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Desarrollo y Estrategias SmartGridsEnergías Renovables
19 de agosto de 2015
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EPSA E.S.P.
Es una empresa de servicios públicos de energía eléctrica, con participación accionaria de capital privado y público, regida por el
derecho privado, generadora y operadora de la red de Trasmisión y Distribución de la mayoría de los municipios del Valle del Cauca.
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Foto: Buenaventura
• 553,671 Clientes
• 14 centrales de generación con una capacidad instalada 959,5 MW
• 3.331,5 GWh de energía generada en 2014
• 7 subestaciones y 274 km de red ≥ 220 kV
• 72 subestaciones y 19.955 km de red ≤ 220 kV
7%capacidad instalada en el País
2,6%Transmisión Nacional
5%Demanda Nacional
3%Ventas Nacionales
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Nuestro modelo de Sostenibilidad
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Movilidad eléctrica
Apuesta regional con el Clúster de Energía
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Inversión I+D+i
Inversiones realizadas por la empresa enmedición inteligente, nuevasarquitecturas, desarrollo tecnológicode subestaciones y los temasrelacionados con nuevas tecnologías,movilidad eléctrica y energíasrenovables .
Inversión en I+D+i 2013- 2014US$18 Millones
2.6 %de los ingresos de la
compañía
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Análisis del Entorno
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Escenario 2030
8
• Previsión de carga de Colombia
muestra un incremento anual
promedio de 3,9% (curva verde)
• Para 2030 vamos a aumentar en un
90% el 2014 la demanda nacional
• Pérdidas Técnicas (rojo y verde
abajo) muestran valores
porcentuales similares en el pasado
UPME, Electrical Load Forecast, Apr.2013
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Algunos Aspectos Relevantes
• 2 millones de colombianos no tienen acceso a la electricidad
• Zonas no interconectadas (Menos de 8 horas / día) Diesel altamente contaminante
• Un kwh en sitios remotos podría costar hasta 50 centavos de dólar
• Confiabilidad en las zonas urbanas ha mejorado aunque todavía está lejos de los estándares internacionales
• Pérdidas totales siguen siendo altos (UPME cifras 18% incluyendo la no técnica)
• Elasticidad Precio Demanda es requerido
9
Fuente: Colombia Inteligente
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Seguridad y CalidadReto: Mejorar la confiabilidad del servicio
MIT, “The future of the Electric Grid, 2011”
• Colombia con aprox. 46ppl / km2, deben
tener un SAIDI de 120 min
• Caso urbano SAIDI de más de 600 min.
• El reglamento penaliza la interrupción del
servicio por lo tanto "incentivos negativos“.
• Distribución se convierte en un área de
enfoque clave para SG debido a la mejora
potencial de la inversión razonable.
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Competitividad Reto: Mejorar la Eficiencia Técnica del Sector Eléctrico Colombiano
MIT, “The future of the Electric Grid, 2011”
• Colombia puede tener en T & D
pérdidas técnicas de ~ 6,5%
• 1% de las pérdidas asciende a
alrededor de 30 a 60 MU $
Rcespedes et all , “From Power to Energy Systems, (2010)”
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Competitividad Desafío: Reducir pico de relación media carga
• La curva de carga muestra un
comportamiento más plano en los últimos
años
• Pico de relación promedio es todavía
alrededor de 1,4%
• Las proyecciones para 2030 indican que
será hasta el 1,3% sólo debido a la menor
proporción residencial
Rcespedes et all , “From Power to Energy Systems, (2010)”
UPME, Electrical Load Forecast, Apr.2013
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Nuevas señales de Política, Normativa y Regulación
Rcespedes et all , “From Power to Energy Systems, (2010)”
• Matriz energética de Colombia en el largo plazo : encontrar la combinación más
adecuada de acuerdo a los recursos disponibles y las necesidades de la demanda
• Exigir la participación : los usuarios regulados no tienen participación, sin embargo la
información de uso podría ayudar a mejorar la eficiencia en el uso final
• Respuesta a la demanda : la participación en el equilibrio de la rejilla que reduce la
necesidad de reservas on-line y también la capacidad de generación
• La movilidad eléctrica : la masa y el transporte privado utilizando energía limpia
disponible (70% hidro)
Código de Medida, Ley de Renovables 1715, Plan Ener gético Nacional
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El Plan Energético Nacional – PENCinco objetivos específicos y dos transversales
Ideas para una política energética de largo plazo Cinco objetivos específicos focalizados en:
34
5
I
II
Plan Energético Nacional o Ideario Energético 2050, se plantean los lineamientos con los que se busca alcanzar el objetivo principal propuesto:
Dos objetivos transversales: necesarios para contar con la
1
1. La oferta energética.2. La demanda.
3. La universalización.
4.Las interconexiones
5.La generación de valor alrededor del sector energético.
