Viabilidad del uso de seguidores fotovoltaicos en la República Dominicana

Trabajo Fin de Máster Máster en Sistemas de Energía Eléctrica Viabilidad del Uso de Seguidores Fotovoltaicos en la República Dominicana Autor: Guillermo A. Menieur Núñez Tutores: Manuel Burgos Payán Juan Manuel Roldán Fernández Dept. Ingeniería Eléctrica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 ii iii Trabajo Fin de Máster Ingeniería Eléctrica Viabilidad del Uso de Seguidores Fotovoltaicos en la República Dominicana Autor: Guillermo A. Menieur Núñez Tutores: Manuel Burgos Payán Juan Manuel Roldán Fernández Dpto. de Ingeniería Eléctrica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iv v Trabajo Fin de Máster: Viabilidad del Uso de Seguidores Fotovoltaicos en la República Dominicana Autor: Guillermo A. Menieur Núñez Tutor: Manuel Burgos Payán Juan Manuel Roldán Fernández El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 vi El Secretario del Tribunal vii A mi hermana A mi familia A mis maestros viii ix Resumen El trabajo realizado a continuación abarca una serie de estudios técnico-económicos con la finalidad de encontrar la viabilidad de los sistemas fotovoltaicos con un sistema de montaje basado en seguidores solares frente a los de montaje fijo, específicamente en la República Dominicana. Estos análisis se realizan debido a que la Rep. Dominicana disfruta de incentivos fiscales por inversión en energías renovables, lo que reduce el tiempo de amortización de la inversión, posee un alto índice de radiación solar y cuenta con múltiples inversiones fotovoltaica realizadas y en ejecución, pero todas en montaje fijo. Analizando los avances de las tecnologías del sector fotovoltaico, especialmente la de los seguidores solares, que actualmente, presentan un avance significativo en su eficiencia y fiabilidad además de la reducción en sus precios, se decide evaluar las posibilidades para analizar donde se encuentra el punto de inflexión de los sistemas fotovoltaicos con seguidores solares en el país, y ver si existe la posibilidad de que el coste de la inversión en este tipo de sistema sea menor que un sistema de estructura fija, produciendo ambos una misma cantidad de energía anual. La finalidad del análisis es que pueda ser utilizado como referencia para futuras inversiones en sistema fotovoltaicos en la Republica Dominicana. Los resultados obtenidos en este trabajo demuestran que hay escenarios donde las inversiones entre un tipo de sistema u otro están casi a la par. Esto hace presumir que en un futuro próximo los sistemas basados en seguidores podrán superar los fijos. 16 1.1.2 Incentivo a las Energías Renovables En virtud de buscar el desarrollo de las energías renovables, el estado dominicano se vio en la necesidad de crear una ley que propiciara el uso de estas tecnologías y fuese atractiva para los inversores. La ley desarrollada fue la ley 57-00: Sobre Incentivo al Desarrollo de Fuentes Renovables de Energía y sus Regímenes Especiales (Dominicana, Gobierno de la Republica, 2007) Para la comprensión de los estudios económicos realizado en este documento, es necesario saber específicamente dos artículos contenido en esta ley: los artículos 9 y 12. Ambos artículos establecen un beneficio fiscal al inversor de instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo, generando una reducción en la amortización final del sistema instalado. Los citados artículos establecen lo siguiente: Artículo 9.- Exención de impuestos. La Comisión Nacional de Energía (CNE) recomendará la exención de todo tipo de impuestos de importación a los equipos, maquinarias y accesorios importados por las empresas o personas individuales, necesarios 26 Ley número 57-07 para la producción de energía de fuentes renovables contemplados en el PÁRRAFO II del presente artículo, que de acuerdo con el reglamento de la presente ley apliquen a los incentivos que ésta crea. La exención será del 100% de dichos impuestos. Este incentivo incluye también la importación de los equipos de transformación, transmisión e interconexión de energía eléctrica al SENI. Para los proyectos basados en fuentes renovables, que cumplan con esta ley. Los equipos y materiales dentro de este capítulo quedan también exentos del pago del Impuesto de Transferencia a los Bienes Industrializados y Servicios (ITBIS) y de todos los impuestos a la venta final. PÁRRAFO I.- La CNE previa consulta con el Organismo Asesor, recomendará en su informe anual al Congreso Nacional la ampliación de la lista de equipos, partes y sistemas que por su utilidad y por el uso de fuentes renovables de energía sean susceptibles de beneficiarse en el futuro del régimen de exenciones consignado en este Capítulo. PÁRRAFO II.