Cuarto Congreso Nacional – Tercer Congreso Iberoamericano Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2011

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PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA SOLAR SAN JUAN I: DESCRIPCIÓN DE SU DISEÑO Y DETALLES DE OPERACIÓN

Gambetta, Pablo (1), Doña, Víctor Manuel (2)

(1) Ingeniero Senior - Energía Provincial Sociedad del Estado (EPSE) – Responsable de energías no convencionales y MDL. Agustín Gnecco 350 (S), San Juan, Argentina.

email: pgambetta@epse.com.ar, pgambetta@inar.net (2) Presidente del Bloque Justicialista - Cámara de Diputados de la Provincia de San Juan.

Investigador del Instituto de Energía Eléctrica - Universidad Nacional de San Juan. Av. Libertador San Martin y Av. Las Heras, CP 5400, San Juan, Argentina.

email: dipdona@legsanjuan.gov.ar.

RESUMEN En el marco del Proyecto Solar San Juan y con una visión estratégica se realizó en la Provincia de San Juan una Licitación Pública Internacional a los fines de construir una Planta Solar Fotovoltaica (FV) Piloto diseñada a modo laboratorio con la inclusión de diferentes tecnologías. Esta planta denominada SOLAR SAN JUAN I, que entró en operación en marzo de 2011 y fue inaugurada el 18 de abril de 2011, fue financiada totalmente por la provincia y controlada su construcción de acuerdo a lo requerido en los pliegos licitatorios mediante especialistas provinciales y nacionales.

La planta piloto fotovoltaica SOLAR SAN JUAN I fue concebida como un centro para el estudio y evaluación de las distintas tecnologías vinculadas con la energía fotovoltaica y su interacción con la red eléctrica. SOLAR SAN JUAN I con sus 1209 kWp es un laboratorio a escala real de un sistema FV de alta potencia conectado a red. Está compuesto por seis subcampos independientes en los que se combinan distintas tecnologías de paneles con distintos sistemas de soporte y seguimiento solar, y un avanzado sistema de medición SCADA para el seguimiento de todas y cada una de las variables de interés. Por su tipo, constituye la primera central FV conectada a red en Latinoamérica.

En este trabajo se realiza primeramente una breve descripción del Proyecto Solar San Juan, en la que se enmarca la construcción de la planta SOLAR SAN JUAN I, para luego enumerar sintéticamente los pasos que se siguieron hasta su inauguración, como así una descripción del diseño de la planta y su ingeniería, sistemas de seguridad y protecciones y estimaciones preliminares de producción de energía. Finalmente se exponen algunos resultados de la operación real obtenidos a la fecha. Palabras Claves: Energías Renovables, Energía Solar Fotovoltaica, Planta Solar, Conexión a Red.

1. INTRODUCCIÓN La matriz energética nacional es altamente fósil-dependiente (89% del total). Estos recursos primarios convencionales y no renovables se van agotando a un ritmo cada vez mayor, en función del crecimiento de la población y su bienestar. La Ley N° 26.190 ha explicitado que el 8% de la energía total consumida en el año 2016 debe provenir de fuentes renovables. En este sentido, la Provincia de San Juan viene implementando políticas en el desarrollo y construcción de centrales de energía en base a recursos renovables como el agua, el viento, el sol, y el uso de vapores endógenos. San Juan es un enorme desierto montañoso con paisajes inigualables. Un 97% de su superficie son montañas y zonas áridas desérticas y semidesérticas (80% montañas y 17% desiertos), y posee dos ríos principales. Hoy, el

abastecimiento energético de la provincia es cubierto principalmente en base a energía hidráulica, pero su proyección en el futuro es limitada. Por ello, se está avanzando en otras alternativas. Desde el punto de vista energético se encuentra interconectado actualmente a través de tres líneas de transmisión en 132 kV, 220 kV y 500 kV a la provincia de Mendoza y con ello al Sistema Argentino de Interconexión (SADI), para cubrir suficientes niveles de importación o de exportación de energía.

En particular, San Juan tiene todas las posibilidades, condiciones climáticas, geográficas y de disponibilidad de recursos para promover el uso de la energía solar, en especial la fotovoltaica. Es así que en el año 2009 se realizó el proceso licitatorio de una central solar del tipo fotovoltaica de 1.2 MWp que permitiera inyectar su energía al Sistema Interconectado Provincial. Esta central que se financió por la provincia, cuya construcción arrancó en marzo

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de 2010 y se inauguró en abril de 2011, ya se encuentra entregando energía limpia a la red provincial y conectada formalmente al MEM. Se la diseñó de manera de probar en ella distintas tecnologías de silicio con diferentes tipos de movimiento de estructuras de paneles fotovoltaicos, con la finalidad de verificar cual tecnología es la que se adaptaría mejor a San Juan teniendo en cuenta la ecuación costo-beneficio medida en un período determinado. Esto permitirá definir hacia donde se sigue creciendo en el uso y aplicación de estas tecnologías, mientras se van resolviendo todos los aspectos legales y regulatorios, en los que se está trabajando en el ámbito de la provincia, a los efectos de que este mercado crezca no solo en las zonas aisladas de la red, sino en el sector residencial, comercial e industrial conectado a red.