I. Información, conocimiento y recurso humano
II. Armonizar el marco institucional
2
Fuente: UPME.
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Conceptualización SmartGrid
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“Una red inteligente genera y distribuye electricidad de una forma mas efectiva, económica, segura y en forma sostenible. La entidad considera la Smart Grid un medio para un futuro más sostenible”
Source: The Energy Policy Initiatives Center, University of San Diego School of Law
Smart Grid un medio para un futuro más sostenible
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Nuclear
Evolución en la cadena de valor de Energía
Hidroeléctrica
Carbón / Gas NaturalUTILIDAD
Usuario
Usuario
Usuario
Usuario
Flujo periódico de la información
TRADICIONAL
UTILIDAD
TRANSFORMADA
NuclearHidroeléctrica
Carbón / Gas Natural
Solar
Energía Almacenada
Eólica
Solar
Solar Energía Almacenada
Eólica
Energía Almacenada
Eólica
Flujo de energía
Fuente: 2012- IBM Enegy & Utilities
Flujos bidireccionales de la información
…………………………..
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Barreras Internacionales – Redes Emergentes
Fuente: 2012- ESTA International
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Desafíos Internacionales – Redes Emergentes
Fuente: 2012- ESTA International
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Respuesta de Demanda
Fuente: 2012 Comverge
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Fuente: 2013 – Emeter a Siemens business– www.emeter.com/ – California
Demanda de Energía - Consumidores Activos
Elasticidad de la demanda y el precio
Los consumidores al igual que la red están evolucionando en forma inteligente y quieren ser un actor importante de la cadena (respuesta a la deman da) lo cual significa un gran desafío en
el desarrollo mercados y de las inversiones futuras.
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Rec. Solar en ColombiakWh/m2/UPME/IDEAM
Rec. Eólico en ColombiaEstimación de la densidad de Energía
50m - W/m2 UPME-IDEAM 2006
Áreas PotencialesCultivo de Palma Africana
Áreas PotencialesCultivo de caña de Azúcar
Fuente: Luis Fernando Lopez- Participación del consumidor en la Sostenibilidad Energética /UPME.
Potenciales Energéticos y Proyección Demanda
Oportunidades de crecimiento de los negocios de energía con nuevas soluciones y nuevas
tecnologías
UPME, Electrical Load Forecast, Apr.2013
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Desarrollo SmartGrids de EPSA
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Proyectos de InnovaciónProyectos de Innovación
Estrategia de Desarrollo de la Compañía
EPSA Actual
2021
EPSA Futura
Mejora continuaMejora continua2013
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Smart Grid Compass
SmartOrgani Zation
Smart Network
Operations
Smart Customer
Service
Smart Asset and
Work Management
Smart Energy
Dimensiones Compass:
� Objetivos de negocio
� Capacidades de Procesos de Negocio
� Tecnologías
� Correlación con 5 niveles de excelencia.
� Programa para crear valor de negocio.
Fuente Siemens
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Mejor eficiencia y Capacidades de la Organización
Oficina de gestión del proyectos -PMO
Plan de implementación
Monitoreo KPIs
AR
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ITE
CT
UR
A E
MP
RE
SA
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L
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Fuente : May/June 2014 | Renewable Energy Focus
Fuente gartner 2013
Arquitectura Empresarial
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Generation
Transmission
Distribution
CustomerDER Domains Process
Field
Station
Operation
Enterprise
Market
Zones
Protocols
Protocols
Data Model
Data Model
Sub Funciones
- Business Objetives- Politics- Regulatory- FrameWork
Business Layer
Function Layer
Information Layer
Communications Layer
Component Layer
Interoperabilidad
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Primeros Proyectos de SmartGrid
GENERACIÓN- Actualización tecnológica de los sistemas de regulación de tensión y velocidad en las centrales Alto, Bajo, Prado y Calima (en proceso).- Renovación de instrumentación para mejor monitoreo y mayor confiabilidad en la operación.
