1.
SOLAR FOTOVOLTAICO EN VIVIENDA
BENEFICIO ECONÓMICO - AMBIENTAL
México, Mayo de 2014M. I. Enrique Balan Romero

2.
Contenido
Introducción …………………………………………….. 3
La central eléctrica ………………………………..…. 8
Perturbación al ambiente .……………………….. 12
Energía renovable ……………………………….……..18
Cableado en el sistema fotovoltaico …….…... 35
Conclusiones ……………………………………………. 44
2

3.
Introducción
3
Energía eléctrica
Insumo básico de la sociedad actual
Usos: Iluminación, equipo eléctrico
Sistema Solar Fotovoltaico
Objetivo: Generar energía eléctrica

4.
Introducción
Energía Eléctrica, generación
Transformar otra clase de energía, como: química,
mecánica, térmica, luminosa o nuclear, en energía eléctrica.
4
Algunos procesos de generación contaminan, queman
combustibles fósiles, deterioran el medio ambiente.
Central eléctrica Fuente primaria
- Termoeléctrica Carbón, Petróleo, Gas No, Combustible Fósil
- Hidroeléctrica Flujo Hídrico
Si, Naturales- Eólica Viento
- Solar Fotovoltaica Luz solar
Renovable

5.
Las centrales eléctricas se pueden dividir en dos grupos:
1 De energía No Renovable (combustible fósil)
Introducción
Carbón Petróleo
Gas
5
2 De energía Renovable (fuente natural virtualmente inagotable)
Flujo hídrico Viento Luz solar

6.
Introducción
Fuente de energía, No renovables
6
- Carbón
- Petróleo
- Gas
- Exploración
Tierra, mar, polos
- Extracción
Tierra, mar, polos
- Transporte
Marítimo, terrestre
Buque, oleoducto, camión
- Consumo
Termoeléctrica,
carboeléctrica,…
Eventos No deseados
- Accidentes
Golfo de México,
Exxon Valdés
- Contaminación
- Agotamiento
- Incremento de precio…

7.
Introducción
7
Energía eléctrica
Fuente actual (mayoritaria):
Combustibles fósiles  Red Eléctrica Comercial
(en el caso de México, CFE).
Consumo sector residencial**
- 25% del consumo total anual,
53 millones de kWh año
- Emisión de CO2
22.4 millones de toneladas
* CFE, Comisión Federal de Electricidad
** En México
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8.
La Central Eléctrica
Central Termoeléctrica, tipo No Renovable
Utiliza combustible fósil, requiere espacio para alojar la
turbina, el generador eléctrico y otros elementos auxiliares.
Central Termoeléctrica
“Plutarco Elías Calles”, CFE, México
8
Elementos auxiliares
- Sistema de enfriamiento.
- Equipo y área de limpieza.
- Área de almacenamiento y manejo de
combustible, o líneas de recepción.
- Área de almacenaje de desechos.
- Área de control y cuarto de máquinas.
- Subestación eléctrica.
- Línea de transmisión eléctrica.

9.
La Central Eléctrica
9
Marzo de 2014 Capacidad* eléctrica (México)
Instalada Generada
Central MW % GWh %
Termoeléctrica 13815
75.74
2624
81.53
Ciclo combinado externos 12340 3897
Ciclo Combinado CFE 7557 7047
Dual (carbón o combustóleo) 2778 1377
Carboeléctrica 2600 1663
Nucleoeléctrica 1400 761
Hidroeléctrica 11549
24.26
3272
18.47
Geotermoeléctrica 813 511
Eoloeléctrica, (externos) 511 16
Eoloeléctrica (CFE) 87 135
Fotovoltaica 6 1
Total 53456 100% 21304 100%
* Fuente: Secretaría de Energía, México
RenovablesFósiles

10.
La Central Eléctrica
10
* Fuente: Secretaría de Energía, México (http://egob2.energia.gob.mx/portal/electricidad.html)
** No incluye productores independientes
Marzo de 2014 Consumo* de combustible México
Combustóleo Diesel Carbón Gas natural**
miles de barriles miles de barriles miles de toneladas millones de pies cúbicos
3139 66 1396 36226
Marzo de
2014
Usuarios* (miles) México
Doméstico Comercial Servicios Agrícola
Empresa
mediana
Gran
Industria
Total
33392 3710 194 127 286 0.95 37710
La quema de combustibles fósiles genera CO2
(gas de efecto invernadero)