- Lista de equipos, partes y sistemas a recibir exención aduanera inicial son las siguientes: a. Paneles fotovoltaicos y celdas solares individuales para ensamblar los paneles en el país. (partidas aduanales: 85.41, 8541.40, 8541.40.10 y 8541.90.00); b. Acumuladores estacionarios de larga duración; c. Inversores y/o convertidores indispensables para el funcionamiento de los sistemas de energías renovables; d. Las pilas de combustible y los equipos y aparatos destinados a la generación de hidrógeno; e. Equipos generadores de hidrógeno y sus purificadores, rectificadores y medidores para producción partiendo del agua, alcohol o biomasa; Ley número 57- 07 27 f. Inversores sincrónicos para poder despachar a la red la energía sobrante en la medición neta; Artículo 12.- Incentivo fiscal a los autoproductores. En función de la tecnología de energías renovables asociada a cada proyecto, se otorga hasta un 40% del costo de la inversión en equipos, como crédito único al impuesto sobre la renta, a los propietarios o inquilinos de viviendas familiares, casas comerciales o industriales que cambien o amplíen para sistemas de fuentes renovables en la provisión de su autoconsumo energético privado Ley número 57-07 29 y cuyos proyectos hayan sido aprobados por los organismos competentes. Dicho crédito fiscal será descontado en los tres (3) años siguientes al impuesto sobre la renta anual a ser pagado por el beneficiario del mismo en proporción del 33.33%. La Dirección General de Impuestos Internos, requerirá una certificación de la Comisión Nacional de Energía respecto a la autenticidad de dicha solicitud. La CNE y la Dirección General de Impuestos Internos regularán el procedimiento de obtención de este incentivo fiscal. Párrafo. - Los reglamentos incluirán los límites de incentivos aplicables a cada tecnología. 17 1.1.3 Matriz de Generación Eléctrica Dominicana Según la Asociación Dominicana de Industria Eléctricas (ADIE), la capacidad instalada total del Sistema Eléctrico Nacional Interconectado al mes de abril de 2018 es de unos 3713,5 MW. De estos, unos 2902,8 MW son de origen convencional representando un 78% del total general, 135 MW son provenientes de centrales eólicas para un 3,6%, 30 MW solar fotovoltaica que representa un 0,8%, 30 MW provienen de biomasa representando un 0,8% también y finalmente 616 MW son de origen hídrico, siendo esto un 16,7% de la capacidad total instalada (Asociacion Dominicana de Industria Eléctrica, n.d.) . La Fig 2, obtenida de (Asociacion Dominicana de Industria Eléctrica, n.d.), detalla la potencia instalada interconectada al sistema eléctrico dominicano por tipo de combustible para abril 2018: Fig. 2 Potencia Instalada por Fuente primaria de Energía 18 COMPONENTES DE LOS SISTEMAS PV Los casos de estudios representados en los capítulos siguientes están basados en la tecnología solar fotovoltaica. Esta tecnología es una de las más limpias, simple y abundante a nivel global (Acciona, n.d.). En los últimos años esta tecnología, capaz de convertir la energía de los rayos solares en electricidad, ha ido mejorando las múltiples variables que la conforman como lo son su fiabilidad, eficiencia y su coste. Es por esto que sin duda hoy en día es una de las tecnologías con mayor tasa de crecimiento en el mundo. Para poder comprender los análisis económicos que se realizan en lo adelante, es necesario conocer los principales elementos que componen una instalación basada en esta tecnología. PANEL SOLAR Los paneles solares son dispositivos que convierten la energía de la luz solar en electricidad. Un panel solar es una colección de células solares distribuidas en un área. Dependiendo de la cantidad de células integradas en el panel, la potencia capaz de entregar el panel será mayor o menor. La Fig. 2, tomada de (The Power Store, n.d.), muestra el aspecto de un panel solar fotovoltaico de 72 celdas capaz de suministrar una potencia pico de 365 vatios DC marca JA solar. Fig. 3 Aspecto de un panel solar de 365 Wp JA Solar Las células solares normalmente están hechas de silicio y por lo general son las más eficientes. Las celdas solares, también llamadas celdas fotovoltaicas son las encargadas de convertir los rayos solares en electricidad. El desarrollo en estas celdas ha ido mejorando su funcionamiento y eficiencia logrando un incremento en la cantidad de electricidad capaz de procesar en una misma área de trabajo. El modelo de panel solar utilizado en los estudios económicos contemplados en el Capítulo 4 fue el modelo JA Solar de 365 Wp, estos módulos de doble vidrio ensamblado con celdas bifaciales tienen la capacidad de convertir las luces