PROTECCIONES Y TELECONTROL- Estandarización de arquitecturas- Estandarización de norma y protocolos IEC61850- Gestión remota de protecciones y control
ARQUITECTURA DE RED- Estandarización de estructuras de red y su operación.- Calidad del servicio y producto.- Reducción en compensaciones.- Flexibilidad y confiabilidad.
MEDICIÓN - CONCEPTUALIZACIÓN AMI – SMART GRIDS - Gestión de pérdidas- Gestión remota de medidores.- Suspensión, corte y reconexión en forma remota- Gestión de la demanda – Respuesta control de la demanda
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Fuente EPSA.
10,12% 9,89% 9,79% 9,71% 9,73% 9,37% 9,04%
13,32% 13,01% 13,37%
10,61% 11,01% 11,15% 10,31%
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Pérdidas de Red Pérdidas Comerciales
100% 100%
99,91%
100,10% 99,70%
99,10%
99,70%
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
42,4
27,0 24,1
20,20 17,5 15,7
29,4 25,4 25,9 23,70 21,5
18,6
2008 2009 2010 2011 2012 2013
SAIDI SAIFI
Comparativo de pérdidas comerciales Recaudo (%)
Pérdidas de red (%) SAIDI – SAIFI
0%
10%
20%
30%
40%
CE
O
CE
DE
NA
R
ES
SA
DIS
PA
C
EE
C
EM
CA
LI
CH
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EP
M
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EQ
CE
TS
A
EP
SA
EN
ER
CA
CO
DE
NS
A
Resultados Destacados de Eficiencia Operacional
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Proyectos de Investigación, Desarrollo e innovación
Transporte Eléctrico Ciudad Santa Bárbara Microturbinas de rio
Energías renovables
Modernización Subestaciones
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Promoción del Uso Eficiente de la Energía
Uno solo cliente reduce el consumo en 116 GWh por año, equivalente a reducir 32.060 Toneladas de emisiones de CO2, o de 4.933.800 árboles!
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Smart Meter - Productos y Servicios inteligentes
TECNOLOGIAS
Automatización de facturación
Gestión de demanda
Gestión de Activos
Sistemas de información del cliente
Automatización de Distribución
Inversiones
CAPACIDADES
EV
ALU
AC
ION
SM
AR
T G
RID
RO
I
SMART
GRID
AMI
AMR
Fuente: Smart Meter corp USA.
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Desarrollo de la Oferta de Valor
Portafolio de productos y servicios inteligentes• Atributos de calidad y confiabilidad extras, confort, domótica é
Inmótica, elasticidad de contratación, precio, Innovación, ecoeficiencia, productividad.
Estudios y caracterización de segmentos y de consumidores• Segmentación de los mercados objetivo • Caracterización de consumidores y hábitos de consumo
Modelos de negocio y gestión• Metodología de modelos de negocio eje. Modelo Canvas• Modelo de gestión – Metodología Intelligrid - Etom• Indicadores - KPI
Investigación, Desarrollo e Innovación –
Pilotos
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Generación Fotovoltaica
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Objetivo del proyecto
El proyecto se hizo con el objetivo de generar apropiación tecnológica ydesarrollo de capacidades para formular un modelo de negocio acorde con laley 1715 de 2014.
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Objetivo del proyecto
Aportar a la disminución de la huella de carbono
Investigar la
tecnología
Estudiar la viabilidad
del proyecto
Invertir en eficiencia energética
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Ubicación Georreferencial
Elevación Azimut latitudes longitudes
33.96° 295.45° 3.5170191° N 76.5021157° W
Fuente: PVSyst y http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?l ang=es#table
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Ubicación Georreferencial
Sombreado estructural para la mañana y la tarde de un día particular del mes de enero.
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Equipos implementados del SFV
Laboratorio de energía solar EPSA sede Yumbo
3 sistemas solares fotovoltaicos
294 módulos fotovoltaicos
294 soporte tipo lastre para
los módulos9 inversores
Sistema de medición
1 Sistema de adquisición de
datos
4 analizadores de red
2 estaciones meteorológica
s
1 analizador de curvas IV
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Silicio Monocristalino
Equipos implementados del SFV – Módulos fotovoltaico s
Silicio Policristalino
Silicio Amorfo de capa delgada
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Soporte de los módulos fotovoltaicos
Equipos implementados del SFV – Módulos fotovoltaico s
Los módulos fotovoltaicos han sido instalados mediante un sistema de lastradoque no necesita de perforación en la losa del edificio.
