1. Resumen
Sin duda, la energía eléctrica es la forma de energía más ampliamente usada en las
actividades económicas y sociales de nuestro mundo moderno. Por ello, se puede decir que las
compañías generadoras y distribuidoras de electricidad asumen dos retos de relevante
preocupación actual. Uno es generar con mayor eficiencia, menor costo y con un mínimo impacto
sobre el medio ambiente. El segundo es cumplir con la calidad del suministro, que ha llegado a
ser un punto importante tanto para los usuarios como para las compañías que distribuyen la
energía eléctrica, y que se refleja en una distribución y un consumo de energía más eficiente.
El trabajo de tesis que se presenta, describe un sistema fotovoltaico (SFV) interconectado
a la red eléctrica que ayuda a superar los retos citados. Este SFV tiene la función de recibir la
energía solar entregada por un arreglo de celdas FV; operar en el punto máximo de potencia de
las celdas (para mayor aprovechamiento de la energía captada); acondicionarla a una señal
alterna, dentro de los parámetros técnicos normativos para la interconexión eléctrica (establecidos
por la compañía; CFE en México); e inyectarla a la red eléctrica con el propósito de compensar
potencia reactiva (filtrado activo) demandada por cargas lineales y no lineales, reduciendo la
contaminación de la red eléctrica; además de compensar potencia activa en los picos de demanda
de energía eléctrica máxima. El sistema funciona como filtro activo durante todo el día, lo que
permite que la capacidad de potencia instalada por el equipo se aproveche al máximo y no
solamente durante el periodo del día en que se dispone de la radiación solar.
Las principales ventajas que se tienen son: implementación sencilla, robusta y con alta
inmunidad a la variación de parámetros. En las funciones de filtro activo, las señales de
referencia necesarias para modular el inversor, se obtienen utilizando la técnica de cancelación de
interferencia adaptiva. Esta técnica mantiene al sistema en el mejor estado funcional, mediante un
continuo autoajuste ante cambios en los parámetros de operación, generando resultados
importantes y satisfactorios. Además, simultáneamente el SFV utiliza, en el seguimiento del
punto de máxima potencia, la técnica de “perturbar y observar”, la cual ofrece un alto desempeño
en la inyección de potencia activa.
i

2. Introducción
Hasta el momento la mayoría de los inversores existentes en el mercado que se diseñan
para la interconexión de fuentes de energía renovable a la red eléctrica, que no afectan la calidad
de la red y que además ofrecen varias prestaciones técnicas. Sin embargo, no contemplan dentro
de su filosofía de operación, mecanismos que permitan contribuir con la calidad de la red
eléctrica en el punto de interconexión; es decir contribuir a elevar el factor de potencia y a reducir
la contaminación armónica debido a las cargas eléctricas del usuario. Las razones por las que no
se contempla esto todavía, puede deberse por un lado, al costo adicional que involucra el tener
que implementar las técnicas de control requeridas; y por el otro, al poco material existente en
términos de normatividad para este tipo de tecnología (en lo cual ya varios países se encuentran
trabajando arduamente). Por ello, el prototipo desarrollado en la presente tesis de maestría tiene
como principal importancia, no solamente inyectar potencia activa a la red (siguiendo el punto de
máxima potencia FV); sino también elevar el factor de potencia y reducir la contaminación
armónica en el punto de interconexión, mediante un control robusto, sencillo y en consecuencia
de bajo costo que utiliza la misma etapa de potencia.
La organización de este trabajo de investigación comienza en sus primeros dos capítulos
con un enfoque general de la situación energética nacional, con la intención de dar una referencia
acerca de las áreas que resultan beneficiadas con este tipo de desarrollos tecnológicos; las cuales
han sido de gran preocupación en los últimos años. El enfoque será en términos de Calidad y
Ahorro de la Energía Eléctrica en el sector eléctrico y residencial, dadas las metas de esta
investigación. Por lo tanto, se comentan las medidas que se están tomando dentro de los
diferentes sectores consumidores de energía eléctrica en el marco de eficiencia energética. Se
aborda el concepto de generación distribuida mediante energías renovables. También se muestra
el rumbo de los SFV interconectados en México, así como las soluciones que éstos darían a
serios problemas que enfrenta la compañía suministradora de electricidad, tanto por picos de
demanda máxima, como por calidad del suministro eléctrico. Se presenta también una
descripción sustancial de la Calidad de la Red Eléctrica, del impacto que ésta tiene ante la
interconexión de diversas cargas y de las soluciones técnica y económicamente viables utilizadas

4. CENIDET Introducción
en la actualidad para mejorarla. Así mismo, se hace referencia a la normatividad nacional
e internacional que rige los aspectos relacionados con este trabajo.
En el capítulo III se tiene el diseño de la etapa de control. Se presentan las técnicas
existentes en la detección de las referencias para los filtros activos (FA), los fundamentos teóricos
en los que se basa el control para proveer funciones de FA al sistema, un breve análisis
matemático de su función de transferencia, y su implementación electrónica. Se describen
también las protecciones eléctricas del prototipo.
En el capítulo IV se presenta el diseño de la etapa de potencia. En la primera parte se
muestra un análisis teórico de la filosofía de funcionamiento del sistema, a lo largo del día.
Posteriormente se presentan: los diseños e implementación de cada elemento (componentes
pasivos y dispositivos semiconductores de potencia), los compromisos y las consideraciones
pertinentes que se tomaron para obtener una eficiencia alta, tanto en su propio funcionamiento,
como en su interacción con el conjunto red-usuario, así como las pérdidas en el inversor.
En el capítulo V se tienen los resultados más representativos del trabajo de investigación.
Se comienza separando dichos resultados en términos de compensación reactiva y activa, a
manera de evaluar su comportamiento para cada caso. Se presenta también su desempeño con
diferentes tipos de carga eléctrica (tanto cargas no lineales, como lineales), incluso su dinámica
ante escalones de carga. En la última sección se presenta un análisis, en función de la producción
y pérdidas que se tendría en la interacción del prototipo con el binomio red eléctrica – carga
(usuario de la red) en un determinado periodo, con la intención de mostrar el impacto tecnológico
que tiene para dicho binomio los SFV de este tipo.
En el capítulo VI se presentan las conclusiones obtenidas a lo largo de la investigación,
con la finalidad de poder evaluar los retos que se presentaron, así como las alternativas de
solución que se tomaron para alcanzar los objetivos propuestos. Se plantean también los trabajos
futuros a desarrollar para mejorar el diseño, o bien para apoyar a otros posibles desarrollos.
iv

5. TABLA DE CONTENIDO
Resumen i
Introducción ii
CAPÍTULO I Antecedentes 1
I.1 Introducción 1
I.2 Uso de la energía eléctrica 3
I.2.1 Consumo de energía 3
I.2.2 Sector energía 4
I.2.3 Sector residencial 4
I.2.4 Administración de la demanda 4
I.3 Calidad de la red eléctrica 7
I.3.1 Generalidades 7
I.3.2 Perturbaciones de la red eléctrica 7
I.3.3 Cargas críticas 10
I.3.4 Responsables 11
I.4 Planteamiento del problema 12
I.4.1 Picos de demanda máxima 12
I.4.2 Contaminación armónica 14
I.4.3 Factor de potencia 15
I.4.4 Normatividad 16
I.5 Justificación 17
I.6 Revisión del estado del arte 17
I.6.1 Sistema fotovoltaico 17
I.6.2 Técnicas de detección de corrientes reactiva y armónicas 19
I.7 Aportaciones 20

6. CENIDET Tabla de Contenido
CAPÍTULO II SFV Interconectados a Red 21
II.1 Introducción 21
II.2 Aplicación de los SFV interconectados a red 22
II.2.1 Consideraciones para la interconexión 24
II.2.2. Protección y seguridad 25
II.3 Generación eléctrica distribuida 27
II.3.1 Concepto 27
II.3.2 Beneficios 27
II.4 Impacto en la calidad de red 29
II.4.1 Efectos de la distorsión armónica 29
II.4.2 Efectos en el factor de potencia 30
II.4.3 Equipos para incrementar la calidad de la red 31
II.4.4 Filtros activos 32
II.4.4.1 Clasificación de los filtros activos 32
II.4.4.2 Funcionamiento básico de un filtro activo paralelo 33
CAPÍTULO III Diseño de la Etapa de Control 35
III.1 Introducción 35
III.2 Sistema fotovoltaico de inyección de potencia activa (SFIPA) 36
III.2.1 Estrategia para las funciones de filtrado activo 36
III.3 Detección de corrientes reactiva y armónicas para señales de referencia
en filtros activos 37
III.3.1 Técnicas existentes 37
III.3.2 Selección del control 39
III.4 Circuito de detección de corrientes reactiva y armónicas (CDCRA) 39
III.4.1 Método de detección adaptable para corrientes
reactiva y armónicas 39
III.4.1.1 Estudio de la función de transferencia del CDCRA 40
III.4.1.2 Efecto del valor de ganancia en el lazo
de retroalimentación 43