incidentes en su parte trasera en electricidad además de lo que se genera en la parte frontal, lo que los convierte en los módulos solares con el mayor desempeño y rentabilidad en términos de generación eléctrica, así como a la tolerancia a entornos hostiles y condiciones climáticas extremas (JA Solar, n.d.). La Fig. 3 muestra las especificaciones técnicas del panel utilizado obtenida de (JA Solar, n.d.), específicamente los valores contenidos en el recuadro rojo. 19 INVERSOR FOTOVOLTAICO El inversor fotovoltaico es uno de los componentes más importantes en una instalación fotovoltaica. Es el dispositivo encargado de convertir la corriente directa o continua procedente del sistema fotovoltaico a corriente alterna (AC). Esta corriente alterna es la que se inyecta a la red eléctrica donde esta interconectado el sistema. Los inversores son capaces de manejar distintas potencias dependiendo de su capacidad. La Fig. 4 corresponden a los inversores utilizados en los estudios económicos desarrollados en el Caso A del Capítulo 4, donde los inversor utilizados tienen una potencia de salida de 50 kW (AC) y unos Fig. 4 Especificaciones Técnicas del Panel Solar JA Solar 365 Wp Fig. 5 Inversor solar SMA STP 50 Fig. 6 Inversor Solar SMA Sunny Central 2500 EV 20 parámetros técnicos resumidos en la Fig. 6. En cuanto al Caso B, los escenarios estudiados contemplan inversores solares de mayor potencia debido al sistema implementado, correspondiente al inversor SMA Sunny Central de 2500 kW (AC) representado en la Fig. 5. Los parámetros técnicos de este inversor están resumidos en la Fig. 7. Fig. 7 Parámetros Técnicos Inversor SMA STP 50 kW (AC) Fig. 8 Parámetros Técnicos Inversor Solar SMA 2500 EV 21 TIPO DE MONTAJE La variación de los estudios económicos realizados en el capítulo 3 dependen del tipo de montaje utilizado, por lo que, resulta de interés abarcar y hacer énfasis en esta sección para comprender el funcionamiento y como afecta a las instalaciones fotovoltaica cada uno. Son 3 los tipos de montajes abarcado en el estudio: • Montaje en Estructura Fija • Montaje con Perseguidor Solar de 1 Eje • Montaje con Perseguidor Solar de 2 Eje Inicialmente los paneles solares se ubicaban con ángulo e inclinación fija, como puede observarse en la Fig. 8, para que los rayos del sol de medio día fueran aprovechados a su máxima capacidad. Sin embargo, esta práctica no permitía el aprovechamiento óptimo de la energía entregada por el sol en las horas de la mañana y la tarde, limitando así la cantidad total de energía capaz de entregar en un día. En vista de esta problemática resultan los perseguidores solares. Un sistema de perseguidor solar en cambio maximiza la producción de electricidad de un sistema PV al mover los paneles para seguir el sol a lo largo del día, optimizando el ángulo en el que sus paneles reciben la radiación solar diaria. Los perseguidores solares se suelen utilizar para paneles solares montados en el suelo y normalmente para grandes instalaciones. Por lo general, no se utilizan en la mayoría de los proyectos solares residenciales, pero tienen un lugar en el mercado de energía solar comercial e industrial. Cuando los paneles solares están expuestos a la luz solar, el ángulo en el que los rayos del sol se encuentran con la superficie del panel solar (ángulo de incidencia) determina qué tan bien el panel puede convertir la luz entrante en electricidad. Cuanto más estrecho sea el ángulo de incidencia, más energía puede producir un panel fotovoltaico. Los seguidores solares ayudan a minimizar este ángulo trabajando para orientar los paneles de modo que la luz los golpee perpendicularmente a su superficie. Existen dos tipos de sistemas de perseguidores solares: de un solo eje y de dos ejes. • Perseguidor solar de 1 Eje: mueve sus paneles en un eje de movimiento, generalmente alineado con el norte y el sur. Estas configuraciones permiten que los paneles giren de este a oeste y siguen el sol a medida que amanece y anochece, como se aprecia en la Fig. 9. • Perseguidor solar de 2 Ejes: permite que sus paneles se muevan en dos ejes, alineados tanto de norte a sur como de este a oeste. Este tipo de sistema está diseñado para maximizar su colección de energía solar durante todo el año. Puede rastrear variaciones estacionales en la altura del sol además del movimiento diario normal, su representación más habitual se ve en la Fig. 10. Fig. 9 Montaje Fijo Fig. 10 Seguidor Solar de 1 Eje Fig. 11 Seguidor Solar de 2 Ejes 22 A continuación, analizaremos el comportamiento de los sistemas PV dependiendo el tipo de montaje utilizado. 