Esta decisión de la provincia acarreó que luego en la licitación GENREN motorizada por ENARSA en la Nación sobre fines del año 2009, se presentaran 7 proyectos de energía fotovoltaica en San Juan, de los cuales se adjudicaron 6 por un total de 20 MWp, de los cuales los primeros 5 MWp ya están en construcción y su puesta en operación será a fines del 2011. Adicionalmente se suscribió un convenio entre ENARSA, una empresa solar portuguesa y la Empresa Provincial de Energía (EPSE), para construir adicionalmente otros 10 MWp fotovoltaicos extras. Todos estos proyectos por su tipo y envergadura están siendo los pioneros en Latinoamérica, inclusive la planta que ya inauguró el propio Gobierno de San Juan.

2. EL PROYECTO SOLAR SAN JUAN Por iniciativa del Gobierno Provincial y con el apoyo del Gobierno Nacional, se está desarrollando el Proyecto Solar San Juan, que pretende fundar las bases para el crecimiento de la tecnología fotovoltaica en todos sus tópicos, desde la producción del silicio grado solar, la fabricación de celdas y módulos fotovoltaicos y la inserción y uso de los mismos en el sector residencial, comercial, agrícola e industrial, además del montaje de centrales de generación fotovoltaicas de envergadura. A estos efectos se están realizando diversos estudios e investigaciones tendientes a ir resolviendo los aspectos administrativos, técnicos, regulatorios y legales necesarios para su implementación y crecimiento.

En particular, la provincia de San Juan, presenta muy buenas condiciones para este desarrollo, ya que posee:

Disponibilidad de Cuarzo de buena calidad para producir Silicio

Industria existente con capacidad para producir Silicio

Alta radiación solar y alto promedio horas sol año (hasta 7700 Wh/m2/dia)

Disponibilidad de terrenos desérticos y semidesérticos para emprendimientos de gran escala.

Disponibilidad de Infraestructura y de Recursos humanos especializados.

Entre los Objetivos Específicos del Proyecto Solar San Juan se pueden citar las siguientes fases:

Producción: Establecer la fabricación de paneles solares fotovoltaicos, con una gran integración vertical, que incluya todas las etapas productivas, desde la extracción y obtención de la materia prima estratégica, el silicio grado metalúrgico (Si Me) y calidad solar (Si Solar), la obtención de obleas de Silicio y de celdas fotovoltaicas; y hasta la propia fabricación de los paneles solares listos para ser utilizados.

Comercialización: Desarrollar regionalmente proyectos de generación solar fotovoltaica de gran envergadura (centrales de generación fotovoltaica) todos conectados a red, que aseguren la utilización sostenida de los productos fabricados. Promover además la instalación de paneles fotovoltaicos en el sector residencial, comercial e industrial y la instalación de generación fotovoltaica para sistemas de bombeo y riego presurizado conectados a red.

Investigación y Desarrollo: Promover la adquisición de know-how, la investigación y desarrollo local de energía solar.

Instrumentación de Políticas Guberna-mentales: Adecuar el marco legal y regulatorio que permitan el uso creciente de energía solar.

La tecnología del Silicio es la mundialmente expandida para el desarrollo de la energía fotovoltaica, que abarca las tradicionales del Silicio monocristalino (m-Si), Silicio policristalino (p-Si) y Silicio amorfo (capa delgada a-Si), aunque complementariamente y en menor porcentajes existen otras tecnologías basadas en otros materiales. La energía fotovoltaica basada en la industria del silicio, si bien la más desarrollada, todavía no alcanza niveles de competitividad totales, en términos de costos por kWh generado.

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1,2 MWp + 30 MWp

Figura 1: Alternativa para el desarrollo del Proyecto Solar San Juan (FV)

Sin embargo, en los países de vanguardia en estos desarrollos como Alemania, España y Japón, y en menor grado Italia, han implementado medidas de promoción y esquemas exitosos que han permitido el crecimiento sostenido exponencial de este mercado en los últimos años, aún no teniendo las mejores condiciones desde el punto de vista climático. Para el aprovechamiento a gran escala y bajo costo de la energía solar se debe contar básicamente con buena/alta radiación solar y disponibilidad de terrenos marginales de bajo costo para la instalación de los equipos solares. La competitividad se irá alcanzando en distintas épocas en las diferentes regiones, dependiendo de las cualidades mencionadas y de los precios reales (no subsidiados) de las energías locales. La Provincia de San Juan presenta condiciones muy competitivas en este sentido.

