora en el sector eléctrico se asignan las

atribuciones relevantes a la CRE en la Ley de la Comisión Reguladora de Energía.

Las facultades incluyen, por un lado, el otorgamiento y la revocación de permisos

para las actividades de generadores privados, y por el otro, la aprobación de los

instrumentos de regulación y metodologías entre los permisionarios y los

suministradores. Eso comprende, entre otros, la aprobación de las metodologías

para el cálculo de las contraprestaciones por los servicios que se presten entre sí,

además de los modelos de convenios y contratos a celebrar con CFE. Con la

publicación de la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el

Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE) el 28 noviembre de 2008

la CRE cuenta con las nuevas facultades que le permiten [11]:

Expedir normas, directivas, metodologías y otros instrumentos de

regulación para la generación de electricidad a partir de energías

renovables

Establecer instrumentos para determinar las contraprestaciones

Solicitar al Suministrador la revisión de las reglas de despacho

Expedir metodologías para determinar la aportación de capacidad de las

energías renovables

72





Expedir reglas de interconexión, procedimientos de intercambio de energía

y sistemas de compensación

La Comisión Federal de Electricidad (CFE), empresa del gobierno mexicano, está

a cargo de prestar el servicio público de energía eléctrica. Como Suministrador,

CFE genera, transmite, transforma, distribuye y comercializa la energía eléctrica.

Además y entre otros, CFE cuenta con las siguientes facultades [11]:

Celebra contratos de interconexión, convenios de transmisión

Realiza estudios de factibilidad sobre la interconexión a la red

Emitir su opinión técnica en el trámite de la CRE sobre la interconexión a la

red

El Centro Nacional de Control de Energía (CENACE), organismo de la CFE

encargado de administrar la operación y el control del Sistema Eléctrico Nacional

(SEN), el despacho de generación, las transacciones entre unidades de negocios

de la CFE y con compañías externas y el acceso a la red de transmisión, con el

objetivo de lograr la mejora permanente de la continuidad, seguridad, calidad y

economía del servicio público de energía eléctrica. La Subdirección de

Programación de la CFE es la encargada de realizar la planeación de la expansión

del SEN, así como, a través de la Coordinación de Planificación, de realizar los

estudios de factibilidad técnica para la interconexión al SEN de cualquier nuevo

proyecto de generación. [11]

El Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) tiene como visión ser un instituto de

referencia nacional en innovación, conformado por investigadores de reconocido

prestigio, cuyos resultados impulsen el desarrollo sustentable del país. Para

cumplir con esa visión y en relación con energías renovables, el primero de julio

de 2010 entró en operación, el Centro Regional de Tecnología Eólica (CERTE)

73





ubicado en La Ventosa, Oaxaca. El objetivo principal del CERTE es facilitar las

pruebas relacionadas con actividades de investigación y desarrollo tecnológico. A

partir de este año, el CERTE comenzará a albergar el proyecto: Estación de

Pruebas para Sistemas Micro Híbridos y en los próximos años albergará la

instalación y pruebas del prototipo del aerogenerador de 1.2 MW que desarrolla el

IIE. [11]

La Secretaría de Hacienda y Crédito Público (SHCP) fija con la participación de

Secretaría de Energía y Economía y CFE las tarifas de la electricidad para el

servicio público. Las tarifas abren un nicho de mercado, cuando la energía

producida es para autoabastecimiento y el costo total de generación es menor a la

tarifa regulada por SHCP. [11]

5.3 Normatividad.

Hasta el momento se han expuestos los principales involucrados en la actividad de

autoconsumo y se ha mencionado que existen leyes y reglamentos para

desarrollar dichos proyectos, sin embargo, no se ha profundizado en estas. El

cumplimiento de estas leyes, normas y reglamentos son necesarias para el buen

aprovechamiento de los recursos, el incumplimiento de estas conllevaría desde

ineficiencia de los sistemas hasta consecuencias de carácter jurídicas.

En México la práctica del autoconsumo no es muy común ya que hasta hace

algunos años la ley era tajante en cuanto a la generación eléctrica, sin embargo,

hace algunas décadas se reformó el artículo 27 constitucional y con ello se

establecieron nuevos conceptos para la implementación del autoconsumo

energético dentro del cual está inmerso la generación de energía eléctrica por

medio del aprovechamiento de la energía solar.

74





Las normas que rigen la explotación de los recursos renovables para la

generación de energía eléctrica, específicamente la práctica de autoconsumo, son

las siguientes.

CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE LOS ESTADOS UNIDOS MEXICANOS.

En México, el mandato Constitucional establece el marco legal para la industria

eléctrica. El Artículo 27 establece que la generación, transmisión, distribución y

oferta de energía proporcionada como servicio público es atribución exclusiva del

gobierno federal. El Artículo 28 extiende estas facultades al establecer que todas

las actividades estratégicas llevadas a cabo por el gobierno federal no podrán ser

consideradas monopolios. El servicio público se refiere a cualquier actividad

reservada para y ejecutada por el Estado. [11]

LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

REGLAMENTO DE LA LEY DEL SERVICIO PÚBLICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.