1.1.4 Comportamiento del Sistema PV con Montaje Fijo El montaje en estructura fija como su nombre lo indica es aquel que posiciona los módulos solares en una inclinación y orientación fija durante el año. En la Republica Dominicana el posicionamiento optimo para este tipo de montaje es 18° de inclinación y orientación Sur franco (180°). Para comprender el funcionamiento de una instalación fotovoltaica con este tipo de montaje, analizaremos la Fig. 11 en la que se muestra el comportamiento del Sistema PV de 584 kW (DC) instalado en montaje fijo a medida que transcurre un día solar. La gráfica presenta el comportamiento del sistema PV desarrollado en el Escenario 1 contenido en el Capítulo 4. En la Fig. 11 se puede apreciar la potencia entregada por los paneles solares kW (DC) representada por la línea azul, teniendo esta línea una variación a lo largo del día ocasionada por la posición del sol, siendo el medio día el momento de menor ángulo de incidencia generando el punto máximo de potencia aprovechable. La línea naranja representa la potencia de salida suministrada por los inversores kW (AC) la cual muestra el comportamiento de los inversores, que varían dependiendo de la electricidad procesada por los paneles solares, por ende, siguen el mismo patrón que la línea azul, se puede notar que la línea naranja tiene una menor salida de potencia, generada por las pérdidas en las que incurre en el inversor y los materiales eléctricos. También puede observarse en la Fig. 11 una línea de color Borgoña, donde se representa la inclinación de los paneles solares, fijos a 15° para este caso, como puede verse en el eje de ordenada derecho. En cuanto a la orientación de los paneles solares, como se observa en la Fig. 12, que al estar instalados en este tipo de montaje poseen también una orientación fijada hacia el sur franco, osea a 180°. Fig. 12 Comportamiento de un Sistema PV en Montaje Fijo 23 Como se ha venido comentando, la finalidad de los perseguidores solares es minimizar el ángulo de incidencia entre los paneles solares y el sol. En la Fig. 13 se observa el comportamiento del ángulo de incidencia en este tipo de sistema con montaje fijo a lo largo del año, pudiéndose notar un patrón casi igualitario entre los meses y las estaciones del año, disminuyendo a su punto mínimo al medio día, ocasionando la mayor salida de potencia obtenible representada por la línea azul de la Fig. 11. Este comportamiento mejora con la implementación de perseguidores solares. Fig. 13 Azimut de un Sistema PV en Montaje Fijo Fig. 14 Angulo de Incidencia Sistema PV con Montaje Fijo 24 1.1.5 Comportamiento del Sistema PV con Montaje de 1 Eje Los perseguidores solares de 1 Eje actualmente son los más implementados a gran escala, utilizado para maximizar la producción eléctrica de los sistemas PV. A continuación, veremos el comportamiento del sistema desarrollado en el Escenario 2 del Capitulo 3, un sistema PV de 499.32 kW (DC) en montaje con perseguidor solar de 1 eje. La Fig. 14 representa el comportamiento a lo largo de un día del sistema PV instalado con seguidores solares de 1 Eje. Iniciaremos analizando la representación del Azimut, como se observa en la Fig. 15, y la inclinación (Línea Borgoña), representada en la Fig. 14, ambas con variaciones entre el amanecer y el atardecer. Estas variaciones generadas por el movimiento del perseguidor solar utilizado con un ángulo de giro de +-60 grados. Se aprecia como el azimut entre las 9:00 y las 12:00 horas se fija a 90°, es decir posicionados al Este. A partir de las 12:00 vemos como fluctúa el perseguidor hasta 270°, ubicando los paneles hacia el Oeste. En cuanto a la inclinación (Línea Borgoña) se percibe como en la mañana y la tarde el perseguidor solar se posiciona con una inclinación de 60°. A medida que pasan las horas se ve como la inclinación varia, llegando hasta casi 5° a las 12:00. Fig. 15 Comportamiento de un Sistema PV con Seguidores Solares de 1 Eje Fig. 16 Azimut de un Sistema PV con Seguidor Solar de 1 Eje 25 Este comportamiento dinámico del sistema con perseguidores solares ocasiona un mayor aprovechamiento de los rayos solares que puede ser apreciado en las potencias del sistema, representadas por las líneas azul y naranja de la Fig. 14. La línea azul, es la potencia procesada por los paneles solares kW (DC) y se nota un comportamiento mas constante durante el día. Se puede notar como este sistema alcanza su punto máximo de potencia a las 9:00, a diferencia del sistema con montaje fijo (véase Fig. 11) que lo alcanza a las 12:00, manteniéndose constante casi hasta las 15:00 horas. Ciertamente se aprecia una degradación durante el día, ocasionada por la variación de la eficiencia del sistema técnicamente sujeta a la temperatura. Debido a que