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Planificación Residencial
con energía solar fotovoltaica en
Santiago de Chile incorporando el parámetro PM10

En los últimos meses, tras la promulgación en 2014 de la ley 20.571 para la Generación Distribuida (también conocida como “Ley de Net Billing”), ha venido creciendo la generación fotovoltaica en los techos de la Región Metropolitana. Este estudio analiza la pérdida de eficiencia provocada por las partículas (PM10) en Santiago.

La generación de electricidad en Chile es, entre otras, una de las principales fuentes de emisiones de contaminantes atmosféricos y gases de efecto invernadero. A pesar de que Chile es un contribuyente pequeño en las emisiones globales de CO2 (0,2%), su tendencia al alza (un aumento del 110% entre 1990 y 2011) presenta enormes preocupaciones. Alternativas a los combustibles fósiles y emisiones de gases de efecto invernadero deben ser examinadas al mismo tiempo.

Debido a la creciente demanda de energía, la dependencia de fuentes de energía importadas, las preocupaciones ambientales, y los costos de los combustibles fósiles, el Gobierno de Chile considera que es de interés estratégico implementar una política de diversificación energética. Para avanzar en esta materia, sin embargo, las autoridades deben decidir qué fuentes de energía y tecnologías deben ser priorizadas para proporcionar la seguridad energética y la sostenibilidad del medioambiente a un coste competitivo.

Entre las opciones de diversificación energética, el desarrollo de la energía solar fotovoltaica en Chile es particularmente atractivo, ya que el país está dotado de uno de los potenciales solares más altos en el mundo. El desierto de Atacama, en el norte de Chile, ofrece las mejores condiciones para la generación de energía solar fotovoltaica con la radiación solar más alta del mundo, baja humedad y casi 356 días de cielos claros. El gobierno chileno reconoce las oportunidades locales para el desarrollo de los sistemas solares fotovoltaicos residenciales, teniendo en cuenta los beneficios de abordar las preocupaciones de energía en el país.

Históricamente, las leyes de electricidad en Chile no abordaron la posibilidad de generación de nivel residencial. Sin embargo, la aprobación de la Ley 20.571 en 2014 fue el primer paso en el diseño de una nueva política en el sector residencial, destinado a permitir la generación distribuida a pequeña escala en el país, especialmente PV, mini-hidráulica y mini-CHP. La ley entró en vigor la primera semana de octubre de 2014, permitiendo a los hogares y las empresas, que instalan un sistema fotovoltaico de hasta 100 kW para el autoconsumo, vender el exceso de la salida del sistema a la red nacional a una tarifa fija.


FV residencial en la Región Metropolitana

El FV residencial puede reducir las pérdidas de transmisión y la escasez de suministro de electricidad. Además, hay una naturaleza complementaria de la energía fotovoltaica y la generación hidroeléctrica (sol frente a la lluvia) que puede animar a los usuarios para controlar las horas “peak” en Chile, evitando sobrecostos. En este estudio, se analiza la efectividad económica de la inversión residencial FV por kWh producido por casa estándar versus el precio de las tarifas eléctricas en la región más densamente poblada de Chile como lo es la Metropolitana.

Debido a un alto nivel de concentración de polvo normalmente asociado con PM10, también analizamos la deposición de polvo en las superficies de paneles fotovoltaicos para determinar cómo afecta el rendimiento del panel. Nuestra revisión constituye una contribución importante a la planificación de energía fotovoltaica residencial en el mercado. Para estimar la pérdida de eficiencia provocada por las partículas (PM10) en Santiago, se comparó la media de PM10 en una estación de medición situada en Las Condes con el PM10 medio medido en la estación de monitoreo de Atenas LYK (Grecia). La estación LYK fue elegida porque tiene características geográficas y ambientales similares a la de Las Condes. El promedio anual de PM10 en la estación LYK en Atenas es de 58,7 mg/m3. Estos datos son comparables con la media anual de PM10 en Las Condes, que es 58,02 mg/m3. La considerable deposición de polvo, resulta en una reducción de 5% de la potencia de salida, debido a una disminución de la eficiencia del 0,4%. Usando esta información, la pérdida de eficiencia y sus efectos sobre los valores LCOE, considerando un R2 de 0,85 se puede calcular. Antes de continuar, es necesario aclarar que este estudio, que originalmente fue publicado en enero de 2015, fue realizado con valores de mercado de tecnologías FV hasta el año 2014; por lo tanto, todos los valores a continuación se deben considerar como referenciales y adaptarlos al mercado actual.