En la Figura 1 se puede observar la cadena de valor agregado del Silicio que contiene una alternativa para el desarrollo del Proyecto planeado en San Juan. Este Proyecto se ha comenzado a trabajar desde los extremos y se lo va implementando en el sentido de las flechas hasta que se integre la cadena completa. Por un lado, en un extremo se cuenta con una industria que produce Silicio Grado Metálico a partir del Cuarzo, y se está realizando la evaluación técnica-económica para producir Gas Xilano para paneles FV de Silicio amorfo y/o Silicio Grado Solar poly o monocristalino para las celdas. Por el otro extremo, y a modo de ir adquiriendo experiencia, se ha instalado esta primera central solar fotovoltaica de 1.2 MWp, diseñada como laboratorio con las distintas tecnologías existentes en el mercado. Esta central fue adjudicada y construida por la Empresa española COMSA ENTE y ha incluido capacitación en todas sus etapas de construcción y actualmente en la operación, monitoreo y mediciones. Asimismo, ya están en construcción los otros emprendimientos ya adjudicados por el programa GENREN, y se mantienen gestiones avanzadas en relación a la instalación de una fábrica de celdas y paneles FV

Paralelamente se trabaja en los procesos regulatorios y legales que permitan la inserción de energía solar fotovoltaica como Generación Distribuida en el sector residencial, comercial y agroindustrial, en particular también en esta área para el uso de bombeo para extracción de agua y distribución de riego por goteo en aplicaciones agrícolas. Se estudia adicionalmente la implementación de un sistema de primas Feed-In-Tariff combinando una Ley Nacional y Legislación Provincial que se trabaja al respecto.

3. ETAPAS IMPLEMENTADAS En lo que sigue se describe una breve enumeración de las distintas etapas que se fueron resolviendo hasta llegar a la puesta en operación de la central SOLAR SAN JUAN I (SJ1) y las fechas respectivas:

• Definición de requerimientos y dimensión de la planta piloto. (2008)

• Diseño preliminar de la planta. Definición de equipamientos. (01 al 04/2009)

• Armado de pliegos de licitación internacional. (05 al 08/2009)

• Llamado a licitación pública internacional. (08 al 10/ 2009)

• Revisión de proceso licitatorio (10 al 12/2009)

• Adjudicación al consorcio español COMSA ENTE. (12/2009)

• Firma del contrato (03/2010) • Comienzo de construcción (03/2010) y Plazo

de terminación (1 año hasta el 03/2011) • Puesta en operación (03/2011) • Inauguración (04/2011) • Operación inicial, capacitación y pruebas

varias por parte de COMSA. (hasta 10/2011) • Pasaje de la Operación a la empresa

provincial EPSE. (11/2011)

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4. UBICACIÓN DE LA PLANTA FV La planta se encuentra al oeste de la sierra de Ullum, en el Departamento del mismo nombre, entre la Ruta Provincial Nº 54 que une Ullum con Matagusanos y el Río seco de la Travesía.

El predio se encuentra a 30 km de la ciudad Capital de San Juan y se accede primeramente a través de la Ruta Provincial Nº 14 y luego desviando al norte 5 km por Ruta Nº 54 hasta llegar a la zona del emplazamiento.

La planta ocupa un lote aproximado de 6 hectáreas, cuyas dimensiones son 270 m por 170 m y con su centro ubicado en las coordenadas 31°23'19.96"S, 68°40'30.93"W aproximadamente.

5. CONDICIONES DE DISEÑO DE LA PLANTA FV

Para el diseño y dimensionamiento de la planta debieron tenerse en cuenta diversos aspectos topográficos y climatológicos del lugar de emplazamiento. Particularmente el lote tiene una pendiente en la dirección este-oeste (4%) y norte-sur (1%). Debido a las pendientes existentes en el terreno, el análisis de sombreado durante el diseño fue un parámetro crítico, distribuyendo las estructuras de modo de minimizar el efecto de sombreado mutuo que de otro modo podría afectar seriamente el Perfomance Ratio (PR) de la planta. Como consigna de diseño se definió que para el día más desfavorable del año (solsticio de invierno) no debía haber sombreado mutuo entre paneles al mediodía solar.

Las secciones fueron calculadas para mantener las perdidas en el cableado de corriente continua (CC) por debajo de 1,5% y en corriente alterna (CA) por debajo de 1%. Para los cálculos fueron tenidos en cuenta las condiciones de instalación, el tipo de suelo y los valores típicos de temperatura ambiente y del subsuelo para el verano sanjuanino que impone las condiciones más exigentes de trabajo.

En cuanto a todas las estructuras se calcularon siguiendo las normas CIRSOC para las exigentes condiciones de viento y sismo típicas de San Juan. Siendo el viento el parámetro crítico de diseño (en este caso las estructuras pueden soportar vientos hasta 130 km/h)

6. DESCRIPCION DE LA PLANTA FV 6.1. Generalidades En la búsqueda de sentar las bases para el desarrollo de un polo tecnológico vinculado a la energía solar el Gobierno de San Juan decide emprender la construcción de la presente Planta Fotovoltaica Piloto SOLAR SAN JUAN I (SJ1) cuyos objetivos son:

• Posicionar a San Juan como pionero en Argentina y Latinoamérica con la primera planta fotovoltaica de su tipo en Sudamérica y su estrategia de desarrollo de las energías renovables.