los paneles están más fríos en la mañana, el aprovechamiento es máximo. La diferencia entre la potencia entregada por los paneles solares kW (DC) y la potencia de salida entregada por los inversores kW (AC), representada por la línea naranja, es más notoria en este tipo de sistema, debido al consumo ocasionado por el funcionamiento constante de los perseguidores solares, generando un consumo energético de hasta casi un 10% anual de la energía producida. Se ha mencionado la mejora de estos sistemas con relación al ángulo de incidencia que, a diferencia de los sistemas con montaje fijo donde la variación del ángulo es generada por el movimiento del sol únicamente, estos sistemas con perseguidores solares reducen ese ángulo con el movimiento mecánico del montaje. En la Fig. 16 se puede apreciar la variación del ángulo de incidencia durante el año, variando en consecuencia del movimiento mecánico del perseguidor buscando el ángulo optimo en cada hora del día. Fig. 17 Angulo de Incidencia de Sistemas PV con Seguidor Solar de 1 Eje 32 1.1.9.1 Análisis Económico A continuación, se desarrolla el análisis económico del sistema PV considerado en el caso E1. Los montos detallados a continuación serán utilizados más adelante para el ROI del sistema. El sistema PV de 584 kW (DC) descrito en el E1, requiere una inversión total de: ▪ Inversión: 492.300,76 € Donde el precio por vatio de la instalación es: ▪ Precio por Vatio: 0,84 €/W Según el Capítulo 1.1.2, sobre la ley 57-00, donde se establece los beneficios a la inversión en Energías Renovables, el monto total que será devuelto por el Estado Dominicano, en forma de crédito fiscal, al titular de la inversión será: ▪ Incentivo Fiscal Totalizado: 191.136,00 Eur Para el ámbito aplicativo, este incentivo fiscal es obligatorio dividirlo en 3 años en cantidades iguales (33.33%), para ser aplicado en forma de crédito fiscal en los primeros tres años posterior a la puesta en operación del sistema. Para esta instalación el incentivo fiscal a obtener en los primeros tres años será: Año 1: 63.172 Eur Año 2: 63.172 Eur Año 3: 63.172 Eur Cada año, el inversionista tendrá un crédito disponible por el monto detallado arriba para utilizar a su favor al momento de la declaración de Impuesto anual, generando una deducción a su favor en la materia impositiva. 33 1.1.9.2 Producción Solar El Sistema Fotovoltaico de 584 kWdc de potencia tiene una capacidad de generación eléctrica promedio de 78,531 kWh/mes y 942.4 MWh/años, en su primer año de funcionamiento. La Tabla 1 y la Fig. 22 detallan la generación estimada del primer año de operación del sistema. En la gráfica se puede observar el comportamiento del sistema a medida que varían los meses y las estaciones del año y en consecuencia la radiación directa que puede ser aprovechada por los módulos solares. Tabla 1 Producción Mensual Escenario 1 - caso A Fig. 23 Producción mensual (kWh) Escenario 1 - Caso A 34 1.1.9.3 Producción vs Consumo Teniendo conocimiento de la capacidad de generación del sistema y el perfil de consumo del Caso A, se puede representar el porcentaje de ahorro del cual es capaz de suministrar el sistema fotovoltaico. Independientemente en los meses donde existe déficit de generación, recalcamos que este escenario se analiza bajo el reglamento de Medición Neta, por lo que la energía generada en exceso puede utilizarse a futuro como crédito, permitiendo que sea posible el ahorro al 100% de la factura eléctrica. Consumo Promedio Generación Fotovoltaica % Ahorro 78532 kWh/mes 78531 kWh/mes 100.00% Es evidente que, la generación producida por el sistema es capaz de suministrar el 100% de la demanda energética establecida para este caso. En la Fig. 23 se representa con mayor detalle el comportamiento del sistema PV frente al perfil de consumo establecido para el Caso A. Como se menciono antes, se aprecia la variación de la generación a medida que evolucionan los meses y las estaciones del año, generando consigo que en algunos meses haya déficit de generación y en otros excesos de generación. Fig. 24 Consumo Vs Producción Escenario 1 - Caso A 35 1.1.9.4 Análisis del Retorno de Inversión (ROI): Teniendo conocimiento de los valores anteriores y la capacidad de generación del sistema PV, procedemos a realizar el análisis de retorno de la inversión del E1: Inversion Total Incentivo Fiscal Totalizado Monto a Amortizar € 492.300,76 € 191.136,00 € 301.164,76 Conociendo los valores de la inversión total y el incentivo fiscal totalizado que se obtiene por la inversión realizada en Energías Renovables, se concluye que el monto real de amortización para el E1 es € 301.164,76 Eur, siendo el monto amortizado la diferencia entre