I TRABAJO FINAL DE GRADO Grado en Ingeniería de la Energía APLICACIÓN DE LOS OBJETIVOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE EN EL DISEÑO Y GESTIÓN DE PROYECTOS ENERGÉTICOS EN PAÍSES EN VÍAS DE DESARROLLO Memoria y Anexos Autora: Myriam Bennis Directora: Maria Elena Martin Cañadas Convocatoria: 01 2021
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APLICACIÓN DE LOS OBJETIVOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE …
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RESUMENEnelpresenteestudioseproponeunanálisisdelasdiferentesalternativasparaproporcionarunaenergía limpia,quecumplacon losrequisitosestablecidosatravésde losObjetivosdeDesarrolloSostenible,enumeradosporlaAsambleageneraldeNacionesUnidasen2015.Eltrabajovadestinadoalasfamiliasdeescasosrecursosquevivenenlaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo.Deestemodo,setratadeevaluarlasdiferentesestrategiasdeexposicióndelasenergíasrenovablesaldesarrollosostenibledeesaszonas,quecombinaeldesarrolloeconómicoysocialconlaproteccióndelmedioambiente.Enestamemoriaseincluyeeldimensionadodeunainstalaciónfotovoltaica,concretamenteunsistemasolardoméstico,parauncasodeestudioseleccionadoenMarruecos.Partiendode datos anuales de irradiación y necesidades energéticas de la localización del caso deestudio, se han tomado las decisiones apropiadas en cada etapa del dimensionado paraalcanzarunproyectoviableyasequible.Paraello,elproyectoconllevaunaevaluacióndesufactibilidadeconómica,unestudiodesuimpactoambientalyalgunasrecomendacionesparasuperar problemas con los que se pueden enfrentar las poblaciones rurales pobres o paragarantizarplenamentesuseguridadenergética.
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RESUMEnelpresentestudiesproposaunaanàlisidelesdiferentsalternativesperaproporcionarunaenergia neta, que compleixi amb els requisits establerts a través dels Objectius deDesenvolupament Sostenible, enumerats per l'Assemblea general de les NacionsUnides el2015.Eltreballvadestinatalesfamíliesd'escassosrecursosqueviuenaleszonesruralsdelspaïsosenviesdedesenvolupament.D'aquestamanera,estractad'avaluarlesdiferentsestratègiesd'exposiciódelesenergiesrenovablesaeldesenvolupamentsostenibled'aquesteszones,quecombinaeldesenvolupamenteconòmicisocialamblaprotecciódeelmediambient.Enaquestamemòrias'incloueldimensionatd'unainstal·laciófotovoltaica,concretamentunsistemasolardomèstic,perauncasd'estudiseleccionatalMarroc.Partintdedadesanualsd'irradiació i necessitats energètiques de la localització de el cas d'estudi, s'han pres lesdecisions apropiades en cada etapa de el dimensionat per arribar a un projecte viable iassequible.Peraaixò,elprojectecomportaunaavaluaciódelseufactibilitateconòmica,unestudi del seu impacteambiental i algunes recomanacionsper superarproblemesambelsquals es poden enfrontar les poblacions rurals pobres o per garantir plenament la sevaseguretatenergètica.
ABSTRACTThisstudyproposesananalysisofthedifferentalternativestoprovidecleanenergy,whichmeetstherequirementsestablishedthroughtheSustainableDevelopmentGoals,listedbytheUnitedNationsGeneralAssemblyin2015.Thiswork is intended for low-income families living in rural areasof developing countries.Therefore,thematteristoevaluatethedifferentstrategiesforexposingrenewableenergiesto the sustainable development of these areas, which combines economic and socialdevelopmentwithenvironmentalprotection.Thisreportincludesthedimensioningofaphotovoltaicinstallation,specificallyasolarhomesystem,foraselectedcasestudyinMorocco.Basedontheannualirradiationdataandtheenergyneedsofthelocationofthecasestudy,theappropriatedecisionshavebeenmadeateachstageofthedimensioningtoreachaviableandaffordableproject.Todoso,theprojectinvolvesanevaluationofitseconomicfeasibility,astudyofitsenvironmentalimpactandsomerecommendations to overcome problems that poor rural populationsmay face or to fullyguaranteetheirenergysecurity.
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AGRADECIMIENTOSEste Trabajo Final deGrado representa el final de una etapamuy importante enmi vida.Representaelcierredemásdecuatroañosdeestudios,loscuáleshanintervenidofuertementeen mi desarrollo intelectual y personal. Quiero agradecer a todos las personas que hancontribuidoenlacreacióndeestetrabajo.En primer lugar, agradezco a mis padres, por ser los primeros en creer en mí y en miscapacidades. A pesar de los miles de kilómetros que nos separan, me han apoyadoincondicionalmente a lo largo de todos estos años de carrera. Gracias Papa yMama porvuestrapreocupaciónyporvuestrasvisitasenlosmomentosmásdifíciles.Amihermanapequeña,portodosucariño.Amihermanagrande,porsudedicación,porsusconsejosyporsutiempo.A mi tutora, María Elena, por haber hecho posible el desarrollo de este trabajo, por sucompromiso,porsuapoyoyporsusconsejosdurantetodalarealización.Atodosmiscompañeros,amigosyprofesoresquemehanacompañado,tantoenmisalegríascomoenmispenasdurantetodosestosaños.
Tabla 15: Valores de radiación solar disponible diariamente y mensualmente para unainclinación30°..................................................................................................................51
HCEFLCD Haut Commissariat aux Eaux et Forêts et à la Lutte contre laDésertification (Alta comisión para el agua y los bosques y la luchacontraladesertificación)
HPS HorasdePicoSolar
IRES Institut Royal des Etudes Stratégiques (Real Instituto de estudiosenergéticos)
MASEN Agencemarocaine pour l'énergie durable (Agenciamarroquí para laenergíasostenible)
1.1 MotivaciónElcalentamientoglobal,lapersistentevolatilidaddelospreciosdelpetróleoyelaumentodela demanda global son factores que exigen la aparición de nuevas estrategias energéticasfrentealasfuentesconvencionales.La electricidad es esencial para el desarrollo social, económico y medio ambiental en elmundo.Perohoyendía,haymuchospaísesdondeexisteunagrancantidaddepoblacionesquenotienenaccesoalaredeléctrica.Estarealidadafectaprincipalmentealaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo,enlosquelasituacióneconómicanoessuficienteparasatisfacerlademandaenergéticadesushabitantes.A pesar de conseguir la electrificación en las zonas rurales aisladas, muchas poblacionesruralespobresdependenigualmentedeloscombustiblestradicionales,talescomolaleñaoelcarbónvegetal,parasatisfacersusnecesidadesdevidasinqueimpliqueuncosteelevadopara sus habitantes. Desafortunadamente, los impactos resultantes conducen a unadegradaciónambientalagranescala.MimayormotivaciónpararealizaresteTrabajoFinaldeGradoresultaenimplementartodosmisconocimientosadquiridosdurantelacarreraysobretodoprofundizarloscentrándomeenmipaís,Marruecos.Además,mepareceun retoenriquecedor combinar losobjetivosdeDesarrollo SostenibledictadosporlasNacionesUnidasen2015conlaimplementacióndeproyectosenergéticos.
• Estudiarlostiposdesistemasenergéticosdesconectadosdelaredqueseinstalanenpaíses en vías de desarrollo, teniendo en cuenta diferentes aspectos, que no seantécnicosnieconómicos,parasuimplementaciónenestospaíses.
• Analizar los objetivosdeDesarrollo Sosteniblemarcadospor laONU, y determinar
1.3 AlcanceDentrodel alcancedeeste trabajo, se incluye la realizacióndeunanálisis de lasdistintasalternativasparalaelectrificacióndeunaviviendaenunazonarural,quepermitensatisfacerlasnecesidadesenergéticas,incluyendolasdecocciónycalefaccióndeloshabitantes.Serealizaráundiseñopreliminarde losdiferenteselementosquecomponenla instalaciónfotovoltaica(panelessolares,baterías,reguladoreinversor),despuésderealizarelestadodelartedelatecnología.Porotrolado,serealizarátambiénunestudiodeotrastecnologíasrecomendadas,quedandofueradelalcanceelcálculotécnicodelasinstalaciones.Finalmente se realizará una evaluación de losmodelos, relacionándolos con los objetivosdictadosporlaONUyunaestimacióneconómicadelainstalación.
etc.Elaccesoaunaenergíaasequibleysostenibleesunode losODS(ObjetivosdelDesarrolloSostenible) dictados por la ONU. Ahora, las grandes organizaciones filantrópicas y dedesarrolloestándandoprioridadalaccesoalaelectricidad.Losmejoressistemasaisladosdelaredparalascomunidadesrurales,bajociertascondiciones,son las linternas solares, los sistemas solares domésticos (SHS, Solar home System), y lasmicro-redes.
2.1 SistemaenergéticomundialEl sistema energético mundial está en constante evolución para satisfacer la crecientedemanda y responder a las limitaciones económicas, sociales y medioambientales. Sinembargo, la existencia del sistema energético mundial no satisface adecuadamente lasnecesidadesdetodalapoblación,niessosteniblea largoplazo.Elcuarentaporcientodelmundoviveenpobrezaenergética[1].Desde2010,muchospaíseshanadoptadoplanesdeelectrificaciónparaalcanzarelaccesouniversalpara2030,yestosincluyencadavezmásaspectosfueradelared.Sinembargo,enla mayoría de los países con los mayores déficits de acceso a la energía, la tasa de
electrificaciónnohaseguidoelritmodelcrecimientodelapoblación,aumentandoelnúmerodepersonasenestospaísessinaccesoalaelectricidad.Enpaísesconpoblacionesdesatendidasdemásde50millonesdepersonas,elaccesoa laelectricidadaumentóenmenosdeunpuntoporcentualcadaañoentre2010y2017.La granmayoría (más del 80%) de las personas sin acceso a la electricidad vive enÁfricasubsahariana(Figura1).Dentrodeestaregión,lospaísesconmayorpoblaciónsinaccesosonNigeria(89millones),laRepúblicaDemocráticadelCongo(68millones)yEtiopía(61millones).En el sur y sudeste de Asia, poblaciones considerables todavía carecen de acceso a laelectricidad,ymuchasenregionesremotasydedifícilaccesoutilizanproductosOGS(Off-gridSolar)comosuprincipalfuentedeelectricidad.
2.1.1 EnergíaconsumidaEl consumo de energía por persona ha ido creciendo durante las últimas décadas. Noobstante, la tendencia no es universal. Por ejemplo Alemania, país con una economíadesarrollada, ha alcanzado una estabilización e incluso una disminución del consumo porpersona(Figura2).Algunospaísesconsiguenhacercrecersuseconomíasutilizandomenosenergíadebidoalosaumentosenlaeficienciaasociadosconlaproducción,distribuciónyusofinaldeenergía.
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Noobstante,lapoblaciónmundialsiguecreciendo,loqueagravaelcrecimientodelconsumo.La población mundial creció un 1,5% por año desde 1980 hasta 2014, aumentando lapoblaciónenun66%,de4,4milmillonesa7,3milmillonesdehabitantes.Duranteestemismoperiodo, la energía total consumida cada año aumentó un 93%, de 282 quad (1 quad =293.0711.000kWh)a545quad.
enpaísesendesarrollopuedeplantearproblemasde suministro, al disponerdemonedasdébiles,créditodeficienteyfaltadeunainfraestructuraadecuada.Por otro lado, existe una gran desigualdad en cuanto al consumo energético. Este esconsiderablementemásgrandeenpaísesendesarrollo,particularmenteenlosqueelclimanecesitaelusodecalefacciónyaireacondicionado.