7. CENIDET Tabla de Contenido
III.4.2 Diseño e implementación del CDCRA 44
III.5 Integración del CDCRA al SFIPA 46
III.5.1 Diagrama a bloques 46
III.5.2 Set point 47
III.5.3 Implementación 48
III.6 Técnica de modulación 48
III.6.1 Sincronización con la línea 48
III.6.2 Acondicionamiento de la señal de referencia de línea 49
III.6.3 Señales de control para los interruptores de potencia 50
III.7 Etapa de protecciones y seguridad 52
III.7.1 Sobrecorriente 52
III.7.2 Aislamiento de línea (Islanding) 53
III.7.3 Inyección de CD 54
CAPÍTULO IV Diseño de la Etapa de Potencia 55
IV.1 Introducción 55
IV.2 Flujo de energía 56
IV.2.1 Caso I: Periodo de insolación 56
IV.2.2 Caso II: Periodo de oscuridad 57
IV.3 Bus de CD 57
IV.3.1 Arreglo FV 58
IV.3.2 Condensador de CD 58
IV.4 Inversor 60
IV.4.1 Dispositivos de conmutación 60
IV.4.2 Circuitos impulsores para los dispositivos de conmutación 61
IV.4.3 Pérdidas en los IGBT´s 62
IV.4.4 Pérdidas en los diodos 63
IV.4.5 Diseño térmico 63
IV.4.6 Análisis del tiempo muerto 65
IV.5 Transformador elevador 67
IV.6 Inductor de interconexión 69

8. CENIDET Tabla de Contenido
IV.7 Potencia aparente manejada como FA 72
CAPÍTULO V Resultados Experimentales 58
V.1 Introducción 58
V.2 Especificaciones del prototipo 59
V.3 Compensación de potencia reactiva 60
V.3.1 Carga no lineal, tipo fuente de tensión 60
V.3.2 Carga no lineal, tipo fuente de corriente 62
V.3.3 Carga lineal reactiva tipo capacitiva, RC paralelo 63
V.3.4 Carga lineal reactiva tipo inductiva, motor 63
V.4 Compensación de potencia activa 63
V.4.1 Sistema de cogeneración inyectando corriente a ZL 64
V.4.2 Sistema de cogeneración inyectando corriente activa a la red 64
V.5 Compensación de potencia activa y reactiva 65
V.5.1 Potencia con baja irradiancia solar 65
V.5.2 Potencia con alta irradiancia solar 66
V.6 Dinámica del sistema
V.7 Estudio del flujo de energía 68
V.7.1 Gráficas de potencia 68
V.7.2 Aprovechamiento de energía 69
CAPÍTULO VI Conclusiones 74
VI.1 Introducción 74
VI.2 Conclusiones 74
VI.3 Trabajos futuros 75

9. CENIDET Tabla de Contenido
Referencias bibliográficas 76
Lista de símbolos y abreviaturas 78
Lista de figuras y tablas 79
Apéndice A: Tarifas en el Sector Residencial 81
Apéndice B: Formas de Onda de Perturbaciones en la Red Eléctrica 83
Apéndice C: Filtros de Corrientes Armónicas en Sistemas Eléctricos 84
Apéndice D: Resultados en Simulación del CDCRA 85
Apéndice E: Diagramas Electrónicos 85

10. CAPÍTULO I
Antecedentes
I.1 Introducción
Sin lugar a dudas el siglo XX se identificará como aquel en donde el hombre
alcanzó un desarrollo tecnológico gigantesco, lo que marcó el comienzo de una nueva era
tecnológica que seguirá siendo la base para alcanzar muchas otras cumbres científicas en
el bienestar humano, que quizás antes eran imposibles. Además, de manera contrastante
con lo anterior, se sabe también que uno de los aspectos relevantes que caracterizaron a la
humanidad, sobre todo en los últimos años, fue el tomar conciencia de la necesidad de
hacer un uso más responsable de las fuentes de energía para satisfacer las necesidades
humanas [1].
Es bien sabido que las centrales generadoras de electricidad que queman
combustibles fósiles son las responsables de producir una parte sustancial de las
emisiones que dañan las áreas verdes y contaminan el medio ambiente, deteriorando
lentamente la calidad de vida en el planeta1. Sin embargo, en el mundo moderno, la
electricidad es la forma de energía de uso final más ampliamente utilizada en las
actividades económicas y sociales. Por esta razón se debe producir con mayor eficiencia,
menor costo y con un mínimo impacto sobre el medio ambiente [2]. En el campo de los
sistemas de potencia, la tradicional generación centralizada de energía por medio de
combustibles fósiles está evolucionando en las tecnologías de generación y las estrategias
de planeación de la red eléctrica [1].
Las fuentes de energía convencionales provenientes del medio ambiente tienden a
agotarse con relativa rapidez debido, como ya se planteó, a su uso irracional. Es decir, se
tiene la preocupación de la disminución de las fuentes de petróleo, gas natural y las
fuentes naturales de carbón que se ha ido intensificando. Por esa razón, el esfuerzo por
1
La generación termoeléctrica contribuye de manera significativa a la emisión de gases tóxicos además de
los que producen el efecto invernadero.

11. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
encontrar nuevas fuentes de energía, permite la disminución del uso de fuentes naturales
de combustible dándose un cambio en todas las áreas científicas y tecnológicas en el
mundo y especialmente en el campo de la ingeniería eléctrica [3].
Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo,
muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías renovables han madurado y
evolucionado, aumentando su confiabilidad y mejorando su rentabilidad para muchas
aplicaciones; considerándose así como una de las claves para reducir gradualmente la
dependencia de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica. Como
resultado, países como EU, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muy
acelerado en el número de instalaciones que aprovechan la energía solar directa o
indirectamente [4].
De estas tecnologías hay dos que han alcanzado la madurez necesaria para
incursionar en el mercado energético: la eólica y la solar. De manera muy general, se
afirma que: “La energía solar aparece como una alternativa importante para el incremento
del consumo energético del planeta, dado que la cantidad de energía solar que arriba a la
superficie de la tierra en 1 día es 10 veces más que la energía total consumida por toda la
población mundial en 1 año” [5] ; y “que la Republica Mexicana recibe en 6 horas de
exposición al sol, la misma cantidad de energía que consumirá durante todo 1 año” [6] .
De las dos tecnologías mencionadas, los aerogeneradores constituyen la más
competitiva de ellas; sus costos en sitios de buen potencial eólico son actualmente
similares a los de plantas turbo generadoras de gas que se usan para generación de
demanda pico. La segunda de ellas es la fotovoltaica (FV); su aplicación está en sistemas
autónomos generalmente alejados de las líneas de distribución debido a su situación
geográfica para las cuales representan la opción más económica. Si bien sus costos
directos aun no compiten con las tecnologías de generación convencionales, algunas
evaluaciones económicas recientes muestran que, si se toman en cuenta los costos
indirectos de la generación y distribución de la energía eléctrica, los sistemas
fotovoltaicos (SFV) se encuentran cerca de la viabilidad económica en sistemas que
interactúan con la red eléctrica [7], es decir, sistemas interconectados a la red.
El éxito comercial de la tecnología FV es todavía incipiente, pero el crecimiento
del mercado es estable y obedece a varias condiciones: es una de las formas de
generación eléctrica más apropiada con el entorno ecológico; la conversión solar-eléctrica
se realiza de manera limpia y directa; la vida útil de los módulos es de 30 años. No
depende de energéticos externos por lo que tienen un alto grado de autonomía. Además,
la sociedad cada vez más tiende a exigir a sus gobiernos el respeto al medio ambiente,
sobre todo por parte del sector energético [7].
Además de la riqueza en energéticos de origen fósil, México cuenta con un
potencial muy importante en cuestión de recursos energéticos renovables, cuyo desarrollo
permitirá al país contar con una mayor diversificación de fuentes de energía, ampliar la
base industrial en un área que puede tener valor estratégico en el futuro, y atenuar los
2

12. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
impactos ambientales ocasionados por la producción, distribución y uso final de las
formas de energía convencionales [6].
I.2 Uso de la energía eléctrica
Como efecto de las fuerzas de mercado, la creciente demanda de energía ocasionó
que el precio del petróleo se elevara y que se mantuviera una tendencia a la alza hasta
niveles insostenibles. Simultáneamente, el uso intensivo de los energéticos estaba
produciendo un serio deterioro del medio ambiente debido a las emisiones, producto de
la combustión de los energéticos de origen fósil.
En 1973, los países industrializados que son, por ende, grandes consumidores de
energía, iniciaron diversas acciones para hacer un menor uso de energéticos sin perder los
beneficios económicos y sociales y, a la vez, proteger y mejorar el medio ambiente [8],
puesto que es bien sabido que los grupos sociales alrededor del mundo están demandando
alternativas “limpias” para sus necesidades de energía.
Según Rogelio Covarrubias en [8], el análisis comparativo de la eficiencia
energética en México contra países industrializados muestra que mientras nuestro país
indica una tendencia creciente, en los países industrializados la tendencia es a la baja,
signo inequívoco de un mejor uso de los energéticos.
En México, se está desarrollando la infraestructura requerida para emprender
acciones y proyectos de ahorro de energía; se cuenta con programas como PAESE
(Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico, de CFE, enero 1990) y el FIDE
(Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica); el CHV (Cambio de Horario de
Verano) [9] o diversos organismos como la CONAE (Comisión Nacional para el Ahorro
de Energía), empresas de ingeniería, centros de investigación, centros de enseñanza
superior con capacidad para apoyar acciones de difusión y promoción, así como para
realizar proyectos sobre ahorro de energía [8].
En nuestro país la energía se produce y consume en seis grandes sectores: energía,
transporte, industria, comercio, servicios y residencial o doméstico. En seguida se
presenta el consumo de energía que se tiene por parte de los sectores industrial y
residencial.
I.2.1 Consumo de energía
El sector energía es el principal consumidor de energía primaria en el país. En
1996 tuvo un consumo total de 45.4 millones de TEP2 que significan 33.1% del consumo
nacional de energía, desglosado en lo siguiente: autoconsumo, 15.8 millones (10.9%);
transformación, 26.9 millones (18.6%), y pérdidas por distribución, 2.9 millones (2.0%)
[8].
2
Toneladas Equivalentes de Petróleo
3

13. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
I.2.2 Sector energía
El sector energía está integrado principalmente por Pemex y la CFE. El consumo
de energía es un indicador del nivel económico, social, científico y tecnológico de los
países. En México, Pemex y la CFE cubren un área estratégica y fundamental de la
economía, y sustentan en forma importante el nivel de vida de la población. Además de
abastecedores de energéticos, también son grandes usuarios de energía y sujetos a la
aplicación de medidas para mejorar su eficiencia energética y ofrecer productos de mejor
calidad y competitivos en el mercado [8].
La CFE consume energía en la producción de energía eléctrica. Este consumo
comprende la propia generación, así como las pérdidas en transmisión y distribución
(TyD). Las centrales de generación de la CFE son principalmente termoeléctricas que
usan gas natural, combustóleo y carbón; además, cuenta con centrales hidroeléctricas,
geotérmicas y nucleoeléctricas.
En el sector eléctrico, el consumo propio tiende a reducirse debido a la aplicación
de programas de ahorro de energía y del incremento de eficiencia energética.
Solo como ejemplo, en la actualidad se afirma que México cuenta con suficientes
reservas de gas natural, aunque se tiene el problema que el abasto de gas natural está
relacionado con la oferta futura de energía eléctrica, ya que en los próximos nueve años
60 % de la electricidad que producirá será con gas natural, mientras que ahora dicho
combustible se ocupa en 20 % para ello3 [10].
I.2.3 Sector residencial
Debido al crecimiento demográfico y al incremento de costos de producción, así
como a la reducción de las reservas de petróleo del país, cada día es más costosa la
adquisición, producción y distribución de los energéticos que se consumen en el sector
residencial, representado por casas habitación, edificios de departamentos y unidades
habitacionales.
Los energéticos consumidos en el sector residencial, comercial y de servicios se
utilizan principalmente en iluminación, preparación de alimentos y acondicionamiento
del ambiente (aires acondicionados), siendo la leña (6.0 millones de TEP), el gas LP (8.9
millones de TEP) y la electricidad (3.79 millones de TEP) los de mayor consumo [8].
I.2.4 Administración de la demanda
Tradicionalmente, el crecimiento del sector eléctrico se ha enfocado en satisfacer,
con la anticipación y márgenes necesarios, el crecimiento de la demanda, utilizando
técnicas de proyección con base en los parámetros tradicionales: tendencia de
crecimiento, crecimiento demográfico, número de usuarios, desarrollo industrial y
comercial, PIB, etcétera [8].
3
Información de la CFE, notas informativas, 16 de julio de 2001
4

14. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Por otra parte, hay factores que se han vuelto importantes en la planeación de la
oferta de energía eléctrica, como por ejemplo, el incremento en el precio de los
energéticos, el cuidado del medio ambiente y la incertidumbre en el comportamiento de
los costos financieros de las inversiones en generación. Esta situación ha despertado el
interés de los planificadores por integrar al proceso factores que influyen en la demanda,
al considerar que una reducción de la demanda automáticamente se refleja en un alivio a
la oferta [8].
Los objetivos de administrar el comportamiento de la demanda son crear una
mayor conciencia y convencer a los usuarios para que modifiquen sus hábitos de uso,
remodelen o renueven sus instalaciones productivas, coordinen sus procesos de
producción en forma eficiente, cambien sus equipos y aparatos por aquellos que
ofrezcan mayor eficiencia energética y, en general, mantengan un programa continuo
de administración de la energía dentro de sus instalaciones, integrado a sus planes de
mejora continua y a sus estrategias para alcanzar o mantener su competitividad en el
mercado [9] (ver figura I.1).
Figura I.1.- Administración de la demanda. (a).- Eficiencia energética. (b).- Reducción
de la demanda pico. (c).- Proyección del consumo de energía eléctrica en México.
5

15. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
El concepto de planeación integral de los recursos (IRP, por sus siglas en inglés),
actualmente en práctica en muchos países, considera dos aspectos en forma integrada: los
recursos aplicables al suministro de energía eléctrica y la administración de la demanda.
La administración de la demanda busca el equilibrio entre la oferta y la demanda.
• Se entiende por administración de la oferta las inversiones en infraestructura
eléctrica, la operación y el mantenimiento de dichas instalaciones.
• Se entiende por administración de la demanda la reducción de la demanda pico,
la adecuación de las tarifas eléctricas a las condiciones reales, la conservación y el
ahorro de los energéticos, y el crecimiento estratégico de la carga.
En consecuencia, la relevancia para el sector es la optimización y el diferimiento
de las inversiones, la reducción de pérdidas, el uso eficiente de la energía y la
disminución de emisiones contaminantes, entre otros.
La administración de la demanda de energía ya ha sido aplicada durante varios
años en diversos países, incluyendo a México. Se han desarrollado diversos métodos para
identificar las oportunidades, así como procedimientos para evaluar el diseño, el
desarrollo, la evaluación, el seguimiento, el costeo, etcétera, de programas en los distintos
usuarios y sus sectores.
En el caso de México, desde hace varios años se han iniciado proyectos asociados
con el uso eficiente de la energía como una forma de racionalizar el uso de los
energéticos y conservar el ambiente; sin embargo, la utilización de la administración de la
demanda como una mejor opción para la aplicación de los recursos de inversión está en
su inicio.
Respecto a los tipos de programas, los principales son aire acondicionado,
alumbrado y su control, aislamiento térmico, refrigeración, tarifas especiales, equipos y
aparatos eficientes, control de carga de motores, motores eficientes y procesos
industriales [8].
Pon lo anterior, se puede ver que en nuestro país es urgente tanto el ahorro y uso
eficiente de la energía, como la preservación del medio ambiente. Solo por citar algunos
ejemplos palpables por la sociedad, se tiene: el control vehicular, implantación de
transporte eléctrico en las grandes urbes, CHV, la venta de lámparas y equipos
electrodomésticos más eficientes, campañas publicitarias para la concientización de la
población, etc. Y además la aplicación más rigurosa de las normas de calidad en todas las
áreas involucradas. En lo que respecta a la energía eléctrica, es necesario impulsar y
promover su ahorro y uso eficiente, brindando el apoyo tecnológico necesario para que
las instalaciones del sector eléctrico y de los usuarios de energía eléctrica logren reducir
el consumo, la demanda pico y la tasa de crecimiento de la demanda de energía eléctrica,
y de esta manera conservar el medio ambiente y los recursos del sector eléctrico.
De acuerdo a [8], dentro de las áreas de oportunidad que se han identificado y que
tienen especial importancia, no sólo por su carácter social sino también por su clara
contribución a la reducción de la demanda máxima de energía eléctrica, destaca el sector
6

16. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
doméstico, en donde se han identificado tres áreas de particular interés: iluminación
residencial, acondicionamiento ambiental de la vivienda y normalización de la eficiencia
energética de aparatos electrodomésticos.
I.3 Calidad de la red eléctrica
I.3.1 Generalidades
Generalmente el nivel de calidad de un sistema eléctrico de potencia se ve
afectado por una serie de perturbaciones debidas a causas externas (p. e. fenómenos
atmosféricos), a la operación tanto del propio del sistema, como de los equipos
consumidores. Actualmente existe una tendencia en la proliferación de equipos que
exigen mayores niveles de calidad en el suministro eléctrico. Además, tiende a crecer el
número de equipos cuya operación normal genera perturbaciones en el sistema eléctrico.
Se estima que a partir del año 2000 aproximadamente el 80% de las cargas de corriente
alterna son total o parcialmente electrónicas [11], [12] y en consecuencia, posibles
perturbadoras de la red [13].
Lo expuesto anteriormente proporciona una introducción al concepto de “calidad
de la red” (Power Quality), y con el fin de dar mayor precisión a este concepto se
describirá los tipos de perturbaciones más frecuentes en la red y las cargas más
susceptibles a estas [13].
I.3.2 Perturbaciones de la red eléctrica
En un sentido amplio, las interferencias electromagnéticas (EMI por sus siglas en
inglés) se pueden definir como señales de tipo electromagnético que perturban la
operación normal de un sistema eléctrico o electrónico afectando sus magnitudes
eléctricas. El tipo de perturbaciones consideradas en esta sección son aquellas que se
catalogan como perturbaciones de baja frecuencia y que se propagan por conducción.
Este tipo de perturbaciones se manifiesta en una alteración transitoria o permanente de la
forma de onda de tensión de la alimentación, que idealmente es perfectamente sinusoidal.
Es importante observar que el origen y la propagación de tales perturbaciones depende
tanto de la parte del sistema eléctrico propiedad de la compañía como de la parte del
usuario. En la figura I.2 se muestra el esquema simplificado de un sistema eléctrico de
potencia [14].
7

17. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Figura I.2.- Esquema de la red de suministro eléctrico.
Puede observarse cómo la tensión de suministro de la red de baja tensión quedará
afectada tanto por una perturbación en la propia instalación del usuario, como por una
perturbación producida en la red de media tensión. Esto se debe a la existencia de una
impedancia equivalente de la red diferente de cero. Las impedancias Z3 y Z4 tienen
valores elevados comparadas con Z1 y Z2, lo que equivale a decir que una perturbación
producida por el usuario, salvo en cargas de gran potencia, afectará a la red en mucha
menor medida que aquellas producidas por la compañía.
Las impedancias Z1, Z2 , Z3 pueden sustituirse por su equivalente de tal forma que
cada fase de la red se representa por un generador ideal de tensión en serie con una
impedancia Z. A esta impedancia interna de la red en un punto determinado se le conoce
con el nombre de impedancia de corto circuito en dicho punto (ZCC), y es la impedancia
que se presenta al equipo conectado a la red de distribución [15].
De acuerdo al parámetro de onda afectado, es posible realizar una clasificación de
las perturbaciones de la red. En la tabla I.1 se establece dicha clasificación y en el
apéndice B, se muestran las formas de onda de cada perturbación.
Tabla I.1.- Clasificación de las perturbaciones en la red eléctrica.
Parámetro afectado Tipo de perturbación
Amplitud Ruido en modo diferencial
Ruido en modo común
Variaciones lentas de tensión
Variaciones rápidas de tensión
Parpadeo
Microcortes
Cortes largos
Forma de onda Armónicos (distorsión)
Frecuencia Variaciones de frecuencia
Simetría Desequilibrios (asimetría)
8

18. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
A continuación se presenta una breve descripción de las perturbaciones de la red
eléctrica.
• Perturbaciones de amplitud
Dentro de estas perturbaciones se consideran todos aquellos fenómenos que
modifican la tensión de su forma sinusoidal ideal. Pueden presentarse entre las tensiones
fase-fase o tensiones fase-neutro. La duración y magnitud de la perturbación determina el
nombre de identificación.
Las causas que originan perturbación son: descargas atmosféricas; funcionamiento
de maquinas eléctricas con escobillas; soldadores de arco; equipos electrónicos
(rectificadores, variadores de velocidad, etc.); variaciones de tiempo en la demanda de
potencia (inicio de funcionamiento de equipos de gran potencia); corto circuitos en la red
eléctrica; reconexión de zonas de distribución eléctrica, entre otras.
Los efectos de las perturbaciones sobre los sistemas eléctricos pueden
manifestarse de muchas maneras. Las más comunes son: degradación y destrucción de
aislamientos; fallos de equipos electrónicos; descargas eléctricas a usuarios; acortamiento
en la vida útil de los sistemas; activación indebida de protecciones del sistema; parpadeo
visible en los sistemas de iluminación; funcionamiento anómalos de equipos eléctricos y
electrónicos (dispositivos industriales programables, tornos de control numérico,
computadoras, etc.); y paro total de líneas de producción [15].
• Distorsión armónica
Puede definirse como una desviación permanente de la onda de tensión respecto a
una onda sinusoidal pura. Un parámetro importante es la distorsión armónica total (DAT
ó THD por sus siglas en inglés). A través de este parámetro es posible evaluar el grado de
distorsión de la forma de tensión o corriente en un sistema eléctrico de potencia.
Suele producirse distorsión cuando funcionan máquinas eléctricas con núcleo
magnético saturado y ciertos convertidores estáticos, tales como rectificadores, fuentes
conmutadas y otras cargas no lineales. En general, todos los convertidores electrónicos de
potencia (incluyendo los utilizados para proteger cargas sensibles) pueden contribuir a
aumentar el nivel de perturbaciones presentes en la red distorsionando la forma de
tensión de la misma debido a las corrientes armónicas inyectadas a la red.
IL = I1+IK
Carga
ZCC
VCA VL = V1 - ZCCIK
Otras Cargas
Figura I.3.- Red eléctrica alimentando diversas cargas.
9

19. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Para ilustrar los problemas ocasionados por los armónicos de corriente
considérese el circuito mostrado en la figura I.3. Puesto que el valor de la impedancia
interna de la red no es nulo (representada como ZCC en la figura), la circulación de las
componentes armónicas IK de corriente provocarán caídas de tensión en la citada
impedancia, lo que ocasionará que la forma de onda de la tensión en el punto de conexión
común (PCC) a otras cargas quede distorsionada. Los equipos conectados en el PCC
serán afectados por la contaminación armónica debida a la carga contaminante.
Otros problemas directamente relacionados con un excesivo contenido armónico
de corriente en un sistema de potencia son: la potencia que pueden manejar las líneas de
distribución es menor; reducción de la vida útil en maquinas eléctricas rotativas;
sobrecalentamiento en banco de condensadores usados para corregir el factor de potencia
(FP), reduciendo la vida útil; interferencia con líneas de comunicación y redes de
computadoras, e incremento de pérdidas en equipos estáticos como transformadores [15].
• Variaciones de frecuencia
Son alteraciones del valor nominal de la frecuencia de red. Actualmente, debido a
la interconexión de los centros de generación, no se presentan variaciones apreciables y
permanentes bajo condiciones normales. Sin embargo, en redes aisladas como
plataformas de extracción petrolera, barcos, islas y cualquier sistema de generación
autónomos si pueden presentarse con más facilidad.
Entre los efectos se encuentran la actuación de protecciones de sub-frecuencia y el
funcionamiento incorrecto de motores asíncronos y síncronos [15].
• Desequilibrios
Es la desigualdad entre las amplitudes y desfases de las tres tensiones de un
sistema trifásico. Tienen su origen en las grandes cargas monofásicas repartidas de
manera irregular entre las fases de la red, tales como hornos de inducción subestaciones
de tracción y equipos de soldadura. Entre sus efectos se pueden mencionar la aparición de
un campo inverso en las maquinas eléctricas rotativas, circulación de corrientes en el
neutro, incremento de pérdidas en transformadores [15].
I.3.3 Cargas críticas
Las cargas críticas son aquellas cuyas características de alimentación pueden ser
clasificadas dentro de alguno de los siguientes aspectos: elevada seguridad (debido a la
importancia de la función que cumplen); y excelentes características de la forma de onda
de tensión de alimentación (necesaria para su correcta operación).
Algunos ejemplos de cargas con las características mencionadas anteriormente
son: computadoras y periféricos; controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas
en inglés); equipos sanitarios vitales; instrumentación electrónica industrial; equipos y
sistemas de transmisión; equipos de radiocomunicación; equipos espaciales y militares; y
equipos de control en centrales nucleares.
10

20. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
La gran cantidad y diversidad de cargas hace difícil la generalización de los
requerimientos de calidad de alimentación de las mismas. En los últimos años, a
consecuencia del alto incremento que han experimentado las cargas críticas y las cargas
perturbadoras, se ha trabajado internacionalmente por especificar niveles de inmunidad
para los equipos, así como niveles de emisión de perturbadores.
El documento IEEE-446 fija niveles de inmunidad mediante gráficos referentes a
niveles de perturbación admisibles por cargas críticas; aunque existen diversos estudios
que lo critican poniendo de manifiesto la existencia de diversas imprecisiones en las
definiciones que contiene, dando lugar a diferentes interpretaciones [15].
Los requerimientos de seguridad de las cargas críticas pueden cuantificarse por
ciertos parámetros definidos con base en la confiabilidad del sistema, tal como el tiempo
medio entre fallos. En general la calidad y seguridad de las instalaciones del suministro
eléctrico son muy variables de un país a otro, inclusive dentro de un mismo país en zonas
diferentes. La normativa existente establece límites tanto a los niveles de perturbación
presentes en la red, como a los niveles de contaminación eléctrica generada por los
equipos consumidores [15].
I.3.4 Responsables
El problema de calidad de la red eléctrica tiene varios responsables. En contraste
con el modelo clásico “cliente-compañía eléctrica” según el cual en el aseguramiento de
la calidad solamente estarían involucradas estas dos partes. Hoy está plenamente
aceptado que hay más elementos implicados a saber:
- La compañía eléctrica, cuyo papel es definir y garantizar la calidad del servicio
proporcionado al cliente.
- El fabricante de equipos eléctricos, cuyo papel es colocar productos en el
mercado que cumplan las normas de interferencia y contaminación eléctrica.
- El usuario, cuyo papel consiste en asegurar que su instalación, enlace con el
sistema de distribución y los equipos, estén diseñados adecuadamente y el
conjunto de su instalación y cargas no produzcan perturbaciones eléctricas en la
red pública.
- El gobierno y organismos correspondientes, que han de elaborar normas y
reglamentos que establezcan exigencias razonables.
- Los investigadores, quienes deben profundizar en el estudio del sistema y
proponer soluciones técnica y económica viables.
En lo que respecta a la compañía eléctrica, ésta podrá satisfacer las necesidades
del usuario de dos formas: elevando el nivel de calidad del servicio de toda la red
eléctrica con el fin de satisfacer de manera adecuada a las cargas críticas, y adaptando el
11

21. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
nivel de calidad en puntos específicos de la red al requerido por el usuario exigente.
Obviamente, la primera opción es de elevado costo, dado que implica mejoras a los
componentes de las instalaciones eléctricas (centrales, líneas, transformadores, etc.). En
el segundo punto se pretende solucionar el problema manteniendo el nivel general de
calidad e instalando “adaptadores” (acondicionador de tensión) para satisfacer las
necesidades de los usuarios exigentes, con aplicación de tarifas especiales [15].
Por otro lado, un usuario en cuya instalación existan cargas que introduzcan
perturbaciones eléctricas a la red, estará obligado a limitar dichas perturbaciones. Por lo
tanto, habrá de instalar equipo adecuado para lograrlo (acondicionador en corriente). Los
acondicionadores en corriente y en tensión pueden estar separados o formando en
conjunto un acondicionador de tensión y corriente; opción justificada puesto que los
equipos sensibles suelen ser también contaminantes de la red [15].
I.4 Planteamiento del problema
I.4.1 Picos de demanda máxima
Figura I.4.- Gráfica comparativa de un pico de demanda máximo
entre un día de verano y uno de invierno [16].
Los usuarios del servicio eléctrico esperan que en cualquier zona que cuente con
electrificación, ya sea rural o urbana, puedan disponer en todo momento del suministro de
energía en calidad y cantidad suficiente, lo que obliga a las compañías suministradoras a
tener la capacidad instalada necesaria para satisfacer por completo la demanda de los
mismos.
Sin embargo, sucede que la demanda de energía no es constante, sino que presenta
variaciones diarias y estacionales; por ejemplo, en la Ciudad de México la demanda es
máxima debido al uso de luz artificial; en el periodo de invierno empieza a las 18:10 y en
verano a las 20:27 horas [16], lo cual provoca un uso ineficiente de la capacidad
12

22. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
instalada. Ahora, en la figura I.4 se muestran dos patrones de consumo diario de energía
eléctrica en la zona noroeste del país; correspondientes al periodo de verano e invierno.
Los problemas que enfrentan las compañías proveedoras de electricidad son los
denominados “picos de demanda” (figura I.4). Este término se refiere a la demanda de
energía eléctrica por parte de los usuarios, que no es constante a lo largo del día, sino que
presenta valores máximos en determinados horarios. Dichas compañías deben tener la
capacidad de satisfacer la demanda máxima, aun cuando la demanda promedio, por lo
general, su valor es inferior, esto representa un uso ineficiente de la capacidad instalada,
lo que refleja la ya comentada ineficiencia energética.
Por otro lado, para el caso de los usuarios residenciales la magnitud y duración del
pico de demanda depende de varios factores; entre ellos y el más importante, la
temperatura promedio durante el día. CFE ofrece tarifas preferenciales (subsidiadas) a los
consumidores que viven en zonas en las que la temperatura promedio es superior a otros
lugares, con la finalidad que puedan emplear equipos de aire acondicionado, sin
resultarles demasiado costoso. En el apéndice A, se presentan las tarifas del sector
energético nacional, así como la comparación del consumo, entre verano e invierno, de
un usuario en el noroeste de México [17].
En el caso específico de las localidades del norte del país, con temperatura
promedio elevada, el pico de demanda coincide con las horas de mayor insolación (ver
figura I.5). Por lo tanto, consumir y suministrar energía eléctrica en el verano resulta más
costoso, sobre todo durante los picos de demanda máxima; ya que en este momento tanto
la compañía suministradora como los usuarios del servicio, se ven seriamente afectados,
reflejándose en su propia economía.
Figura I.5.- Irradiancia solar de un día despejado en verano.
13

23. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Sol
V1 V2 Vn
Generador Generador Generador
Auxiliar Auxiliar Auxiliar
SW
Subestación
Usuario Usuario Usuario
Vred Residencial Residencial Residencial
1 2 n
Figura I.6.- Esquema de generadores auxiliares FV conectados a red.
De lo anterior, resulta lógico pensar en instalar cogeneradores auxiliares
interconectados a la red eléctrica, que sean alimentados con celdas FV y aprovechen la
energía natural del sol en esos periodos tan críticos (figura I.6), inyectándola a la red
misma. Se tendrá así una solución para reducir los picos de demanda máxima, de manera
que las plantas generadoras de CFE operen en regímenes de carga lo más constantes
posible [17]. Además de ser una alternativa apropiada para generar electricidad en forma
limpia y sin daño al medio ambiente.
I.4.2 Contaminación armónica
La preocupación por la calidad del suministro y consumo de la energía eléctrica
ha aumentado considerablemente en los últimos años, principalmente por la proliferación
de cargas no lineales (CNL) en todos los niveles de potencia (doméstico, comercial e
industrial). El beneficio que se obtiene con el uso de estas cargas es indiscutible desde el
punto de vista de flexibilidad en el control de procesos y de viabilidad económica; sin
embargo, influyen significativamente en la disminución de la calidad en la potencia
utilizada, generando perturbaciones y/o distorsiones de tensión y/o de corriente. Un
problema importante que surge a raíz de emplear CNL es el intercambio de energía
reactiva con el sistema, con valores eficaces que suelen ser muy superiores a los valores
medios, y en la mayoría de los casos, presentando consumos de corriente con forma de
onda discontinua en semiperiodos de frecuencia fundamental del sistema.
En las últimas 3 décadas se han realizado esfuerzos significativos para mitigar
estos problemas en las instalaciones eléctricas, y en los últimos 10 años es notorio el
avance registrado en la propuesta de nuevas topologías de filtrado de potencia, así como
de estrategias de control. Además, en cuanto a la normatividad se tiene que se hacen
periódicas actualizaciones con regulaciones más estrictas (sección I.4.4) debido al
aumento de la contaminación armónica.
14

24. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
La solución más común aún utilizada en aplicaciones industriales para filtrar
armónicos de corriente y compensar la potencia reactiva a frecuencia fundamental, es la
instalación de filtros pasivos paralelos en las terminales de las CNL. Un filtro pasivo está
constituido por uno o más conjuntos de bloques LC de baja resistencia serie con objeto de
reducir pérdidas. Sin embargo, esta característica de bajo amortiguamiento puede dar
lugar a resonancias entre el filtro y la impedancia de la red, y así amplificar las
distorsiones en lugar de atenuarlas. El problema de las resonancias paralelo puede ser
anulado empleando filtros activos de corriente [18].
I.4.3 Factor de potencia
Para analizar de manera concisa el problema que se tiene con el valor del FP en
los equipos de las compañías suministradoras de energía, se recurrirá a las ecuaciones I.1
e I.2 que definen a la potencia activa (Watts) y a la potencia reactiva (Vars),
respectivamente, asumiendo formas de onda sinusoidales.
P = I CVCA cos(θ ) ec. (I.1)
Q = I CVCA sen(θ ) ec. (I.2)
donde: IC = corriente eficaz (ARMS)
VCA = tensión eficaz de la red (VRMS)
θ = ángulo de desfasamiento entre corriente y tensión
Solamente para el caso sinusoidal, el término cos (θ) de la ecuación I.1 se conoce
como el FP, es decir:
FP = cos(θ ) ec. (I.3)
El FP se relaciona con las cargas que incluyen elementos que consumen potencia
reactiva (Q). Tanto P como Q son las componentes rectangulares de la potencia aparente
(S), por lo que se puede decir que:
S = P2 + Q2 ec. (I.4)
La potencia aparente (S) se discutirá más adelante, en el desarrollo de este trabajo.
Ahora solamente se analizará la ecuación I.3. El valor ideal del FP es la unidad, es decir θ
= 0°; y con ello Q = 0 vars. Se deduce entonces, que cuando el FP se aleja de la unidad, P
decrece y Q aumenta. Por ello el valor deseado para la potencia activa es el producto de
los valores eficaces de tensión y corriente, suministrados sin que se vea dicho producto
atenuado por el cos (θ), cuando éste no es unitario.
La compañía suministradora de electricidad, realiza su facturación con base en la
potencia activa consumida por sus usuarios (Watts) - no hace cargos por la potencia
reactiva (Vars) que también es demandada a sus líneas-, lo que significa entonces que, al
15

25. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
ser el FP distinto a la unidad, la compañía deja de percibir ganancias por concepto de
energía consumida, lo que hace que la eficiencia energética de esta sea muy pobre. Por
ello, en México la CFE establece formulas de bonificación para facturar a los usuarios
cuyo FP este por arriba de 0.9; o en su defecto, aplicar multas a aquellos que su FP este
por debajo de la norma (0.90 inductivo)4.
En lo que respecta a sistemas de cogeneración, puede ocurrir el caso en que un
usuario residencial tenga un SFV que satisface por completo sus necesidades de potencia
activa. Si la corriente de salida que produce el SFV no está exactamente en fase con la
tensión de red, el sistema estará generando tanto potencia activa como reactiva. Si
además esta última es aditiva con la potencia reactiva demandada por el resto de los
aparatos que el usuario tiene conectados a la red, se llega a una situación incongruente en
la que la compañía proveedora no solo deja de percibir un ingreso por concepto de venta
de energía activa, sino que además tiene que proporcionar la potencia reactiva demandada
por el conjunto usuario-SFV [19].
Por esta razón, el enfoque del presente proyecto es que no solamente se inyecte
potencia activa, sino que también se compense potencia de distorsión (D); es decir la
potencia demandada por los armónicos de la carga, que es la causante de varios daños a
los equipos eléctricos de la compañía, como se comentó con anterioridad. Por lo tanto, si
la potencia reactiva (Q) y de distorsión (D) generadas por el sistema son sustractivas con
respecto a la demanda del resto de la instalación, la compañía proveedora verá
disminuida la demanda de potencia reactiva y de distorsión [19].
I.4.4 Normatividad
La generación y distribución de la energía eléctrica se encuentran estrictamente
reguladas; existen lineamientos que marcan las condiciones en la que esta energía se
distribuye a los consumidores. Como se ha comentado, se han realizado periódicas
actualizaciones en la normativa referente a distorsiones y perturbaciones; por ejemplo la
IEEE-519 (aplicada a sistemas de potencia) revisada en 1992 y la IEC-555 (aplicada a
equipos) revisada y convertida en la IEC 1000 en 1995 (o su equivalente la IEC 61000
[20]), con regulaciones más estrictas debido al aumento de la contaminación armónica. El
proceso de actualización no concluye, pero se pueden considerar como referencia estos
otros documentos: Norma EN 60500, ANSI-EEE-446 y ANSI-EEE-529, revisada esta
última en 1992 [18]. En México, se tiene la especificación CFE L0000-02 [21], en lo
referente al suministro de tensión; y la especificación provisional CFE L0000-45 [22], en
la normatividad referente a las perturbaciones en la red eléctrica.
La salida de un SFV conectado a la red eléctrica debe considerar las regulaciones
pertinentes marcadas en los lineamientos correspondientes a la generación y distribución
de la compañía eléctrica, tales como contenido armónico, FP, nivel de tensión y
frecuencia, parpadeo, etc. En seguida, se tienen dos ejemplos: a).- La norma IEEE 929-
200 toca los siguientes puntos relevantes: ventanas de operación de tensión y frecuencia;
4
http://www.cfe.gob.mx/lineamientos
16

26. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
tiempo de corrimiento para excursiones en dichas ventanas; requerimientos referentes a la
distorsión en la forma de onda; y define un inversor no “aislado” [23]. b).- La norma
IEEE-519 establece que los armónicos deben limitarse de manera que la THD de tensión,
no exceda el 5% en el primario de la línea de distribución ó 8% en el secundario [24].
I.5 Justificación
Interconectar con la red eléctrica un sistema de cogeneración con funciones de
filtro activo, basado en celdas FV, implica beneficios de carácter técnico y económico,
tanto al usuario, como a la compañía suministradora, además de los consabidos
beneficios sociales al proteger el medio ambiente, al desplazar el uso de combustibles
fósiles para la producción de electricidad. Estos beneficios están relacionados con los
esquemas de generación distribuida.
El sistema de cogeneración presentado en este trabajo, está planeado para inyectar
potencia activa y reactiva a la red eléctrica. La inyección de potencia activa es para
coadyuvar a la reducción de los picos de demanda en localidades de clima caluroso del
país, donde la hora de demanda máxima coincide con la hora de máxima irradiancia
solar. La inyección de potencia reactiva es para compensar la corriente reactiva y
armónicas demandada a la red por cargas no lineales; disminuir la contaminación
armónica de la red eléctrica y con lo anterior mejorar el FP. Además, no es necesario
contar con un medio de almacenamiento (baterías químicas), por lo que se reduce el costo
de inversión, puesto que no será necesario el mantenimiento periódico de éste.
El sistema desarrollado produce formas de onda de corriente de alta calidad y
realiza el seguimiento del punto de máxima potencia (PMP) del banco de celdas solares,
lo que garantiza que siempre se inyecta a la línea la mayor cantidad posible de energía.
Por lo tanto, el sistema de cogeneración presentado es un diseño con más prestaciones y
con mayor factibilidad económica que uno común en el mercado.
I.6 Revisión del estado del arte
I.6.1 Sistema fotovoltaico
Se presenta lo relacionado con los problemas técnicos de la interconexión. La
interfaz entre un sistema fotovoltaico (SFV) y la red eléctrica, es el inversor. Éste toma la
señal de CD del arreglo FV, con cierta tensión, y la convierte a una señal de CA en su
salida con tensión (o corriente, según sea el caso), frecuencia y número de fases
determinados (normalmente son 1φ ó 3φ). Por lo anterior, la señal de salida del inversor
se debe adaptar a las condiciones de la red en el punto de interconexión sin causarle
perturbaciones ni cambios en las especificaciones de suministro al resto de los usuarios.
La mayoría de las topologías de inversores se basan en el circuito de potencia tipo
puente, sin embargo existen varias configuraciones posibles de los elementos que
conforman el sistema completo, de acuerdo con factores como: el tipo de interruptores de
17

27. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
potencia, esquema de control, método de síntesis de la señal, parámetro eléctrico que es
modulado, frecuencia de conmutación de los interruptores de potencia, número de fases,
etc. En la tabla I.2 se tiene un resumen de los rangos de operación de los inversores según
su tipo, como una guía del estado actual con base en los interruptores de potencia actuales
y prácticas de diseño más comunes [25].
Tabla I.2.- Resumen de rangos de operación de inversores según su tipo.
Método de Parámetro Frecuencia de
Conmutación Modulado 1φ ó 3φ Conmutación
Rango de Potencia
Conmutado por línea Corriente norm. 3φ frec. de red med. a alta (norm. 50–5000 kW)
1φ > 10 kHz peq. (norm. < 10 kW)
Tensión
Autoconmutado 3φ 250 hz - 20 kHz peq. a med. (5–500 kW)
(PWM) 1φ > 10 kHz peq. (norm. < 10 kW)
Corriente
3φ 5 kHz - 20 kHz peq. a med. (5–50 kW)
En la tabla I.3 se presentan las ventajas y desventajas que existen entre los
inversores con control de tensión y de corriente. En ella se tiene que el FP se ve afectado
para el caso de los conmutados por línea, controlados en corriente. Además, normalmente
su frecuencia de conmutación depende de la señal de tensión de la red y en la salida se
tienen bloques de corriente cuadrados o trapezoidales, por lo tanto el contenido armónico
es alto. Los SFV que tienen este tipo de inversores compensan el FP utilizando filtros
pasivos conectados antes de la interfaz con la red; y anulan la contaminación con filtros
de salida. Cabe señalar que un factor justificante, en este tipo de clasificación es la
potencia que se maneja [25].
Tabla I.3.- Resumen de ventajas y desventajas de inversores según su tipo.
Tipo Ventajas Desventajas
• Control simple y robusto • No puede operar en modo aislado
• Control simple y directo sobre el flujo para alimentar cargas residenciales
de potencia activa y reactiva o cualquier tipo de carga no lineal
Control de
• Protección inherente contra • Requiere mediana a alta frecuencia
Corriente
sobrecorriente de conmutación de (>5kHz)
(Autoconmu-
• Bajo contenido armónico (fácil • Limitado a capacidades < 50 kW
tado, PWM)
filtrado) aprox.
• Bajo peso y vol. si conmuta a alta
frecuencia
• Amplio rango de potencia (varios • No puede operar en modo aislado
Control de
MW) • Contenido armónico en la señal de
Corriente
• Control simple y robusto salida, requiere filtrado
(conmutado
por línea) • Bajo costo (el más bajo si P>50 kW) • Bajo FP requiere compensación
• Alta eficiencia (>95%)
• Puede operar en modo aislado de red • Esquema de control complejo
• Bajo contenido armónico (fácil • Alto costo en potencias > 50 kW
Control de
filtrado) Su rango de potencias es amplio
Tensión
• FP ajustable (normalmente unitario) pero está limitado a P<500kW
(PWM)
• Bajo peso y vol. Si conmuta a alta aproximadamente
frecuencia
18

28. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Tomando en cuenta que el presente trabajo de tesis se basa en un SFV conectado a
red [17] cuyo desempeño fue satisfactorio y eficiente, pero que únicamente inyectaba
potencia activa5, se da por hecho que los factores seleccionados citados hasta este
momento, son los mejores para este tipo de aplicaciones y por ello se utilizaron en este
mismo desarrollo. Por lo tanto, ahora el enfoque del estado del arte se hará a lo referente
a los SFV con la calidad de red.
Por lo tanto, se tiene que la tendencia de los SFV es ofrecer más prestaciones, que
permitan desarrollar equipos económicos y competitivos. Dentro de las prestaciones y
características más relevantes, son: filtro activo para compensar armónicos [26], [27] y
[28]; corrección del FP [29]; usarse como balastro en momentos de no haber insolación
[29]; y estaciones de apoyo para redes débiles que se encuentran cerca del límite de su
capacidad [30].
En 1990, la empresa Pacific Gas & Electric Co. (PG&E) de California, USA, inició
un estudio sobre los posibles beneficios de instalar generadores FV estratégicamente
localizados en sus líneas de distribución [31]. En él se identificaron importantes
beneficios potenciales al respaldar sistemas eléctricos que están cerca del límite de su
capacidad térmica. Como consecuencia, PG&E instaló una planta de 500 kW que ha
proporcionado un satisfactorio alivio térmico a la subestación del poblado de Kerman
desde julio de 1993 [32].
I.6.2 Técnicas de detección de corrientes reactiva y armónicas
Finalmente, se presenta la investigación existente en torno a las funciones del FA
con las que cuenta el Sistema de Cogeneración desarrollado, enfocándose a los métodos
del sistema de detección de corrientes reactiva y armónicas (CRA) para el control de
corriente. Dentro de los circuitos de detección de CRA se presentan a continuación los
métodos recientemente publicados.
Uno de ellos muestra una configuración de filtro tipo “peine” adaptable con
respuesta al impulso infinito, con la finalidad de estimar y recuperar la señal armónica de
un sistema de potencia. Se emplea el algoritmo de la Máxima Posibilidad Aproximada
(Approximate Maximum Likelihood) para actualizar los parámetros. Esta solución se
caracteriza por una carga computacional modesta, capacidad de seguimiento efectiva y
provee la recuperación de las corrientes armónicas con poca o ninguna distorsión [33].
En otro trabajo se describe un sistema basado en un inversor PWM, regulado en
corriente, en el que se utiliza el seguimiento constante del error (Error-Tracking Mode);
lo que permite la compensación instantánea de la corriente. La corriente que se genera
incluye un error de referencia dado [34].
Existe también un método de control para un sistema de compensación
instantánea de corriente reactiva y supresor de armónicos. Este opera sin sensar la
5
Sistema Fotovoltaico de Inyección de Potencia Activa (SFIPA, ver sección III.2)
19

29. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
demanda reactiva y las no linealidades presentes en la carga. El proceso de compensación
instantánea, se alcanza sin emplear algún control lógico complicado, por ello aumenta la
confiabilidad del sistema. El compensador es operado en modo ciclo a ciclo con
regulación en corriente para lograr la ventaja de compensar instantáneamente [35].
Un sistema de control semejante al anterior, consiste en obtener una función de
error, calculada “en línea”, que es la diferencia entre la corriente de la carga y la forma de
onda de referencia generada por el propio control. Dicha señal representa el contenido
armónico de la corriente a compensar y es obtenida mediante la sustracción de la
componente activa de la corriente sensada de la carga. La corriente de error generada por
la etapa de control puede posteriormente ser procesada por un controlador de corriente
para minimizar los errores en estado estable y dinámico de la carga. Luego esta señal se
llevará a la etapa de generación de señales PWM utilizando la técnica de comparación
triangular [36].
Por último, se tiene que los métodos de detección de CRA convencionales
(llámese detección armónica por filtro pasa banda, transformada rápida de Fourier,
análisis de Fryze o por la teoría de la potencia reactiva instantánea) son afectados por la
distorsión de la tensión, puesto que son sistemas utilizados en lazo abierto, los cuales son
sensibles a las variaciones de los parámetros de los componentes y a las condiciones de
operación. Esto afecta directamente la precisión de la medición. Una solución que vence
estas limitaciones existentes es el método de detección adaptable que se basa en un
sistema en lazo cerrado que emplea la cancelación adaptable de interferencias. Sus
ventajas son: el ancho de banda se comporta como el de un filtro de 2º orden que puede
ser regulado fácilmente al controlar la amplitud de la entrada de referencia y la ganancia
del integrador (esto si se detecta únicamente corrientes armónicas); las características de
operación del sistema son casi independientes de las variaciones de los parámetros de los
elementos; cuando la frecuencia fundamental se desvía, ocurriendo una distorsión en la
fuente de tensión de CA, el sistema opera adecuadamente como si estuviera funcionando
normalmente y tiene una capacidad excelente de adaptación [37].
I.7 Aportaciones
Mediante el desarrollo del presente tema de tesis, se lograron las siguientes
aportaciones:
• Ofrecer una solución adicional, para tener el mejor aprovechamiento de la red
eléctrica, en los estudios desarrollados en la línea de investigación de Calidad y
Ahorro de energía.
• Desarrollar un prototipo de laboratorio, monofásico, con funciones de FA
paralelo, del tipo fuente de tensión y salida en corriente; con un circuito de
detección de corrientes reactiva y armónicas (CDCRA) que optimice el diseño
con respecto a soluciones relativamente complejas y cuyo impacto económico es
significativo.
20

30. CENIDET Capítulo I. Antecedentes
Figura I.7.- Configuración general del prototipo.
Además, tomando en cuenta el diseño del sistema fotovoltaico de inyección de
potencia activa (SFIPA) como la plataforma establecida para basar el desarrollo de este
trabajo de investigación; en la figura I.7 se muestra la configuración general del sistema
de cogeneración con funciones de filtrado activo integradas; cuyas características son:
• Compensar la potencia reactiva.
• Compensar la potencia de distorsión (fasor D), hasta una frecuencia de 900Hz.
• Tener capacidad de operar con cualquier valor de P,Q y D, con una potencia S =
1 kVA.
21

31. CAPÍTULO II
SFV Interconectados a Red
II.1 Introducción
En varias ciudades de países tecnológicamente avanzados, se hace más frecuente
observar instalados en techos de edificios comerciales y habitacionales pequeños SFV
interconectados con la red, cuyo propósito es generar al menos parte de la energía que
consumen; ello se ha visto motivado conforme los costos de esta tecnología han
disminuido. Esto muestra que el campo de aplicación de dichos sistemas se amplia, ya
que su principal utilidad no será solamente en sitios remotos a donde es difícil y costoso
extender la red eléctrica, sino también en donde ésta ya existe, puesto que interactuarán
con ella.
Como se ha comentado en el capítulo anterior, la interconexión con la red de SFV
dispersos presenta algunas ventajas para la compañía eléctrica y para los usuarios,
incluyendo la nivelación de carga al reducir los picos de demanda máxima, el soporte de
tensión y la disminución de pérdidas por transmisión y distribución (TyD). Sin embargo,
plantea también algunas cuestiones de carácter técnico y normativo por resolver como
son: la calidad de la energía suministrada a la red por parte de los SFV, esto con la
finalidad de no degradar la calidad del sistema eléctrico; reglamentos de protección y
seguridad; el desarrollo de lineamientos de interconexión; aspectos tarifarios y
procedimientos de autorización y contratación con la compañía eléctrica; entre otros [28].
Las metas de esta tesis están orientadas hacia la calidad y ahorro de la energía eléctrica,
por lo tanto en este capítulo se tratarán aspectos específicos relacionados con ello.
Se aborda también el tema de la generación eléctrica distribuida, tanto su concepto
como sus beneficios, debido al papel que juegan los SFV en este tipo de esquema.

32. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
Módulo de Control
ESFV ECA
Cargador
de Baterías
EZL VCA
+ Filtro ZL
VBAT
Celdas -
FV
Inversor
Figura II.1.- Diagrama a bloques de un SFV interconectado a red.
Por último, se presenta de manera general, las soluciones técnica y
económicamente viables utilizadas en la actualidad para incrementar la calidad de la red
eléctrica. Se concluye con la presentación de la solución seguida para este trabajo de
tesis.
Un SFV interconectado con la red eléctrica es aquel que opera en paralelo con
ella. Normalmente existe una carga local ZL (usuario), que puede recibir energía de la red
y del SFV o de uno solo de ellos, dependiendo de los valores instantáneos de carga y
generación FV. Una instalación de este tipo también se puede denominar SFV interactivo
con la red o SFV conectado en paralelo con la red. En el diagrama a bloques de un SFV
interconectado con la red eléctrica de la figura II.1, se tiene el flujo de energía entre el
SFV (ESFV), el usuario (EZL) y la red eléctrica (ECA). Este último es bidireccional debido a
que la red suministra energía eléctrica al usuario; pero si en un determinado momento
(p.e. con máxima irradiancia solar) el SFV genera suficiente energía, de manera que
supera la demandada por el usuario, entonces se tendrá un excedente que será inyectado a
la red eléctrica. Esto último abre la posibilidad al usuario no solamente de evitar comprar
energía a la compañía eléctrica (sobre todo en los picos de demanda máxima, cuyo costo
es alto); sino de poder venderle dicho excedente, por lo menos durante ese periodo.
II.2 Aplicación de los SFV interconectados a red
En un extenso estudio presentado en [28], se estableció que las aplicaciones
actuales de los SFV interconectados a red se pueden agrupar en cuatro áreas: sistemas
residenciales, estaciones centrales, estaciones de apoyo a la red y sistemas integrados en
edificios.
• Sistemas residenciales
En muchos países industrializados, el nivel de electrificación es cercano al 100%,
por lo que los SFV autónomos (no conectados a la red) tienen poca aplicación. Por otra
parte, la tierra disponible es escasa y costosa. Estos dos factores llevaron al desarrollo del
concepto de SFV conectados a la red eléctrica instalados en techos de casas habitación y
de edificios (incluso fachadas). Este tipo de instalaciones ha tenido gran auge desde
finales de la década pasada en Europa y Japón y, en menor escala, en EU. Estos sistemas
son generadores dispersos de pequeña capacidad (1-10 kW). La interconexión puede ser
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33. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
monofásica o trifásica y se realiza con el sistema de distribución normalmente en el punto
de la acometida eléctrica [28].
• Estaciones centrales
Este concepto deriva del esquema de generación convencional que prevalece en el
mundo hasta ahora. La generación de potencia base es la meta más ambiciosa de la
tecnología FV; sin embargo, no se encuentra todavía en el nivel de madurez para tal
mercado. La viabilidad de grandes centrales FV está condicionada también al desarrollo
de tecnologías de almacenamiento eficientes y económicas, dado que la energía FV en
principio no es despachable, se produce en la medida en que el recurso solar está
disponible. Pese a lo anterior, existen situaciones en las cuales el uso de SFV
multimegawatt resulta de interés para las empresas eléctricas, especialmente en sitios
donde la mayor incidencia de radiación solar coincide con los picos de demanda máxima.
• Estaciones de apoyo a la red
Estas estaciones son probablemente la primera aplicación de sistemas
interconectados que alcance la competitividad económica sin considerar costos externos
(emisiones contaminantes) ni incentivos fiscales. Técnicamente son iguales que una
estación central. La diferencia estriba en su función y localización específica dentro del
sistema de distribución, características que les confieren ventajas estratégicas; las cuales
se expondrán en la sección II.3.2, puesto que en esta clasificación esta ubicado este
trabajo de investigación.
• Integración en edificios
En Europa existe gran interés por la integración de SFV en edificios. Estos
sistemas se distinguen de los residenciales en que son típicamente de mayor potencia y en
que el arreglo FV constituye una parte integral de la fachada del inmueble. El concepto
ofrece una gran oportunidad de reducción de costos, pues además de evitarse inversiones
de terreno y estructuras, los módulos FV substituyen a algunos materiales de
construcción. Hay muchos sistemas de este tipo en operación e instalándose en varios
países de Europa, lo mismo que en Japón y EU.
II.2.1 Consideraciones para la interconexión
Se dice que una línea de la red eléctrica o una subestación es candidata para
interconectarle un SFV de respaldo, cuando presentan las siguientes características:
encontrarse cerca del límite de su capacidad térmica; que el perfil de la demanda coincida
con el perfil de la potencia de salida de la planta (en otras palabras, la red deberá
presentar su pico mayor durante la tarde y preferentemente en verano; esto sucede en
redes eléctricas con muchas cargas de aire acondicionado); que el crecimiento de la carga
sea relativamente lento; que existan terrenos apropiados y disponibles en el área para
construir la planta. Esto es con el aspecto técnico; sin embargo, a pesar de los programas
y proyectos que se han hecho hasta hoy, la interconexión con la red de SFV es todavía
objeto de estudio, ya que hay aspectos no resueltos que surgen de las características
particulares tanto de las redes como de los usuarios y del tipo de clima que prevalece
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34. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
donde se realiza el proyecto. Estos aspectos se pueden agrupar en tres áreas: protección y
seguridad de los sistemas y personas; calidad de red; y normatividad para la
interconexión [28]. En seguida se abordan dichos aspectos, excepto el caso de
normatividad citado en la sección I.4.4. El caso de calidad de red será ampliado en la
sección II.4.
En México de acuerdo con [38], la Ley actual de Servicio Eléctrico permite que
los particulares generen electricidad para su propio consumo, por lo que es posible que al
bajar los costos de los SFV, un número creciente de familias pretendan recurrir a esta
opción. En general se trata de pequeños sistemas (unos cuantos kilowatts), por ello la ley
exime al usuario de la necesidad de permisos para su instalación. En esta circunstancia,
las instalaciones pueden darse en respuesta a las fuerzas del mercado, sin la intervención
de la autoridad.
II.2.2 Protección y seguridad
Los aspectos de seguridad relacionados con la interconexión de SFV a red tienen
una importancia doble, ya que por un lado concierne a los equipos FV y los usuarios y,
por el otro, a la red y sus operadores. Los puntos más importantes los podemos listar a
continuación: protección para la interfaz; formación de islas (islanding); y seguridad de
las personas [28].
• Protecciones para la interfaz
Las funciones de detección y eliminación de fallas que se recomiendan para la
interfaz con la red son la desconexión por alta y baja tensión; la desconexión por
desviación de frecuencia; los supresores de picos de tensión; la protección contra
cortocircuito del lado del SFV; la protección contra sobrecarga del inversor, y la
protección contra operación en modo aislado.
Las protecciones para la interfaz deben ser capaces de discernir entre fallas en el
sistema de distribución y eventos normales como picos de tensión transitorios, iguales a
lo que ocurren por la operación de interruptores de potencia, y caídas de tensión
momentáneas como las que suceden al arrancar motores grandes. Otra condición
importante es que las protecciones del SFV no interfieran con la operación de las
protecciones de la red y que las corrientes inyectadas en la red por generadores
distribuidos no perturben la lógica de operación de los sistemas de protección de la red
[28].
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35. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
Sol
V1 V2 Vn
Generador Generador Generador
Auxiliar Auxiliar Auxiliar
SW
Subestación
OFF
Usuario Usuario Usuario
Vred Residencial Residencial Residencial
1 2 n
Figura II.2 Formación de islas en el esquema de generadores FV
conectados a red (Islanding).
• Formación de islas
En la figura II.2, se tiene la red eléctrica con un número de SFV distribuidos
interconectados a ella. Si la carga de la red es cercana a la potencia entregada por los SFV
en Watts y Vars en el momento de la apertura del interruptor en la subestación, la
corriente proveniente de la red es nula, dando como resultado que la tensión y la
frecuencia en la "isla" se mantengan dentro de los límites normales de operación por un
tiempo de varios segundos. Si existe desbalance entre la potencia real y reactiva
demandada y generada en la línea mayor que ± 20% en el momento de la desconexión, se
producirán fluctuaciones de tensión y frecuencia fácilmente detectables; debido
principalmente al suministro de energía reactiva por la red eléctrica. Por esta razón, las
protecciones contra desviación de tensión y frecuencia se consideran protecciones
convencionales contra operación en modo aislado. La condición de operación en modo
aislado representa riesgos al personal de la empresa eléctrica, porque pueden entrar en
contacto con líneas de distribución energizadas cuando se supone que no lo están.
También implica riesgo de daños a los equipos de la red y de los SFV en caso de una
reconexión automática con una "isla" fuera de sincronía [28].
• Seguridad de las personas
La seguridad de los ocupantes de un inmueble que cuenta con un SFV es esencial.
En general, los usuarios del inmueble estarán poco familiarizados con cuestiones de
seguridad eléctrica. Por lo tanto, instalar un SFV en el tejado o azotea de un edificio, por
razones de espacio y captación de la radiación solar, resulta favorable, sin embargo
incrementa los riesgos de accidentes y, por ende, la necesidad de desarrollar lineamientos
de seguridad para este tipo de instalaciones; puesto que dicha área es de regular
circulación de personas.
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36. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
II.3 Generación eléctrica distribuida
II.3.1 Concepto
En esta sección se describirá el concepto de generación distribuida (“Distributed
Power”, en inglés), enfocado a energías renovables como estaciones de apoyo a la red,
dado que las soluciones que da el sistema de cogeneración con funciones de filtrado
activo integradas, forman parte de las metas que se pretenden con este esquema de
generación que si bien no es de reciente invención, al menos se encuentra en los albores
de su desarrollo, y los expertos dicen que este será predominante en 2 ó 3 décadas, debido
a su apoyo a las compañías suministradoras de energía eléctrica [39].
La fuente de energía de un SFV es la radiación solar que tiene características muy
especiales. Es una fuente muy abundante, pero dispersa: sus patrones de comportamiento
tienen componentes cíclicas (noche y día) y aleatorias (condiciones climatológicas). Las
características de la energía eólica, que tiene un papel protagónico actualmente en el
esquema generación distribuida (como en la Ventosa, Oax. en México), son muy
similares. Como se ha dicho, después de los sistemas eólicos, los SFV tienen una
importancia comercial en el marco de las energías renovables.
Entonces, dada la variabilidad de la fuente de energía solar, pero disponible
prácticamente en cualquier lado; la evolución de los sistemas de baja capacidad es hacia
la instalación directa en el punto donde serán utilizados. De esta manera, los sistemas
quedan ubicados de manera distribuida. Para solucionar el inconveniente de la
variabilidad en la potencia de salida se recurrió a la tecnología de almacenamiento ya
dominada: las baterías electroquímicas. Esta solución es buena, pero muy costosa; tanto
por las baterías mismas como por su mantenimiento requerido. Posteriormente se
comprobó que la variabilidad se podía solucionar con la misma red eléctrica, instalando
varios sistemas dispersos e interconectados, como una alternativa a la creciente demanda
de energía eléctrica. Es así como surgió el concepto de generación distribuida [39].
Es de esperarse que el desarrollo de dichos sistemas distribuidos tenga un impacto
positivo en la situación energética global, en las economías y en el medio ambiente. Basta
con comentar que estos sistemas aseguran el suministro eléctrico al ocurrir alguna
interrupción (apagones) en el suministro de la red eléctrica (salvando pérdidas
económicas considerables), y permiten que el usuario reduzca el consumo de energía
eléctrica de la red durante los periodos de demanda pico, cuyo costo en dicho periodo es
alto [39] y [40].
II.3.2 Beneficios
El valor de la energía producida por un generador distribuido depende en gran
medida de la hora del día en la que ocurre los picos de demanda. La energía suministrada
durante un periodo de demanda pico puede tener un valor 3 ó 4 veces mayor que la que se
produce en otra hora del día. Por lo tanto los SFV interconectados a la red eléctrica son
particularmente valiosos en redes con demanda pico en verano por la tarde, como sucede
en las regiones al norte de México, especialmente en el noroeste [39].
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37. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red
Además, se sabe que los esfuerzos que realizan las compañías eléctricas para
llevar el servicio a donde se requiere resultan cada vez más costosos y menos efectivos.
Conforme crece el tamaño de las líneas, el número de usuarios al final de ellas
típicamente disminuye; en consecuencia su capacidad de consumo eléctrico y de pago por
el servicio es más limitado, la cobranza se hace más difícil; los requerimientos de
mantenimiento de las líneas aumentan; crecen las pérdidas de energía a lo largo de los
conductores, y baja la calidad del servicio al ser mayor la frecuencia de las interrupciones
y la variación en tensión. En consecuencia, muchos ejecutivos de las empresas eléctricas
piensan que ampliar las redes de distribución más allá de los grandes centros de carga no
es buen negocio. Muchas empresas eléctricas de los países en desarrollo en lugar de
extender sus líneas eléctricas, prefieren utilizar sus recursos para mantener la
infraestructura con que cuentan y ampliar en lo posible su capacidad de generación ante
una demanda urbana e industrial que crece día a día [41].
Tomando como referencia el análisis citado por [31], los siguientes conceptos se
pueden cuantificar para determinar el valor de una planta FV para apoyo a la red, desde el
punto de vista de la compañía suministradora:
Valor de la energía.- Es el costo de producir la misma cantidad de energía por
medios convencionales.
Valor de capacidad de generación.- Es el costo del equipo convencional
desplazado (la parte proporcional correspondiente a la capacidad del sistema).
Valor de capacidad de transmisión.- representan el monto de las inversiones
evitadas por concepto de TyD.
Ahorro en pérdidas.- Son los costos que se evitan en pérdidas por conducción que
resultan de la reducción de la potencia transmitida a través del sistema.
Valor de la potencia reactiva.- Es el costo que se evita por transmisión de
potencia reactiva.
Confiabilidad.- Es el costo estimado por recuperación de carga tras la ocurrencia
de una interrupción de la línea de alimentación.
Valor ecológico.- algunas regulaciones recientes en los EU empiezan a establecer
costos ecológicos asociados con la producción de energía en dólares por toneladas de
NOx, SO2 y CO2 emitidos [39]
Los conceptos descritos anteriormente corresponden a una planta de apoyo a la
red, algunos de ellos dependen en gran medida de la localización de la planta; sin
embargo la mayoría son aplicables a cualquier SFV interconectado con la red [39].
El beneficio económico de los usuarios depende del costo de compra de la
compañía, ya que de este depende del tiempo de amortización de la inversión. En varios
países se ha establecido un crédito del 100% (costo uno a uno de energía suministrada y
comprada). Esta política tarifaria es justa si se consideran los beneficios al sistema de
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