Análisis de la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos híbridos implementados por el IPSE en las zonas no interconectadas del departamento de Guainía

Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para las Zonas No Interconectadas (IPSE)
Institute for the Planning and Promotion of Energy Solutions (IPSE). CvLAC: https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?-cod_rh=0001495029
email: valencia.jairo@gmail.com
Master’s Degree in Clean Technologies Santo Tomás University
email: dannitareyes@gmail.com
Introducción: El presente artículo es el producto de la investigación denominada “Análisis de la eficiencia en los sistemas fotovoltaicos híbridos implementados por el IPSE en las Zonas No Interconectadas (ZNI) del departamento del Guainía”, proyectos desarrollados por el Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energética (IPSE) en el periodo 2020 a 2021.
Problema: La limitación en la disponibilidad de las horas de prestación del servicio de energía y el uso de una sola fuente de generación representaban falta de seguridad energética local, ausencia de diversificación de fuentes energéticas, emisiones de e ineficiencia energética.
Objetivo: Evaluar la eficiencia en la conversión de energía de los Sistemas Solares Fotovoltaicos Híbridos - implementados por IPSE en las ZNI del departamento del Guainía.
Metodología: Las metodologías utilizadas para la evaluación de la eficiencia energética fueron: 1) Método de conversión de energía y factor de forma para los paneles solares. 2) Método de análisis gráfico con curvas de eficiencia para los inversores enlazados a la red y bidireccionales. 3) Método de análisis comparativo entre las eficiencias teóricas y los Consumos Específicos de Combustibles para los grupos electrógeno diésel; y por último la metodología del cálculo de la huella de carbono para estos últimos componentes.
Resultados: Para los paneles solares, la eficiencia teórica y real fueron de 16.5% y 16.49% con el método de conversión de la energía, del 100% y 78.39% con el método del factor de forma. Para los inversores enlazado a la red fue del 98.2% y bidireccionales del 96%; para los grupos electrógeno la eficiencia se determinó a partir de su consumo de combustible con una diferencia del 2,55 en comparación con la norma vigente y emisiones de gases de efecto invernadero en promedio fueron de 112.465 en stand by y 98.417 en modo operativo prime.
T. Undurraga, “Implementación y evaluación de un sistema híbrido (solar-Diésel),” pp. 64–65, 2019. [Online]. Available: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/173251/TFG_UNDURRAGA_TOMAS.pdf?isAllowed=y&sequence=1
F. J. Gómez González, “Diseño y optimización de un sistema híbrido renovable con gestión de la demanda y aplicaciones en península y modo Isla,” pp. 2–5, Oct. 2020. [Online]. Available: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/158563/G%c3%b3mez%20-%20DISE%c3%91O%20Y%20OPTIMIZACI%c3%93N%20DE%20UN%20SISTEMA%20H%c3%8dBRIDO%20RENOVABLE%20CON%20GESTI%c
%93N%20DE%20LA%20DEMANDA%20Y%20APLICAC....pdf?sequence=1&isAllowed=y
M. K. Deshmukh and S. S. Deshmukh, “Modeling of hybrid renewable energy systems,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 12, no. 1, pp. 235–249, Jan. 2008. doi: 10.1016/j.rser.2006.07.011.
G. C. Seeling-Hochmuth, “A combined optimisation concet for the design and operation strategy of hybrid-PV energy systems,” Solar Energy, vol. 61, no. 2, pp. 77–87, Aug. 1997. doi: 10.1016/S0038-092X(97)00028-5.
S. M. Shaahid and I. El-Amin, “Techno-economic evaluation of off-grid hybrid photovoltaic–diesel–battery power systems for rural electrification in Saudi Arabia—A way forward for sustainable development,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, no. 3, pp. 625–633, Apr. 2009. doi: 10.1016/j.rser.2007.11.017.
D. Papadopoulos and E. Maltas, “Design, Operation and Economic Analysis of Autonomous Hybrid PV-Diesel Power Systems Including Battery Storage,” Journal of Electrical Engineering, vol. 61, no. 1, pp. 3–10, Jan. 2010. doi: 10.2478/v10187-010-0001-z.