el Debito por la Inversión realizada y el Crédito en incentivo fiscal. Para conocer los beneficios generados por generación eléctrica, monetizamos la generación solar obtenida por el sistema. La tarifa eléctrica utilizada para el análisis es de 0,125 €/kWh. Consumo Promedio (Mensual) Generacion Fotovoltaica (Mensual) % Ahorro Factura Estimada € 10.186,60 € 10.186,50 100.00% € 0,10 78532,47 kWh/mes 78531,68 kWh/mes 0,79 kWh/mes Con el mismo criterio, totalizamos que el beneficio anual por generación eléctrica es: Ahorro Energético Promedio Anual (EUR) Promedio Anual (Kwh) € 115.449,22 921.456 Consolidando los beneficios obtenidos por Generación Eléctrica e Incentivo Fiscal durante los tres primeros años, se obtiene: Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Ahorro en Generación Solar Fotovoltaica (Tarifa establecida) € 118.070,66 € 117.480,30 € 116.892,94 Incentivo Fiscal (Ley 57-07) € 63.712,00 € 63.712,00 € 63.712,00 Beneficio Anual € 181.782,66 € 181.192,30 € 180.604,94 Beneficio Totalizado (Primeros 3 años) € 543.579,90 36 Observando los beneficios consolidados de los tres primeros años, rápidamente se puede establecer que el retorno de la inversión es menor a 3 años. En la tabla a continuación se muestra el análisis a 10 años del flujo de caja obtenido en este escenario. Año Inversión Incentivo Fiscal Generación Solar Balance 1 € 492,300.76 € 63,712.00 € 118,070.66 -€ 310,518.09 2 € - € 63,712.00 € 117,480.30 -€ 129,325.80 3 € - € 63,712.00 € 116,892.94 € 51,279.14 4 € - € - € 116,308.46 € 167,587.60 5 € - € - € 115,726.99 € 283,314.60 6 € - € - € 115,148.28 € 398,462.87 7 € - € - € 114,572.57 € 513,035.44 8 € - € - € 113,999.74 € 627,035.18 9 € - € - € 113,429.67 € 740,464.85 10 € - € - € 112,862.61 € 853,327.46 Analizando la tabla, se destaca que posterior a la inversión inicial únicamente se tiene un flujo de caja negativo en los primeros dos años. Con un tiempo de retorno de la inversión ROI de 2.72 años. 37 1.1.10 Escenario 2 – Perseguidor Solar 1 Eje El segundo escenario comprende un sistema PV diseñado sobre montaje con perseguidores solares de 1 Eje, con una capacidad de generación eléctrica anual de 915,3 MWh (promedio primero 10 años). Este sistema tiene una capacidad de potencia de 499,32 kW (DC) y 450 kW (AC), generadas por un total de 1368 módulos solares y 9 inversores solares de inyección a red. La composición general detallada del sistema se expresa a continuación: • 1368 módulos solares de 365 W Monocristalinos. Potencia Pico 499,32 kW (DC). • 9 inversores trifásicos de inyección a red de 50kW/AC cada unidad. Potencia Salida 450 kW(AC). • Montaje con perseguidores solares de 1 Eje, para 1368 módulos solares. Azimut Variable +-60 grados. Inclinación 0. Fig. 25 Representación Azimut e inclinación perseguidor solar 1 Eje 38 1.1.10.1 Análisis Económico: A continuación, se desarrolla el análisis económico del sistema PV comprendido en el E2. Los montos detallados a continuación serán utilizados más adelante para el ROI del sistema. El sistema PV de 499,32 kW (DC) descrito en el E2, requiere una inversión total de: ▪ Inversión: 496.523,81 Eur Donde el precio por vatio de la instalación es: ▪ Precio por Vatio: 0,99 Eur Según el capítulo 1.1.2 sobre la ley 57-00 donde se establece los beneficios a la inversión en Energías Renovables, el monto total que será devuelto por el Estado Dominicano, en forma de crédito fiscal, al titular de la inversión será: ▪ Incentivo Fiscal Totalizado: 191.410,00 Eur Para el ámbito aplicativo, este incentivo fiscal es obligatorio dividirlo en 3 años en cantidades iguales (33.33%), para ser aplicado en forma de crédito fiscal en los primeros tres años posterior a la puesta en operación del sistema. Para esta instalación el incentivo fiscal a obtener en los primeros tres años será: Año 1: 63.803Eur Año 2: 63.803Eur Año 3: 63.803Eur Cada año, el inversionista tendrá un crédito disponible por el monto detallado arriba para utilizar a su favor al momento de la declaración de Impuesto anual, generando una deducción a su favor en la materia impositiva. 