Resumen- El documento presenta una propuesta para abordar el suministro básico de electricidad en zonas no conectadas

a la red, en iniciativa al proyecto masivo de la instalación de sistemas fotovoltaicos que se llevó acabo en nuestro País

(2014) en el marco del plan de Acceso Universal Energía. Mediante un modelamiento territorial de la demanda de energía

fotovoltaica empleando herramientas GIS (Sistemas de Información Geográfica) y el análisis de las tecnologías

fotovoltaicas se logra la identificación de zonas sin servicio eléctrico y oferta de energia para cubrir las necesidades basicas

de electricidad. Se plantea esta propuesta para apoyar al logro del acceso universal al servicio eléctrico.

Palabras Clave: Acceso a la Energía, Electrificación rural, Sistemas fotovoltaicos, Sistemas de Información Geografica

I. INTRODUCCIÓN

Según el informe World Energy Outlook 2011, se llegó a la conclusión que la ampliación de la red eléctrica es la mejor opción

para lograr el acceso al servicio eléctrico en todas las zonas urbanas, sin embargo solo es la mejor opción en un 30% de las

zonas rurales. La Agencia Internacional de Energía (AIE) estima que aproximadamente el 45% de las conexiones adicionales

necesarias para lograr el acceso universal se hará mediante la ampliación de la red eléctrica, mientras que el otro 55%

dependerá de micro-grids y soluciones fuera de la red (off-grid). [2]

Considerando que en el marco de la Política Energética Nacional 2010-2040, se elaboró el Plan de Acceso Universal a la

Energía 2013-2022, el cual tiene el objetivo de promover desde el ámbito energético, el desarrollo económico eficiente,

sustentable con el medio ambiente y con equidad, a través de proyectos que permitan ampliar el acceso universal al suministro

energético [4].

En el Perú al menos 3 millones de personas carecen de servicio eléctrico (Figura 1 y 2), concentradas principalmente en zonas

rurales aisladas, donde la dispersión de viviendas es la principal barrera técnica y económica para la ampliación de redes del

sistema interconectado nacional, ocasionando la exclusión de estos grupos sociales de los grandes proyectos de electrificación

promovidos por el gobierno. [5]

Figura 1: Avances en electrificación rural

Fuente: MINEM; Elaboración: Propia

En este sentido el proyecto de instalación masiva de hasta 500,000 paneles fotovoltaicos en áreas no conectadas a la red

pretende elevar el coeficiente de electrificación equivalente en un 7% y 50 MW de capacidad instalada off grid [3]; por tal el

presente documento establece una propuesta para tal proyecto.

Ing. Humpire Mojonero David - david_hjk@hotmail.com Universidad Nacional de Ingeniería, Estudiante de Maestría en Ciencias con Mención en Energética

PROPUESTA TÉCNICA DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA EL

SUMINISTRO BÁSICO DE ELECTRICIDAD EN ÁREAS NO

CONECTADAS A LA RED PARA LA REGIÓN AREQUIPA

Figura 2: Proyección del coeficiente de electrificación rural

Fuente:MINEM

II. METODOLOGIA

Esta propuesta contempla la región Arequipa para el análisis, aplicando la metodología de selección territorial de la demanda

energética fotovoltaica y la identificación de la oferta energética óptima basada en sistemas fotovoltaicos para atender los

requerimientos básicos de electricidad.

A) Modelamiento territorial de la demanda de energía fotovoltaica

Basado en información georeferenciada de Centros poblados (INEI y DGER -MINEM), Redes Eléctricas existentes (GART

– OSINERGMIN) y proyectadas (PNER DGER – MINEM), redes viales (MTC) y Áreas de concesión de distribución

(MINEM).

Consiste en las sub-etapas:

• Modelamiento de Oferta de Energía

• Modelamiento de Demanda de Energía

• Modelamiento de Accesibilidad a la población objetivo

B) Formulación de la propuesta energética

Consiste en la Identificación de la oferta óptima para el suministro básico de electricidad basado en sistemas fotovoltaicos,

dimensionando los sub-sistemas de generación, acumulación, regulación y acondicionamiento.