El objeto de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (LSPEE) es la

regulación del suministro del servicio eléctrico público. La Ley contempla las reglas

por actividades del sector privado en el ámbito del suministro de energía, las

cuáles no son consideradas como servicio público. Cabe señalar que en diciembre

de 1992 se reformó la Ley y donde se establece la participación de la iniciativa

privada en actividades de generación como la cogeneración, autoabastecimiento,

producción independiente, pequeña producción, importación y exportación de

electricidad.

De acuerdo al Artículo 1 de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, la

generación, transmisión, distribución y ventas de energía eléctrica para el servicio

público serán ejecutadas por la empresa del gobierno: la Comisión Federal de

Electricidad (CFE), que tiene la obligación de ofrecer electricidad para el servicio

público en todo el país. [11]

75





El Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica (RLSPEE) pone

en operación la LSPEE en lo que se refiere al suministro del servicio público de

electricidad igual que a las actividades del sector privado. [11]

Los artículos concernientes al autoabastecimiento dentro de la ley y reglamento

del servicio público de energía eléctrica, son los siguientes:

ARTÍCULO 1o.- Corresponde exclusivamente a la Nación, generar, conducir,

transformar, distribuir y abastecer energía eléctrica que tenga por objeto la

prestación de servicio público, en los términos del Artículo 27 Constitucional. En

esta materia no se otorgarán concesiones a los particulares y la Nación

aprovechará, a través de la Comisión Federal de Electricidad, los bienes y

recursos naturales que se requieran para dichos fines.

ARTÍCULO 2o.- Todos los actos relacionados con el servicio público de energía

eléctrica son de orden público:

ARTÍCULO 3o.- No se considera servicio público:

I.- La generación de energía eléctrica para autoabastecimiento, cogeneración o

pequeña producción;

II.- La generación de energía eléctrica que realicen los productores independientes

para su venta a la Comisión Federal de Electricidad;

III.- La generación de energía eléctrica para su exportación, derivada de

cogeneración, producción independiente y pequeña producción;

IV.- La importación de energía eléctrica por parte de personas físicas o morales,

destinada exclusivamente al abastecimiento para usos propios; y

76





V.- La generación de energía eléctrica destinada a uso en emergencias derivadas

de interrupciones en el servicio público de energía eléctrica.

ARTÍCULO 4o.- Para los efectos de esta Ley, la prestación del servicio público de

energía eléctrica comprende:

I.- La planeación del sistema eléctrico nacional;

II.- La generación, conducción, transformación, distribución y venta de energía

eléctrica, y;

III.- La realización de todas las obras, instalaciones y trabajos que requieran la

planeación, ejecución, operación y mantenimiento del sistema eléctrico nacional.

ARTÍCULO 7o.- La prestación del servicio público de energía eléctrica que

corresponde a la Nación, estará a cargo de la Comisión Federal de Electricidad, la

cual asumirá la responsabilidad de realizar todas las actividades a que se refiere el

artículo 4o.

ARTÍCULO 36.- La Secretaría de Energía considerando los criterios y

lineamientos de la política energética nacional y oyendo la opinión de la Comisión

Federal de Electricidad, otorgará permisos de autoabastecimiento, de

cogeneración, de producción independiente, de pequeña producción o de

importación o exportación de energía eléctrica, según se trate, en las condiciones

señaladas para cada caso:

Párrafo reformado DOF 09-04-2012

I. De autoabastecimiento de energía eléctrica destinada a la satisfacción de

necesidades propias de personas físicas o morales, siempre que no resulte

inconveniente para el país a juicio de la Secretaría de Energía. Para el

otorgamiento del permiso se estará a lo siguiente:


a) Cuando sean varios los solicitantes para fines de autoabastecimiento a partir de

una central eléctrica, tendrán el carácter de copropietarios de la misma o

77





constituirán al efecto una sociedad cuyo objeto sea la generación de energía

eléctrica para satisfacción del conjunto de las necesidades de autoabastecimiento

de sus socios. La sociedad permisionaria no podrá entregar energía eléctrica a

terceras personas físicas o morales que no fueren socios de la misma al

aprobarse el proyecto original que incluya planes de expansión, excepto cuando

se autorice la cesión de derechos o la modificación de dichos planes; y

b) Que el solicitante ponga a disposición de la Comisión Federal de Electricidad

sus excedentes de producción de energía eléctrica, en los términos del artículo 36-

Bis.

ARTÍCULO 37.- Una vez presentadas las solicitudes de permiso de

autoabastecimiento, de cogeneración, de producción independiente, de pequeña

producción, de exportación o de importación, a que se refiere el artículo 36, y con

la intervención de la Secretaría de Economía en el ámbito de sus atribuciones, la

Secretaría de Energía, resolverá sobre las mismas en los términos que al efecto

señale esta Ley.


Los titulares de dichos permisos quedan obligados, en su caso, a:

a) Proporcionar, en la medida de sus posibilidades, la energía eléctrica disponible

para el servicio público, cuando por causas de fuerza mayor o caso fortuito el

servicio público se interrumpa o restrinja, y únicamente por el lapso que

comprenda la interrupción o restricción. Para estos casos, habrá una

contraprestación a favor del titular del permiso;

b) Cumplir con las Normas Oficiales Mexicanas que expida la Secretaría de

Energía, relativas a las obras e instalaciones objeto de los permisos a que se

refiere el artículo 36, y

Inciso reformado DOF 09-04-2012

78





c) La entrega de energía eléctrica a la red de servicio público, se sujetará a las

reglas de despacho y operación del Sistema Eléctrico Nacional que establezca la

Comisión Federal de Electricidad.