• Transferencia de tecnología: Generar capacidad y experiencia técnica local en el manejo de la tecnología fotovoltaica: Diseño e ingeniería, Análisis técnico y económico, Montaje y puesta en servicio, Operación y mantenimiento.

• Especialización de empresas locales mediante su vinculación con empresas con experiencia en fotovoltaico.

• Atraer inversiones: Generar una demanda y dar a conocer el proyecto de largo plazo para estimular las inversiones productivas en la provincia.

• Crear un ámbito para I&D especializado en fotovoltaica con la última tecnología

El proyecto fue encargado a Energía Provincial Sociedad del Estado (EPSE) quien preparó la Licitación Pública Nacional 01/2009 para la construcción de la Planta Piloto de Generación Fotovoltaica de 1,2 MWp SJ1 en el Departamento Ullúm a 30 km de la ciudad de San Juan. La licitación despertó gran interés, hubieron 67 consultas de proveedores nacionales e internacionales y se recibieron en total 10 ofertas. La metodología de la licitación exigía a las empresas interesadas (casi en su totalidad extranjeras) que se asociaran con empresas locales de modo de promover la transferencia de tecnología y el uso y formación de mano de obra local.

Una comisión compuesta por especialistas de EPSE, de la Universidad Nacional de San Juan (UNSJ) y de otras reparticiones del Estado analizaron las ofertas, adjudicándose la obra a la UTE COMSA de Argentina SA – COMSA ENTE SA (España), por un monto de $39.838.313 a construir en 12 meses (a partir del 01/03/2010). La obra fue financiada con fondos provinciales bajo la administración y supervisión de EPSE.

La Planta se concibió como un conjunto de ocho subcampos FV independientes e interconectados que emplean diferentes tipos de paneles (Si monocristalinos, Si policristalinos y Si amorfos) y de estructuras de soporte (estructuras fijas con ajuste estacional y seguidores solares a 1 y 2 ejes). Esta diversidad de tecnologías instaladas a la par permitirá evaluar y comparar su desempeño en la región y generar información que facilite el desarrollo de la industria fotovoltaica sanjuanina. 6.2. Generador Fotovoltaico La instalación se puede definir como una planta de generación eléctrica conectada a red que convierte la energía solar mediante el efecto fotovoltaico en energía eléctrica de corriente continua. En la Figura 2 se presenta un esquema de la planta y en la Tabla 1 la distribución de potencia.

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Figura 2: Esquema de la planta SJ1

Mon

o

Poli

Capa

de

lgada

Fijo 1296 1548 456 33001 Eje (*) 176 360 448 9842 Ejes 192 360 552

1664 2268 904 4836

285 280 110

Mon

o

Poli

Capa

de

lgada

Fijo 369 433 50 8531 Eje (*) 50 101 49 2002 Ejes 55 101 0 156

474 635 99 1209

Tota

l por

tip

o de

so

porte

Tipo

de

sopo

rte

Total por tipo de paneles

Potencia instalada [KWp]

Tecnología de paneles

Tota

l por

tip

o de

so

porte

Tipo

de

sopo

rte

Total por tipo de paneles

Potencia unitaria de paneles [Wp]

Numero de paneles

Tecnología de paneles

Tabla 1: Distribución de potencia por tecnología

En la Tabla 2 siguiente se detallan las características técnicas de los paneles. Caracteristicas de los paneles empleados

Mono Poli Amorfo

Tem

p. º

C

Rad

.

AM Nin

gbo

Sol

ar

TDB

156x

156-

72-P

Sol

arfu

n S

F260

-36P

Chi

ntS

olar

A

stro

ener

gy

Uoc V 25 1000 1,5 44,70 44,30 129,11Ump V 25 1000 1,5 36,10 36,10 89,46Max system Voltaje V 25 1000 1,5 1000,00 n/d 1000,00Isc A 25 1000 1,5 8,41 8,40 1,52Imp A 25 1000 1,5 7,90 7,76 1,23Potencia W 25 1000 1,5 285,00 280,00 110,00Tolerancia de potencia % 25 1000 1,5 3,00 3,00 5,00Eficiencia % 25 1000 1,5 14,70 14,30Temp. Coef Voc %/ºC -0,35 -0,32 -0,31 Temp Coef Isc %/ºC 0,04 0,04 0,05Temp. Coef Power %/ºC -0,45 -0,45 -0,27 Iinversa max A 25 1000 1,5 10,00 15,00NOCT ºC 25 1000 1,5 47,00 45,00 45,00Largo mm 1958 1.966 1.300 Ancho mm 992 1.000 1.100 Alto mm 46 50 33 Superficie m2 1,94 1,97 1,43 Peso Kg 27,00 26,00 27,50Valores maximos para diseñoImp max A 25 1200 1,5 9,48 9,31 1,48Uoc max V -10 1000 1,5 50,18 49,26 143,12Isc max A 25 1350 1,5 11,35 11,34 2,05