M. Ashari and C. V. Nayar, “An optimum dispatch strategy using set points for a photovoltaic (PV)–diesel–battery hybrid power system,” Solar Energy, vol. 66, no. 1, pp. 1–9, May 1999. doi: 10.1016/S0038-092X(99)00016-X.
CONGRESO DE COLOMBIA, “Ley 1931 de 2018,” Gestor Normativo - Función Pública, p. 1, Jul. 2018. [Online]. Available: https://www.funcionpublica.gov.co/eva/gestornormativo/norma.php?i=87765
C. Espíndola and J. O. Valderrama, “Huella del Carbono. Parte 1: Conceptos, Métodos de Estimación y Complejidades Metodológicas,” Información tecnológica, vol. 23, no. 1, pp. 163–176, 2012. doi: 10.4067/S0718-07642012000100017.
D. J. Parraga Cabezas and A. M. Molina Chavarro, “Calculo de huella de carbono en la Universidad de La Salle sede Norte para la formulación de propuestas de prevención y mitigación de gases de efecto invernadero,” pp. 17–180, 2020. [Online]. Available: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1883/
J. D. Sánchez Rippe, O. I. Galvis Mora, P. Dávila, J. C. Gaviria Ortiz, H. H. Herrera Flórez, and I. D. Gómez Reyes, “Cálculo del factor de emisiones de la red de energía eléctrica en Colombia,” p. 1, Dec. 2020. [Online]. Available: https://www1.upme.gov.co/ServicioCiudadano/Documents/Proyectos_normativos/Documento_Tecnico_FE_2020.pdf
E. Jacob-Lopes, L. Q. Zepka, and M. C. Deprá, “Carbon footprint and carbon market,” in Sustainability Metrics and Indicators of Environmental Impact, Elsevier, 2021, pp. 91–116. doi: 10.1016/B978-0-12-823411-2.00009-8.
Md. Sahabuddin and I. Khan, “Multi-criteria decision analysis methods for energy sector’s sustainability assessment: Robustness analysis through criteria weight change,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 47, p. 101380, Oct. 2021. doi: 10.1016/j.seta.2021.101380.
R. Spalding-Fecher, “Indicators of sustainability for the energy sector: a South African case study,” Energy for Sustainable Development, vol. 7, no. 1, pp. 35–49. doi: 10.1016/S0973-0826(08)60347-6.
I. Gunnarsdottir, B. Davidsdottir, E. Worrell, and S. Sigurgeirsdottir, “Indicators for sustainable energy development: An Icelandic case study,” Energy Policy, vol. 164, p. 112926, May 2022. doi: 10.1016/j.enpol.2022.112926.
B. E. K. Nsafon, A. B. Owolabi, H. M. Butu, J. W. Roh, D. Suh, and J.-S. Huh, “Optimization and sustainability analysis of PV/wind/diesel hybrid energy system for decentralized energy generation,” Energy Strategy Reviews, vol. 32, p. 100570, Nov. 2020. doi: 10.1016/j.esr.2020.100570.
X. Qi, J. Wang, G. Królczyk, P. Gardoni, and Z. Li, “Sustainability analysis of a hybrid renewable power system with battery storage for islands application,” J Energy Storage, vol. 50, p. 104682, Jun. 2022. doi: 10.1016/j.est.2022.104682.
Y. Yuan, J. Wang, X. Yan, Q. Li, and T. Long, “A design and experimental investigation of a large-scale solar energy/diesel generator powered hybrid ship,” Energy, vol. 165, pp. 965–978, Dec. 2018. doi: 10.1016/j.energy.2018.09.085.
H. Rezzouk and A. Mellit, “Feasibility study and sensitivity analysis of a stand-alone photovoltaic–diesel–battery hybrid energy system in the north of Algeria,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 43, pp. 1134–1150, Mar. 2015. doi: 10.1016/j.rser.2014.11.103.