Artículo reformado DOF 23-12-1992

ARTÍCULO 38.- Los permisos a que se refieren las fracciones I, II, IV y V del

artículo 36 tendrán duración indefinida mientras se cumplan las disposiciones

legales aplicables y los términos en los que hubieran sido expedidos.

ARTÍCULO 39.- Salvo lo dispuesto en el inciso c) de la fracción IV del artículo 36,

no se requerirá de permiso para el autoabastecimiento de energía eléctrica que no

exceda de 0.5 MW. Tampoco se requerirá de permiso para el funcionamiento de

plantas generadoras, cualquiera que sea su capacidad, cuando sean destinadas

exclusivamente al uso propio en emergencias derivadas de interrupciones en el

servicio público de energía eléctrica; dichas plantas se sujetarán a las Normas

Oficiales Mexicanas que establezca la Secretaría de Energía, escuchando a la

Comisión Federal de Electricidad.

Artículo reformado DOF 27-12-1983, 23-12-1992, 09-04-2012

ARTÍCULO 40.- Se sancionará administrativamente con multa hasta de tres veces

el importe de la energía eléctrica consumida, a partir de la fecha en que se

cometió la infracción, en los casos a que se refieren las fracciones I a IV. Cuando

se trate de las infracciones previstas en las fracciones V y VI, la multa será de cien

veces el salario mínimo general diario vigente para el Distrito Federal, por cada

KW de capacidad de la planta de autoabastecimiento, de cogeneración, de

producción independiente o de pequeña producción o por cada KW vendido o

consumido. En el caso de la fracción VII la multa será de cincuenta a cien veces el

importe de dicho salario mínimo.

79





I.- A quien conecte sin la debida autorización sus líneas particulares, conductoras

de energía eléctrica, con las generales de la Comisión Federal de Electricidad o

con otra línea particular alimentada por dichas líneas;

II.- Al usuario que consuma energía eléctrica a través de instalaciones que alteren

o impidan el funcionamiento normal de los instrumentos de medidas o control del

suministro de energía eléctrica;

III.- A quien consuma energía eléctrica sin haber celebrado contrato respectivo;

IV.- A quien utilice energía eléctrica en forma o cantidad que no esté autorizada

por su contrato de suministro;

V.- A quien venda, revenda o, por cualquier otro acto jurídico, enajene capacidad o

energía eléctrica, salvo en los casos permitidos expresamente por esta Ley;

Fracción reformada DOF 27-12-1983, 23-12-1992

VI.- A quien establezca plantas de autoabastecimiento, de cogeneración, de

producción independiente o de pequeña producción o a quien exporte o importe

energía eléctrica sin los permisos a que se refiere el artículo 36 de esta Ley; y

Fracción reformada DOF 23-12-1992

VII.- A quien incurra en cualquiera otra infracción a las disposiciones de esta ley o

de su reglamento.

La ley del servicio público de energía eléctrica tiene su reglamentación de la cual

para la práctica de autoabastecimiento se enuncian los siguientes artículos.

ARTÍCULO 72.- Los particulares podrán realizar:

(…)b) Su consumo por los mismos particulares en las modalidades de

autoabastecimiento, cogeneración o pequeña producción;

ARTÍCULO 77.- El autoabastecimiento, la cogeneración, la producción

independiente, la pequeña producción, la generación para exportación y la

importación de energía eléctrica destinada al abastecimiento para usos propios,

son actividades sujetas a permiso previo por parte de la Secretaría.

80





ARTÍCULO 78.- Los permisos tendrán una duración indefinida, salvo los relativos

a producción independiente, que se otorgarán hasta por un plazo de treinta años.

ARTÍCULO 82.- Las solicitudes de permisos se presentarán a la Secretaría de

acuerdo con los formatos que proporcione la misma y deberán contener los

siguientes datos:

I. Nombre, denominación o razón social y domicilio del solicitante;

II. Objeto del permiso y, en su caso, plazo propuesto por el solicitante;

III. Ubicación de la planta, capacidad de la instalación y lugares donde se utilizará

la energía;

IV. Programa de abastecimiento de energéticos, incluyendo datos sobre su fuente,

tipo, sustitutos y costos, o de uso de aguas nacionales, en su caso;

V. En su caso, disponibilidad y firmeza de excedentes de capacidad y energía

asociada; requerimientos de capacidad y energía de carácter complementario,

como respaldo firme o sujeto a disponibilidad, así como de servicios de

transmisión, y

VI. Los demás que, de acuerdo con el objeto del permiso, se consignan en los

correspondientes apartados de este capítulo.

ARTÍCULO 89.- Salvo lo dispuesto en el inciso c) de la fracción IV del artículo 36

de la Ley, no se requerirá permiso para el autoabastecimiento de energía eléctrica

que no exceda de 0.5 MW, ni para el funcionamiento de plantas generadoras

cuando sean destinadas exclusivamente al uso propio en emergencias derivadas

de interrupciones en el servicio público de energía eléctrica.