III. MODELAMIENTO TERRITORIAL DE LA DEMANDA DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

Modelamiento de la oferta de energía

La oferta de energía para atender el suministro básico de electricidad fundamentalmente está constituida por redes eléctricas,

entonces mediante la georeferenciación de esta infraestructura y la aplicación de criterios de factibilidad (extensión de red)

obtenemos nuestra oferta de energía factible para atender.

Figura 3: Factibilidad de la infraestructura eléctrica

Fuente: Proyecto FISE

Esta oferta de energía factible es un área de cobertura (Figura 4) para abastecer mediante redes el suministro de energía

eléctrica, esto nos va permitir conocer que áreas tienen acceso a este tipo de energía, y se entiende que no son lugares donde

se tiene que invertir para implementar abastecimiento por sistemas fotovoltaicos (La franja roja es la oferta existente y la

verde la oferta de energía eléctrica proyectada).

Figura 4: Modelamiento de la Oferta de energía

Fuente: Propia

Modelamiento de la demanda de energía

Consiste en la georeferenciación de la demanda energética, la cual consiste en los Centro Poblados (Figura 5). De esto

consideramos la demanda que no tiene oferta de energía factible, la cual vendría a ser la demanda sin servicio (demanda a

atender mediante esta propuesta).

Figura 5: Modelamiento de la demanda de energía

Fuente: Propia

Modelamiento de la accesibilidad a la población objetivo

Consiste en la georeferenciación de las redes Viales Nacionales, departamentales, vecinales y ríos navegables.

Figura 6: Modelamiento de la Accesibilidad

Fuente: Proyecto FISE

Entonces podemos mediante esto establecer la prioridad con que se podría atender a la demanda sin servicio, para la

implementación de los sistemas.

Ademas considerando las zonas de concesión de distribucion electrica (pintado de amarrillo en la Figura 7) nos permite

conocer que localidades sin servicio, tendrian que ser atendidas por las empresas eléctricas de distribucion mediante redes

convencionales.

Figura 7: Zonas sin servicio y dentro de áreas de concesión Eléctrica

Fuente: Propia

Con esto tenemos lo siguiente:

Tabla 1: Resultados del modelamiento para la región Arequipa

Fuente: Propia

Donde:

CA-SS: Con Acceso vial y Sin servicio eléctrico

SA-SS: Sin Acceso vial y Sin servicio eleéctrico

CA-SS-SC:Con Acceso vial y Sin servicio eléctrico,fuera del area de concesión.

SA-SS-SC:Sin Acceso vial y Sin servicio eléctrico,fuera del area de concesión.

En al anexo 01 se muestra el modelamiento descrito para la región Arequipa.

IV. FORMULACIÓN DE LA PROPUESTA ENERGÉTICA

Para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos de la demanda sin servicio hallada como en la etapa anterior,

consideramos el abastecimiento de energía referido al suministro básico de electricidad, es decir electricidad para

iluminación, comunicación y servicios comunitarios. Nos basaremos en la ecuación de balance de energía y la metodología de

[7].

El sistema fotovoltaico considerado se muestra en la figura 8.

Figura 8: Esquema de un SFVD

En la figura 9 podemos distinguir tres niveles de recurso solar en la región, indicamos los valores para el dimensionamiento

por zonas. La zona central del mapa-Zona I es la más apremiada con el recurso solar, la zona sierra-Zona II (mayor extensión)

y donde están la gran mayoría de comunidades a atender según esta propuesta tiene un nivel entre 5.5 a 6 kwh/m2, y la zona

costa-Zona III que limita con Ica tiene un nivel inferior entre 5 y 5.5 kwh/m2. [8]

Figura 9 : Niveles de incidencia solar promedio – Región Arequipa

Fuente: Atlas Solar/MINEM

La tabla 2 muestra los valores de incidencia solar mensual para cada zona identificada en la figura 9, asi como los valores

minimo, máximo y promedio de estos.

Tabla 2: Irradiación Global Media en kwh/m2-dia

Fuente: Atlas Solar Elaboración:Propia

Establecemos que los requerimientos de energía para una vivienda de tipo rural son:

Tabla 3: Requerimientos básicos de energía Vivienda rural

Fuente: Propia

Lo siguiente demuestra que a mayor potencia instalada del panel se requiere en mayor proporción el tamaño de la batería para

poder tener una aceptable relación de energía aprovechable.

