Herramientas para la evaluación de sistemas de electrificación rural fotovoltaica

Resumen

Resumen La tecnología de sistemas fotovoltaicos autónomos es una solución de gran utilidad para la electrificación rural, especialmente en los lugares más alejados de las redes convencionales de energía eléctrica, considerando que se aprovecha de una fuente de energía renovable como es la solar. Se destaca su uso en aplicaciones tales como: el alumbrado de casas y de postas de salud, sistemas de abastecimiento de agua para el consumo humano y procesos productivos agropecuarios. Un número significativo de programas de electrificación alrededor del mundo han mostrado que la fiabilidad y la sostenibilidad de estos tipos de sistemas no está necesariamente garantizada considerando el actual estado del arte de dicha tecnología. En este marco de referencia, el objetivo general de esta tesis doctoral es desarrollar herramientas de evaluación de sistemas de electrificación rural fotovoltaica que contribuyan a mejorar la calidad de este tipo de sistemas. El primer capítulo describe la realidad del sistema eléctrico chileno, caracterizado por una gran dependencia energética. También se analiza la introducción de la tecnología fotovoltaica en Chile en los años 1980. Se caracteriza la irradiación solar que existe en la XV región de Chile, considerada como una de las más altas del mundo. Adicionalmente, se presenta un análisis de las necesidades de la realidad fotovoltaica en el país. En el segundo capítulo, se presentan los objetivos generales y específicos de esta tesis doctoral. En el tercer capítulo se desarrolla la herramienta de simulación y de evaluación de sistemas de bombeo fotovoltaico. El primer bloque corresponde al modelo matemático utilizado para la obtención de la potencia DC entregada por el generador; el segundo bloque analiza el comportamiento del convertidor de frecuencia; el tercer bloque modela el comportamiento del motor eléctrico; y el cuarto bloque incluye el modelo matemático de la bombas centrífuga y del pozo profundo. Adicionalmente, se entregan los resultados de las diferentes simulaciones numéricas y la validación de los resultados numéricos con resultados de ensayos de laboratorios obtenidos en un banco de pruebas de bombas fotovoltaicas. El cuarto capítulo desarrolla la herramienta de simulación de sistemas fotovoltaicos autónomos y la metodología para evaluar este tipo de sistemas en el campo. Esta metodología se ha basado en normas de amplia aceptación (como la denominada Universal Technical Standard for Solar Home Systems) así como en las recomendaciones de la Comisión Nacional de la Energía chilena. El quinto capítulo presenta la evaluación del programa de electrificación rural fotovoltaica en el norte de Chile. Para ello se ha tomado una muestra de sistemas fotovoltaicos autónomos instalados en el valle rural de Codpa. Se ha analizado tanto el consumo energético en los sistemas, como el comportamiento de los componentes desde el punto de vista de su fiabilidad. Un análisis similar se ha realizado con una muestra de sistemas de bombeo fotovoltaico. Se extraen conclusiones de este trabajo de campo en forma de lecciones aprendidas y que pueden ser aplicadas a futuros programas de electrificación rural. El capítulo conclusivo resume los principales resultados y presenta las conclusiones más importantes de la tesis. Se entregan algunas sugerencias para seguir en esta línea investigadora para el aseguramiento de la sostenibilidad y confiabilidad de los sistemas autónomos de electrificación rural.