ARTÍCULO 90.- Los titulares de los permisos a que se refiere este capítulo están

obligados a:

81





I. No vender, revender o enajenar por ningún título, directa o indirectamente,

capacidad o energía eléctrica, salvo los casos autorizados por la Ley y este

Reglamento;

II. Notificar a la Secretaría de la fecha en que las obras hayan sido concluidas,

dentro de los quince días hábiles siguientes a la terminación de las mismas;

III. Proporcionar, en la medida de sus posibilidades y mediante la retribución

correspondiente, la energía eléctrica requerida para el servicio público, cuando por

caso fortuito o fuerza mayor dicho servicio se vea interrumpido o restringido, y

únicamente por el lapso que comprenda la interrupción o restricción;

IV. Cumplir con las disposiciones legales y reglamentarias, así como con las

normas oficiales mexicanas y las demás disposiciones aplicables respecto de las

obras e instalaciones objeto de los permisos;

V. Operar y mantener sus instalaciones y equipos en forma tal que no constituyan

peligro alguno para el propio permisionario o para terceros, y

VI. Una vez que se inicie la operación de las instalaciones, y exclusivamente para

fines estadísticos, informar a la Secretaría, en los formatos que la misma defina, el

tipo y volumen del combustible utilizado y la cantidad de energía eléctrica

generada, especificando la parte utilizada para la satisfacción de necesidades

propias del permisionario y la entregada a la

Comisión o destinada a la exportación, así como, en su caso, las importaciones de

energía eléctrica realizadas.

ARTÍCULO 101.- De acuerdo con lo dispuesto en el artículo 36, fracción I, de la

Ley, se entiende por autoabastecimiento a la utilización de energía eléctrica para

fines de autoconsumo siempre y cuando dicha energía provenga de plantas

destinadas a la satisfacción de las necesidades del conjunto de los copropietarios

o socios.

Artículo reformado DOF 25-07-1997

82





ARTÍCULO 102.- En los supuestos del artículo anterior, la inclusión de nuevas

personas al aprovechamiento de energía generada por el autoabastecedor

procederá cuando:

I. Se hayan cedido partes sociales, acciones o participaciones con autorización de

la Secretaría;

II. Así se haya previsto en los planes de expansión y se le haya comunicado a la

Secretaría, y

III. Así lo autorice expresamente la Secretaría.

LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y EL

FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA.

REGLAMENTO DE LA LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS

RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA.

El 28 de noviembre del 2008 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la Ley

para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la

Transición Energética (LAERFTE) y el 02 de Septiembre del 2009 su reglamento

(RLAERFTE). La Ley busca regular el aprovechamiento de las energías

renovables para la generación de electricidad ―con fines distintos a la prestación

del servicio público. [11]

REQUISITOS TÉCNICOS PARA LA INTERCONEXIÓN DE FUENTES DISTRIBUIDAS

DE GENERACIÓN EN PEQUEÑA ESCALA CFE.

Este documento establece los requisitos y especificaciones técnicas para la

interconexión entre una fuente de energía distribuida en pequeña escala y el

sistema eléctrico nacional.

83





5.4 Requisitos Generales

5.4.1 Regulación de Tensión.

La Fuente de Energía Distribuida (FED) no deberá regular la tensión en el punto

de interconexión. Así mismo no debe causar que la tensión de suministro del

Sistema Eléctrico Nacional (SEN) salga de lo requerido por la Comisión Federal

Electricidad (CFE). [3]

5.4.2 Sincronía

Para la interconexión de la Fuente de Energía Distribuida (FED) con el Sistema

Eléctrico Nacional (SEN), se requerirá contar con los dispositivos necesarios para

sincronizar ambos sistemas (…). [11]

Condiciones Anormales de Operación La FED deberá contar con los dispositivos

de protección adecuados para desconectarse del SEN en caso de fallas en el

propio SEN al cual se encuentra conectado [11], como se muestra en el diagrama

1.

Diagrama 1 Interconexión de un sistema fotovoltaico a la red eléctrica local. Fuente: Especificaciones técnicas pequeña escala. CFE.

84





Diagrama 2 Interconexión de un sistema fotovoltaico al bus del SEN. Fuente: Especificaciones técnicas pequeña escala. CFE.

El uso del banco de baterías es opcional. El convertidor CD/CA es opcional de

acuerdo al equipo usado para generar. [11]

5.4.3 Voltaje

La protección en el punto de interconexión deberá detectar el valor rms (valor

eficaz) o la frecuencia fundamental del voltaje de alimentación del suministrador

de cada fase a neutro. Los tiempos totales de desconexión dependiendo del nivel

de voltaje se indican en la tabla 6. Los dispositivos de voltaje podrán ser fijos o

ajustables en campo. [11]

85





Tabla 6 Respuesta a tensiones anormales en el punto de interconexión. Fuente: Especificaciones técnicas pequeña escala. CFE.

El voltaje deberá ser detectado en el punto de interconexión o punto de conexión

de la FED [11], de acuerdo al diagrama 2.