2.2 PropuestasdeelectrificaciónExistendostiposdesistemasparaelsuministrodeelectricidad:on-grid(conectadoalared)yoff-grid (aisladode la red). En las zonasurbanas, la conexión a la redeléctrica solamenterequiere establecer una conexión de baja tensión y ciertasmejoras en la infraestructura.Mientrasqueenlaszonasrurales,laconexiónusualmenteimplicalaconstruccióndenuevasinfraestructuras,líneaseléctricas,transformadoresysubestaciones.Elaccesoalaelectricidadfueradelaredsepuedeproporcionardevariasmaneras.
2.2.1 Linternassolares:Las linternas solares están diseñadas para proporcionar iluminación, y quizás, cargas dedispositivos.Dependendecélulasfotovoltaicasparagenerarelectricidadydisponendeunacapacidadpicodemenosde10W.Generalmentecontienenunabateríaintegradadeionlitioodeplomoácido.Laslinternasestándiseñadasparaserportátilesydebajocosto.Básicamentesuministranlomínimo,perosiguesiendoenergíaeléctricabastanteútilparaunacasaounapersonaenunlugarremoto.
Figura4:UnalinternasolarFuente:Verbibliografía[3]
2.2.2 Sistemassolaresdomésticos(SHS)Los sistemas solaresdomésticos se refierena losproductos conmódulos fotovoltaicosderangoentre10y350W.Incluyentambiénuncontroladordecargadelabateríayunabatería.Estos componentes están interconectados por el resto de los componentes del sistema
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(cables, interruptores,enchufesymaterialde instalación).Enalgunoscasos, se incluyeuninversorparapermitirelfuncionamientodeaparatosoequiposAC(corrientealterna).Nosondispositivosportátiles,seinstalandeformasemipermanente.
Figura5:Sistemasolardoméstico
Fuente:Verbibliografía[4]
2.2.3 QuioscosdeenergíaLosquioscosdeenergíasuministranunaccesocentralizadodeelectricidadaunacomunidad.Consisteenunaestructuraalimentadaconenergíafotovoltaicaquepermiteofrecerserviciosdeenergíaparabeneficiaralascomunidadesquenoestánconectadasalaredeléctrica.Enlosquioscos, losmiembrosde la comunidadpuedencargar susbaterías, ybeneficiarsedeserviciosparaelectrodomésticosdemayorpotencia,comolarefrigeración.Supotenciadesalidaesmayoraladelossistemasdomésticossolares.Elsistemaeléctricoestátípicamenteinstaladoenunacasitaquerequierepersonalparainteractuarconlosclientes.
Figura6:Quioscodeenergíasolar
Fuente:Verbibliografía[5]
2.2.4 Micro-redesLasmicro-redesgeneralmenteconsistenenunsistemaeléctricoautónomoquesuministraavarios clientes a travésde conexionespor cableado. Pueden ser alimentadaspor diversosrecursos,módulosfotovoltaicos,generadoresdecombustiblesfósilesyaerogeneradores.
2.3 NecesidadesenergéticasenzonasruralesEs esencial comprender completamente las necesidades energéticas de las comunidadesaisladas.Estasnecesidadessedividenentrescategorías:
2.3.1 EnergíaparahogaresElconsumodomésticoconstituyelamayoríadelaenergíautilizadaenlaszonasrurales.Estaes esencialmente utilizada para la cocción, el calentamiento de agua, el calentamientogeneral,lailuminaciónylacargadedispositivoselectrónicos.Los hogares rurales tienden a depender de varias fuentes de combustible: leña, carbónvegetal,residuosdecultivo,queroseno,velas,bateríasy,enalgunoscasos,pequeñosgruposelectrógenosquefuncionancondiéselogasolinaysistemasconenergíasolar.
2.3.2 EnergíaparaservicioscomunitariosLos servicios comunitarios incluyen las escuelas, las instalaciones médicas, centroscomunitarios, entre otros. Los usos típicos de energía son la iluminación, ITC (internet,telecomunicaciones,computadoras),equiposanitarioyagualimpiaycaliente.
• Centros de salud: más de mil millones de personas no tienen acceso a serviciossanitariosadecuados,debidoalapobrezaenergética.Tipo Energía
Losrequisitosdeelectricidadvaríandependiendodelniveldeserviciosprestadosyeltamaño de la escuela. Esto puede variar desde menos de 1 kWh por día para lailuminaciónbásicadeescuelaspequeñashastamuchomásde10kWhpordíasiseutilizanotrastecnologíasdeenseñanzamejoradas.
2.4 ConsideracionesexternasAlahoradeimplementarunsistemaeléctricoaisladodelaredenunpaísendesarrollo,esfundamentaltenerenmenteunaseriedeconsideracionesexternas,quenoseantécnicasnieconómicas.Enocasiones, la implementacióndeestosproyectospuedefracasaryaquesetratadecomunidadesdesatendidasyquesonvulnerablesdemuchasmaneras.• Unodelosproblemasconlosquesepudeenfrentarsonlosrobosdeelectricidad,esdecir,
loqueserefierealas“pérdidasnotécnicas”.Engeneralsonpérdidasdel1al2%delageneración,peroenlospaísesqueluchanporelaccesoalaelectricidadpuedesuperarel15%anual.Una formade robar la electricidades alterarodesviar elmedidor. Existendiferentesmanerasdedificultarlamanipulacióndeunmedidor:
o Colocarelmedidorenunlugardondeseadifíciloimposibleparaelclienteaccedero Instalarmedidoresresistentesalamanipulación
Porotrolado,sepuedesobornaralosempleadosparaquefacturenincorrectamentealcliente.Parasolucionarlo, losoperadoresdebencontarconcontrolesyprocedimientosparadetectarirregularidadesporpartedesusempleadosydesconectarlosclientesqueno pagan o presentan retrasos en los pagos. Otro método para desalentar los pagosatrasadosseríaestablecerlafacturaciónporusoconfuncióndedesconexiónremota.
y provocar incertidumbre al cronograma del proyecto. Por ejemplo, durante todo elproceso,siesteseatrasa,lasbateríasseauto-descargaránloquequizásprovoquedañospermanentes.Además,muchosfabricantesnoproporcionangarantíaspara losequiposdonados. Por lo tanto, si falla el quipo la organización está sola para encontrar unreemplazo.Por estas razones, algunas organizaciones se niegan a utilizar el equipo donadoconsiderándolomásproblemáticoqueútil.
• Algunos componentes pueden ser de calidad inferior o falsificados. En general son
componentes atractivos porque se ofrecen a precios con descuentos. Los de calidadinferior son aquellos que no cumplen con los estándares de calidad y rendimientoaplicablesestablecidosporlosfabricantesylasorganizacioneslocalesointernacionales.Losfalsificadossonaquellosqueparecenhabersidofabricadosporunfabricantedemarcareconocido pero son fabricados por otro, siendo de calidad inferior. En ocasiones, losproductosauténticosperousadosodañadospuedenvendersecomonuevos.Segúnunestudio,seestimóqueaproximadamenteel50%delosSHSylaslinternassolaresentodoelmundosonfalsificados[43].
Existenprecaucionesatomarparaevitaresosengaños:
o Usodedistribuidoresoficialesyreconocidos.o Lainspecciónvisualdetodosloscomponentesparadetectarsignosdefalsificación
ocalidaddeficiente.o Etiquetas y placas de identificación que especifiquen el fabricante, las
informaciónyqueincluyangarantías.o Retenerunapartedelpagohastaqueseverifiquelacalidaddelosmateriales.o Prueba del sistema para garantizar una instalación y un funcionamiento
adecuados.• Existen aplicaciones que requierenmayor confiabilidad, debido a que su pérdida de
energíapuederesultarenpérdidaseconómicasoinclusoenpeligrosparalacomunidad.Porejemplo,elcuidadodelasaludformapartedeestasaplicacionescríticas.Enelcasode las vacunas, existen refrigeradores que funcionan con energía solar que permitenalmacenaryregularlatemperaturadelasvacunaseninstalacionessanitariasfueradelared.Paramejorarsuconfiabilidad,nodebensuministrarotrascargas.
elqueserefierealdocumentoqueespecificalosdetallestécnicosycaracterísticasdeunproducto, sistema o proceso. Se utiliza para asegurar una consistencia, seguridad,
3. DESARROLLOSOSTENIBLEENPROYECTOSENERGÉTICOSEl desarrollo sostenible es el que satisface las necesidades presentes sin comprometer lacapacidadparasatisfacerlasnecesidadesdelasgeneracionesfuturas.Unfactorclaveeselsuministrodeenergíalimpioyasequible.Gran parte de la energía utilizada y abastecida actualmente se considera insostenible, albasarseenrecursoslimitadosdecombustiblesfósilesquecomportagrandesrepercusionesparalasaludyelmedioambiente.Apartirdetecnologíasdeproduccióndeenergíapuedensurgiremisionesquecontaminanelaireurbanoypromuevenelcambioclimático.Afortunadamente, y gracias al avance tecnológico y la toma de conciencia respecto a losefectose impactosde los sistemasdeenergía,hoyendía lospaísesenvíasdedesarrollopueden llevar a cabo una transición hacia una energía limpia y que minimiza los dañosambientales.Paraello senecesitaunuso reflexivode los recursos, incentivoseconómicosapropiadosyunaplanificacióndemedidasestratégicas.Laprimeraetapaconsisteenconocerlasituaciónenergéticaactualdelpaísenelquesedeseaadoptarlaspolíticasdedesarrollosostenible,quémejorassenecesitanycómoconquistarlas.Ensegundolugaresimportantecomprenderlasimplicaciones,repercusionesyviabilidadyadeterminadasparaconfigurarundesarrollosostenible.Yfinalmentesetienequedisponerdeopcionesreferidasalasinversionesyamedidasdecorrección.Es importantemediryevaluar losefectosactualesyfuturosdelusode laenergíasobre laeconomía, la sociedad y el medio ambiente. Así se determina si se tiene que cambiar lautilizaciónactualdeenergíaparaqueseasostenible.
3.1 ObjetivosdelDesarrolloSostenibleEl25deseptiembrede2015,laAsambleaGeneraldelasNacionesUnidasadoptólaAgenda2030paraelDesarrolloSostenible,queplantea17ObjetivosdeDesarrolloSosteniblequeengloban los puntos económico, social y ambiental. Se trata de un plan de acción quepretendefavoreceralplanetaconlaintencióndefortalecerlapazuniversalyelaccesoalajusticia.Nopuedehaberdesarrollososteniblesinoselograerradicarlapobreza,unodelosmayoresretosdelmundoactual.
Actualmente, los progresos que se han logrado en muchas áreas de la Agenda 2030permaneceninsuficientes.Conmenosdediezañosparalafechalímitede2030,loslíderesmundialessereunieronenseptiembrede2019ysecomprometieronahacerdelapróximadécadaunadécadadeaccionesyresultadosparaeldesarrollosostenible.Cadaunodelosobjetivosdisponedemetasespecíficasquesedebenalcanzarhastallegara2030.LosODSenumeradosporlaAsambleaGeneraldeNacionesUnidasen2015son:
7.3 Deaquía2030,duplicarlatasamundialdemejoradelaeficienciaenergética7.a Deaquía2030,aumentar lacooperación internacionalparafacilitarelaccesoa la
investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentesrenovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menoscontaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructuraenergéticaytecnologíaslimpias
Ø Losproyectosnecesitaránunirseconasociacionesmundialessólidasycooperativaspara lograr losODS(ODS17).Por lotantoes imprescindibleestablecerasociacionesinclusivas y que los niveles de ayuda aumenten en cuanto a la financiación de unproyecto.