Resultados

Un análisis de sensibilidad LCOE para cada factor de planta y el valor de PM10 fue realizado teniendo en cuenta un sistema fotovoltaico residencial vinculado a la red (escenario 1). El análisis demostró que resultan rangos de valores LCOE entre 0,09 y 0,18 USD/kWh, que está muy cerca del precio de venta de electricidad.

Varios factores, tales como la disminución de los costos de los módulos fotovoltaicos, la tasa de descuento, la vida del proyecto y el alto nivel de irradiación solar local tienen un gran impacto en los resultados de las evaluaciones económicas. Por consiguiente, el próximo resultado en el escenario 2 (sistemas desconectados de la red), que muestra una LCOE considerablemente mayor cuando la reducción de la eficiencia se incrementa desde 0% a 10% debido a la presencia de polvo en los paneles fotovoltaicos, debe ser tomado solo como una tendencia. Los análisis muestran que la inversión en este escenario, en comparación con el primer escenario, parece ser menos rentable ya que los valores LCOE son relativamente más altos que la tarifa residencial existente. El LCOE varía de 0,11 a 0,23 USD/ kWh, resultado que podría explicarse porque este escenario no permite la venta de la energía de nuevo en el mercado y los hogares necesitan un banco de baterías para almacenar el exceso de energía. Cuando se incluye el almacenamiento, se estima que el rango LCOE de los sistemas fotovoltaicos residenciales aumenta considerablemente.


Conclusiones

A modo de resumen y conclusión general, la evaluación económica se basó en los parámetros individuales de un sistema fotovoltaico ubicado en Santiago. Teniendo en cuenta los valores presentados, se llevó a cabo el análisis de simulación para el estudio de la sensibilidad LCOE el rendimiento económico de un sistema fotovoltaico residencial adoptado en una casa estándar en Santiago con una capacidad instalada total de 7500 W. El estudio se realizó bajo condiciones de la variable económica para dos escenarios principales: (1) los sistemas fotovoltaicos residenciales conectados a la red y (2) zero feed-in en los sistemas fotovoltaicos domésticos durante un período de tiempo de vida de 20 años. También incluimos una nueva variable relacionada con condiciones ambientales (acumulación de polvo en la superficie de los paneles fotovoltaicos), para estimar la pérdida de eficiencia causada por partículas PM10 en Santiago.

Los resultados de ambos escenarios respecto a la sensibilidad LCOE muestran que el escenario 2 es menos prometedor que el escenario 1. En relación con el grado de deterioro de la eficiencia de la masa específica de las partículas de polvo depositadas en las superficies de los paneles, los resultados de ambos escenarios muestran que el factor de smog en Santiago afecta significativamente el desempeño de los paneles fotovoltaicos.


Artículo resumido por Gustavo Cáceres, investigador de Solar Energy Research Center (SERC Chile) y académico de la Universidad Adolfo Ibáñez (UAI).


Mayor información en el artículo original: Gustavo Cáceres, Shahriyar Nasirov, Huili Zhang and Gerardo Araya-Letelier, “Residential Solar PV Planning in Santiago, Chile: Incorporating the PM10 Parameter”, Sustainability, 2015, 7(1), pp. 422-440.
Septiembre 2016
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