Electricidad Fotovoltaica en Techos para Residencias en Puerto Rico
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Electricidad Fotovoltaica en Techos para
Residencias en Puerto Rico
CIAPR Mayagüez – septiembre 2021
Dr. Agustín A. Irizarry-Rivera, P.E.
agustin@ece.uprm.edu, agustin.irizarry@upr.edu
Catedrático
Depto. de Ingeniería Eléctrica y Computadoras
Foto: A. Irizarry
índice Foto: A. Irizarry
• ¿qué es electricidad fotovoltaica?
• ¿cuánta electricidad consumo en un
mes? ¿en un día? ¿cómo se mide la
energía eléctrica que consumo? La
factura de la AEE
• ¿cuánta electricidad consume mi:
nevera, lavadora, celular, luces, TV,
abanico, acondicionador de aire?
• ¿quiero un sistema conectado a la red
eléctrica o quiero un sistema
desconectado? ¿quiero tener
baterías?
• ¿cuáles son los equipos principales de
un sistema fotovoltaico? paneles,
solares, inversores, controladores de
carga y baterías.
• ¿cuánto cuestan los equipos? arco de sombra para medir radiación solar difusa
• preguntas y respuestas Univ. de Puerto Rico-Mayagüez (18.21 N, 67.14 O)
Diseño UPRM, construido por: Alfredo Moreu Valentín
¿qué es electricidad fotovoltaica?
Electricidad obtenida directamente de
radiación solar usando un
dispositivo semiconductor llamado
celda fotovoltaica. obleas
Foto: A. Irizarry
88.4 VDC
+ - + -
3
radiación solar vs hora del día
24 abril 2012, 18.21 N, 67.14 O (Mayagüez)
350
La fluctuación
300
requiere
kW/m2 (kW solares)
250 almacenamiento
o red eléctrica
200 que apoye
150
100
50
0
0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36
hora del día
http://www.uprm.edu/aret/docs/ARET_for_PR_RPS.pdf
http://www.uprm.edu/aret/
Comencemos por la factura residencial, ¿Qué me están cobrando?
5
Fuente: Oficina de Prensa de la Autoridad de Energía Eléctrica
Ejemplo de factura residencial, ¿Qué me están cobrando?
Le cobraron $116.27 por la electricidad
440 kWh x 0.26425 $/kWh = $116.27
Del 17 de enero al 17 de febrero
2012 consumió 440 kWh.
En el mes de febrero 2012 los
kWh costaron a ¢26.425
(26.42 ¢/kWh)
6
Fuente: Oficina de Prensa de la Autoridad de Energía Eléctrica
¿y qué es 1 kWh?
1 kWh = 1 x 1000 Wh (porque 1k = 1 kilo = 1000)
1 kWh = 3,600,000 J (J son Julios, si recuerdan Física)
Una bombilla de 100 W prendida durante 1 hora
consume 100 Wh = 100 W x 1 h, por lo tanto
10 bombillas de 100 W
prendidas durante 1 hora
consumen 1000 Wh = 10 x
100 W x 1 h = 1 kWh
y 1 bombilla de 100 W
prendida 10 horas
100 W x 10 h = 1 kWh
7
¿cuántos kWh necesito? Lo bien básico
1 kWh = 1 x 1000 Wh (porque 1k = 1 kilo = 1000)
7 bombillas LED de 14 W
prendidas durante 1 hora
consumen 98 Wh = 7 x 14 W
100 W 14 W x1h
1500 lumens 1500 lumens
Nevera, 19 pies cúbicos
1.5 a 3.0 kWh al dia
Lavadora (agua fría)
0.12 – 0.15 kWh por tanda
8
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.
¿cuántos kWh necesito? ¿menos básico?
1 kWh = 1 x 1000 Wh (porque 1k = 1 kilo = 1000)
Laptop, ejemplo: latitude 5580
65 W - 90 W
smart phone, 5.5 Wh
32 pulg., LCD, 105 W 5.5 Wh x 365 = 2 kWh al año
32 pulg., LED, 18 W
consola de juegos,
ejemplos: PS4 135 W, 135 W x 3 h = 0.4 kWh, Xbox, 110 W
9
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.