unidad

Tabla 2: Características técnicas de los paneles

Los paneles, en su punto de máxima potencia (PMP) para condiciones estándar de medida (STC), generan individualmente 36V – 7,8A (cristalinos) y 90V-1,2A (amorfos) de corriente continua (CC). Para alcanzar un nivel de tensión apto para alimentar los inversores y a su vez lo suficientemente elevado como para minimizar las pérdidas en cableado, estos paneles se conectan en serie formando cadenas (Strings). En el caso de SJ1 se usaron cadenas de 12, 16 y 18 paneles cristalinos en serie y de 4 paneles en el caso de amorfos, lo cual equivale a tensiones de 433V, 578V, 650V y 358V de CC respectivamente1. Estas cadenas de paneles se conectan luego en paralelo hasta lograr el nivel de potencia deseado para cada subcampo. En el caso de SJ1 tenemos agrupaciones entre 11 y 114 cadenas en paralelo y corrientes de entrada a los inversores entre 100A y 800A de CC. 6.3. Estructuras de soporte En la planta se utilizaron dos tipos de estructura de soporte: Soportes Fijos: Son 177 estructuras de aluminio fijas con ajuste estacional con capacidad para portar 18 paneles cristalinos o 24 paneles de capa delgada cada una. Estas estructuras se han diseñado en Argentina específicamente para este proyecto. Pueden variar su ángulo de inclinación entre dos posiciones: 5º y 50º respecto de la horizontal permitiendo variar el ángulo en forma estacional para el verano (5º - de octubre a marzo) y el invierno (50º - de abril a septiembre). Las estructuras poseen una superficie de montaje de módulos de 9m por 4m, lo que permite el montaje de hasta 18 módulos cristalinos (2m x 1m) y 24 módulos capa fina (1,3m x 1,1m), correspondientes a una serie (strings) cristalina y a 4 series (strings) de capa fina, respectivamente. Es importante destacar que estos soportes fueron además completamente construidos por empresas locales. En la Figura 3 se pueden observar la vista lateral y la vista posterior con ambas posiciones de la presente estructura.

1 Salvo que se indique otra situación, los valores mencionados corresponden al punto de máxima potencia (PMP) y para condiciones estándar de medida (STC): irradiación 1000W/m², temperatura 25° C y AM 1.5.

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Figura 3: Soporte fijo con ajuste estacional

Seguidores Solares: Son 31 soportes solares con seguimiento solar en 2 ejes, con capacidad para portar 48 paneles cristalinos o 64 paneles de capa delgada. (Por exigencias del pliego algunos de estos seguidores podrán opcionalmente operar como seguidor de 1 eje) Se han seleccionado para este proyecto seguidores solares de 2 Ejes SS-10K de la firma española Soportes Solares S.L. Este tipo de seguidor está basado en una estructura de caños montada sobre una zapata o carril circular que permite el giro en sentido azimutal en 360º. Toda la estructura, incluyendo la zapata circular, está fabricada en acero galvanizado en caliente, impidiendo la corrosión por oxidación. Los módulos montados sobre la estructura, pueden variar su ángulo de inclinación entre 0º y 60º respecto a la horizontal, mediante la actuación de un único servomotor de bajo consumo. Este último puede ser desconectado para mantener una inclinación fija, actuando entonces el seguidor como de un eje con seguimiento azimutal. En la Figura 4 puede observarse un esquema de este seguidor.

Figura 1: Seguidor solar de 2 Ejes SS-10K

6.4. Inversores La Planta SJ1 cuenta con 10 inversores de la firma Schneider para convertir en corriente alterna la corriente continua generada por los 8 subcampos fotovoltaicos. Los inversores empleados tienen potencias nominales de 30kVA, 100kVA y 500 kVA y rendimientos máximos entre el 95% y 98,1%. Estos inversores convierten la corriente continua en

corriente alterna con niveles de tensión de 315V (GT500) y 400V (GT30 y GT 100) a 50Hz sincrónicos con la red. Esta corriente alterna generada por los inversores es volcada a 3 transformadores que elevan la tensión al nivel de la línea de evacuación de energía de 13200V.

Todo el cableado se realizó con tendido subterráneo y cable tipo Protodur. El 95% del cableado se realizó en aluminio de diferentes secciones y el resto en cobre. Las secciones fueron calculadas para mantener las perdidas en el cableado de CC por debajo de 1,5% y de CA por debajo de 1%.

En la Figura 5 se observa un esquema del sistema paneles-inversores-red eléctrica CA trifásica.