11.
La Central Eléctrica
11
* Fuente: Secretaría de Energía, México (http://www.sener.gob.mx/portal/Default.aspx?id=2669)
Centrales en proceso de construcción* (México, 2014)
Combustible fósil 979 MW
Eólica 319 MW
Energías renovables, Meta para el año 2024, México
Generación de electricidad con fuentes No fósiles: 35%
A marzo de 2014: 18.47%
Objetivos:
- Incrementar la utilización de energías renovables (diversificar las fuentes)
- Contribuir a la sustentabilidad ambiental
- Mantener la seguridad energética
- Disminuir el uso de combustibles fósiles
- Reducir la emisión de gases de efecto invernadero
- Disminuir la emisión de otros contaminantes

12.
Perturbación al ambiente
Central Termoeléctrica, tipo No Renovable
En su proceso, generan residuos como el dióxido de sulfuro, óxidos de
nitrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, contaminan,
afectan la calidad del aire, pueden producir daño a los seres vivos en su
zona de influencia, incluyendo al ser humano y pueden propiciar
Calentamiento Global.
12
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13.
Perturbación al ambiente
Consecuencias
- Pérdida de playas y ciudades costeras por aumento del
nivel de los océanos.
- La precipitación pluvial se reducirá en algunas zonas
(sequías), se incrementará en otras (inundaciones).
13
Calentamiento global, Evidencias
- Aumento del nivel del mar.
- Aumento de la temperatura atmosférica y océanos.
- Derretimiento del hielo polar y de las altas montañas.
- Eventos meteorológicos extremos.
- Acidificación de los océanos
http://climate.nasa.gov/evidence
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14.
Perturbación al ambiente
Efecto invernadero
Fenómeno natural producido por la acción del sol y algunos gases
atmosféricos (de efecto invernadero), al aumentar su volumen la
temperatura atmosférica se eleva, propicia el Cambio Climático.
(En la atmósfera hay otros gases: N2 y O2, principalmente)
14
Gas de efecto
invernadero
%
Vapor de agua 36 a 70
Dióxido de carbono 9 a 26
Metano 4 a 9
Ozono 3 a 7
Hansen, J. (2005). «Efficacy of climate forcings».Journal
of Geophysical Research
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15.
Perturbación al ambiente
Cambio climático
El clima terrestre depende del balance energético entre la radiación
solar recibida en la tierra y la que en forma de calor permanece. Se
estima incremento de temperatura de 2.5 °C a 3.0 °C, en el 2050.
Curva de Keeling
15
Organización Meteorológica Mundial,
mayo 2014, …la concentración
mensual de dióxido de carbono (CO2)
en la atmósfera superó 400 ppm en el
hemisferio norte…

16.
Perturbación al ambiente
Consecuencias del cambio climático
- Modificación de ciclos agrícolas
- Sustitución de cultivos en algunas regiones del planeta.
- Especies animales y vegetales podrían situarse en posición
de riesgo o desaparecer.
- Enfermedades tropicales o insectos portadores estarán
presentes en ciudades donde no se habían encontrado.
- Millones de personas se desplazaran de las zonas costeras
a ciudades de mayor altitud.
16

17.
Perturbación al ambiente
Consecuencias Económicas
- Disminuirá la producción de energía hidroeléctrica derivado
de sequía o disminución del volumen de lluvia.
- Disminuirá el aporte económico por el turismo de sol y playa
- Migración masiva de población humana.
17

18.
Energía Renovable
El cambio a energía renovable puede ser un factor de crecimiento
económico sostenible, combate el cambio climático, disminuye o
elimina la generación de residuos peligrosos y el problema de su
almacenamiento, la lluvia ácida y la contaminación atmosférica.
18
Zonas naturales de desarrolloResiduos (nucleares)
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¿Quién la realizará?

19.
Energía Renovable
Luz Solar, módulos fotovoltaicos
La luz solar es convertida en energía eléctrica.
- Es limpia en su operación.
- No genera residuos.
- No contamina la atmósfera o el terreno circundante.
- No genera gases de efecto invernadero.
- No propicia calentamiento global.
- Es silenciosa
- Es confiable
- Inversión a largo plazo
19
En autoconsumo no requiere líneas de
transmisión externas, área de control,
cuarto de máquinas, subestación,
eléctrica, ...