F. F. Yanine and E. E. Sauma, “Review of grid-tie micro-generation systems without energy storage: Towards a new approach to sustainable hybrid energy systems linked to energy efficiency,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 26, pp. 60–95, Oct. 2013. doi: 10.1016/j.rser.2013.05.002.
UPME, “Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia,” p. 1, 2015. [Online]. Available: http://www1.upme.gov.co/sgic/
IPSE, “Gestión histórica del IPSE durante 2021,” Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas para Zonas No Interconectadas, p. 1, Dec. 2021. [Online]. Available: https://ipse.gov.co/seguridad-de-la-informacion-2/page/3/
O. G. Cucaita Hurtado and I. O. Cabeza Rojas, “Tendencias en ingeniería de materiales para la fabricación de células solares fotovoltáicas,” Ingeniería Solidaria, vol. 13, no. 23, pp. 151–162, Sep. 2017. doi: 10.16925/in.v13i23.2070.
C. Ramírez-Márquez and M. Martín, “Photovoltaic solar energy,” in Sustainable Design for Renewable Processes, Elsevier, 2022, pp. 397–439. doi: 10.1016/B978-0-12-824324-4.00029-9.
J. B. Urbano, F. H. T. González, P. E. V. Perilla, and J. U. C. Contreras, “Estudio para el uso de la tecnología solar fotovoltaica,” Ingeniería Solidaria, vol. 6, no. 10–11, pp. 69–81, Jan. 2011. [Online]. Available: https://revistas.ucc.edu.co/index.php/in/article/view/453
A. A. Bayod-Rújula, “Solar photovoltaics (PV),” in Solar Hydrogen Production, Elsevier, 2019, pp. 237–295. doi: 10.1016/B978-0-12-814853-2.00008-4.
P. Breeze, “Modules, Inverters, and Solar Photovoltaic Systems,” in Solar Power Generation, Elsevier, 2016, pp. 71–80. doi: 10.1016/B978-0-12-804004-1.00010-5.
H. A. Cornejo Lalupú, “Sistema solar fotovoltaico de conexión a red en el Centro materno infantil de la Universidad de Piura,” pp. 22–30, Oct. 2013. [Online]. Available: https://pirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/11042/1762/IME_172.pdf?seq
olasolar.com, “Inversores-Cargadores,” p. 1, 2018. [Online]. Available: https://www.olasolar.com/inversores/inversores-cargadores/
Deutsche Dgs, Deutsche Gesellschaft, and Deutsche Gesellshaft Sonn, Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installers, architects and engineers, pp. 302-303, vol. 2. London: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie, 2007. [Online]. Available: https://books.google.com.co/books?
id=fMo3jJZDkpUC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=Ortsfest+PanZerplatte+Verschlossen&source=bl&ots=gv8xuTAOpM&sig=ACfU3U1AqJ-8sgmlR0Nj5NP6QFPx5NxGww&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwiH7O3zi7L4AhX-rmoFHXjqBIgQ6AF6BAgUEAM#v=onepage&q=Ortsfest%20PanZerplatte%20Verschlossen&f=false
Monsolar.com, “Baterías Estacionarias | baterías solares opzs,” p. 1, 2019. [Online]. Available: https://www.monsolar.com/fotovoltaica-aislada/baterias/estacionarias.html
A. Bakeer, A. Chub, Y. Shen, and A. Sangwongwanich, “Reliability analysis of battery energy storage system for various stationary applications,” J Energy Storage, vol. 50, p. 104217, Jun. 2022. doi: 10.1016/j.est.2022.104217.
O. S. Khvatov and D. S. Kobyakov, “Increasing the Efficiency of a Diesel-Generator Power Plant,” Russian Electrical Engineering, vol. 91, no. 12, pp. 742–748, Dec. 2020. doi: 10.3103/S106837122012007X.