Figura 5: Configuración del sistema (paneles

cristalinos)

En la Tabla 3 se detallan las características técnicas de los inversores:

Tabla 3: Características técnicas de los inversores

La conexión a la red de MT en 13,2 kV posee un sistema de medición comercial (SMEC) homologado por la Compañía Administradora del Mercado Mayorista Eléctrico (CAMMESA) con un medidor primario y uno secundario o de backup. Para poder conectar SJ1 al sistema interconectado provincial (SIP) se construyeron 4,8 km de red de media tensión (13,2kV) que fueron cedidas a la empresa distribuidora para su operación y mantenimiento.

Todos los edificios y servicios auxiliares como la iluminación, SCADA, sistema de seguridad, tratamiento de agua, etc. son alimentados a partir de un sistema eléctrico de servicios auxiliares que cuenta con acometida, medidor y transformador propio (160kVA) permitiendo independizarlo del generador FV.

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6.5. Seguridad y Protecciones La planta SJ1 implementa diversos sistemas de seguridad y protección para preservar las instalaciones, evitar perturbaciones a la red eléctrica y fundamentalmente proteger a las personas.

Los paneles cristalinos disponen de varios diodos de bypass y a la salida de cada cadena de paneles se cuenta con un fusible y un diodo de bloqueo para evitar corrientes inversas. El sistema de CC está realizado en dos niveles: un primer nivel compuesto por tableros tipo 1 (T1) donde confluye la corriente proveniente de las cadenas de paneles y un segundo nivel compuesto por tableros de tipo 2 (T2) donde confluyen las líneas que provienen de los T1. Todos los tableros, estructuras metálicas y paneles están conectados a tierra. (Con impedancia menor a 5 ohm). Los T1 contienen los fusibles, diodos de bloqueo y disponen de una llave térmica de corte y de un descargador de sobretensiones. Los T2 contienen fusibles por cada línea de entrada y una llave de corte general y protección termo magnética. Los T2 son monitoreados desde el SCADA. Las salidas de T2 se comunican directamente con el edificio de inversores. Todos los campos cristalinos están configurados con los conductores CC flotantes (sin conexión a tierra) y con un sistema de monitoreo de aislación a tierra. Este esquema evita que un eventual contacto con uno de los conductores CC produzca una descarga. En el caso que alguno de estos conductores dejara de estar aislado de tierra el sistema de monitoreo lo detectaría generando una alarma en el sistema SCADA. En el caso de los campos amorfos, por requerimientos del fabricante, el negativo debe estar conectado a tierra para evitar el deterioro prematuro de los paneles. En este caso el esquema de protección difiere del anterior y consiste en un fusible y un sistema de detección de fugas a tierra. En el caso que la corriente de fuga supere un umbral el sistema desconecta la tierra dejando el sistema flotante, interrumpe cualquier descarga que estuviera en curso y da la señal de alarma al SCADA.

A la salida de los inversores y antes de los transformadores existen fusibles, llaves de corte y protecciones de sobrecorriente. A la salida de los transformadores (MT 13,2kV) existen celdas con fusibles y seccionadores, celdas de medida (tensión-corriente), una celda de protección y de corte general desde donde parte la acometida que va hasta el SMEC.

A la salida de la planta SJ1 se encuentra el sistema SMEC el cual cuenta con dos medidores registradores homologados y celdas de medición y protección (tensión, corriente y frecuencia) calibrados según los requerimientos de CAMMESA y la distribuidora eléctrica.

En todo el predio existen instalados 5 pararrayos activos que le otorgan amplia cobertura ante descargas atmosféricas.

La planta está equipada con sistemas de adquisición de datos, supervisión y control (sistema SCADA) que integran además una estación meteorológica avanzada y un sistema de seguridad y videovigilancia. A diferencia de una planta FV normal SJ1 integra un avanzado sistema de SCADA que mide y registra en tiempo real todas y cada una de las variables eléctricas y físicas de cada subcampo y permite controlar en forma integral toda la electrónica y autómatas en la planta para poder simular distintas condiciones de operación. También el SCADA recoge información de una estación meteorológica avanzada que registra todas las variables meteorológicas del lugar. Estas herramientas sumadas al centro de investigaciones montado en la planta constituyen una herramienta única para la investigación y el desarrollo local de la tecnología fotovoltaica. 6.6. Infraestructura auxiliar La planta SJ1 además de las instalaciones propias del generador cuenta con: • Un centro de control y área de investigaciones

solares de 130m2. • Espacio para depósito y laboratorios de 150m2. • Alojamiento para investigadores y operadores. • Un sistema de provisión y tratamiento de agua

(desmineralización por osmosis inversa para limpieza de paneles)

• Enlace de datos y acceso a internet dedicado. Enlace por microondas y fibra óptica hasta la ciudad de San Juan (4 mbps simétricos hasta las oficinas centrales de EPSE)

• Estación meteorológica: conectada al sistema SCADA para registrar las siguientes variables climáticas:

a) Temperatura (-40° a +60°C.) b) Humedad (0 a 100 % R.H.) c) Precipitaciones d) Radiación solar: 2 piranómetros a 0° y 45°