La capacidad del fusible o interruptor termomagnético I1 debe ser seleccionado en

función de la capacidad del generador, y el I2 debe ser seleccionado en función de

la carga del servicio. [11]

5.4.4 Frecuencia

Cuando la frecuencia del sistema se encuentre en los rangos dados en la tabla 7

la protección en el punto de interconexión deberá operar con los tiempos totales

indicados en la misma. Los dispositivos de frecuencia podrán ser fijos o ajustables

en campo. Los ajustes de baja frecuencia deberán se coordinados con los

dispositivos del Sistema Eléctrico Nacional. [11]

86





Tabla 7 Respuesta a frecuencias anormales en el punto de interconexión. Fuente: Especificaciones técnicas pequeña escala. CFE.

87





Capítulo 6.

Autoabastecimiento como alternativa para el suministro eléctrico de

una casa habitación por medio de sistema fotovoltaico

(Dimensionamiento del SFVI).

Después de todo lo expuesto se hace necesario el dimensionamiento de un

sistema fotovoltaico interconectado a la red, esto con la finalidad de proponer una

metodología confiable, basado en literatura especializada en este ámbito y

apoyados por profesionales en este rubro, esta metodología podrá ser empleada

para diversas finalidades, los resultados que de su implementación deriven

quedaran a criterio de quien la utilice.

6.1 Dimensionamiento de sistema fotovoltaico.

Para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico interconectado a la red

eléctrica local se debe tomar en cuenta diferentes variables las cuales juegan un

papel importante en la implementación de este tipo de tecnologías.

Entre los factores relevantes que destacan para el correcto funcionamiento de un

sistema fotovoltaico son:

Carga eléctrica del consumidor

Hábitos de consumo.

Tarifas eléctricas actuales.

Carga a alimentar por el SFVI.

Localización del SFVI.

Tipo de panel a utilizar en el SFVI.

Lo anterior son factores que intervienen en el buen dimensionamiento y posterior

funcionamiento del Sistema Fotovoltaico Interconectado a la red (SFVI). Para una

mayor compresión de esto se realizaran los cálculos de un sistema fotovoltaico

88





interconectado basado en el consumo promedio de una casa habitación, a la cual

el SFV alimentará el 50% de la carga eléctrica de la casa, asimismo se realizaran

dos estudios más para el dimensionamiento de SFV los cuales suministren el 80%

y 100% de la carga respectivamente.

6.1.1 Carga eléctrica conectada y hábitos de consumo.

La carga eléctrica de una casa habitación varia, esto se debe a las diferencias en

cuanto al diseño, ya que estos variaran de acuerdo a las posibilidades económicas

del propietario de la vivienda.

Además, la carga conectada dependerá de los hábitos de consumo de los

usuarios y las posibilidades de estos para la adquisición de electrodomésticos,

esto último repercutirá directamente en la carga conectada de la vivienda,

aumentándola.

6.1.2 Tarifas eléctricas actuales.

Por otro lado, dichos hábitos de consumo se reflejaran en el pago de energía

eléctrica ya que, en México, dependiendo la zona serán los kilowatts-hora

permitidos. Esto dejara al usuario limitado en cuanto al consumo eléctrico ya que

superando la cantidad establecida de kilowatts-hora el consumo de kilowatts-hora

extras tendrán un cargo adicional regulado.

A continuación se exponen las diferentes tarifas, en baja tensión, establecidas por

la Comisión Federal de Electricidad.

89





Tabla 8 Tarifas específicas de consumo de energía eléctrica en servicio doméstico, al 2012. Fuente: Comisión Federal de Electricidad.

Tarifas específicas.

Tarifa Límite de consumo (kWh/Bimestre)

Servicio Domestico

1 500 --- 1ª 600 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 25ºC 1B 800 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 28ºC 1C 1700 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 30ºC 1D 2000 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 31ºC 1E 4000 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 32ºC 1F 5000 Localidades con temperatura media mínima en

verano de 33ºC

El sobrepasar el límite establecido por cada tarifa conlleva al usuario a una sub

tarifa la cual se conoce como tarifa DAC (De Alto Consumo), lo cual afectara a la

economía del usuario al tener que pagar cuotas altas por concepto de consumo de

energía extra.

6.1.3 Carga a alimentar por el sistema fotovoltaico.

Es así como los sistemas fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica local

pueden ayudar a disminuir el consumo eléctrico de una casa habitación, sin

embargo, primero se deben también fomentar el ahorro energético y con ello los

cambios en los hábitos de consumo de energía eléctrica.

De acuerdo a lo anterior el usuario puede implementar un SFVI para satisfacer sus

necesidades en cuanto al consumo de energía eléctrica, en estos casos el usuario

tiene la posibilidad de decidir sobre la capacidad que quiere instalar para

satisfacer estas necesidades, la capacidad del SFVI puede suministrar el 100% de

la carga instalada o alguna fracción de esta, en el entendido de que puede

aumentar la capacidad del SFVI según lo considere necesario cuando quiera,

90





además el usuario debe tener en cuenta que el instalar un SFVI no asegura que

su consumo de energía eléctrica proveniente de CFE disminuya sino controla sus

hábitos de consumo.

6.1.4 Localización del SFVI.

Por otro lado la ubicación de la zona donde se requiera instalar un SFVI dará la

pauta para el dimensionamiento de este, esto debido a que la energía proveniente

del Sol no se distribuye de la misma forma en toda la república mexicana, es así

como, la carga requerida a abastecer y la ubicación del SFVI serán factores

importantes para el dimensionamiento del sistema. Anexo A.