ENVERD, “Venta de Generadores Diesel -【Solo Primeras Marcas】- Enverd,” p. 1, 2021. [Online]. Available: https://www.generadoreselectricos.org/generador-diesel/
IPSE, “Caracterización Energética de las ZNI – IPSE-CNM,” p. 1, 2021. [Online]. Available: https://ipse.gov.co/cnm/caracterizacion-de-las-zni/
J. Cepeda and A. Sierra, “Aspectos que afectan la eficiencia en los paneles fotovoltaicos y sus potenciales soluciones,” Repositorio Universidad Santo Tomás, pp. 1–10, 2017. [Online]. Available: https://repository.usta.edu.co/handle/11634/4196
Risen solar technology, “High Performance Polycrystalline Module RSM60-6-260P-280P/5BB,” pp. 1–2, 2018. [Online]. Available: https://electricup.ro/wp-content/uploads/2021/03/Risen-Solar-RSM60-6-280P-280-W.pdf
M. K. Mishra and V. N. Lal, “An improved methodology for reactive power management in grid integrated solar PV system with maximum power point condition,” Solar Energy, vol. 199, pp. 230–245, Mar. 2020. doi: 10.1016/j.solener.2020.02.001.
P. Ibarra, “Control y evaluación de un seguidor solar de un eje,” pp. 1–98, Jan. 2021. [Online]. Available: http://repositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/tesinas/TesisMCAENERGIAPedroIbarra10276.pdf
T. Vargas and A. Abrahamse, “An Open-Source Hardware I-V Curve Tracer For Monitoring Pv Output In Bolivia,” vol. 1, no. 14, pp. 100–116, 2014. [Online]. Available: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2518-44312014000100007
S. Mitsushima, B. Gollas, and V. Hacker, “Introduction,” in Fuel Cells and Hydrogen, Elsevier, 2018, pp. 1–13. doi: 10.1016/B978-0-12-811459-9.00001-3.
O. D. Basak and B. S. Sazak, “Effect of developments on a PV system efficiency,” in 2013 4th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE), Oct. 2013, pp. 1–6. doi: 10.1109/ISEEE.2013.6674325.
S. A. Solar Technology, “Sunny Tripower 5000TL - 12000TL - El trifásico: no solo para el hogar,” p. 1, May 2017. [Online]. Available: https://autosolar.es/pdf/Ficha-tecnica-SMA-Sunny-Tripower-5000TL-8000TL-9000TL-10000TL.pdf
SMA Solar Technology AG, “Sunny Island 4.4M / 6.0H / 8.0H | SMA Solar,” p. 1, Accessed: Jul. 17, 2022. [Online]. Available: https://www.sma.de/en/products/battery-inverters/sunny-island-44m-60h-80h.html
LTD. Hengyang ritar power CO., “Temperature Effects on Capacity Relationship Between Charging Voltage and Temperature Discharge Characteristics Curve,” pp. 1–2, 2020. [Online]. Available: www.ritarpower.com
RTR, “Compensación de Energía Reactiva,” p. 10, 2012. [Online]. Available: http://fotosdeelectricidad.es/wp-content/uploads/2012/11/CORRECCI%C3%93N-DEL-FACTOR-DE-POTENCIA.-RTR.pdf
CREG, “Resolución No.074 (09 JUN. 2009 ),” p. 1, 2009. [Online]. Available: http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/2b8fb06f012cc9c245256b7b00789b0c/8c5a6fffd85552f40525785a007a717c?OpenDocument
UPME, “Calculadora Fecoc 2016,” p. 1, 2016. [Online]. Available: http://www.upme.gov.co/calculadora_emisiones/aplicacion/calculadora.html
e3 Consultora Ambiental, Asociación Mexicana de Distribuidores de Automotores, and Cédula de Operación Anual, “Memoria de cálculo de emisiones de Compuestos y Gases d Efecto Invernadero,” p. 1, 2016. [Online]. Available: https://www.coursehero.com/file/97667260/Calculadora-RENE-AMDAxlsx/
Atlas Copco, “Fuel Consumption Calculator,” p. 1, Accessed: May 18, 2022. [Online]. Available: https://rental.atlascopco.com/fuel-consumption-calculator