El ODS 15 consiste en proteger, restaurar y promover la utilización sostenible de losecosistemas terrestres, gestionar de manera sostenible los bosques, combatir ladesertificación y detener y revertir la degradación de la tierra, y frenar la pérdida debiodiversidadbiológica.ElODS17consisteenfortalecerlosmediosdeejecuciónyreavivarlaalianzamundialparaeldesarrollosostenible.
3.2.1 MetodologíaCon el fin de alcanzar los objetivos para aplicar el desarrollo sostenible a un proyectoenergéticoesnecesario identificar losODSa losquemáscontribuyeelsectore identificarnuevasoportunidadesdeintervencióndelsectorenrelaciónconlosdiferentesODS.Etapa1:Seleccionarelproyectoquesedeseaanalizar.Etapa2:ConstruccióndeunamatrizdeanálisisquenospermiteidentificarlosODSalosquemáscontribuyeelsector:
4. SISTEMASSOLARESDOMÉSTICOS(SHS)Resulta importante para la mejor comprensión del proyecto, definir el concepto de lossistemassolaresdomésticos.Los SHS o Solar Home Systems son aquellas instalaciones compuestas de uno o variosmódulosfotovoltaicosquecarganunabateríaconunreguladorparasuministraracargasDC(lámpara, televisiones, etc.). En algunos casos, se incluye un inversor para permitir elfuncionamiento de aparatos o equipos AC. Se suelen asimilar a las instalacionesindependientesaisladasdelared,queseempleanenlaszonasrurales.Elgeneradoromódulofotovoltaicotransformalairradiaciónsolarenenergíaeléctrica,yestaesconducidapordiversoscomponentes(cableado,interruptores,sistemademontaje,etc.)auncontroladordecarga.Esteaseguralacargacontroladadelabateríayelfuncionamientodelosaparatos.Normalmenteseutilizanaparatosdecorrientecontinuaalatensiónnominaldelabatería.Paraalgunosaparatos, losconvertidoresDC-DCsonnecesariosyaqueelvoltajenominaldelabateríanocoincideconsuvoltajenominal.Enotroscasos,muyocasionalmenteenprogramasdeelectrificaciónruralenpaísesendesarrollo,seutilizanconvertidoresDC-ACparasuministraraaparatosdecorrientealterna.Enlassiguientessecciones,sedescribenloscomponentesindividualesdeunSHS.EnlaFigura10podemosobservarlosdiferenteselementosdelSHS.
4.1 GeneracióndeenergíaEl generador solar fotovoltaico, que consta de uno o más módulos solares, convierte laradiación solar en electricidad. A su vez, los módulos están compuestos de célulasfotovoltaicas,eléctricamenteconectadasentresí.
Fuente:Verbibliografía[63]Lascélulasfotovoltaicasestándiseñadasparaalbergarunefectofotovoltaico.Laluzestácompuestaporfotonesdediferenteslongitudesdeonda,yentoncesdediferenteenergía.Deestemodo,alincidirluzsobrelacélulafotovoltaica,unapartedelosfotonessonreflejadosyotrosabsorbidos.Laenergíadelosfotonesabsorbidosestransferidaaunodeloselectronesdelosátomosdelacélulayseescapandesuposiciónoriginal,generandopareselectrón-hueco.Estemovimientoprovocaunacorrienteeléctricaproporcionalalairradiancia(W/m2).Elmaterialmás adecuado es uno que sea semiconductor (Silicio) debido a que facilita laconductividadalaumentarlaenergía,sinembargoaldisminuirlatemperaturaactúacomoaislanteynoconduce.Losmódulosestánformadosporuncristaloláminatransparentesuperioryuncerramientoinferiorentrelosquequedaencapsuladoelsustratoconversorysusconexioneseléctricas.Parasuconstrucciónseasociancélulasenserieyparalelo,cuyauniónseencapsulaconEtilVinilAcetato(EVA).Losmódulosfotovoltaicosseasocianentresíenseriey/oparaleloparaobtenerlapotenciadeseada en la instalación. La conexión en serie permite aumentar la tensión del sistema,mientrasquelaconexiónenparalelopermiteaumentarlacorrientedetrabajo.Comosecomentóanteriormente,elsilicioeselelementobasedefabricacióndelascélulasfotovoltaicas.Existentrestiposdistintosdesilicio,segúnelprocesodecristalización:
• Silicio monocristalino: Presenta una estructura completamente simétrica y uncomportamiento uniforme y predecible. Se considera como el mejor tipo pero elprocesodefabricacióneselmáscaro
4.1.1 ConsideracionesprácticasLosconjuntosfotovoltaicosofrecenlassiguientesventajasenaplicacionesfueradelared:• Nohaycostosdecombustible.• A menudo, las comunidades con pobreza energética se encuentran en áreas con
capacidadadecuada.• Reducción del mantenimiento (solo se requieren limpieza e inspección periódicas) y
eliminacióndelruido.• Nohayemisionesdepartículasodióxidodecarbonoasociadasconsuoperación.• En muchos países en desarrollo ya se pueden encontrar instaladores de equipos con
4.2 AlmacenamientodeenergíaLafunciónprincipaldeunsistemadealmacenamientoenelsuministrodeenergíarenovableindependiente(autónomo)espoderabastecerlascargasparapermitirsuoperacióndurantelosperiodosenlosquelaentradadeenergíaporpartedelgeneradorfotovoltaicoesbajaonula.En el contexto de los sistemas solares domésticos, generalmente se utilizan bateríasrecargables (secundarias) y estas se denominan a menudo celdas secundarias. En lassiguienteslecturas,eltérmino“batería”serefiereauna“bateríarecargable”.ElsímbolodeunabateríasemuestraenlaFigura15.Laenergíaenunabateríasealmacenaenformadeenergíaquímicaconreaccionesreversibles.
máxima,esdecir,cuandoestácompletamentecargada(100%).• Capacidad nominal [Ah]: Cantidad de electricidad que puede suministrar la batería
cuando esta se descarga a una determinada corriente de descarga desde el 100% delestado de carga hasta la tensión de corte. Se obtiene multiplicando la corriente dedescarga(A)poreltiempodedescarga(horas).
• Profundidaddedescarga(PD)[%]:Esunparámetromuyimportanteparamantenerlavidaútil de labatería. Eselporcentajede la capacidadde labateríaque sehadescargadoexpresadocomoporcentajedelacapacidadmáxima.Unadescargaal80%sedenominadescarga profunda. Una PD del 80% significa que la batería con 100Ah es capaz deproporcionarsolo80Ahcomomáximo.
• Rendimiento: Se expresa como la relación entre la energía suministrada durante ladescargaylaenergíanecesariaparavolveralestadodeplenacarga.Unestadodecargabajo favorece un alto rendimiento. La pérdidas se deben a la producción de energíacaloríficaenlosprocesoquímicospresentesdurantelacargaydescarga.
• Días de autonomía: Son los días consecutivos durante los que la batería es capaz degarantizarel consumoenausenciade sol. Esteparámetrodependede las condicionesclimatológicasydeltipode instalación.Generalmente,en laszonasrurales,estefactorpuedeserde4o6días.
Los sistemas de almacenamiento ideales para el SHS se caracterizan por los rasgospresentadosenlaTabla5.
Existenvariostiposdebateríasenelmercado, lascualessediferencianporloselectrolitosutilizadosylatecnologíadefabricación.Lasbateríasdeplomo-ácidosehanutilizadodurantemuchotiempoparalossistemassolaresdomésticos. Las baterías de ion-litio son una tecnología nueva y muy prometedora.Trataremosenestasecciónestosdostiposdebaterías.
4.2.1 BateríasdePlomo-ÁcidoLasbateríasdeplomo-ácidoconstandeunelectrodopositivoyunonegativo.Unelectrolitosirveparaintercambiarelectrones.Conel fin deoptimizar las baterías, se handesarrolladodiferentes configuraciones, cuyasdiferencias se relacionan con la composición del electrolito (líquido, gel, AGM) y con losdiferentesdiseñosdeelectrodos(placas).
Diseñodeelectrolitos IdoneidadparaSHS
Líquido,ácidosulfúricodiluido
Ventajas en ambientes cálidos con altoconsumo de agua. Es la solución máseconómica cuando elmantenimiento estáaseguradoabajocosto.
Electrolitogelificado Mayor costo de inversión, pero resultaneconómicas cuando la recargadebateríasconaguadestiladaescostosa.
Esteradevidrioabsorbido(AGM)
Tabla6:Electrolitosenbateríasdeplomo-ácido
Fuente:Verbibliografía[13]
Bateríasrecargables
Plomo-ácido
Líquido
Válvularegulada
AGM
Gel
Ionlitio(Li-Ion)
Fosfatodehierro
Níquel,Cobalto,Manganeso
Níquel-cadmio(NiCd)
Níquelehidrurometálico (NiMH)
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Diseñodeelectrodo IdoneidadparaSHS
PlacaderejillaMás baratas pero su vida útil esinsatisfactoria
Fuente:Verbibliografía[13]Enelmercadosevendenceldasindividuales(2V)condiferentecapacidad.Variasceldasenserie determinan la tensión nominal de la batería. También se encuentran disponiblesbloquesdemúltiplesceldas,conectadasenserieinternamente.Engeneral,lasbateríasdeplomo-ácidosondealtaconfiabilidadyestabilidad.
4.2.2 Bateríasdeion-litioLas baterías de ion-litio tienen varias ventajas sobre las baterías de plomo-ácido. Puedendescargarsemuylentamente,noproducengashidrógeno,sueficienciadecargaydescargaestámuyporencimadel90%ysobrevivenamuchosmásciclosquelasbateríasdeplomo-ácido.Lagrandesventajadelasbateríasdeion-litioessuprecio,queesdetresacuatrovecesmásalto que el de una batería de plomo-ácido, aunque el costo está disminuyendo másrápidamentedeloesperado.Elreciclajedelasbateríasdeplomo-ácidoesmuyconocidoyserealizaamenudomientrasqueelreciclajedelasbateríasdeion-litiodeúltimageneracióntodavíaestáendesarrollo,aunquelosmaterialesdelitionosontóxicosypuedenreciclarsefácilmente.Delasdiferentestecnologíasdeion-litiodisponibles,lasbateríasdefosfatodehierroylitio(LiFePO) parecen ser lasmás adecuadas para su uso en SHS. Son relativamente seguras yestablesysuprecioesmásbajoqueeldelamayoríadelosotrostiposdebateríasdelitio[40].Otraventajaessu tensiónnominalde3.3V,quepermiteconfiguracionesdentrodelrangode tensiónde labateríaestándarde12Vque seencuentraen los sistemas solaresdomésticosyademás,lacaídadetensiónduranteladescarganoestanaltacomoparalasbateríasdeplomo-ácido.Enlaspruebasdeciclodevida,lasbateríasLiFePOhandemostradosermuyeficientesyconservanel80%delacapacidadinicialdespuésde1600ciclos[41].
4.3 ControladoresdecargadelasbateríasLoscontroladoresdecargaseutilizanparalaproteccióndelasbateríasantesobretensionesy subtensiones peligrosas y descargas accidentales del módulo fotovoltaico. Además, loscontroladoresdecargapermitenproporcionaralusuariolainformaciónsobreelestadodelSHS,enparticular,elestadodecargadelabatería.Elcostoadicionalpuedeonojustificarsuimplementacióndependiendodelasregionesenlasque se desea realizar la instalación del SHS. Se implementan en regiones en las que losusuarioseinstaladorespuedenasimilarlasindicacionesproporcionadasporelcontroladordecarga.Porotrolado,enlasviviendasruralespobressedesaconsejafijarcontroladoresdecarga,yaqueestospuedendañarsuscomponentesestructurales,quesuelenserdebajacalidad.