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Arreglos silicio monocristalino
Equipos implementados del SFV – Inversores
Arreglos silicio policristalino
Arreglos silicio amorfo de capa delgada
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Equipos implementados del SFV – Módulos fotovoltaico s
Distribución de los módulos fotovoltaicos en sitio
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Tecnología Alto (m) Ancho (m)Área
modulo (m^2)
Cantidad (unidades)
Potencia por modulo
(Wp)
Área arreglo (m^2)
Eficiencia (%)
Potencia Instalada
(Wp)
Silicio Amorfo de capa delgada
1.409 1.11 0.781995 144 142 112.60728 16 20448
Silicio Monocristalino
1.65 0.99 0.81675 78 265 58.806 15 20670
Silicio Policristalino 1.97 0.99 0.97515 72 285 76.0617 9 20520
Datos de los módulos fotovoltaicos y de su capacidad
Capacidad total instalada (kWp) 61.638
Equipos implementados del SFV – Módulos fotovoltaico s
Microgeneración del 5% de la demanda del edificio
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Inversores - SUNNY BOY 6000-US
Equipos implementados del SFV – Inversores
Silicio Policristalino Silicio Amorfo de
capa delgada
Silicio Monocristalino
Sistema de adquisición de
datos
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*Fuente: http://www.sma-america.com/products/solarinverters/sunny-boy-5000-us-6000-us-7000-
us-8000-us.html
Equipos implementados del SFV – Inversores
Inversor SUNNY BOY 6000-US
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Equipos implementados del SFV – Sistema de apantallamiento
El sistema de apantallamiento de la terraza existente se reforzó, con el fin de mejorarlos índices de protección de los equipos y de la vida humana, ya que la interacción conlos sistemas fotovoltaicos es muy frecuente.
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Equipos de medida
Termografías
Actualmente se toman termografías para identificar puntos calientes en losmódulos y bornes de los mismos, con el fin de establecer cual es la tendencia deocurrencia de este fenómeno y elaborar planes de acción que eviten la reducciónde la producción de energía por parte de los sistemas fotovoltaicos.
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Equipos de medida
Estación meteorológica
Para identificar la correlación entre diferentes variables climáticas que afectan laproducción de los módulos fotovoltaicos, se instalaron dos estaciones meteorológicas.Una de ellas se encuentra en el laboratorio de energía solar del edifico de EPSA sedeyumbo y la otra en la Universidad Autónoma de Occidente.
Estación de EPSA sede yumbo
Estación de la UAOEstación instalada DAVIS Advantage Pro 2
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Con el objetivo de establecer la afectación de los armónicos se pueden inyectar a lared debido al comportamiento no lineal de los inversores el cual esta correlacionadocon la conmutación forzada que tiene como entrada la variación de la radiación solarglobal sobre los módulos fotovoltaicos, se instalaron cuatro analizadores de red ION7650 de Schneider Electric, los cuales tienen un periodo de registro de datos cadaminuto.
Equipos de medida
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Equipos de medida
Debido a que los módulos fotovoltaicos son totalmente dependientes de laradiación global incidente sobre ellos, entonces se deicidio por utilizar unanalizador de curvas IV, lo cual permite identificar si hay afectaciones sobre losmódulos fotovoltaicos o los strings formados por los mismos.
Es claro que cualquier afectación en las curvas IV pueden generar una perdidaparcial o tal de la potencia producida así como también el ciclo de vida de losmódulos.
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Indicadores de resultados - comparativo teórico vs r eal de producción de energía.