¿cuántos kWh necesito? tengo calor
1 kWh = 1 x 1000 Wh (porque 1k = 1 kilo = 1000)
abanicos de techo abanicos de piso
en “high”, sin luces en “high”
36 pulg 55 W 16 pulg, 70 W
48 pulg 75 W 18 pulg, 100 W
52 pulg 100 W
10
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.¿cuántos kWh necesito? no me importa el huracán …
1 kWh = 1 x 1000 Wh (porque 1k = 1 kilo = 1000)
Energy Efficiency Ratio (EER) = BTU/W
(BTU = British Thermal Units)
A/C de ventana, 18,000 BTU, EER 11.9
EER = BTU/W
W = BTU/EER = 18,000/11.9 = 1512 W
1512 W x 1 h = 1.5 kWh, cada hora que prendas el aire
A/C consola (“mini split”) , 18,000 BTU, EER 18
W = BTU/EER = 18,000/18= 1000 W
1000 W x 1 h = 1 kWh, cada hora que prendas el aire
11
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.Llegó María ¿qué deseo encender? Sistema PV como planta eléctrica ¿cuánta energía es suficiente? Básico: 10 bombillas LED, nevera, electrónicos (celulares, 1 TV + playstation) y lavadora con agua fría y solo cuando hay sol ¿más de básico? suma kWh 12
Paneles
fotovoltaicos marca W $ $/W
en Puerto Rico
(precios julio 2021) Talesun 405 199 0.49
Qcell 400 190 0.48
Maximo Solar
Longi 320 165 0.52
Trina 275 330 135 0.41
Canadian Solar 445 253 0.57
Warren
Qcell 445 253 0.57
Boviet 370 159 0.43
Mundo Solar Boviet 450 225 0.50
Hyundai 390 179 0.46
ejemplo:
Hanwha Q cell (Koreana/Alemana)
14.7 a 19.6% eficiencia
policristalino 12 años garantía
eficiencia 13-16%
monocristalino
eficiencia 15% - 20%
13
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.controladores de carga
Midnite Solar classic lite
Dos sabores: PWM y MPPT 150V, 96 A, $800
MPPT es más eficiente y
captura más energía cuando
está nublado.
MPPT usualmente es más
caro que PWM
Schneider Electric Conext,
150V, 60 A, $550
Victron Smart Solar
100 V, 30 A, $226 Make Sky Blue
137-105 V, 50 A, $97
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.baterías
Ciclo profundo = “Deep cycle”
ácido plomo, “lead acid”
150 años de uso, 99% reciclable
“flooded” = líquido
“sealed” = sellada, gelatina ó AGM
US Battery, lead acid. 6 V, 208 Ah
$145 en Mayagüez
De litio (Tesla, por ejemplo) VxA=W
1970’s, celulares, laptop 6 V x 208 Ah = 1,248 Wh
6 V x 208 Ah = 1.25 kWh
$145/1.25 kWh = $116/kWh
Tesla PowerWall, litio
13.5 kWh, $7,800 en EEUU + instalación?
$10,000/13.5 kWh = $741/kWh
Ejemplos de marcas: Trojan, Deka, Crown, MK,
US Battery, Kilovault
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.baterías
De litio, hay opciones a Tesla
Kilovault 12 V, 300 Ah, 3.6 kWh
Alt E, $2,395 se recoge en el puerto
$2,395/3.6 kWh = $665.3/kWh
Liviana, LiFePO4 (Litio y fosfato de hierro)
Tesla PowerWall, litio
13.5 kWh, $7,800 en EEUU + instalación?
$10,000/13.5 kWh = $741/kWh
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.baterías
Y hay ácido con carbón
(no ácido plomo), precios julio 2021
#Cycles $/(KWh*DOD*C
Bateria Ah $ kWh ycle)
@ DoD
KiloVault 2100
180 3000 445 2.16 $0.14/ciclo
PLC
Outback 200 PLR 203 1500 499 2.44 0.27
NorthStar Blue 210 2050 490 2.52 0.19
12 V, 50% de descarga Kilovault 12 V, 180 Ah, 2.1 kWh
Alt E, $445 se recoge en el puerto
$445/2.1 kWh = $212/kWh
Tesla PowerWall, litio
13.5 kWh, $7,800 en EEUU + instalación?