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4.4 ConvertidoresDC-DCLoscircuitosDC-DCseutilizanenmuchosconvertidores,incluidosloscontroladoresdecargade la batería, los seguidores del punto demáxima potencia (MPPT) y los inversores. LosseguidoresMPPTseencargandeajustar la tensióndesalidadelmodulo fotovoltaicoparaobtenerlamáximapotenciadisponible.ElconvertidorDC-DC,oregulador,eselquecontrolaelprocesodecargadelsubsistemadealmacenamiento(baterías)desdeelconjuntofotovoltaico,yladescargadelasmismashacialacarga.Seutilizanparacambiarlosnivelesdetensión,yevitarelriesgodequelatensiónproporcionadaporel generadornocoincidacon lademandadaporelaparato,hechoquepuede dañar el aparato. También se encarga de proteger la batería frente a descargasprofundasosobrecargas.LosconvertidoresDC-DCenlosSHSdebenoptimizarseparalograrunaaltaeficienciaenelfuncionamientoyunconsumoceroenelmodostandby.LascaracterísticasdefuncionamientoquedefinenaunreguladoroconvertidorDC-DCson:• LatensiónnominaldesalidaenDC[V]• Lacorrientenominaldeentradaalreguladordesdeelgenerador[A]:eslacorriente
Porlotanto,paralaseleccióndelreguladoradecuado,esimprescindibletenerencuentalatensión del sistema y la corriente de cortocircuito del generador PV, considerando uncoeficientedeseguridadde1,2.
4.5 InversoresLosinversorespermitenalosusuariosaplicarunagamamásampliadedispositivos,aparatosAC. En algunos casos, los inversores son inevitables ya que no hay ningún aparato DCadecuado disponible en el mercado local. Sin embargo, en los SHS, la conexión deelectrodomésticos a un inversor puede conducir a una sobrecarga del sistema, y comoconsecuencia,provocarcortesdeenergía.Porlotantoesrecomendablelimitarsuutilizaciónausosinfrecuentes.
Por lo tanto, un inversor, o convertidor DC-AC, se encarga de transformar la corrientecontinua,generadaporlospanelesfotovoltaicos,encorrientealternaparaserconsumidaporlascargasAC.Lascaracterísticasdefuncionamientoquedefinenauninversorson:• Diferentesformasdeondadesalidasuministradas:
o Rectangular: Inversormás simpleyeconómico.Debajapotencia,por loque seempleaconpequeñascargas.
o Trapezoidal: Se puede emplear para la electrificación rural con loselectrodomésticosmásusuales.
o Sinusoidal:Salidamásdeseable,muysimilaralaredeléctrica.Sepuedeemplearentodoaparatodeconsumoysepuedeconectaralared.
conectadoelinversor.Lacurvaderendimientodeun inversornoes lineal,comosemuestraen laFigura17.Sincarga, los inversores consumen energía de reserva, por lo que el rendimiento es bajo. Laenergía en espera se consume incluso cuando no hay carga. A medida que aumenta lapotenciadesalida,laeficienciadelinversoraumentayluegosereducelentamente.Porotrolado,elrendimientodelinversortambiénvaríaconelfactordepotenciadelacarga.Alcrecerlascargasinductivas(fluorescentes,motores)másrápidodecaeelrendimiento.AldimensionarunSHS,esnecesariodeterminareltipodecargasquesealimentanparafijarelpuntodelacurvaenelqueoperaelinversor,buscarsufactordepotenciatípicoydecidirdelrendimientoautilizarsegúnlaestimacióndelaenergíademandada.
Figura17:Curvaderendimientotípica
delinversorenfuncióndelfactordepotencia(Cosfi)
Fuente:Verbibliografía[64]
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EnlosSHS,esmuyimportanteoptarporinversoresindependientes,yaquelosconectadosalareddependendelafrecuenciaylatensióndelaredpública.Por otro lado, hay que tener en cuenta que las pérdidas de los inversores deben sercompensadasporelgeneradorfotovoltaico,loqueaumentaelcostodelsistema.
• Laelecciónde los interruptoresapropiadosquedeben indicaronandoff (encendidoyapagado)medianteunainscripción.
• Loscablesdebenestarcodificadosporcolores,paraevitarlainversióndepolaridad.• La baja tensión suministrada por los SHS implica altas corrientes para suministrar una
carga. Por lo tanto, las secciones de los cables deben cumplir con las corrientesconducidas. Los enchufes e interruptores deben cumplir con las corrientes que seproducen.
• Las pérdidas en el cableado, reducen la eficiencia general del SHS, por lo que debenmantenersebajas.
• Los roedores sonunagranamenazapara instalaciones SHS,por loquealgunos cablesdeben instalarse en un cableado aislante e independiente para los polos positivo ynegativo(porejemplo,elcableadodelabatería).
• Todosloscablesdebenestarbienfijadosalapared.• Los cables que conectan el módulo fotovoltaico al controlador de carga están
Antes de todo hay que enfocarse en identificar las principales barreras a la adopción desistemasdeenergíarenovable.Estaspuedenserlosaltoscostosinicialesdelsistemajuntoconlosbajosingresosdeloshabitantesquevivenenlaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo.Estosproblemasrequierenlacapacidaddeadoptarmodelosdenegocioflexibles.Otras barreras que influencian la tasa de adopción de tecnologías de energía renovablesincluyenlapobreespecificacióndelsistema,lamalainstalaciónymantenimiento,lafaltadeconocimientoencuantoalafiabilidadyfuncionamientodelsistemayladependenciaexcesivadelafinanciacióndeorganizacionesdonantes.Enbasealainformaciónobtenida,podemosobservarenlaFigura18unesquemaqueclasificalas diferentes barreras a los programas rurales de energía renovable en países en vías dedesarrollo.
• Vigilanciayevaluación:Requiereunavigilanciaregular.Otros temas importantes deben ser considerados al diseñar e implementar programas deelectrificación a partir de energía renovable en países en vías de desarrollo. Los másimportantesdesdeelpuntodevistadelosconsumidoresson:• Idoneidad:Sielsistemasediseñaparasatisfacersusnecesidadesreales• Asequibilidad:Sielsistemaesasequible• Fiabilidad:Lacalidaddelsistema• Financiación:LadisponibilidaddeunafinanciaciónapropiadayflexibleAcontinuación,sepresentaunalistadefactoresquecontribuyenaloscriteriosdeéxito.Cadafactorsehaasociadoconunconjuntodeindicadores,apartirdelcualsepuedejuzgareléxitodel programa, teniendo en cuenta que la selección final de indicadores debe reflejar elcontextolocalylosobjetivosdelproyectoyopinionesdetodaslaspartesinteresadas.Todoslosfactoresserelacionanfuertementeconlasostenibilidaddeunprogramadeelectrificaciónruraldeenergíarenovable.
4.9 MecanismosdefinanciaciónAunquelalaenergíasolaresgratuita,elequiponecesarioparaconvertirlaenelectricidadnolo es. El costo de capital inicial de un sistema solar doméstico representa una grandeproporcióndelcostototaldelciclodevidadelsistema,yaquíradicaelproblema.EsfundamentalencontrarunaformaeficazdequeloshogaresruralesdeingresosbajosymediosenpaísesenvíasdedesarrollopuedanfinanciarlaadquisicióndeunSHS.UnrequisitoimportanteparaunprogramadeelectrificaciónruralPVeslamovilizacióndelosmediosfinancierosparapermitirlaadquisicióndelsistema.Desafortunadamente,losbancoseinstitucionesfinancieraslocalestiendenacategorizaralosSHScomounainversióndealtoriesgo.Unadelasrazonesesdebidoalcostedelospanelessolares,queseinstalanfueradelaviviendayporlotantoestánexpuestosalriesgoderoboodaño.Porlotantoesosignificaqueserequierenotrosmecanismosdefinanciación.Hasta hoy en día, se han utilizado 4 tipos de mecanismos financieros en programas deelectrificaciónrenovableyrural.Estossonlossiguientes.
4.9.1 VentasenefectivoAlgunaspersonasquevivenenzonasruralessoncapacesdepagarloscostosinicialesdeunSHS.Estemecanismoeselmodelomássimplepara implementarelprograma.Laventaserealizadirectamenteatravésdeundistribuidordesistemasfotovoltaicosalusuariofinalenpagosenefectivo.EstemodelonorequiereapoyodelgobiernoGeneralmente, los clientes pueden decidir si desean instalar el sistema ellosmismos o sicontactaralproveedorparainstalarlo.Lainstalación,elmantenimientoyelserviciopostventanosuelenformarpartedelcontratodeventa,exceptosilosusuariosfinalesdecidenpagarunacantidadadicionalparaesosservicios.Las siguientes condicionesprevias sonnecesariaspara implementarunmodeloexitosodeventasenefectivo:
4.9.2 SubvencionesParaquelossistemassolaresdomésticosseanasequiblesparaloshogaresdebajosingresos,serequierealgúntipodesubvención.Existenlassubvencionesdirectas,enlasqueeldonante/gobiernoproporcionaúnicamenteelsistemadeformagratuitaocasigratuita.ElSHSesdonadoalosusuariosquenopuedenpagarelcostodelsistema.Sinembargo,elproblemadelasubvencióndirectaesqueenmuchoscasos,losusuariosnosesientenresponsablesdelmantenimientodelossistemas.Otrotipodesubvencióneselqueapoyalacreacióndeunmercadocomercial.ConsisteenproporcionarpréstamosaunpequeñonegocioparaquecomprecomponentesdelSHSparasu posterior venta a quienes viven en comunidades rurales. La pequeña empresa puederealizarlainstalacióndelsistemadeformagratuitaoexigirpagosadicionales.Elobjetivodeeste tipo de subvención es crear un mercado comercial de SHS a través de procesoscomercialesgeneralesenvezdecrearlomediantedecretosgubernamentales.Otrotipodesubvencióninteresanteeselqueimplicaelconceptodealmacén.Gobiernosy/oONGscreanvariosalmacenesa travésdelpaísdondecolocan losequiposdeSHS.Así, losempresarioslocalespuedencomprarloscomponentesdelSHSdesdelosalmacenesalmismocosto que si se adquieren en la ciudad capital. La donación permite cubrir el coste defuncionamientodelosalmacenesyloscostesdetransportedelosequiposalosalmacenes.
4.9.3 CobroporservicioConestemodelodeservicio,elsistemadeenergíarenovableestáinstaladoyespropiedaddeunaempresadeserviciosenergéticos(ESCO),elgobierno,unaempresadeserviciospúblicosounaorganizaciónprivada.ProporcionanSHScompletosalosusuariosysonresponsablesdelainstalación,mantenimientoyreparacióndecualquierpartedelSHS.Las ESCO -quepueden ser unaempresade electricidad, una cooperativa, unaONGounaempresaprivada-instalanelsistemaenlaviviendaunavezquelosusuariosfinalespaguenunacuotadeconexión.Posteriormentea la instalación,elusuariodelSHSdebepagarunatarifamensual.Sinembargo,lasESCOtardanañosenrecuperarsusinversiones,porloqueserequiereunaperspectivayuncompromisoalargoplazo.Elriesgodeinversiónsetienequeasumir,perotambiénsepuedecompartirconunbancooundonante.Las tarifas mensuales cubren los costos operativos, y en algunos programas, también elremplazodelabateríayloscostosdemantenimientodelsistema.LaprincipalventajadeestemecanismoesqueelusuariofinalnotienequeinvertirenloscomponentesdelSHS.