Tabla 4: Análisis fotovoltaico para la región Arequipa

Fuente: Propia

Entonces un panel de 85 Wp es suficiente para abastecer a zonas con nivel de radiación mínimo de 5.38 kwh/m2. Para zonas

menores a este valor (Zona III de la propuesta) requerirá por lo menos un tamaño mayor, se considera el de 100 Wp. Según

lo explicado entonces para el panel de 100 Wp requiere tamaños de batería 150 Ah y para 85 Wp será suficiente uno de 100

Ah.

Tabla 5: Dimensionado SFVD

Fuente: Propia

Se considera que el costo del inversor (entre 150 y 200 $ para esta sistema) es necesario, esto apoyado en la sostenibilidad del

sistema [9], ya que los equipos de consumo típicos son a 220 V AC en el mercado, además de técnicamente ser más factible

por el menor diámetro de conductor requerido a esta tensión, a expensas de un 5 a 10 % de pérdidas de energía es este equipo.

Se recomienda conectar el inversor a la salida del controlador (en paralelo a las cargas en continua si existen), así se mantiene

la protección dada por el controlador al sistema, en otro caso el conectar el inversor directamente a las baterías, podría

descargarlas fuera del límite permitido técnicamente (sobre descarga). El primer caso requiere que el controlador sea capaz de

soportar la corriente demandada por el inversor

Figura 10: Configuración de SFV respecto al inversor

V. CONCLUSIONES

El acceso Universal a la energía es un objetivo de la política energética del Perú, para hacer posible el acceso universal se

tiene que electrificar las comunidades rurales aisladas, donde se concentra la pobreza, la falta de servicios y

oportunidades. Esto requiere integrar con adecuada planificación y de forma efectiva la electrificación convencional con

la electrificación aislada basada en energías renovables y sistemas hibridos.

Los sistemas fotovoltaicos deben ser dimensionados tomando los criterios descritos ya que los requerimientos de energía,

condiciones climatológicas y el potencial solar varían en cada región del País

La sostenibilidad de la electrificación rural tendrá por un lado la participación del Estado en cuanto a los subsidios, que

debido a que la inversión inicial es alta con respecto de la capacidad de pago de la gran mayoría de las familias de este

ámbito se requiere estos mecanismos de compensación como el FOSE y el FISE

El análisis realizado demuestra el potencial de aplicar herramientas GIS, por lo que se propone que los proyectos de

electrificación deben abarcar procesos de planificación territorial sumada al diagnóstico y evaluación de alternativas

disponibles.

La presente propuesta realizada permite su replicabilidad para diversos proyectos públicos y privados del sector, además de

los criterios técnicos para evaluar alternativas para proveer el servicio de electricidad.

REFERENCIAS

[1] Murillo V., García E., Carcausto D. e Inocente J., 2013, Propuesta Metodológica para el logro del Acceso Universal a la

Energía en el Perú; Proyecto FISE-Osinergmin, Perú.

[2] Naciones Unidad Asamblea General, 2012, Energía sostenible para todos: Un programa mundial de Acción (SE4ALL).

[3] Osinergmin-GART, 2014, Bases para la subasta de suministro de electricidad con recursos energéticos renovables en

áreas no conectadas a red.

[4] DGEE/MINEM, Plan de Acceso Universal a la Energía 2013-2022.

[5] DGER/MINEM, Plan nacional de electrificación rural, PNER 2014-2023.

[6] GART/División de distribución eléctrica, 2014, Fijación de la tarifa Rural para sistemas fotovoltaicos 2014-2018.

[7] O.Perpiñan, A. Colmenar, M. Castro, España, 2012, Diseño de sistemas fotovoltaicos.

[8] SENAMHI-DEP/MINEM, 2003, Atlas de energía solar del Perú.

[9] Osinergmin, 2010, Diagnóstico de la problemática de la electrificación rural en el Perú.

[10] M.Rodriguez, M.Castro, A.Vasquez, M. Vilaragut, 2013, Sistemas fotovoltaicos y la ordenación territorial, La Habana.

ANEXO 01: MODELAMIENTO TERRITORIAL DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA LA REGIÓN AREQUIPA