$10,000/13.5 kWh = $741/kWh
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.inversores
3 sabores: conectado a red,
con baterías, híbrido (las 2
cosas)
Conectado a red: no usa
baterías, usa la red como ejemplos:
“batería”, no funciona sin SMA Sunny Boy, conectado a red
red (ver excepciones …) 3.3 kW a 7.7 kW, $1,100 a $1,600
$0.33/W – $0.21/W
“secure power” 120 V hasta 2 kW con sol
Con baterías: es una planta
de emergencia
híbrido: más caro, más
funciones Outback SkyBox
Híbrido, $6,000
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.Inversores (cont.)
Con baterías: planta de
emergencia
PowerTech ON, “de trailer”
Magnum Energy
1 kW, 1.5 kW, 2 kW, 3 kW
4 kW, 24 Vdc, 120-240 Vac
12 Vdc, 120 Vac
$2,200, pure sine wave
Morningstar pure sine wave
300 W, 12 Vdc, 120Vac 3 kW $315-$415 Amazon
$266, pure sine wave
Schneider Conext
6.8 kW, 48 Vdc, 120-240 Vac
$3,150, pure sine wave
Magnum Energy
2 kW, 12 Vdc, 120 Vac
$1,735, pure sine wave
Precios de Internet solo con propósitos ilustrativos.
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Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.A Case Study of Residential Electric Service Resiliency
through Renewable Energy Following Hurricane María
Agustin Irizarry-Rivera, Karen Montano-Martinez, Sergio Alzate-Drada, Fabio Andrade
Departmento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras, Universidad de Puerto Rico-Mayagüez
agustin@ece.uprm.edu,
karenvanessa.montano@upr.edu , sergio.alzate@upr.edu , fabio.andrade@upr.edu
1312Vivienda bajo estudio
• San Germán, PR
• 202 m2 espacio habitable
• 5 habitantes
• residencia de concreto, dos pisos
• 2009 sistema PV conectado a red, sin baterías, con medición neta.
• Doce (12) 175 W paneles solares monocristalinos = 2.1 kW
• 8 kWh/diarios de generación promedio
Consumo diario
promedio de la
red eléctrica, kWh
H. María
21Consumo pre y post H. María
Antes de H. María
13.8 kWh < consumo
< 21.8 kWh
Post H. María
• Una nevera de 19 ft3
en uso continuo
• Una lavadora de ropa
• 12 bombillas: 8 LED 10
W y 4 CFL 14 W
• Electrónicos - cinco (5)
teléfonos móvil, tres
(3) laptops, un (1)
televisor, tres (3)
consolas de video
juegos (se usaban una
a la vez)
226 paneles (1 kW) y 4 baterías (5 kWh)
• Controlador de carga MPPT
• 1,200 W
• entrada 37 – 105 V DC
• salida 24 V DC
• 3 grupos de 2 paneles, 175W
• 4 baterías, ácido y plomo,
ciclo profundo
• 6 V x 210 Ah = 1.26 kWh
• 2 kW “pure sine inverter”
• 24 V DC, 120 V AC
X2
23Comparación costo: PV vs gen gasolina
• Inverter tech, 2 kW (1.6 kW), 120 V AC, Imax 13.3 A
• 87+ octanos gasolina sin plomo, 3.8 lt (1 US gallon),
$0.787/litro.
• 29.6 ml (13 onzas fluidas US)10W-40 SAE aceite
motor. Cambio de aceite cada 100 horas
cumulativas de uso. $5 cada litro ($5.30 US quart).
• Costo inicial $560, incluye envío.
• 3.8 lt de gasolina cada 6 horas, 15.2 lt/día.