20.
Energía renovable
Ubicacíón, precauciones
20
- Fuerza del viento
- Daño por golpes mecánicos
- Sombras
- Mantenimiento, limpieza
- Daño a impermeabilización de la azotea
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21.
Energía Renovable
21
- Elementos principales: Módulo fotovoltaico, Inversor, Cableado
- Otros: Estructura de montaje, Medidor bidireccional
Sistema Fotovoltaico conectado a red
red eléctrica
comercial

22.
Orientación
La cara ‘activa’ del módulo hacia el sur (hemisferio Norte, México)
Energía renovable
22
Inclinación
El panel solar deberá tener un ángulo con la horizontal igual a la latitud
de su ubicación ( “viendo” al sol)

23.
Latitud del lugar
Se puede obtener por medio de Google, ejemplo:
Energía renovable
23
latitud Zapopan Jalisco decimales
(Latitud, Longitud)
(20.671956300, -103.416501000)
Zapopan, JAL, México
Respuesta

24.
Radiación Solar Local, se puede obtener consultando:
Energía renovable
24
http://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid/.cgi
Monthly Averaged Insolation Incident On A Horizontal Surface (kWh/m2
/day)
Lat 20.7
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Annual
Lon -103.37 Average
22-year
Average
4.81 5.77 6.86 7.24 7.15 6.2 5.66 5.63 5.21 5.36 5.17 4.59 5.8
(Ingrese los datos que se solicitan)
NASA Surface meteorology
and Solar Energy -
Location
Latitude?
Longitude?
20.67
-103.41
Para Zapopan, Jalisco
Irradiancia promedio diaria horizontal

25.
Energía solar incidente sobre superficie inclinada
La irradiancia proporcionada por el sitio de la NASA es en superficie
horizontal, para superficie inclinada se puede corregir con los factores
de la tabla siguiente:
Energía renovable
25
Factor de corrección por inclinación
ángulo ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
5 1.04 1.03 1.02 1.00 0.99 0.99 0.99 1.01 1.02 1.04 1.05 1.05
10 1.08 1.06 1.03 1.00 0.98 0.97 0.98 1.00 1.04 1.07 1.09 1.09
15 1.11 1.08 1.04 0.99 0.96 0.95 0.96 0.99 1.04 1.10 1.13 1.13
20 1.13 1.09 1.04 0.98 0.93 0.91 0.93 0.98 1.05 1.11 1.16 1.16
25 1.15 1.10 1.03 0.96 0.90 0.88 0.9 0.96 1.05 1.12 1.18 1.18
30 1.16 1.10 1.01 0.93 0.86 0.83 0.86 0.93 1.03 1.13 1.19 1.20
35 1.16 1.09 0.99 0.89 0.81 0.78 0.81 0.89 1.00 1.12 1.20 1.20
para Zapopan, Jalisco, Méx.

26.
Energía renovable
26
Irradiancia, Zapopan, Jalisco,
México
4
5
6
7
8
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
kWh/m2/día
Irradiación, Zapopan, Jalisco
Mes
Irradiación solar diaria
kWh/m2
/día
horizontal
inclinada
20°
ene 4.81 5.44
feb 5.77 6.29
mar 6.86 7.10
abr 7.24 7.10
may 7.15 6.65
jun 6.20 5.64
jul 5.66 5.26
ago 5.63 5.52
sep 5.21 5.47
oct 5.36 5.95
nov 5.17 6.00
dic 4.50 5.31
Promedio 5.80 5.98

27.
Energía renovable
27
Diciembre 2, 2011
Nubosidad todo el día
Diciembre 2, 2012
Cielo despejado
Diciembre 2, 2013
Variaciones en nubosidad
durante el día
Variación de irradiación
24 horas

28.
Aporte de energía vs Contaminación
La cantidad de energía generada por el sistema fotovoltaico es la misma*
que en porcentaje reduce la contaminación atmosférica y el uso de
recursos no renovables.
Energía renovable
28
38%
62%
Aporte de energía
CFE
FV
* Comparada con generación por combustibles fósiles

29.
Energía renovable
Beneficios
Ambiental*
- Disminuye la emisión de contaminantes al medio ambiente*
- Disminuye la quema de combustibles fósiles
Económico
- Disminuye la compra de energía eléctrica
* Comparado con combustible fósil
29
El uso de energías renovables disminuye la emisión de CO2, permite
recobrar el equilibrio de la temperatura atmosférica que se tenía en el
pasado, evita la acumulación de residuos peligrosos…