Diciem
bre
(2013)
Enero
(2014)
Febrero
(2014)
Marzo
(2014)
Abril
(2014)
Mayo
(2014)
Junio
(2014)
Julio
(2014)
Agosto
(2014)
Septie
mbre
(2014)
Octubr
e
(2014)
Noviem
bre
(2014)
Diciem
bre
(2014)
Aporte de energía teórico SFV kWh/mes 6014 6409 6019 6729 6204 6144 5873 6490 6476 6294 6168 5901 6014
Aporte real SFV kWh/mes 7358 7678 6860 7401 7655 7243 6737 7812 6737 7763 6994 6953,6 7086,36
% de desviación 22 20 14 10 23 18 15 20 4 23 13 18 18
0
5
10
15
20
25
0100020003000400050006000700080009000
kWh
/me
s
Comparación de la producción de energía solar Fotovoltaica estimada y real 2014
Enero (2015) Febrero (2015) Marzo (2015) Abril (2015) Mayo (2015)
Aporte de energía teórico SFV kWh/mes 6014 6409 6019 6729 6204
Aporte real SFV kWh/mes 7155 6453 6730 5246 6718
% de desviación 19 1 12 -22 8
-30-20-100102030
0
2000
4000
6000
8000
kWh
/me
s
Comparación de la producción de energía solar Fotovoltaica estimada y real 2015
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Indicadores de resultados – comparativo de la irradiancia diaria en laboratorio de energía solar
-200
0
200
400
600
800
1000
00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48
Rad
iaci
ón
W/m
2
Tiempo
Irradiancia Solar Diaria Registrada
03-feb-14
04-feb-14
05-feb-14
06-feb-14
07-feb-14
08-feb-14
09-feb-14
10-feb-14
11-feb-14
12-feb-14
13-feb-14
14-feb-14
Se puede observar que la variación del recurso solar cada día es bastantediferente aunque se sigue el mismo patrón de comportamiento, lo cual indica quelas horas de mayor aprovechamiento del recurso aunque su magnitud es indicativay no se puede especificar de manera veraz el potencial instantáneo de alguna horaespecifica.
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Indicadores de resultados - Comparación de la radiación en el edifico de EPSA sede Yumbo con estaciones de CENI CAÑA para un mes particular
Comparación de la radiación solar de un mes particular de la estación del edificode EPSA sede Yumbo con otras estaciones del valle del cauca (CENICAÑA) en elmismo periodo de tiempo, se puede observar gran potencial en la región aunmayor que el del edificio de EPSA yumbo.
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Indicadores de resultados - complementariedad de los recursos
Se puede observar que la velocidad del viento es complementaria de la irradiaciónsolar, por lo cual los sistemas híbridos de generación para este tipo de recursospueden aumentar el recurso global y mejorar las condiciones de producción deenergía.
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Análisis y resultados de Generación Fotovoltaica
• Se puede observar que los SFVs cumplen con los parámetros de p roducción de energíaestablecidas desde el inicio y se observa que la producción e s mayor a la esperada , esto esdebido a que los diseños de SFVs se realizan bajo las condiciones mas agrestes y bajo datossuministrados por bases internacionales, las cuales no son exactas y solo muestran la tendencia deradiación solar en el país.
• Es necesario establecer mediciones de radiación solar durante mas tiempo para establecer unpatrón de comportamiento mas confiable, ya que la irradiancia afecta directamente la producción deenergía del sistema.
• Las características de las curvas IV de los módulos fotovoltaicos son similares a las hojas técnicas,sin embargo las hojas técnicas están establecidas bajo las normas STC, las c uales estánparametrizadas para condiciones demasiado particulares , este piloto permitirá obtener factoresporcentuales que permitan establecer las correcciones de los parámetros eléctricos dados en lashojas técnicas.
• El THDi tiene un impacto elevado en las horas de inicio de prod ucción de energía y las horasdel cese de dicha producción.
• En vista de una masificación inminente de la tecnología, deb e de considerarse lamasificación de los armónicos de corriente.
• El recurso eólico y el solar son complementarios, lo cual per mite visualizarlos como fuentesde energía primaria de una microred o un sistema aislado.
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Reflexión de cierre
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Vigilancia Tecnológica: SmartGrid – Smart City
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Fuente: es.paperblog.com / es.123rf.com / www.retailstore.cl
Nuevos Retos de Smart Grids
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Fuente: es.paperblog.com / es.123rf.com / www.retailstore.cl
Desafíos y oportunidades
- Competitividad y sostenibilidad de los sectores productivos.
- Estrategias de la política energética y su normatividad.
- Condiciones sociambientales para el desarrollo de la infraestructura.
- Fortalecimiento Alianzas regionales para la competitividad de cuidad región.
- Nuevos conceptos de desarrollo de redes y ciudades Inteligentes – Innovación
- Metas de cobertura y eficiencia energética- Definición y articulación de apuestas
productivas bajo un modelo de innovación regional sostenible _ Ecosistema
- Crecimiento de capacidades regionales en un sector de energía de clase mundial -Nuevos Mercados LATAM.
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Sandra Ospina [email protected]