24
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.Comparación costo: PV vs gen gasolina(2)
Elemento de sistema fotovoltaico Costo, $
seis (6) 175 W paneles solares $672
herrajes $175
Un (1) 2 kW inversor “pure sine wave” $550
Un (1) MPPT controlador de carga, 1200 W $100
Cuatro (4) baterías de ciclo profundo 6V ácido plomo $840
Materiales eléctricos (cable, tubos, “breakers”, cajas, etc) $475
Total $2,812
$2992
$2617
25
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.4 paneles (1.36 kW) y 2 baterías (7.2 kWh)
+ -
92.7 VDC 19 ADC
Elemento de sistema fotovoltaico Costo, $
4 paneles de 340 W $639
herrajes $136
Inversor, 4 kW $1,229
controlador de carga $550
Baterías LIFePO4, 2 x 3.6 kWh = 7.2 kWh $4,790
Materiales eléctricos $260
Total $7,604 26
Las imágenes son solo con propósitos ilustrativos, NO son endoso comercial o recomendación.Costo de generación, almacenamiento y total
(LCOE, Levelized Cost of Energy) 20 años, fin. coop
24
21.6
22
20.2
20 19.1
18.0
18 16.9
15.8
16 14.7
13.8 13.9
14 12.8 13.1
12.3
¢/kWh
12.2
11.5 11.6
12 10.9 10.8 10.6 10.4
10.3 10.1 9.9 9.7
9.6 9.3 9.5 9.3 9.1
10 9.0 8.7
7.8 8.4
7.4 6.9 8.1 8.0 7.9 7.8
8 6.4 6.0
5.5 5.0 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3
6 4.6 4.1
3.6 3.2
4 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3
2.1 2.0 1.9 1.8
2
0
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
2034
2035
2036
2037
2038
energy storage cost energy generation cost Total cost
http://www.uprm.edu/aret/Residential Electricity Cost from PREPA and LCOE residential solar
photovoltaic generation with storage
30
25.0 25.0
25 24.0 24.0 24.0 24.0 24.0 24.2 24.3 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 24.9
23.8 23.8 23.8
22.0
22.0
20 21.6
20.2 19.1
18.0
¢/kWh
16.9
15
15.8
14.7
13.9
13.1
12.3
10 11.6
10.8 10.6 10.4
10.1 9.9 9.7 9.5 9.3 9.1
5
proposed transition charge residential electricity cost from grid LCOE residential photovoltaic generation + storage
0
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
2034
2035
2036
2037
2038
http://www.uprm.edu/aret/¿Solo en techos? A veces hay que ser más creativo …, ejemplo fincas
Foto cortesía de Alfredo Moreu Valentín
29¿Solo en techos? A veces hay que ser más creativo …, ejemplo fincas
30
Fotos cortesía de Alfredo Moreu ValentínIdeas medulares para mayor sostenibilidad y resiliencia
• NO impuesto al sol
– Ni a la lluvia, respirar, mojarse los pies en la playa, al sexo …
• NO penalidad por dejar la red
– Libertad de escoger
– “Oportunidad de negocio vs ganancia garantizada”
– Los bonos se compraron sin garantía de ganancia
• Transición a generación distribuida
– Solar PV en techos
– Disminución en costo
– Recurso endógeno
– Resiliencia
31Ideas medulares para mayor sostenibilidad y resiliencia
• NO generación fósil grande y rígida
– Plantas de substitución con mandato de apoyo a mayor uso de
renovables
– Más pequeñas, ágiles, proveedores de servicios de apoyo a la
red
• Transición a generación en manos de los
ciudadanos
– La privatización tiene que ser a manos ciudadanas
• Regulación justa
– Certeza regulatoria
– Nueva gerencia y operación que fomente la generación
distribuida
32Ideas medulares para mayor sostenibilidad y resiliencia
• Oportunidades tecnológicas
– Vehículos eléctricos – requiere despliegue de estaciones de carga
– Energía eléctrica de las olas del mar
• Desarrollo socio económico
– ¿fabricación local? – diseño local y exportarlo al Trópico
– reciclaje para PR y la región – baterías, electrónicos, software
• Discusión ciudadana de asuntos de energía
– Los procesos son importantes – justos, abiertos, informados
• Contexto social
– “The transition toward sustainable energy is inherently social”
[REF P&E Jan/Feb 2018].
