Objetivos

El objetivo del proyecto fue la instalación y operación de un sistema fotovoltaico a nivel doméstico que suministre la energía eléctrica necesaria para que una familia promedio (4 miembros adultos) sea autosuficiente.

Materiales y Métodos

El sistema está integrado por 16 módulos Kyocera KC-130 de 130 watts cada uno (lo que da una potencia instalada total de 2.08 kW) y un inversor SMA de 3 kW modelo 3000 US que permite la conexión a la red de distribución de la CFE; y su funcionamiento está garantizado por diez años.

Resultados y Discusión

La eficiencia de conversión de la energía en la radiación solar a energía eléctrica de cada módulo es mayor al 16 %, su área es de 0.929 m² (14.87 m² en total) y su peso es de 11.9 kg (190.4 kg en total). El inversor tiene una eficiencia del 95 %, cuando éste efectúa la conversión de la corriente eléctrica directa generada por las celdas solares a corriente alterna y se suministra a la red de distribución durante el día (período durante el cual se genera corriente gracias a la radiación solar); y se contabiliza en un medidor bidireccional a favor del sistema. Durante la noche, cuando el consumo es mucho mayor al diurno y no existe posibilidad alguna de generación por las celdas solares, el medidor contabiliza el consumo de la energía por la casa-habitación a favor de la CFE (Fig. 1).

Figura 1. Diagrama de interconexión.

Una simple resta de las dos cantidades contabilizadas en el medidor, proporciona el resultado neto del flujo de corriente al final de cada día y al final de cada bimestre de facturación. Sí el consumo nocturno es mayor a la generación diurna, el resultado será a favor de la CFE; por el contrario, sí el consumo es menor a la generación, el resultado favorecerá al generador.  Éste, según la ley, dispondrá de un año a partir de la fecha de corte del bimestre correspondiente para consumir la energía que se generó en exceso durante el bimestre. Se considera que ésta medida es un error garrafal pues incentiva al dispendio en el consumo con tal de no aumentar el financiamiento al gobierno.

En la figura 2 se muestran los datos recopilados durante el primer año (diciembre de 2008 a noviembre de 2009) de funcionamiento del sistema descrito junto con la curva de horas de sol al día (azul). La línea en rojo representa la cantidad de energía generada cada día en kWh y la verde indica la cantidad de kilogramos de bióxido de carbono (CO₂) que se ha dejado de emitir a la atmósfera diariamente. Es de notarse que cuando el número de horas de sol es mayor (por ser mayor la duración del día, de finales de junio a principios de julio) se tiene también la mayor cantidad de nubosidad y la eficiencia del sistema baja. La línea naranja es sólo el cociente de la energía generada diariamente y las horas de insolación diaria. La generación promedio diaria durante el primer año fue de 10.77 kWh y la mensual fue de 309.5 kWh; con ello, se dejaron de emitir 2,808 kg de CO₂ en un año; es decir, se evitaron 7.693 kg por día o 234 kg por mes, en promedio.

Figura 2. Generación diaria de energía eléctrica y cantidad de CO₂ evitado.

La figura 3 muestra la generación de energía eléctrica desde la fecha de la instalación del sistema fotovoltaico en diciembre de 2008. Una de las ventajas del inversor SMA es que tiene incorporado un sistema de colección de datos y comunicación vía internet que permite recibir en cualquier computadora o teléfono celular inteligente, toda la información sobre el funcionamiento del sistema completo. De esta manera, se sabe cuanta energía se está generando a lo largo del día; cuanta se ha acumulado en el mes/año; que cantidad de CO₂ se ha dejado de emitir; si se ha interrumpido el suministro en la red de CFE y por cuanto tiempo; si han existido fluctuaciones en dicho suministro y su magnitud; si las fases de la corriente en la red han variado y por cuanto lo han hecho, etc.

Figura 3. Generación mensual de energía eléctrica durante 21 meses.

La principal ventaja de este sistema estriba en la evasión del uso de medios/dispositivos para almacenar la energía generada durante el día; ya que hasta la fecha, todos los métodos comerciales para el almacenamiento de energía eléctrica (pilas, baterías, acumuladores, etc.) son (i) muy pesados, (ii) demasiado caros y (iii) excesivamente tóxicos. La primer desventaja es que se requiere de un espacio ad hoc para el almacenamiento de la energía, la segunda hace que la alternativa se vuelva menos costeable y la tercera elimina el beneficio ambiental de generar energía sin contaminar (o hacerlo en forma mínima, exclusivamente durante la fabricación de las componentes del sistema).

En términos de seguridad es necesario mencionar que aún cuando el sistema se encuentra instalado en el poblado de Ocotepec (18° 57′ 56″9 N, 99° 13′ 00″8 O, 1790 m), zona clasificada como de riesgo muy elevado por la CFE debido a que se encuentra en la ladera de la sierra del Chichinautzin, con alta ocurrencia de actividad eléctrica en la atmósfera, no se ha recibido descarga eléctrica alguna durante los 22 meses de funcionamiento del equipo. De hecho, los vecinos han notado que la estabilidad de la corriente aumentó con la instalación del equipo y las fluctuaciones que en el pasado ocasionaban la destrucción de equipo electrónico doméstico han desaparecido casi por completo.