39 1.1.10.2 Producción Solar El Sistema Fotovoltaico de 499,32 kWdc de potencia tiene una capacidad de generación eléctrica promedio de 78014 kWh/mes y 936,1 MWh/años, en su primer año de funcionamiento. En la Tabla 2, se detalla la generación estimada del primer año de operación del sistema: En la Fig. 25 se puede observar el comportamiento del sistema a medida que varían los meses y las estaciones del año y en consecuencia la radiación directa que puede ser aprovechada por los módulos solares. Tabla 2 Producción mensual Escenario 2 - caso A Fig. 26 Producción mensual (kWh) Escenario 2 - caso A 40 1.1.10.3 Producción vs Consumo Teniendo conocimiento de la capacidad de generación del sistema y el perfil de consumo del Caso A, se puede representar el porcentaje de ahorro del cual es capaz de suministrar el sistema fotovoltaico. Independientemente en los meses donde existe déficit de generación, recalcamos que este escenario se analiza bajo el reglamento de Medición Neta, por lo que la energía generada en exceso puede utilizarse a futuro como crédito, permitiendo que sea posible el ahorro al 100% de la factura eléctrica. Consumo Promedio Generación Fotovoltaica % Ahorro 78532 kWh/mes 78014,93 kWh/mes 99,34% Es evidente que, la generación producida por el sistema es capaz de suministrar el 100% de la demanda energética establecida para este caso. En la Fig. 26 se representa con mayor detalle el comportamiento del sistema PV frente al perfil de consumo establecido para el Caso A. Como se mencionó antes, se aprecia la variación de la generación a medida que evolucionan los meses y las estaciones del año, generando consigo que en algunos meses haya déficit de generación y en otros excesos de generación. Fig. 27 Producción vs Consumo Escenario 2 - Caso A 41 1.1.10.4 Análisis del Retorno de Inversión (ROI): Teniendo conocimiento de los valores anteriores y la capacidad de generación del sistema PV, procedemos a realizar el análisis de retorno de la inversión del E2: Inversion Total Incentivo Fiscal Totalizado Monto a Amortizar € 496.523,81 € 191.410,00 € 305.113,25 Conociendo los valores de la inversión total y el incentivo fiscal totalizado que se obtiene por la inversión realizada en Energías Renovables, se concluye que el monto real de amortización para el E2 es € 305.113,25 Eur, siendo el monto amortizado la diferencia entre el Debito por la Inversión realizada y el Crédito en incentivo fiscal. Para conocer los beneficios generados por generación eléctrica, monetizamos la generación solar obtenida por el sistema. La tarifa eléctrica utilizada para el análisis es de 0,125 Eur por Kilovatios hora. Consumo Promedio Generacion Fotovoltaica % Ahorro Factura Estimada € 10.186,60 € 10.119,47 99,34% € 67,13 7.532,47 kWh/mes 78.014,93 kWh/mes 517,54 kWh/mes Con el mismo criterio, totalizamos que el beneficio anual por generación eléctrica es: Ahorro Energético Promedio Anual (EUR) Promedio Anual (Kwh) € 114.689,44 915.321 Consolidando los beneficios obtenidos por Generación Eléctrica e Incentivo Fiscal durante los tres primeros años, se obtiene: Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Generacion Solar Fotovoltaica (Tarifa establecida) € 117.293,62 € 116.707,13 € 116.123,66 Incentivo Fiscal (Ley 57-07) € 63.803,52 € 63.803,52 € 63.803,52 Beneficio Anual € 181.097,14 € 180.510,65 € 179.927,18 Beneficio Totalizado (Primeros 3 años) € 541.534,97 48 1.1.12 Escenario 4 – Perseguidor Solar 1 Eje Horizontal El cuarto escenario (E4) comprende un sistema PV diseñado sobre montaje con perseguidor solar de 1 eje horizontal, con una capacidad de generación eléctrica anual de 47.584 MWh (promedio primero 10 años). Este sistema tiene una capacidad de potencia de 26,24 MW (DC) y 22,5 MW (AC), generadas por un total de 72900 módulos solares y 9 inversores solares de inyección a red. La composición general del sistema se detalla a continuación: • 72900 módulos solares de 360 W Monocristalinos. Potencia Pico 26,24 MWdc. • 9 inversores trifásicos de inyección a red de 2500 kW/AC cada unidad. Potencia Salida 22,5 MWac. • Montaje con perseguidor solar en 1 Eje Horizontal, para 72900 módulos solares. Fig. 31 Planta Fotovoltaica con Seguidores Solares de 1 Eje 49 1.1.12.1 Análisis Económico: A continuación, se desarrolla el análisis económico del sistema PV comprendido en el E4. Los montos detallados a continuación serán utilizados más adelante para el ROI del sistema. El sistema PV de 26,24 MW (DC) descrito en el E4, requiere una inversión total de: ▪ Inversión: 25.850.936 Eur Donde el precio por vatio de la instalación es: ▪ Precio por Vatio: 0,99 Eur La inversión en este tipo de plantas PV no gozan de incentivos fiscales, ya que, no entran bajo el reglamento de autoconsumo. Esta situación genera un mayor tiempo en la amortización de la inversión por el inversionista. 