– participación ciudadana
33¡Gracias!
¿preguntas?
Agustin Irizarry Rivera, Ph.D., P.E.
agustin.irizarry@upr.edu
Departamento de Ingeniería
Eléctrica y Computadoras
Tel. 787-832-4040 ext. 2472, 3090
Fax: 787-831-7564Agustín A. Irizarry Rivera, PhD, PE
Catedrático
Universidad de Puerto Rico – Mayagüez
agustin@ece.uprm.edu
787-832-4040 ext. 2472 or 3090
Agustín A. Irizarry Rivera, PhD, PE obtuvo su bachillerato, Magna Cum Laude, en la Universidad
de Puerto Rico Mayagüez (UPRM) (1988), maestría en University of Michigan, Ann Arbor (1990)
y Ph.D. en Iowa State University, Ames (1996) todos los grados en ingeniería eléctrica. Desde
1997 es profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computadoras UPRM donde
enseña cursos graduados y subgraduados como por ejemplo: Fundamentos de Sistemas de
Potencia Eléctrica, Análisis de Sistemas de Potencia Eléctrica, Conversión de Energía Avanzada,
Dinámica y Control de Sistemas de Potencia Eléctrica y Diseño de Sistemas de Transmisión y
Distribución.
El doctor Irizarry-Rivera hace investigación en el tema de energía renovable y sostenible y como
adaptar la red eléctrica existente para añadir más energía sostenible a la cartera energética. Ha
sido consultor en proyectos de energía renovable y eficiencia energética para agencias del
Gobierno de Puerto Rico, Municipios, desarrolladores privados y comunidades en y fuera de
Puerto Rico. Además, es perito en corte en casos de electrocución y choque eléctrico.
Es autor o co-autor de más de 40 publicaciones arbitradas, incluyendo dos capítulos de libro. Es
ingeniero colegiado y con licencia en Puerto Rico desde el 1991 y miembro de la IEEE. 35Referencias
1. A. Irizarry-Rivera, K.V. Montano-Martinez, S. Alzate-Drada, F. Andrade, “A Case Study of Residential Electric Service
Resiliency thru Renewable Energy Following Hurricane María”, Mediterranean Conference on Power Generation,
Transmission, Distribution and Energy Conversion (MEDPower), Dubrovnik (Cavtat) Croatia, November 12-15 2018.
2. US Census Bureau, "Puerto Rico 2010: Population and Housing Units Count", 2010 Census on Population and
Housing, Issued July 2012.
3. National Ocean Service, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Historical Hurricane Tracks,
available at oceanservice.noaa.gov/news/historical-hurricanes.
4. T. Schott, C. Landsea, G. Hafele, J. Lorens, A. Taylor, H. Thurm, B. Ward, M. Willis, and W. Zaleski, "The Saffir-Simpson
Hurricane Wind Scale", National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), 2012.
5. I. Umair, “Puerto Rico’s blackout, the largest in American history, explained,” Vox, 08-May-2018. [Online]. Available:
6. https://www.vox.com/2018/2/8/16986408/puerto-rico-blackout-power-hurricane.
7. José A. Colucci Ríos, Efraín O’Neill-Carrillo and Agustín A. Irizarry-Rivera. “Renewable Energy in the Caribbean: A
Case Study from Puerto Rico”, In E. Laboy, F. Schaffner, A. Abdelhadi (Editors) Environmental Management,
Sustainable Development and Human Health, Taylor and Francis Press, 2009, pp 291.
8. Armando L. Figueroa-Acevedo and Agustín A. Irizarry-Rivera, “Variability Assessment of Solar and Wind Resources in
Puerto Rico”, Proceedings of the Thirteenth Probabilistic Methods Applied to Power Systems (PMAPS) International
Conference, Durham, UK, July 7-10, 2014.
9. July 2017 Climate Review for Puerto Rico and the U.S. Virgin Islands, National Weather Service, San Juan, Puerto
Rico (available: https://www.weather.gov/media/sju/climo/monthly_reports/2017/Jul2017.pdf)
36También puede leer