(ISO first class, 0 a 2000 Wm-2 / dependencia térmica < 0.1%/°C) y dos celdas cristalinas calibradas.

e) Velocidad de viento (0-240 km/h +/- 2%) y dirección de viento (0-360° +/-3°) a 10m, 25m y 40m de altura, medidores first class según los estándares MEASNET e IEC.

f) Presión atmosférica (550 a 1080 hPa). • Sistemas de seguridad: Barreras infrarrojas,

sensores de apertura de puertas, central y software de control, videocámaras (fijas y móviles), Estaciones de monitoreo, sistema de detección de humo, extintores, central de alarma, sistema de aviso de emergencia.

• Red interna de la planta en FO y UTP categoría 6 vinculando todos los edificios y los seguidores.

• Sistema de telefonía IP en todas las dependencias.

• Sistema para limpieza de paneles.

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• Sistema SCADA: este sistema permite visualizar, controlar y registrar todas las variables eléctricas, meteorológicas, de seguridad y de control de la planta. Además permite modificar la totalidad de los parámetros configurables del generador. El acceso a este sistema puede realizarse en forma local o remota.

7. RESULTADOS ENCONTRADOS 7.1. Estimaciones preliminares de energía Los cálculos preliminares de energía para la planta se hicieron con datos de radiación y atmosféricos medidos en la ciudad de San Juan en una estación propiedad de la UNSJ. (por ser los más cercanos disponibles). La Tabla 4 muestra los valores promedios mensuales de radiación horizontal y de temperatura y la Tabla 5 detalla los valores mínimos y máximos de temperatura, humedad relativa y radiación asumidos para el cálculo.

Año Tipo PROMEDIOS DIARIOS MENSUALES

MES TEMP RAD.Horiz. [ºC] [Wh/m2/día] Enero 28,5 7025,44 Febrero 28,9 6810,68 Marzo 24,6 5198,14

Abril 22,6 4222,48 Mayo 16,8 3163,23 Junio 15,2 2598,60 Julio 11,4 3169,04

Agosto 14,8 3397,14 Septiembre 20,6 4418,29 Octubre 26,7 6521,05 Noviembre 27,9 7737,13

Diciembre 29,4 7883,53 PROMEDIO 22,28 5178,73

Tabla 4: Valores promedios de Temperatura y RAD

Variable TEMP HUM REL RAD.

Horizontal Unidades (°C) (%) (Wh/m²) Valores mín. -9,1 4,0 0,0Valores máx. 42,3 96,0 1114,0

Tabla 5: Valores min. y max. de T, HR y RAD

Los resultados obtenidos mediante simulación se detallan en la Tabla 6. En la Figura 5 se grafica la energía mensual que aportaría a la red en un año, la cual en forma discriminada por subcampo se detalla en la Tabla 7.

EArray [kWh]

E_Grid [kWh]

Enero 225204 218346Febrero 201097 195001Marzo 182152 176457Abril 162095 157125Mayo 143826 139244Junio 118642 114878Julio 161771 156768Agosto 140929 136450Septiembre 155015 150183Octubre 224619 217779Noviembre 245422 238099Diciembre 250903 243468Año 2211675 2143798

Tabla 6: Valores de energía anual

218346

195001176457

157125139244

114878

156768

136450150183

217779

238099 243468

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

E_Grid [kWh]

Figura 5: Valores de energía mensual a la red

Energía

(MWh/año)

Producible específico

(kWh/kWp/año) Monocristalino fijo 626 1695

Monocristalino 2 ejes 225 2143

Policristalino fijo 659 1520

Policristalino 2 ejes 436 2164

Capa Delgada Fijo 87 1724

Capa Delgada 2 ejes 111 2262

TOTALES 2144 1774

Tabla 7: Valores de energía anual desagregada Nótese que el producido específico para las estructuras móviles son entre un 26% y un 41% superiores a lo obtenido para soportes fijos. También es notable que la tecnología de capa delgada logra el mejor desempeño (teórico) de todas impulsada por el más bajo coeficiente de variación de potencia por temperatura que tienen estos paneles. 7.2. Resultados de la operación de la planta A continuación se muestran los primeros resultados obtenidos en base a mediciones reales. El periodo de tiempo del que se dispone de datos actualmente es muy corto (menos de 2 meses), por lo que no se puede aun obtener conclusiones definitivas (es necesario contar al menos con un año de mediciones). Sin embargo estas primeras observaciones muestran una tendencia muy interesante en la cual los niveles de

Cuarto Congreso Nacional – Tercer Congreso Iberoamericano Hidrógeno y Fuentes Sustentables de Energía – HYFUSEN 2011

11-258

radiación y generación de energía están hasta un 15% por encima de lo estimado. También resultan llamativos los valores máximos de radiación medidos que alcanzaron hasta 1373 W/m2, por encima del valor estándar de 1000 W/m2.