6.1.5 Tipo de panel solar.

Otro punto importante para el dimensionamiento del SFVI es el tipo de panel solar

que se requiera, en este punto interviene la carga a alimentar por el sistema y por

el espacio disponible para la instalación del mismo, ya que dependiendo la carga y

el espacio disponible se podrán elegir de entre los diferentes tipos de paneles

solares disponibles en el mercado, estos pueden variar en cuanto al costo

dependiendo del distribuidor y del tipo de material con el que este fabricado.

Anexo B.

6.2 Pasos para el dimensionamiento de SFVI.

El dimensionamiento de un SFV ya sea para uso autónomo o para ser

interconectado a la red eléctrica local debe realizarse con sumo cuidado debido a

que se debe justificar la implementación de esta tecnología, esta inversión será a

largo plazo por tal motivo un correcto dimensionamiento se hace necesario para

poder corresponder de forma satisfactoria a las necesidades, en cuanto a energía

eléctrica, del usuario.

Existen diversas metodologías para la realización de esta actividad, el

dimensionamiento del SFV, sin embargo para la implementación de estas

tecnologías en viviendas donde sea requerido se deben hacer estudios en los

91





cuales se tengan datos reales con la finalidad de no subdimensionar o

sobredimensionar el sistema, de esta forma el usuario podrá ver los beneficios de

manera más significativa.

Para calcular la capacidad de los paneles solares, los cuales alimentaran a una

vivienda se deben realizar los siguientes pasos:

6.2.1 Promedio del consumo anual de la vivienda.

Este paso facilita el prevenir posibles errores debido a los distintos hábitos de

consumo del usuario. La realización de este paso es de gran importancia ya que

es uno de los ejes principales del SFV, en base al promedio del consumo de

energía eléctrica se podrá esclarecer si es factible la implementación de este tipo

de tecnologías en el lugar. El consumo promedio se obtiene de la suma de los seis

últimos registros bimestrales, esta información puede ser obtenida por medio de

los recibos de pago de CFE, en México.

∑

Dónde:

BM = Es el consumo bimestral en kW h.

6.2.2 Porcentaje de carga a ser alimentado por el SFV.

Debido a que la práctica de autoconsumo permite al consumidor generar su propia

energía para satisfacer su demanda de forma total o parcial el usuario puede

establecer la cantidad de energía requerida de acuerdo a su consumo promedio,

esta puede ir de 0 a 100%. No obstante de acuerdo a la reglamentación el

propietario podría instalar la cantidad de paneles que el considere necesario,

siempre y cuando la suma de energía generada de estos no supere los 10 kW los

cuales son el límite establecido de generación para autoconsumo de energía

eléctrica a nivel residencial. En base a este porcentaje se obtendrá la producción

92





de energía requerida mediante el SFV.

Dónde:

ER = Energía requerida, en base al porcentaje solicitado.

6.2.3 Capacidad requerida diaria.

Una vez que se obtuvo el promedio de consumo anual y se estableció el

porcentaje de carga requerido, se procede a calcular la capacidad diaria, este

parámetro dará la cantidad de energía requerida diaria. Para este cálculo se debe

establecer la cantidad de días de facturación, en el caso de México son 60 días,

ya que la medición es bimestral.

Dónde:

CRED = Capacidad requerida diaria.

ER = Energía requerida, en base al porcentaje solicitado.

CDF = Cantidad de días facturados.

6.2.4 Capacidad del panel.

Después de calcular el consumo diario a ser abastecido por el SFV se debe

establecer la capacidad de los módulos o paneles solares a utilizar, para el cálculo

de dicha capacidad se hace necesario ubicar el lugar donde se implementara el

SFV, ya que la cantidad de energía solar fotovoltaica disipada en la Tierra es

variable, dependiendo del lugar donde nos ubiquemos. Para fines practico se

puede recurrir a tablas ya establecidas por investigaciones antes realizadas, en

este caso nos apoyaremos en la tabla de ―Horas Solar Pico en la República

Mexicana‖.

93





Debido a que existe una mayor cantidad de horas solares pico en el plano

inclinado que en el plano horizontal se utilizaran dichos valores con la finalidad de

obtener la mayor cantidad de energía.

Asimismo otro factor que debemos tener en cuenta son las pérdidas, o bien la

eficiencia de los paneles solares, este parámetro depende del material con el que

estén fabricadas las celdas. Este cálculo se debe realizar ya que de lo contrario se

obtendrá una capacidad menor a la requerida del panel solar y con ello se

subdimensionará el sistema.

( )

Dónde:

CP = Capacidad del panel, incluyendo pérdidas.

CRED = Capacidad requerida diaria.

HSP = Horas Solar Pico (Tablas, HSP plano inclinado).

η = Eficiencia del inversor (Oscila de un 70% a un 85%)

6.2.5 Cantidad de paneles a utilizar.

Una vez obtenida la capacidad de los paneles se deben calcular la cantidad de

estos ajustando los valores obtenidos a los valores comercialmente activos.

Además de que se deben realizar los ajustes necesarios para que el SFV no

rebase las dimensiones de instalación predispuestas por el propietario de la

vivienda, es decir, se debe tener en cuenta el área donde se instalaran el SFV y

ajustar la cantidad de paneles en función tanto de la oferta en el mercado como

del área a utilizar.