R. García San José, “Combustion y combustibles,” pp. 4–11, Nov. 2001. [Online]. Available: https://www.studocu.com/row/document/university-of-namibia/quimica/combustion-y-combustibles/18058985
Ministerio De Agricultura Y Desarrollo Rural, Ministerio De Minas Y Energía (Minminas), And Ministerio De Ambiente Y Desarrollo Sostenible, “Resolución 40666 DE 20 DE AGOSTO DE 2019,” p. 1, Aug. 2019. [Online]. Available: https://xperta.legis.co/visor/legcol/legcol_7cf604cfca3342778c7b89c731205d3b/coleccion-de-legislacion-colombiana/resolucion-40666-de-agosto-20-de-2019
C. Ballesteros Ormaechea, “Análisis comparativo de inversores fotovoltaicos de conexión a red con potencia igual o superior A 100 kW,” pp. 1–206, Feb. 2012. [Online]. Available: https://e-archivo.uc3m.es/bitstream/handle/10016/15497/PFC_Clara_Ormaechea_Ballesteros.pdf?sequence=1&isAllowed=y
R. Herrera, “Modelado y caracterización de paneles fotovoltaicos,” pp. 1–84, May 2013. [Online]. Available: https://cimav.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1004/2338/1/ROBERTO%20HERRERA%20SALCEDO.pdf
ENERGEN, “Grupo Electrógeno Diesel New Holland END75,” pp. 1–3. [Online]. Available: https://energen.com.ar/static/uploads/pdf/ficha-grupo-electrogeno-diesel-new-holland-end75.pdf
ENERGEN, “Grupo Electrógeno Diesel New Holland END175,” pp. 1–3. [Online]. Available: https://energen.com.ar/static/uploads/pdf/ficha-grupo-electrogeno-diesel-new-holland-end175.pdf
ENERGEN, “Grupo electrógeno modelo CS375 SILENT,” pp. 1–3.[Online]. Available: https://energen.com.ar/static/uploads/pdf/grupo-electrogeno-diesel-cummins-cs375s-ficha-tecnica.pdf
ENERGEN, “Grupo Electrógeno Diesel Cummins ECD100,” p. 1.[Online]. Available: https://energen.com.ar/static/uploads/pdf/ficha-grupo-electrogeno-diesel-cummins-ecd100.pdf
Perkins, “104C-44G/TG/TAG Electric Power Engines,” pp. 1–3, 2021. [Online]. Available: https://s7d2.scene7.com/is/content/Caterpillar/CM20210301-71b53-158d1?_ga=2.194474605.1534224682.1652836648-929468592.1652474381
Perkins, “106D-E70TAG Electric Power Engines,” pp. 1–3, 2021. [Online]. Available: https://s7d2.scene7.com/is/content/Caterpillar/CM20210126-a40e3-cffa5?_ga=2.197992047.1534224682.1652836648-929468592.1652474381
Cummins, “NTA855-G2A,” p. 1, Accessed: May 18, 2022. [Online]. Available: http://www.enginecummins.com/es/cummins-nta855-g2a.html
O. T. Laseinde and M. D. Ramere, “Efficiency Improvement in polycrystalline solar panel using thermal control water spraying cooling,” Procedia Comput Sci, vol. 180, pp. 239–248, 2021. doi: 10.1016/j.procs.2021.01.161.
L. T. Scarabelot, C. R. Rambo, and G. A. Rampinelli, “A relative power-based adaptive hybrid model for DC/AC average inverter efficiency of photovoltaics systems,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 92, pp. 470–477, Sep. 2018. doi: 10.1016/j.rser.2018.04.099.
B. Gu, J. Dominic, J.-S. Lai, C.-L. Chen, T. LaBella, and B. Chen, “High Reliability and Efficiency Single-Phase Transformerless Inverter for Grid-Connected Photovoltaic Systems,” IEEE Trans Power Electron, vol. 28, no. 5, pp. 2235–2245, May 2013. doi: 10.1109/TPEL.2012.2214237.
Ministerio de Minas y Energía, “Comisión de regulación de energía y gas Resolución N° 091 de 2007,” p. 16, 2007. [Online]. Available: http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/1c09d18d2d5ffb5b05256eee00709c02/0816582ddafcf8110525785a007a6fa4/$FILE/Creg091-2007.pdf
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