En la Figura 6 se muestra un gráfico con las curvas de radiación promedio diaria para el mes de abril de 2011. La Tabla 8 por su parte muestra los valores obtenidos reales de producción de energía en base a las mediciones reales entre el día 24/03/2011 y el día 17/05/2011. Se observa que ajustando los valores para los días de marzo y mayo (no completos) y comparando con los valores estimados de la Tabla 6, resulta solo para este periodo de casi 2 meses un valor real superior en 9% al estimado, lo que supera con creces las buenas presunciones de las condiciones de radiación solar en San Juan.

-2 0 0

-

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 .0 0 0

1 .2 0 0

1 .4 0 0

6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0

P r o m e d io d e Rad iac ió n So la r (Ce ld a 1 )

M áx d e Rad iac ió n So la r ( Ce ld a 1 )

M ín d e Rad iac ió n So la r ( Ce ld a 1 ) Figura 6: Valores de radiación para el mes

Abril 2011 (W/m2)

3 4 5

P rom edio 18 20 19 14 M ax 37 32 37 25 M in 2 13 3 2

P rom edio 225 268 233 190 M ax 1.283 1.283 1.164 1.056

P rom edio 269 277 277 252 M ax 1.373 1.297 1.258 1.373

P rom edio 60 62 61 56 M áx 279 255 279 250

S um a 312.662 47.800 176.251 88.611 S um a (ajus t) 515.702 179.250 176.251 160.201

V alor es t im ado 472.826 176.457 157.125 139.244 Real/es t im ado 109% 102% 112% 115%

P rom edio 14 13 15 12

V a lore s de ge ne ra cion o b te n idos e n tre e l 24/03/2011 y e l 17/05/2011

M es

T e m pe ra tu ra a m b ie n te

P ria nóm e tro 0º

Ra d ia ción S o la r (Ce lda 1)

En e rg ia

V e locida d de l vie n to

Todo

Tabla 8: Valores de energía generada real para el periodo 24/03/2011 al 17/05/2011 y comparación con

los valores estimados.

7. CONCLUSIONES En el presente trabajo se presenta una descripción de

la recientemente inaugurada (Abril de 2011) planta solar fotovoltaica SOLAR SAN JUAN I (SJ1) en la Provincia de San Juan. La planta mencionada es la pionera en Latinoamérica y se ha financiado íntegramente con fondos del tesoro sanjuanino dentro del marco de desarrollo del Proyecto Solar San Juan. La Provincia está apostando a un avance en el campo de las Energías renovables en la región y se ha basado en disponer principalmente de tres recursos muy fuertes: Recurso solar (alta radiación), Materia prima (cuarzo para el silicio) y Disponibilidad de tierras desérticas para la instalación de grandes extensiones de centrales FV.

Se muestra una descripción del Proyecto Solar San Juan y de la planta SJ1, en particular se ha presentado el Generador Fotovoltaico, las Estructuras de Soporte, los Inversores, los Sistemas de protección y de seguridad y los Equipos auxiliares.

Finalmente se detallan los primeros resultados obtenidos de la operación real (medidos) y se contrastan con los valores estimados. De la comparación surge a la fecha que se superan las expectativas, al obtener valores reales mejores que los estimados, por lo cual es de esperar que las condiciones de radiación solar sean más que buenas para emprendimientos en la región.

8. REFERENCIAS [1] V.M. Doña, T.J. Strada, A. Hoesé (2008-2009).

“Proyecto Solar San Juan: Objetivos y Etapas”. Gobierno de la Provincia de San Juan – Argentina.

[2] M. Facchini, V. Doña, F. Morán (2010). “Valoración técnica y económica del impacto de penetración de generación distribuida a través de energía solar fotovoltaica”. Congreso Internacional de Distribución Eléctrica – CIDEL Argentina 2010, Buenos Aires del 27 al 29 de setiembre de 2010

[3] Global Market Outlook for Photovoltaics until 2012. Facing a sunny future.

[4] R. Righini, H. Grossi Gallegos. (2007). “Ángulos Sugeridos para Optimizar la Colección anual de Irradiación Solar Diaria en Argentina sobre planos Orientados al Norte”.

[5] Pliegos de Licitación Internacional EPSE 001/2009.

[6] Memoria descriptive y planos Planta Solar San Juan I. COMSA-EPSE (2010-2011).

[7] Informes de mediciones de Planta Solar San Juan I . EPSE (2011).

[8] Hojas de datos y manuales Inversores Schneider (GT30-100-500) (www.schneiderelectric.es)

[9] Simulaciones realizadas con PVSyst 4.37 /5.03 [10] Hojas de datos de los paneles Ningbo Solar

TDB156x156-72-P, Solarfun SF260-36P y ChintSolar Astroenergy

[11] Hoja de datos y manuales de Seguidores Solares de 2 Ejes SS-10K. (www.soportessolares.es)