94





Asimismo, se debe tener en cuenta el precio de dichos paneles, ya que según el

material y fabricante será el coste de estos.

Dónde:

CP = Capacidad del panel, incluyendo pérdidas.

CPC = Capacidad de panel comercial.

6.3 Ejemplos de dimensionamiento de módulos FV para alimentación de

carga de casa habitación al 50%, 80% y 100%.

Después de toda la explicación dada a lo largo de esta investigación se hace

necesario realizar diversos estudios con la finalidad de ejemplificar un análisis real

para el dimensionamiento de un SFV el cual estará interconectado a la red

eléctrica de CFE, cabe mencionar que solo se elaborara el dimensionamiento

quedando los pasos de instalación para una posterior investigación.

Las ejemplificaciones que a continuación se expondrán alimentaran distintos

porcentajes de consumo de una casa habitación. Los cálculos se realizaron

mediante el procedimiento y ecuaciones antes descritas. No obstante, esta

metodología debe ser revisada según el caso, ya que nunca una metodología en

el campo de la ingeniería será una receta de cocina por tal motivo se sugiere al

proyectista realizar el análisis debido antes de llevar a cabo un proyecto de esta

naturaleza.

95





6.3.1 Ejemplo Suministro al 50%.

Ejemplo 1)

Casa habitación ubicada en la zona conurbada Veracruz – Boca del Río.

96





Datos.

Promedio de consumo: Anual.

Porcentaje de energía requerida: 50%

Horas solares pico: 4.66 hrs (Plano inclinado).

Eficiencia del inversor: 70%

CÁLCULO PARA DIMENSIONAMIENTO DEL SFVI

FACTURACIÓN AÑO kWh

SEPTIEMBRE - NOVIEMBRE 2012 351

NOVIEMBRE - ENERO 2013 256

ENERO – MARZO 2013 288

MARZO – MAYO 2013 319

MAYO – JULIO 2013 430

JULIO – SEPTIEMBRE 2013 354

CONSUMO PROMEDIO (kWh) 333

DIAS DE CONSUMO 60

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR (%) 50%

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR (kWh) 166.5

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR (kWh) DIARIO

2.775

CANTIDAD DE HORAS SOL PICO PARA PLANO INCLINADO

4.66

CAPACIDAD REQUERIDA DEL PANEL (SIN PERDIDAS) EN kWPICO

0.595493562

EFICIENCIA MEDIA DEL INVERSOR 0.7

CAPACIDAD REQUERIDA DEL PANEL (CON PERDIDAS) EN kWPICO

0.850705089

97






Ejemplo 2)

Casa habitación ubicada en Saltillo, Coahuila, México.

98





Datos.

Localización: Saltillo, Coahuila.





CÁLCULO PARA DIMENSIONAMIENTO DEL SFVI Saltillo


OCTUBRE - DICIEMBRE 2012 214

DICIEMBRE - FEBRERO 2013 233

FEBRERO - ABRIL 2013 246

ABRIL - JUNIO 2013 262

JUNIO - AGOSTO 2013 404

AGOSTO - OCTUBRE 2013 255

CONSUMO PROMEDIO (kWh) 269

DIAS DE CONSUMO 60



PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR (kWh) DIARIO

3.58666667


5.86


0.61205916



0.87437023

99






Ejemplo 3)

Casa habitación ubicada en la zona conurbada Veracruz – Boca del Río.

100





Datos.

Localización: Veracruz, Ver.





CÁLCULO PARA DIMENSIONAMIENTO DEL SFVI VERACRUZ II


JULIO - SEPTIEMBRE 2012 681

MAYO - JULIO 2013 628

MARZO - MAYO 2013 473

ENERO - MARZO 2013 305

NOVIEMBRE - ENERO 2013 316

SEPTIEMBRE - NOVIEMBRE 2013 630

CONSUMO PROMEDIO (kWh) 505.5

DIAS DE CONSUMO 60



PRODUCCIÓN DE ENERGÍA SOLAR (kWh) DIARIO 8.425


4.66


1.807939914



2.582771306

101





6.4 Interconexión de un sistema FTV a la red eléctrica.

Teniendo en cuenta que para la generación de energía eléctrica la ley indica que

no se hace necesario solicitar permiso alguno siempre que la producción total neta

no rebase los 0.5 MW, sin embargo, para interconectar un SFV a la red eléctrica

de CFE se debe cumplir con lo indicado por la empresa para evitar algún tipo de

problema. La finalidad de este estudio es realizar las actividades para el

dimensionamiento y la interconexión del SFV a la red eléctrica de CFE, por tal

motivo se deben enunciar los requisitos específicos que solicita la Comisión

Federal de Electricidad para realizar esta actividad.

Los requisitos para realizar la interconexión son los siguientes:

Contar con un contrato en baja tensión.

La instalación eléctrica del lugar así como del SFV, deben cumplir con las

disposiciones oficiales y de la CFE.

La potencia del SFV no debe rebasar los 10 kWpico en consumo doméstico y

30 kWpico en consumo comercial.

Los anteriores son requisitos mínimos para realizar la interconexión, no obstante

se deben realizarse los trámites correspondientes para realizar esta actividad,

asimismo, se deben de cumplir con las especificaciones técnicas exigidas por la

compañía suministradora para evitar dañar la red eléctrica.