4.9.4 VentasacréditoEldesarrollodeloscréditosalconsumidoresunavancemuyrecienteenlosprogramasdeelectrificaciónrural.Existen4diferentestiposdeestemecanismodefinanciación.CréditodeldistribuidorLosdistribuidores, talescomo lasempresas fotovoltaicas, suministranelSHSa losclientesrurales.Estospagansusistemaatravésdecuotasmensualesosegúnlafechaacordadaenfuncióndesusciclosdeingresos.Unavezrealizadoelpagototal,losusuariosfinalessonlospropietariosdelsistema.Porlogeneral,losdistribuidorestomanprestadoelcapitaldefuentesdefinanciamiento,quesuelenserinstitucionesdecrédito,paracomprarlossistemasfotovoltaicos.El gobierno establece las diferentes regulaciones necesarias para la instalación,funcionamientoypagodelsistema.La desventaja de estemodelo, es la reluctancia de los proveedores en ofrecer créditos aclientesruralesconbajosingresos.CréditodelusuariofinalEstetiposeparecealmodelodescritoanteriormente,conladiferenciadequeeldistribuidorno está involucrado en el desembolso del crédito pero lo está una organizaciónindependiente.Estaofrecepréstamosdirectamentealosusuariosfinales,cubriendoelcostetotal del sistema al distribuidor. El préstamo otorgado sigue siendo responsabilidad de lainstituciónhastaquelosusuariosseconviertanenpropietariosdelossistemas.Lasinstitucionesdecréditosuelenserbancosdedesarrollorural,cooperativasdeahorroycréditoyotrasorganizacionesdedesarrollorural.CompraaplazosEste modelo es similar al de crédito del usuario final. No obstante, aquí, la empresadistribuidoraolainstituciónfinancieraofrecenelsistemaalclienteenrégimendecompraaplazos.Laempresaseocupadelainstalaciónydelosserviciospostventa.Micro-finanzasEstetipodemodeloesunacombinaciónentrelosdosúltimostiposdescritosanteriormente.Ladiferenciaesquenoserequieregarantía,debidoaqueestosserviciosactúanparaayudaralaspersonasconbajosingresos,financiandolacompradedispositivosdeenergíalimpiaquepuedanmejorarsuaccesoaserviciosenergéticosmodernosydecalidad.
5.1 SituaciónenergéticaMarruecosesunpaísquetieneungranpotencialenenergíasrenovables.Sinembargo,siguedependiendo en más del 88% de los recursos energéticos del exterior, según el informeeconómico y financieropublicado recientemente, en2018, por elMinisterio de EconomíaHaciendayReformaAdministrativa [19].Ycabeseñalarque la fuente reportauna tasadedependenciadelosproductospetrolíferosdealrededordel70%en2020.Desde2009,bajo lasorientacionesdesumajestadMohamedVI ,elpaíshaadoptadounaestrategiaenergéticacuyoobjetivoeselaugedelasenergíasrenovables,elfortalecimientodelaeficienciaenergéticaylaintegraciónregional.Entre2009y2013selanzóelPlanNacionaldeAccionesPrioritarias(PNAP)pararestablecerelequilibrioentreofertaydemandaeléctricaactuando,porunlado,enelfortalecimientodelascapacidadesdeproduccióny,porotrolado,sobrelaracionalizacióndelusodeenergía.Elobjetivofijadopara2020eraincrementarlacuotadeenergíasrenovableshastael42%delapotenciaeléctricainstalada.Paraellosepusieronenmarchaprogramasintegradosdestinadosainstalar6000MWdefuentesrenovable,delosque2000MWeranparaenergíaeólica,2000MWparaenergíasolary2000MWparaenergíahidroeléctrica.Elobjetivoestaráaseguradopronto,comosepuedeobservarenlasiguientetabla:
Fuente:Verbibliografía[19]LosprogramasquecontribuyenaeseaugesonelPlanSolarMarroquíoPlanNoor(Masen),elProgramaMarroquí Integrado de Energía Eólica en Tánger ymuchos otros programas deenergíahidroeléctricaybiomasa.
5.2 EstrategiasenergéticasEldeseodeMarruecospara2030,enelmarcodelaestrategiaestablecidapara2020,eslaparticipacióndelasenergíasrenovableenlacapacidadinstaladaal52%.Este despliegue masivo de energías renovables no se limita necesariamente a laimplementacióndegrandesproyectoslideradosporelEstadooporempresaspúblicas.Con el fin de acelerar la transición energética al servicio de los objetivos de desarrollosostenibleserecomienda,ademásdemaximizarlaparticipacióndelasenergíasrenovablesenelmixenergéticototal:• Fomentar el despliegue de la descentralización de la producción: optimizar los
• Mejorar los costes de producción de desalinización para cumplir con los requisitos deseguridadalimentariaydelagua.
Estas estrategias establecidas, son de primera importancia para el país, en términos decontribución al desarrollo sostenible. Esta primera importancia incluye la reducción delvolumendelafacturaenergética,laseguridaddesuministroyladisponibilidaddelaenergía,elaccesogeneralizadoalaenergía,ladiversificacióndelasfuentesdeenergía,etc.No obstante, existe un segundo nivel de prioridad que no se puede omitir. Esta tiene unimpactodirectosobreeldesarrollosocio-económicodelapoblación,talcomolacreacióndeoportunidadesdeempleo,ladescentralizacióndelospueblosaislados,lamejoradelacalidaddevidadelaspoblacionesrurales,etc.EstetrabajosecentramásenlasegundaimportanciaencuantoalaimplementacióndelasenergíasrenovablesenMarruecos.
5.3 InsuficienciasenlaszonasruralesLos métodos actuales de producción y consumo de energías no sostenibles amenazan elmedioambienteanivellocalymundialademásdepesarsobrelaeconomíadelestado.Enlaszonas rurales la problemática energética está relacionada no solo con la economía y elmedioambiente,sinoquetambiénconlacalidaddevidadelaspoblaciones,quedependendelabiomasatradicional.Eldesajusteexistenteentreelsuministrodeelectricidadyelpoderadquisitivoenlaszonasrurales hace que los hogares más vulnerables utilicen leña para la calefacción y cocina,contribuyendo así a la aceleración de la deforestación y a graves problemas de salud(respiratoriosdadalainhalacióndehumoconlacombustión).Así,antelafaltadeunaccesoadecuadoalaenergía,lasconsecuenciassondesastrosas,principalmenteparalasmujeresyniños,siendoelloslosqueseencargandetraerlaleñaparalasnecesidadesdelhogar.SegúnelIRES,lacantidaddeleñaconsumidaanualmenteesde11,3millonesdetoneladas,delascualesel53%esdeorigenforestal[22].Lademandanacionaldeleñarepresentael30%delademandaenergéticatotaldeMarruecos.Casiel88%deestademandadeleñaprovienedeáreasruralesdondelapobrezaestáaumentando[23].Apesardelamagnituddelaproblemática,sehanrealizadomuypocosestudiosrelacionadoscon laexplotaciónde la leña, suconsumo,así comosu impacto sobre ladeforestación.Elconsumonacionaldeleñasiemprehasidoobjetodediversasestimaciones.
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AunqueMarruecoshalogradounprogresoextraordinarioenlaelectrificaciónruraldetodoelpaís,aumentandodel18%amediadosdeladécadade1990acasiel100%enlaactualidad,lapuestaenmarchadegrandesproyectosenergéticosrenovablesnotieneningúnimpactosobreelusode la leña,noasegura totalmente la seguridadenergéticade laspoblacionesrurales. Por eso, esnecesario instalar sistemasdeenergía limpia y sostenibledepequeñadimensiónydestinadosalospueblosenzonasconaltadeforestación,conelfindeeliminarprogresivamenteelusodelaleña,transfiriendoelusodelgasalaproduccióndeelectricidad.
5.4 DiseñodeunSHSEnesteapartadosepresentaeldiseñodeunsistemasolardoméstico,tecnologíaquevienedescrita anteriormente, aplicado a un pueblo situado en Marruecos. Se realizará eldimensionadodelainstalacióndeenergíasolarfotovoltaica,sinconexiónalaredeléctrica,enunapequeñaviviendaruralaislada.
Lapoblacióndelacomunidadconstade8026personasyelnúmerodefamiliasllegaa1750segúnelcensodepoblacióngeneralde2014.ElclimadeSmimousecaracterizaporlasequedadyaltastemperaturasenelverano,mientrasque el periodo de invierno se caracteriza por bajas temperaturas e importantesprecipitaciones.Elpueblotambiénseveafectadoporlosvientosdelesteendiferentesépocasdelaño,sinembargolatasadeprecipitaciónanualsiguesiendodébil.
Figura22:MapageneralyespecíficodelaciudaddeSmimou
Fuente:Verbibliografía[26]LacomunidadaldeanadeSmimouseextiendesobreunáreade79km2dentrodeunentornonaturaldiversodemontañasydepresiones,ademásdeun importanteespacio forestal. Laagricultura, la ganadería y el comercio son las principales actividades económicas de lacomunidadyatraenalamayorproporcióndelapoblación.LaconfederacióndelosHahaesunaregióndeMarruecosquehasufridomuchoenlasúltimasdécadas,atravésdelascrisisnaturales(sequía)ylascrisiseconómicasdelosaños80y90.Estohareforzadolapobrezaenestaregión.Ante esta situación de extrema pobreza, las poblaciones han desarrollado estrategias desupervivenciaqueincluyen,entreotrascosas,elusodeleñaparaelabastecimientodeloshogares.Deestamanera,yapesarde la fragilidaddesuecosistema, lagentepermaneceatacando lacubierta leñosaparacocinarycalentar.Esteproductoes la fuentedeenergíapredominanteenlaregión,demandadoporfamiliasquenopuedenobtenergasdomésticoniaccederalaelectricidad,debidoasusbajosingresos.SegúnelDepartamentodeAguayBosquesdeEssaouira,trescuartaspartesdelconsumodemaderaycarbónvegetalparalasnecesidadesenergéticasprovienendelárboldeargányunaquintapartedelathuya.
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Esteusointensivoforestalconducedehechoaunadegradaciónsignificativadelecosistema,cuyapreservaciónsepresentacomounadelasprincipalesapuestasparaasegurareléxitodelosODS.Porestarazón,seproponeacontinuacióneldiseñodeunsistemasolardoméstico,quegenereenergía a partir de paneles fotovoltaicos, para abastecer las necesidades mínimas de loshabitantesdelaviviendacasodeestudio,ypermitirlareduccióndelusodeleñaalbascularhaciaunusodeloscomponentesyaparatosapartirdeenergíaeléctricaymoderna.
5.4.2 DeterminacióndelademandadeenergíaLa demanda energética de la vivienda se orienta principalmente a cocinar y calentar eninverno.ComolosSHSsuministranpocaenergía,ysetratadeunainstalacióndepequeñasdimensionesybajapotencia,sepropone12Vcomotensiónnominal.Lademandaestimadade consumo (enWh/día) semuestraen laTabla11, tantopara loselectrodomésticos o aparatos alimentados directamente en DC, como aquellos otrosalimentadosenAC.EldetalleylajustificacióndelademandaestimadaseencuentranenelAnexo1.Laenergíaconsumidaesigualalproductodesupotencia(enW)poreltiempoestimadodefuncionamiento(enh).DescripcióndelEquipo Potencia(W) NºdeEquipos Horas/día Energía(Wh/día)
5.4.3 EvaluacióndelaspérdidasdelainstalaciónEsimportantecalcularyrealizarunabuenaestimacióndelaspérdidasdelainstalaciónyaquede ello depende el dimensionado de otros componentes de lamisma. Estas pérdidas sepuedenhallarmediantelaecuación(4).