30.
Energía renovable
Tarifa* eléctrica doméstica, Fuente: CFE**
30
* Para México
** Comisión Federal de Electricidad
*** Doméstica de Alto Consumo, aplica cuando el consumo bimestral registrado en los últimos 12
meses es superior a la Tarifa
http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_casa.asp?Tarifa=DACTAR1E&Tempora
da4=Verano&Anio=2014&imprime=&Periodo=5&mes2=a+octubre.&mes=5
Tarifa Límite para ingresar a tarifa DAC***
Temp media mínima en
verano
1 500 kWh/ bimestre
1A 600 kWh/ bimestre 25 °C
1B 800 kWh/ bimestre 28 °C
1C 1,700 kWh/ bimestre 30 °C
1D 2,000 kWh/ bimestre 31 °C
1E 4,000 kWh/ bimestre 32 °C
1F 5,000 kWh/ bimestre 33 °C
DAC
Consumo promedio mensual superior al
límite base , promedio últimos 12 meses

31.
Energía renovable
31
Cargos por energía consumida (Mayo 2014)
Consumo
1 1A 1B 1C 1D
Básico
por c/u de los
primeros 75
kilowatts-hora.
$0.804
por c/u de
los
primeros
100 kWh
$0.711
por c/u de
los
primeros
125 kWh
$0.711
por c/u de
los
primeros
150 kWh
$0.711
por c/u de
los
primeros
175 kWh
$0.711
Intermedio
por c/u de los
siguientes 65
kilowatts-hora.
$0.975
por c/u de
los
siguientes
50 kWh
$0.835
por c/u de
los
siguientes
100 kWh
$0.835
por c/u de
los
siguientes
150 kWh
$0.835
por c/u de
los
siguientes
225 kWh
$0.835
Intermedio
alto
por c/u de
los
siguientes
150 kWh
$1.067
por c/u de
los
siguientes
200 kWh
$1.067
Excedente
por cada kWh
adicional a los
anteriores.
$2.853
por cada
kiWh
adicional
$2.853
por cada
kWh
adicional
$2.853
por cada
kWh
adicional
$2.853
por cada
kWh
adicional
$2.853
* Para México
** Comisión Federal de Electricidad
Tarifa* eléctrica doméstica, Fuente: CFE*

32.
Energía renovable
32
* Para México
** Comisión Federal de Electricidad
http://app.cfe.gob.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/Tarifas/tarifas_casa.asp?Tarifa=DACTAR1E&Tempora
da4=Verano&Anio=2014&imprime=&Periodo=5&mes2=a+octubre.&mes=5
Doméstica de Alto Consumo REGION NOROESTE (2014)
CARGOS POR Dic./2013 Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun.
Cargo fijo ($/mes) 78.48 78.43 78.40 79.25 79.88 79.98
Cuotas por energía consumida en fuera de verano
Energía ($/kWh) 3.564 3.578 3.612 3.566 3.587 3.552
Tarifa* eléctrica doméstica, Fuente: CFE**

33.
Energía renovable
33
Central fotovoltaica, argumentos de implantación
Disminuir
- la contaminación ambiental
- el consumo de combustibles fósiles para generación eléctrica
- enfermedades derivadas de la contaminación atmosférica
- el impacto social
- el gasto económico del consumo de energía eléctrica
Usuario en
Tarifa 1, México

34.
Energía renovable
34
Central fotovoltaica, argumento de implantación
Disminuir el gasto económico de la energía eléctrica
Usuario, Tarifa 1
Marzo, 2014 México
Si consume Monto a pagar Promedio
kWh $ $/kWh
75 (75 + 0) $60.30 (60.3 +0) 0.8040
140 (75 + 65) $123.67 (60.3 + 63.37) 0.8833
500 (75 + 65 + 360) $1150.75 (60.3 + 63.37 + 1027.08) 2.3015
501 (501 + 0) $1429.35 (1429.35 + 0) 2.8530

35.
Cableado en el sistema fotovoltaico
El conductor eléctrico en el sistema fotovoltaico
Función: conducir la corriente eléctrica desde los módulos
fotovoltaicos hasta la interconexión con la red comercial.
Eficiencia depende de la sección (calibre) del conductor,
en relación a la corriente que transporta.
35

36.
Cableado en el sistema fotovoltaico
El cableado eléctrico en cualquier instalación se acostumbra calcular
con 97% de eficiencia (caída de tensión de 3%). Es una pérdida de 3%
de energía durante la vida útil de la instalación.
Se puede perder 3% de lo producido
durante la vida útil de la instalación.
36
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Eficiencia energética
Reducción económicamente viable de la cantidad de energía consumida.