6.5 Cobro y retribuciones al usuario de un SFVI.

La finalidad de implementar un SFV e interconectarlo a la red eléctrica es gozar de

los beneficios que tiene esta actividad, el interconectar la producción de energía a

la red eléctrica de la CFE mediante un medidor bidireccional beneficia al

propietario, entre otras cosas, en el coste del sistema debido a que usualmente la

explotación de la energía solar para la generación de energía eléctrica incluía

baterías, también llamados acumuladores, para almacenar la energía eléctrica que

no fuera utilizada por el usuario, por tal motivo el coste de los acumuladores

102





elevaba el monto de la inversión haciendo poco factible al consumidor. Sin

embargo, con la inclusión del medidor bidireccional quedo a elección del

propietario del SFV el agregar o no los acumuladores, liberando de esta forma de

la necesidad de la adquisición de las baterías al usuario.

Por otro lado, quedaría la incógnita de la facturación del servicio eléctrico, en el

caso de México, puesto que como se vio con anterioridad el medidor bidireccional

permite transferir la energía no utilizada por el consumidor a la red eléctrica, en

este caso de la CFE, no obstante, esta empresa ofrece retribuciones en las

facturaciones significativas a los propietarios de SFV que estén interconectados a

la red, las cuales se enuncian a continuación:

a) Si el usuario consume más energía que la entregada a la red, se

considerará como un saldo a favor de la CFE y se facturará de acuerdo a la

tarifa aplicable.

b) Si el usuario consume la misma cantidad de energía que la entregada a la

red eléctrica de la CFE, se facturará el mínimo establecido de acuerdo a la

tarifa aplicable.

c) Si el usuario entrega más energía de la consumida, la facturación será de

acuerdo al mínimo establecido de acuerdo a la tarifa aplicable, y el

excedente será almacenado ―virtualmente‖ en una ―bolsa de energía‖

personal, esta energía será devuelta al consumidor durante los próximos

doce meses en facturaciones donde el usuario consuma más energía que

la entregada a la red. De no ser utilizada esta energía en el lapso

mencionado esta devolución de energía será cancelada.

Es así como la Comisión Federal de Electricidad facilita la implementación de este

tipo de sistemas para la generación de energía eléctrica aminorando los costos de

los mismos. Y al mismo tiempo, conforme una mayor cantidad de usuario

implemente esta tecnología reforzara al Sistema Eléctrico Nacional ya que

103





aumentará la generación de energía eléctrica por medio de fuentes renovables y

con esto se reducirán las emisiones de gases de efecto invernadero hacia la

atmosfera, lo cual ayudara a México a reducir las afectaciones por la

contaminación y repercutirá mundialmente en buena medida ya que ayudara a

frenar el cambio climático y sus afectaciones.

104





Capítulo 7.

Conclusión.

A lo largo de esta investigación se han expuesto diversos argumentos, dichos

argumentos se han enunciado con la finalidad de exponer las ventajas de explotar

los recursos renovables para el abastecimiento de energía, esta puede ser a gran,

mediana o pequeña escala. Sin embargo, desde el inicio de esta investigación se

enuncio la prioridad de ella, la cual era proponer una alternativa factible

técnicamente de autoconsumo de energía eléctrica, esta se expuso a detalle en la

investigación, asimismo se desarrolló la metodología que se consideró prudente

para la implementación de sistemas fotovoltaicos, en la modalidad de sistema

interconectado a la red, esta metodología satisface la hipótesis marcada en esta

tesis ya que se demostró que un sistema fotovoltaico puede abastecer las

necesidades de energía eléctrica de una casa habitación en la medida que se

considere necesario.

Para finalizar se deben tomar en cuenta, e implementar, los avances de la

tecnología en materia energética y más aún aquellas tecnologías que aprovechen

los recursos renovables, estas acciones repercutirán favorablemente en nuestro

entorno y podemos tener plena certeza que las futuras generaciones agradecerán

el esfuerzo realizado para procurar el cuidado de nuestro planeta.

105





ANEXO A.

Tabla Horas de Sol Pico por día para la República Mexicana.

Tabla 9 HORAS DE SOL PICO POR DÍA PARA LA REPÚBLICA MEXICANA.

Fuente: “Guía de usuario Sistemas fotovoltaicos interconectados con la red aplicaciones a pequeña

escala”, Instituto de Investigaciones Eléctricas.

106





ANEXO B.

A continuación se muestra una tabla con las respectivas cargas suministradas por

metro cuadrado de algunos paneles solares de distintos materiales

semiconductores.

Tabla 10 ÁREA REQUERIDA DEL ARREGLO FV CON DIVERSAS TECNOLOGÍAS Y CAPACIDADES, m2

(VALOR APROXIMADO).

Fuente: “Guía de usuario Sistemas fotovoltaicos interconectados con la red aplicaciones a pequeña

escala”, Instituto de Investigaciones Eléctricas.

107





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[22] Camara de diputado, «REGLAMENTO DE LA LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS

RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA,» Diario Oficial de la

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TESIS GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA FOTOVOLTAICA COMO ALTERNATIVA PARA SUMINISTRO RESIDENCIAL

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