(4)Siendo:
KA Autodescargabaterías.CaracterísticasfabricantebateríaKB Energíaquelabateríadisipaenformadecaloracausadelosprocesosquímicos
unaeficienciadel85%,laspérdidassondel15%.• KR:elreguladorpresentaunaeficienciadel90%.Porlotantolaspérdidassondel10%.• KX:Pordefectoescogemosunvalordel10%.Para el número de días de autonomía que requerirá la instalación, así como para laprofundidaddedescargadelasbaterías,tomamoslosvaloresadecuados.• DAUT: Una aproximación lineal a los datos de la Figura 23, da lugar a las siguientes
Fuente:ElaboraciónpropiaElvaloróptimoeselmenor,porlotantolainclinaciónóptimaesde30°,quecoincideconladeterminadaporelsoftwarePVGIS.Se decide instalar los paneles fotovoltaicos en el techo de la vivienda, para condicionesóptimasdeirradiaciónycontrolderobos.
5.4.5 RadiaciónsolartotaldiariarecibidaEsnecesariodeterminarel recursosolar,esdecir,encontrar losvaloresde radiaciónsolarincidentes en el emplazamiento de nuestra instalación fotovoltaica. Para el cálculo de laradiación solar total diaria recibida mes a mes para dicho ángulo de inclinación (30°)utilizamoslaconocidaherramientaonline,PVGIS,contaldeobtenerlosdatosdeirradiaciónglobal(Anexo2).
n = )ttHSuHKvuH^F (8)Dondetcorrespondealtiempoenhoras.Deestaenergíaincidentesobreelplanodecaptadoressolares,seconsideraqueexisteunaparte no aprovechable, estimando esta pérdida en un 6%. Esta parte no aprovechablecorrespondealasprimerasyúltimashorasdeldíadurantelascualeslapotenciaincidenteesinsuficienteparasertransformadaenenergíatérmicaútil.
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5.4.6 SeleccióndelmodelodepanelydeterminacióndelapotenciaproporcionadaParalaeleccióndelpanelfotovoltaico,sehaintentadoseleccionarelproductoquepresentalamejorrelacióncalidad/precio.Alinstalarseenunazonaruralpobre,tienequegarantizarunaltorendimiento,unagarantíaencasodefallo,unabuenacalidadysostenibilidadypresentarunpreciorazonable.ElmodelodelpanelseleccionadoyasecomercializaenMarruecos,porloqueelgastodeentregaserámínimoyeltransportemásseguro.SeseleccionaelmodeloTS150PdelamarcaTESLASOLAR.Segúnelfabricante,elpanelPVsigueunrigurosoprocesoconcontroldecalidaddelproductoencadaetapadefabricación.Se prueba en condiciones estándar para garantizar un funcionamiento estable y unrendimientodelasinstalaciones.SuscaracterísticasprincipalessemuestranenlaTabla16ysufichatécnicaenelAnexo3.
Fuente:Verbibliografía[30]Latensiónmáximadelsistemadeterminaqueelpanelestádiseñadoparainstalarsejuntoaotrosperoqueensuconjuntonotienenquesuperarelvalorindicado(1000V). La energía (indirectamente expresada en Ah) proporcionada por el conjunto demódulosfotovoltaicosvienedadaporlaecuación(9).
Donde?#$% representa el factor global de pérdidas para nuestro panel fotovoltaico, ennuestrocaso85%,)#ëëcorrespondealacorrienteenelpuntodemáximapotenciadelpanelyn;o = alashorassolarespicoparalainclinaciónde30°.La“horasolarpico”esunaunidadquemidelairradiaciónsolar,ysedefinecomoeltiempoenhorasdeunahipotéticairradianciasolarconstantede1000W/m2.ParaelcálculodelvalorHPS(30°)seemplealaecuación(10),basadaenlosvaloresobtenidosenPVGIS,queaparecenenlaTabla15.Ennuestrocasovamosaconsiderarelvalormediodeirradiacióndelosmesesdelaño.
5.4.7 NúmerototaldemódulosenparaleloyenserieParaaveriguarelnúmerodepanelesfotovoltaicosenparalelo(npp)seemplealaexpresión(10). Corresponde al cociente entre el consumo de energía necesaria para cubrir lasnecesidades(_,*aÉ )divididoporlaenergíaproporcionadaporelconjunto(Emod).
npp=_twÑ′
"LGS= 110,7àℎ
49àℎ= 2,2 ≅ õòóZùDB[ (11)
Porotrolado,elnúmerodepanelesenserie(nps)vendrádadoporlaexpresión(11).Secalculaen funciónde la tensiónnominal del sistema (Vnom) y de la tensióndel puntodemáximapotencia(Vmpp)delmóduloescogido.
nps=JKGLJLs
= 12J17,57J
= 0,68 ≅ âòóZùDB (12)
Despuésdecalcularelnúmerodemódulosenparaleloyenserie,procedemosalcálculodelnúmero total demódulos (ntotal), que será simplemente el producto del nº de paneles enparaleloporelnºdepanelesenserie:
ûABACD = Këë^Kë: = 2^1 = õüCûdDd[ (13)
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Por lo tanto, el esquemade conectividadde losmódulos fotovoltaicos requeridospara lainstalacióndelSHSquedacomomuestralaFigura25.
5.4.8 DimensionadodelasbateríasdealmacenamientoLacapacidadtotaldelasbateríasdealmacenamiento(Calm)sedeterminaenfuncióndelasnecesidades del sistema, teniendo en cuenta los días de autonomía. Se calcula según laexpresión(13).
_'(# =_twÑ′ ^jH†F;j,Lá^
^100 (14)
Durante losdíasde autonomía (sehanestablecido3días) labateríapodrá abastecer a lavivienda,aunquenohayaradiaciónsolar.Dadoqueelconsumomediodela instalaciónes110,7 Ah/día, la batería tendrá que ser capaz de suministrar en los días de autonomíaaproximadamente 330,1 Ah. Todos los parámetros de la expresión (13) se obtuvieronpreviamente,yatravésdelasespecificacionesdadasenlafichatécnicadelabatería.Porlotanto,obtenemosunacapacidadtotaldealmacenamientode:
@CDò =110,7^3
75^100 = ôôõ, äôXY
Enelcasoquenosocupa,debemosbuscarunsistemadeacumuladoresquepermitaobtener12Vnominales,yunacapacidadtotaldeaproximadamenteunos440Ah.ElmodelocomercialdebateríaescogidoeselAccuForce12V-200AhdelaempresaSUNLIGHT(Anexo4).Esunabateríadeplomotipogel,quenorequieremantenimiento,contecnologíaVRLA.Ofreceimportantesventajasentérminosdecostesporciclo,yademás,tieneunalargavidaútilyunrendimientoidealparaaplicacionesdealmacenamientodeenergíarenovable.Se ha seleccionado esta batería ya que, tal como el modelo de panel PV escogido, secomercializaenMarruecosyentonceselgastodeentregaserámínimoyeltransportemásseguro.Esunmodelodebateríacon210Ah@20h,ytensiónde12Vpara6celdas,esdecir,2Vporcelda.
Se conoceel númerodebateríasnecesarias en serie según la siguienteexpresión, que seplanteaenfuncióndelatensiónnominaldelsistemaydelaqueproporcionaunasolabatería.
Fuente:ElaboraciónpropiaSe tieneque tener en cuentaqueestas baterías sonestacionarias deplomo-ácido. Por lotanto,cadaunadelasbateríassecomponedevasos(oceldas)de2Vcadauno.Las6celdassedispondránenserieparacompletarlatensiónde12V.
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5.4.9 Dimensionadodelregulador(convertidorDC/DC)Elreguladorcontrolaelprocesodecargadelasbateríasdesdeelconjuntofotovoltaico,ylasdescargadelasmismashacialacarga.Porlotanto,esimprescindibleconocerunascuantascaracterísticasdefuncionamientoquepermitendimensionarelregulador.EstasincluyenlatensiónnominaldesalidaDC,lacorrientenominaldeentradaalreguladordesdeelgenerador,lacorrientenominaldesalidahacialacargayelrendimientoapotencianominal.El reguladortendráquesoportar lacorrientemáxima,paraellosecalcula lacorrientequeproduce los paneles solares y la corrienteque consume la carga, es decir, la corrientedeentradayladesalidadelregulador.Lacorrientemáximaproporcionadaporlospanelessolares(considerandounincrementodeseguridaddel20%)seobtieneapartirdelaexpresión(16),siendoImpplacorrienteenelpuntodemáximapotenciaproporcionadaporelpanel(seobtieneapartirde lafichatécnicadelfabricante),ynppelnúmerodepanelesconectadosenparaleloparacubrirlasnecesidades.La corriente de salida del inversor es la que consume la carga y se obtiene a partir de laexpresión(17).Habráquetenerencuentalacorrientetotalconsumidaporlacarga,apartirdelaspotenciasconocidasdelascargasDCyAC(Anexo1).Tambiénsetienequeconocerelrendimientodelinversor.
5.4.10 Dimensionadodelinversor(convertidorDC/AC)Paraeldimensionadodelinversoresimprescindibletenerencuentaquelatensióndeentradano siempre es constante, por lo que el inversor debe ser capaz de convertir diferentestensionesenDCdentrodeundeterminadorango.Porlotanto,lapotencianominaldebeserligeramentemásgrandealapotenciamáximadeconsumo,peronoenexcesoparaevitarqueelrendimientoseamuybajo.Lapotenciamínimarequeridaparaelinversorsepuedeobtenerapartirdelaecuación(21)obienapartirdelaecuación(22).Laúltimarequiereescogeruninversorcuyapotencianominalseaun20%superioralacargademandada.
ï•ûπ =;à_?uK¶
= 3000,89
= 344,8P (22)
ï•ûπõ = 1,2^;01 = 360P (23)
PodríamosutilizarelmodelodeinversorPurSinus500VA-12VdelamarcaVICTRONENERGY.Esteinversoresidealparaalimentartodoslosaparatosconpotenciainferiora500W.Estádiseñado para producir corriente sinusoidal pura de alta calidad. Las características másdestacadas de este inversor semuestran en la Tabla 18. Las características completas seencuentranenlafichatécnica(Anexo6).
El dimensionado del cableado de la instalación es indispensable para evitar una caída detensión(c.d.t)excesivaounaumentodelatemperaturaenelcableado.Loprimeropuedeaumentarlaspérdidasenlainstalación,mientrasquelosegundo,puedeprovocarunincendiooundeteriorodelosmaterialesaislantesqueconllevaráunpeligrodecortocircuitos.Porello,esimportanteescogerunasecciónadecuadadelconductorydespuéscomprobarlacorrienteadmisiblesegúnesasección.
Cabe destacar que la interconexión de los diferentes equipos se realiza contratando unprofesional.AlnoteneraccesoaunreglamentopropiodeMarruecos,eldimensionadoserealizadeacuerdoconelREBT.Esimportantequelaseleccióndelcableadoseafiable,quenosedeterioresucapaaislante,niporefectodelaluzsolar,temperaturaohumedad.
Donde S corresponde a la sección (mm2), L representa la longitud del conductor (m), Irepresentalacorrientequecirculaporelconductor(A),>correspondealaconductividaddelmaterialeléctrico(m/(Ω.mm2))yUrepresentalacaídadetensióntotaldelalínea(V).
Todos loscablesserándeCobre,quetieneunaconductividada20ºCde55,6m/Ω.mm2.ApartirdelanormativaITC-BT-19yelPliegodeCondicionesTécnicasdeinstalacionesaisladasdelared,seseleccionaeltipodecableado.EsteseráunipolarconconductoresaisladosentubosempotradosenparedesaislantesyconaislamientoXLPE(Polietilenoreticulado).
Lasseccionesnormalizadasdeloscablesdebensertalquelascaídasdetensiónentreellosesténpordebajodelos límitesrecomendados.Por lotanto,comparamoslaUmáx,caídadetensiónmáximaadmisible,queapareceen laTabla20 para cada circuito, con la caídadetensiónquesecalculadeacuerdoconlasseccionesnormalizadasobtenidas.