37.
Cableado en el sistema fotovoltaico
La generación de energía eléctrica es costosa, la solar fotovoltaica se
obtiene durante un corto intervalo en el día, es necesario incrementar
la eficiencia en el cableado.
37
A mayor diámetro,
mayor eficiencia de operación.
Si la sección del cable se calcula para eficiencia de 99%, se aprovecha
casi la totalidad de la energía disponible.
El incremento en el precio del conductor se compensa
por la disminución en la pérdida de energía.

38.
Cableado en el sistema fotovoltaico
Norma*: NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones eléctricas
4.2.6 Área de la sección transversal de los conductores
NOTA: Es deseable tener áreas de sección transversal de los
conductores mayores que las requeridas para la seguridad y para una
operación económica.
690-8. Dimensionamiento y corriente de los circuitos.
b). 2) Ampacidad del Conductor. Los conductores del circuito deben
ser seleccionados...
38
* Norma Oficial Mexicana

39.
Cableado en el sistema fotovoltaico
Conductor Óptimo, cálculo
Norma*: “NMX-J-685-ANCE-2013, Guía para determinar la designación
óptima de conductores eléctricos” . (IEC-60287-2-3)
Procedimiento para identificar la sección del conductor que reduce la
energía desperdiciada, sin incurrir en costos iniciales excesivos de
compra e instalación de los cables.
Conductor óptimo
Máxima utilidad durante la vida útil.
39
* Norma Mexicana

40.
Cableado en el sistema fotovoltaico
Edificación sustentable
Norma*: “NMX-AA-164-SCFI-2013, Edificación sustentable- Criterios y
requerimientos ambientales mínimos”.
Especifica las características para que una edificación sea catalogada
como Sustentable.
5.2.2.12
El cableado eléctrico de los circuitos alimentadores en toda instalación
eléctrica debe tener una eficiencia de 98.5% o mayor.
El cableado para la combinación de los circuitos alimentadores y
derivados, debe tener una eficiencia de 97.5 % o mayor.
40
* Norma Mexicana

41.
Cableado en el sistema fotovoltaico
Sistemas de Gestión de la Energía
Norma*: “NMX-J-SAA-50001-ANCE-IMNC-2011, Sistemas de gestión de
la energía”
Establece sistemas y procesos necesarios para mejorar el desempeño
energético, incluyendo la eficiencia energética. Su implementación esta
destinada a la reducción de las emisiones de gases de efecto
invernadero, los costos de la energía y otros aspectos ambientales.
41
4.4.3.c) Nota La oportunidades pueden relacionarse
con, …la energía desperdiciada.
* Norma mexicana

42.
Cableado en el sistema fotovoltaico
Dos son los metales que se utilizan para la mayoría de las aplicaciones
en cables eléctricos: El Cobre y el Aluminio.
Comportamiento del conductor
Al paso de los años, el metal de algunos conductores se oxida por acción
atmosférica, si el óxido no es conductor eléctrico el tiempo y el efecto de
cambios de la temperatura (dilatación y contracción del material), genera
falso contacto en los puntos de unión, incremento en las pérdidas y
aumento de la temperatura de operación que en caso extremo funde el
metal.
42
Material del conductor

43.
Cableado en el sistema fotovoltaico
En los cables de aluminio se debe tener cuidado en su fluencia
(deformación irreversible) y en su fragilidad durante el jalado, los
dobleces y la conexión.
Se recomienda el Cobre como conductor por su probada fiabilidad y
eficiencia. Es el metal comercial de mayor conductividad eléctrica, tiene
excelente ductibilidad y maleabilidad, su temperatura de fusión y carga de
ruptura es mayor al de otros metales utilizado como conductores.
43
Material del conductor

44.
Conclusiones
Sistema Solar Fotovoltaico
- No tiene costo directo de producción.
- No tiene impacto ambiental o sobre la salud humana.
- No consume recursos no renovables.
Cableado, Conductores eléctricos
- Es necesario encontrar la máxima eficiencia o el equilibrio
eficiencia/inversión.
- La eficiencia aumenta al incrementar su calibre.
- La seguridad en la operación se presenta al seleccionar
conductores de Cobre.
44

45.
Para mayor información diríjase a:
patricia.mendoza@cooperalliance.org
enriquebalan@cablevision.net.mx
Gracias
45
www.procobre.org