5.4.12 Protecciones Lasproteccionesque se recomienda incluirenel cuadrodemandoyprotecciones sonunfusibleporcadacircuito,correspondientesalaparteDC,uninterruptorgeneralautomático(IGA)yuninterruptordiferencial(ID)paraelcircuitoAC.A continuación se presenta un esquema simple correspondiente a nuestra instalaciónfotovoltaicaysusprotecciones.
Figura28:EsquemasimpledelainstalacióndelSHS
Fuente:Elaboraciónpropia
5.5 PresupuestodelSHS ElanálisiseconómicodelsistemahaimplicadoelusodediferentesrecursosquenosbrindaInternetytambiénelcontactodirectoconunascuantasentidadeseconómicas.Los costes indicados en la Tabla 21 representan la inversión inicial, que comprende loscomponentes necesarios de la instalación fotovoltaica. Cabe destacar que todos estoscomponentesseencuentranactualmenteenelmercadoyenelpaísdelcasodeestudio,loquepermitereducirloscostesrelacionadosconeltransporteylosriesgosderoboodañoquepodríanexperimentar.
El alcance del proyecto abarca sólo una estimación de los componentes de la instalacióneléctrica. En Marruecos, los electricistas que se ocupan de las instalaciones de loscomponentes también se encargan de comprar los cables y protecciones necesarios paradichainstalación.Elpreciorelacionadoconsutrabajonodependedelashorasrealizadas,esunatarifafijaparacualquierinstalacióndecableadoenlazonacasodeestudio[54].Laestimacióntendráencuentaloscablesyproteccionesnecesariosdelainstalaciónmáslamanodeobradelelectricista,ygastosadicionalesrelacionadosconeltransporte.
Elgastodelcableadoydelasproteccionessehaestimadoal1,5%y2,5%respectivamente,respectoaltotalde la instalaciónfotovoltaica.Estosvaloressehanelegidosegúnestudiossimilaresysegúnelcableadodimensionadoanteriormenteylasproteccionesestablecidas.Eltransportenosuponeuncostemuyelevadodebidoaqueloscomponentesseleccionadosnoseránimportadosdesdeelextranjero.Lomásrentableserácontratarunaempresamarroquídetransportesrápidos.Elcosteseestimaal8%delcostetotaldelainstalaciónfotovoltaica[55].
5.6 MecanismodefinanciaciónparaelSHS Antesdetodo,es importantemencionarquelafinalidaddeesteproyectoseríaaplicarloatodosloshogaresdeldouar.Primeramente, se tendría que crear un programa de lucha contra la deforestación, ladesertificaciónyelcambioclimático,garantizandolaseguridadenergéticadelaspoblacionesrurales pobres. Para ello se tendría que lograr una colaboración entre la ONEE (OficinaNacionaldeElectricidadydeAguaPotable)[56]ylaHCEFLCD(AltaComisiónparaelAguaylosBosquesylaLuchacontralaDesertificación)[57].
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Elprogramamencionadodebebeneficiardeunapoyonacionaleinternacionalconelfindeobtenersubvencionesparagarantizarinstalacionesgratuitasyadaptarloscostosmensualesalosmedioseconómicosdeloshogares.El apoyo financiero nacional puede ser proporcionado por la SIE (Empresa de IngenieríaEléctrica)[58]olaONEE.Encuantoalapoyo internacional,elbancoalemánKfW[59]puedeprovisionarcréditosdeinversión y financiar proyectos de técnicas que permitan ahorrar energía y ayudar aldesarrollo.TambiénelFFEM[60](FondoFrancésparaelMedioAmbienteMundial)puedeserunaalternativaperfecta.Consisteenfinanciarproyectosinnovadoresparaelmedioambienteenpaísesenvíasdedesarrolloyapoyariniciativascapacesdegenerarbeneficiosambientales,socialesyeconómicoslocales.Tienecomoobjetivo,entreotros,preservarlabiodiversidad,elclimaylatierra.Porotrolado,sepuederecurriraHorizonEurope(2021-2027)[61].EsteeselprogramadeinvestigacióneinnovaciónmásgrandedelaUniónEuropeaqueofrecealasuniversidades,institutosdeinvestigación,empresasyorganismospúblicoslaposibilidaddetrabajarjuntosenproyectosinternacionalesyayudaragestionarlosconéxito
5.7 AplicacióndelosODSenelproyectoEn este apartado se analiza el proyecto del SHS diseñado a partir de la metodologíaestablecidaenelcapítulo:DESARROLLOSOSTENIBLEENPROYECTOSENERGÉTICOS.Se obtendrá una vista general de la contribución del proyecto a los ODS y a sus metas,identificandolosODSalosquemáscontribuyeelsector.Laprimeraetapadelametodologíaconsisteenseleccionarelproyecto.EsteobviamenteeselSHSdiseñadoparaelcasodeestudio.Lasegundaetapaserealizautilizandolatabla3yaplicandolametodologíamencionada.Asíobtenemoslossiguientesresultados:
1.5 Reducir la exposición de los más vulnerables a los fenómenosextremos relacionados con el clima y a los posibles desastreseconómicos,socialesyambientales
ODS2
2.4 Asegurar la sostenibilidad de los sistemas de producción dealimentos, contribuir al mantenimiento de los ecosistemas,mejorarlacalidaddelsueloydelatierra
ODS3 3.9 Reducir el número de enfermedades producidos por productosquímicosyporlacontaminacióndelsuelo
17.16 Mejorar la alianza mundial para el desarrollo sostenible,intercambiando conocimientos, especialización , tecnología yrecursosfinancieros
17.17 Fomentar y promover la constitución de alianzas en todas lasesferas
Tabla26:Metasquecontribuyenalproyectoseleccionado
Fuente:Elaboraciónpropiay[9]Comosepuedeobservar,secubrentodaslasmetasdelODS7(accesoalaenergía).OtrosODSrelacionadostambiénseconectanalproyecto.PorejemploelODS8,elquepromueveuntrabajodecenteyuncrecimientoeconómico,actúaenelproyectoporqueunadesusfinalidades,másalládelainstalacióndelSHS,esencontrarmano de obra local. Puede ser una oportunidad inestimable para los electricistas que seencargaríanporejemplode llevaracaboelproyectodemayorenvergaduraypodríanseracudidospararealizarelmantenimientodelainstalación.Laluzeléctrica,losmediosdecomunicaciónmodernosyelaccesoalasnuevastecnologíasmejora las oportunidades de formación (ODS 13). Cocinar y calentar con combustiblesmodernosoelectricidadesmássano(ODS3)yreducelascargasdetrabajo,especialmenteparamujeresyniños.
Laenergíamodernapuedemejorarsignificativamente lascondicionesdevidaen laszonasruralesyayudaralimitareléxodorural(ODS9).El acceso a servicios energéticosmodernos es una herramienta esencial paramejorar lashabilidadesdelosdesfavorecidos,asícomoparapromoverlaigualdad.Elaccesoalaenergíasostenibledebeformularsecomounderechohumanofundamental(ODS1).
Factoresdeéxito Alto Med Bajo N/AIdentificacióndelaspartesinteresadasdelprograma X Accesoaunaenergíamáslimpia X Cambiodecombustiblestradicionales X Mejoradelascondicionesdevida X Previsióndeunmecanismodefinanciaciónenelprograma X Disponibilidaddelreciclajedebaterías X Formacióndelosusuariosencuantoalautilizacióndelsistema X Disponibilidadderepuestosenelárealocal X Formacióndelaspersonaslocalesparaelmantenimientodelsistema X Generacióndeoportunidadesdeempleoenelárealocal X Construccióndeunserviciopostventa XDiseñodelsistemaenfuncióndelasnecesidadesdelosusuarios X
SegúnlosresultadosmostradosenlaTabla27, lamejoranecesariaparagarantizareléxitocompletodelprogramaseríalaformacióndelapoblaciónlocalsobreelmantenimientodesistemasyelserviciopostventa.Paraelloseránecesariofacilitarpiezasderepuestoenlazonalocal.Ladisponibilidaddelreciclajedebateríaesposibleperonosehatenidoencuentaalahoradediseñarel sistema,así como la formaciónde losusuariosencuantoa lautilizacióndelsistema.
óò•[•Bûd[Z•Cc•C[CYBccCZC[ = "&$&'(^æ_ø¿w(34)LaEtotal correspondea laenergíaconsumidadiariamenteenelcasodeestudio.Estevalor,calculadoanteriormente,esde710Whpordía.ElvalorMCO2ecorrespondealvalormediodelasemisionesasociadasalageneracióndelaelectricidaddisponibleenlaredeléctrica.LaADEME (Agencia del Medio Ambiente y la gestión de la Energía ) estima un valor, en
= Ç, â√iA@ƒõ/CñBAlolargodetodalavidaútildelproyecto,seahorraránunvalorde0,186tCO2cadaaño.Además, el proyecto permitirá la reducción del uso de leña y de la vulnerabilidad de lapoblaciónalcambioclimático,sindejardegarantizarlaseguridadenergéticaalaspoblacionesruralesmáspobres.Así,elpaísestarámenosexpuestoaladeforestación,loquetienecomoconsecuencia grave, además de la pérdida de biodiversidad, la disminución de ladisponibilidadderecursoshídricos.El cumplimiento de los ODS contribuirá a los resultados deseados, descritos entre lasdiferentesmetasdecadaobjetivo.Esecumplimientogeneraráunimpactomedioambientalpositivo,comosepuedeobservarenelapartadoanteriorAplicacióndelosODSenelproyecto.
5.10 RecomendacionesElsistemasolardomésticodiseñadoanteriormente,comosecomentóalprincipiodelcasodeestudio,poneenevidencialatransferenciadesubsidiosdedicadosalgasalaproduccióndeelectricidadparasuposible instalaciónyparaeliminargradualmenteelusode leñaen lasáreas con alta deforestación. Sin embargo, este proyecto sólo puede realizarsemediantegrandesayudasexterioresoatravésdeasociacionescapacesdefinanciarlo.Apesardesusventajas,laimplementacióndelSHSnotieneimpactoenelusodeleñasinose orienta hacia el uso de una placa eléctrica como la propuesta en elAnexo 1. En otraspalabras,laimplementacióndeproyectosdeenergíarenovablenogarantizaplenamentelaseguridadenergéticadelaspoblacionesruralespobresy,porlotanto,lashacevulnerablesalcambio climático y al no cumplimiento de los ODS. Para superar este problema, se hadesarrolladounarecomendación.Consisteenelestudiodeloshornossolares,delacualsehablarábrevemente.
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5.10.1 LoshornossolaresElestablecimientoyeléxitodehornossolarespuedecontribuiramejorarlascondicionesdevidadevarioshogaresmarroquíes.Elobjetivoprincipalesdesarrollarypromoverunamayorcantidaddehornossolaresqueseaneficientes,fiables,adaptablesalasnecesidadesdelosbeneficiariosydeunpreciobajo.Estoshornos,sisondealtorendimiento,puedenpermitiralosresidentesdejardeutilizarmaderadelosbosquesparasusnecesidadesdiariasencocinas(platoscocinados)yenbaños(aguacaliente).Suusopodríaserunaalternativamuyinteresanteyunasoluciónviablequepuedaaumentarelpoderadquisitivode loshogares,disminuirconsiderablemente laemisióndedióxidodecarbono,ladeforestación,ylaerosióndelsuelo,disminuirlasmortalidadescausadasporlasenfermedadesrespiratoriasyparticiparalacreacióndeempleos.Lazonacasodeestudio,localizadaenlaregióndeSmimou,estámuyafectadaporlagravedadde la deforestación. La implementación de hornos solares sería una gran ventaja para lacomunidadrural,sinembargo,hadeiracompañadadeseminariosquepermitansensibilizarloshabitantessobrelosproblemasenergéticosylapolucióndelmedioambiente.Tambiénesimportante organizar sesiones de formación de utilización de los hornos, para que lasatisfaccióndeloshabitantesencuantoasufuncionamientoseamáxima.Elhornosolarconsisteentransformarlaenergíaprovenientedelsolenpodercaloríficoparacalentarlosalimentos.Tambiénseconocecomococinasolardecaja,formadaporunvolumenaislado térmicamente del exterior. La radiación solar pasa a través de una superficietransparente(generalmentedecristal)queevitalasalidadelcaloralexterior.Elnegromatedelinteriordelacajapermitelaformacióndeenergíacalorífica.Elcalorsetransmitehacialaollamedianteconvecciónyconduccióninterior.
Enelmercadoactualexistenhornossolarescomerciales,defabricaciónartesanalycaseros,quevaríanenfuncióndelapotencia,diseño,tamaño,materiales,etc.Lacoccióndelosalimentosenelhornosolarpermitemantenersusabornatural.Sepuedenprepararlasmismasrecetasquesehacenenunhornoconvencional.Latemperaturamáximaquesepuedealcanzarenunhornosolardependedesuseficienciaydel lugar de la zona y las condiciones meteorológicas. En general, y en condicionesatmosféricas favorables, sepuedenalcanzar temperaturasmáximasentre180y200C .Acontinuaciónobservamosungráficoqueilustralastemperaturasadecuadasdecocciónenunhornosolar.
Los aspectosmás importantes a considerar en el caso de implantar esta tecnología en laviviendacasodeestudio,despuésdepreguntaraunascuantaspersonasenlosalrededoresdelazonasobrelasexigenciasquesepiden,semuestranenlaTabla28.
Fuente:Verbibliografías[37][38]Comosecomentópreviamenteeneltrabajo,Smimouesunazonaconmuchosol,porloqueelfuncionamientodelhornosolaresmuyconvenienteeneselugar.Porotraparte,elhornofunciona en cualquier lugar, sin conexión al gas ni a la electricidad, y en caso de falta deinfraestructuraoposibleapagón,comopuedeocurrirennuestrocaso,permitecocinardetodosmodos.Esunmétododecocciónmuyadecuadoenlospaísesendesarrollo.Al no consumir ni gas ni electricidad, este dispositivo, si se usa regularmente, permite unimportanteahorroenergéticoyeconómico.Esteequipoayudaalimitarelcalentamientoglobalalreducirlasemisionesdegasesdeefectoinvernadero.Elusodelhornosolarpuedeayudarclaramentealimitarladeforestaciónydejardedependermuchodelaleñaparacocinar.Cumpleentoncesconalgunosdelosobjetivosdeldesarrollosostenible:
Fuente:ElaboraciónpropiaRespectoa lasdesventajascomentadasya lasexigencias requeridaspor loshabitantes, laúnica solución recomendada sería diseñar un nuevo prototipo que resulte atractivo a lacomunidad: un horno de tamaño reducido que se puede orientar hacia la radiación solardirectaautomáticamente,quemaximizaentonceslaenergíadeentradayminimizaeltiempodedicadoacocinar.
6. CONCLUSIONESAraízdeltrabajorealizadoobtenemoslassiguientesconclusiones:Enestetrabajosehanidentificadolosdiferentestiposdesistemasenergéticosaisladosdelared que se suelen instalar en los países en vías de desarrollo. Estos sistemas incluyen laslinternas solares, los SHS, los quioscos de energía y las micro-redes, y se seleccionandependiendodelasnecesidadesdelapoblaciónydellugardeaplicación.Paraevitarcualquiertipodefracasosehandeterminadounasconsideracionesexternasquesetienenquetenerencuentaalahoradeimplementarelsistema,comoporejemplo,losarriesgadosrobosdeelectricidad,lacalidaddeloscomponentes,elusoylacalidaddeequipos,etc.Porotraparte,alanalizarlosobjetivosdeDesarrolloSosteniblemarcadosporlaONUen2015parasatisfacerelplandeaccióndeseadopara2030,sehanotadoquemuchosdeellospuedenaplicarse a sistemas energéticos en países en desarrollo. Se ha notado una fuerteinterdependenciaentreelODS7,elODS8,elODS13yelODS17.Pararealizarunanálisismásprofundo, se ha facilitado una metodología de aplicación a un proyecto específico, quepermiteevaluarlosobjetivos,ysusmetas,quecontribuyenmásaldesarrollosostenible.Determinarelcasodeestudionohasidomuysencillo,debidoalalimitaciónencuantoalosdatosnecesarios,perofinalmentesehaoptadoporcentrarseenMarruecos.Alanalizarsusituación actual, hemos observado que este país en desarrollo tiene un gran potencialenergético y ha establecido varias estrategias para contribuir al Desarrollo Sostenible. Sinembargotodavíaencontramosmétodosdeproducciónyconsumodeenergíasnososteniblesenlaszonasmáspobres.Entreellosdestacaelusodelaleñaparacocinarycalentar,loqueconllevaaladeforestaciónydesertificacióndelaszonasmásvulnerables.Paralimitarelusodeleña,sehapropuestounSHS,elcualsehaexaminadoconunenfoqueparticularconrespectoalosotrossistemasidentificados,enunazonadeMarruecosconaltadeforestación.Eldiseñoydimensionadodelainstalaciónsolarfotovoltaicaseharealizadoconunconsiderablemargendeseguridady,paracumplirlosrequisitosdesostenibilidad,sehaescogidounoscomponentesasequibles,fiablesyquetenganencuentalasconsideracionesexternasmencionadasanteriormente.Alaplicarlametodologíadeldesarrollosostenible,hemosobservadoqueefectivamente,elproyectocumplediversasmetasdelosODSygarantizalasostenibilidadambiental.Realizandoesteproyecto,sebuscaprincipalmentesuexpansiónamásviviendasdelmismotipo y con las mismas insuficiencias. Al realizar el análisis económico de la instalación,observamosqueesunainversiónimportantequesólosepuedefinanciarmedianteapoyosnacionales e internacionales. Se han propuesto unas cuantas instituciones y bancos quepodríanayudaralahoradeimplementarelproyecto.Para finalizar el trabajo, se ha propuesto una recomendación que puede ser una buenaalternativaparacombatirladeforestaciónenlazonacasodeestudio.Porejemplo,loshornossolaressuponenuncostemenor,ysisediseñanrespetandolasnecesidadesdelapoblaciónruralyaplicandolosrequisitosdesostenibilidad,puedenlimitarfuertementedichoproblemaambiental.
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Figura33:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHahaSe estima una superficie de 35 m2 y una familia de 4 personas [24]. El alcance de estaelectrificación abarca la iluminación interior, una radio, un televisor, un teléfonomóvil yequiposdebajapotenciaparalacocina.ElcálculodelademandaestimadaseharealizadomediantelaherramientadecalculoExcel.EnlaTabla31semuestraelresultadodelestudio.Para la iluminación se propone bombillas tipo led, ya que su bajo consumo permite unimportante ahorro energético. También se incluye una radio y televisor, que les permitedisponerdemásconocimientosyseguirlaactualidad.Yfinalmente,paralacocinasepropone
Estas gráficas corresponden a la irradiancia de cada mes, la potencia instantánea de laradiaciónsolarrecibidaporunidaddesuperficie(W/m2).SehanrealizadoenlaherramientaExcelapartirdelosdatosrecibidosmediantePVGIS,quecorrespondenalairradiaciónglobalparaelánguloóptimo,30°.Apartirdeestosdatossehanobtenidolosvaloresderadiaciónsolardisponiblediariamenteymensualmente,queseencuentranenlaTabla15.
SpecificationsNominal Voltage 12 VNumber of cells 6Design Life 10 years Length 522 mm
Dimensions Width 238 mm
Height 218 mm Total Height 221 mmApprox. Weight 0.75 kg 20 hours rate (10.5 A, 10.8 V) 210 Ah 10 hours rate (20.0 A, 10.8 V) 200 AhNominal Capacity (25ºC)
5 hours rate (35.0 A, 10.5 V) 175 Ah 1 hour rate (124.0 A, 9.6 V) 124 AhMax. Discharge Current (25ºC) 1600 A (5s)Internal Resistance
3.0 mOhmsFully Charged battery (25ºC)Self-Discharge 3% of capacity declined per month at 20ºC (average) Discharge : -15ºC~50ºCOperating Temperature Range Charge : -10ºC~50ºC Storage : -20ºC~50ºCShort Circuit Current 5420 A Cycle use 2.40-2.45 Vpc
Charge Methods: Maximum charging current 60 A
Constant Voltage Charge (25ºC) Temperature compensation -30 mV/ºC
Standby use 2.23-2.27 Vpc Temperature compensation -18 mV/ºC
Dimensions
Battery Construction Component Positive Plate Negative Plate Container Cover Safety Valve Terminal Separator Electrolyte Raw material Lead dioxide Lead ABS ABS Rubber Copper Fiberglass Sulfuric acid
Brief Instruction24V 12V Auto Solar Panel Battery Charge Controller 60A 50A 40A 30A 20A 10A LCD Solar CollectorRegulator with Dual USB Output 5V. This is New Solar Controller ,It can fully meet your home Photovoltaicsystem(including home lighting system )requirements .It can recognize 12V and 24V Lead acid ,Gel batteryautomatically .
Port de communication VE.Direct Le port VE.Direct peut être raccordé à : • Un ordinateur (Câble d'interface VE.Direct-USB nécessaire). • Smartphones Apple et Android, tablettes, macbooks et autres dispositifs
(une clé électronique Bluetooth Smart communicant avec VE.Direct est nécessaire).
Entièrement configurable : • Niveaux de réinitialisation et déclenchement de l'alarme en cas de tension de batterie faible • Niveaux de redémarrage et coupure en cas de tension de batterie faible • Coupure dynamique : niveau de coupure en fonction de la charge • Tension de sortie 210 - 245 V • Fréquence de sortie 50 Hz ou 60 Hz • Niveau de détection du mode ECO et Allumage/arrêt du mode ECO
Surveillance : • Tension d’entrée et de sortie, % de charge et alarmes Fiabilité reconnue La topologie de pont complet avec un transformateur toroïdal a démontré sa fiabilité depuis des années. Les convertisseurs sont protégés contre les courts-circuits et la surchauffe, que ce soit en cas de surcharge ou de température ambiante élevée. Forte puissance de démarrage Nécessaire pour démarrer des charges telles que des convertisseurs de puissance pour des ampoules LED, halogènes ou des outils électriques. Mode ECO En mode ECO, le convertisseur commutera sur pause si la charge chute en dessous d'une valeur prédéterminée (charge minimale : 15 W). Une fois sur pause, le convertisseur s'allumera une courte période de temps (réglable ; par défaut : toutes les 2,5 secondes). Si la charge dépasse un niveau préconfiguré, le convertisseur restera allumé. On/off à distance. Un interrupteur à distance d'allumage/arrêt peut être connecté à un connecteur à deux pôles ou entre le pôle positif de la batterie et le contact gauche du connecteur à deux pôles. LED de diagnostic Veuillez consulter le manuel pour une description. Pour transférer la charge vers une autre source CA : le commutateur de transfert automatique Pour nos convertisseurs de faible puissance, nous recommandons l'utilisation de notre commutateur de transfert automatique Filax. Le Filax bénéficie d'un temps de transfert très rapide (inférieur à 20 millisecondes) afin que les ordinateurs et les autres équipements électroniques puissent continuer de fonctionner sans interruption. Disponible avec différentes prises de sortie Schuko UK AU/NZ IEC-320 Nema 5-15R
(prise mâle incluse) Bornes à vis Aucun outil spécifique n'est nécessaire à l'installation.
Convertisseurs Phoenix 250 VA – 1200 VA 230 V et 120 V, 50 Hz ou 60 Hz