1.1.12.2 Producción Solar El Sistema Fotovoltaico de 26,24 MWdc de potencia tiene una capacidad de generación eléctrica promedio de 4055 MWh/mes y 48664 MWh/años, en su primer año de funcionamiento. La Tabla 4 detalla la generación estimada del primer año de operación del sistema: En la Fig. 31 se puede observar el comportamiento del sistema a medida que varían los meses y las estaciones del año y en consecuencia la radiación directa que puede ser aprovechada por los módulos solares. Fig. 32 Producción mensual Escenario 4 - Caso B Tabla 4 Producción mensual E4 - Caso B 50 1.1.12.3 Análisis del Retorno de Inversión (ROI): Teniendo conocimiento de los valores anteriores y la capacidad de generación del sistema PV, procedemos a realizar el análisis de retorno de la inversión del E4: Inversion Total Incentivo Fiscal Totalizado Monto a Amortizar € 25.850.936 € 0,00 € 25.850.936 Para conocer los beneficios generados por generación eléctrica, monetizamos la generación solar obtenida por el sistema. La tarifa eléctrica utilizada para el análisis es de 0,088 Eur por Kilovatios hora. Generacion Fotovoltaica Promedio Mensual € 356.814 4.055 MWh/mes Con el mismo criterio, totalizamos que el beneficio anual por generación eléctrica es: Ahorro Energético Promedio Anual (EUR) Promedio Anual (MWh) € 4.282.502 48.664 51 Conociendo los valores anteriores, es posible realizar el análisis de retorno de la inversión de este escenario. A continuación, presentamos el flujo de caja a 25 años del proyecto: Año Inversión Ahorro Energetico Balance 1 € 25,850,936.07 € 4,282,502.40 -€ 21,568,433.67 2 € - € 4,261,092.00 -€ 17,307,341.67 3 € - € 4,239,787.20 -€ 13,067,554.47 4 € - € 4,218,588.00 -€ 8,848,966.47 5 € - € 4,197,494.40 -€ 4,651,472.07 6 € - € 4,176,506.40 -€ 474,965.67 7 € - € 4,155,624.00 € 3,680,658.33 8 € - € 4,134,847.20 € 7,815,505.53 9 € - € 4,114,176.00 € 11,929,681.53 10 € - € 4,093,601.60 € 16,023,283.13 11 € - € 4,073,132.80 € 20,096,415.93 12 € - € 4,052,769.60 € 24,149,185.53 13 € - € 4,032,503.20 € 28,181,688.73 14 € - € 4,012,342.40 € 32,194,031.13 15 € - € 3,992,278.40 € 36,186,309.53 16 € - € 3,972,320.00 € 40,158,629.53 17 € - € 3,952,458.40 € 44,111,087.93 18 € - € 3,932,693.60 € 48,043,781.53 19 € - € 3,913,034.40 € 51,956,815.93 20 € - € 3,893,463.20 € 55,850,279.13 21 € - € 3,873,997.60 € 59,724,276.73 22 € - € 3,854,628.80 € 63,578,905.53 23 € - € 3,835,356.80 € 67,414,262.33 24 € - € 3,816,181.60 € 71,230,443.93 25 € - € 3,797,094.40 € 75,027,538.33 Analizando la tabla, se destaca que el tiempo de retorno de inversión para este proyecto fotovoltaico de aproximadamente 30 MW en montaje con perseguidores solares en 1 Eje Horizontal es de 6.1 años. 52 1.1.13 Escenario 5 – Perseguidor Solar 2 Ejes El quinto escenario (E5) comprende un sistema PV diseñado sobre montaje con perseguidor solar de 2 Ejes, con una capacidad de generación eléctrica anual de 45.502 MWh (promedio primero 10 años). Este sistema tiene una capacidad de potencia de 23,33 MW (DC) y 20 MW (AC), generadas por un total de 64800 módulos solares y 8 inversores solares de inyección a red. La composición general del sistema se detalla a continuación: • 64800 módulos solares de 360 W Monocristalinos. Potencia Pico 23,33 MW (DC). • 8 inversores trifásicos de inyección a red de 2500 kW/AC cada unidad. Potencia Salida 20 MWac. • Montaje con perseguidor solar en 2 Ejes de 20 módulos c/u, para 64800 módulos solares. Fig. 33 Planta fotovoltaica con seguidor solar de 2 Ejes 53 1.1.13.1 Análisis Económico: A continuación, se desarrolla el análisis económico del sistema PV comprendido en el E5. Los montos detallados a continuación serán utilizados más adelante para el ROI del sistema. El sistema PV de 23,33 MW (DC) descrito en el E5, requiere una inversión total de: ▪ Inversión: 32.861.550 Eur Donde el precio por vatio de la instalación es: ▪ Precio por Vatio: 1,41 Eur La inversión en este tipo de plantas PV no gozan de incentivos fiscales, ya que, no entran bajo el reglamento de autoconsumo. Esta situación genera un mayor tiempo en la amortización de la inversión por el inversionista. 1.1.13.2 Producción Solar El Sistema Fotovoltaico de 26,24 MWdc de potencia tiene una capacidad de generación eléctrica promedio de 3.877 MWh/mes y 46.535 MWh/años, en su primer año de funcionamiento. La Tabla 5 detalla la generación estimada del primer año de operación del sistema: En la Fig. 33 se puede observar el comportamiento del sistema a medida que varían los meses y las estaciones del año y en consecuencia la radiación directa que puede ser aprovechada por los módulos solares. Fig. 34 Producción mensual Escenario 5 - Caso B Tabla 5 Producción mensual E5 - Caso B 54 1.1.13.3 Análisis del Retorno de Inversión (ROI): Teniendo conocimiento de los valores anteriores y la capacidad de generación del sistema PV, procedemos a realizar el análisis de retorno de la inversión del E5: Inversion Total Incentivo Fiscal Totalizado Monto a Amortizar € 32.861.550 € 0,00 € 32.861.550 Para conocer los beneficios generados por generación eléctrica, monetizamos la generación solar obtenida por el sistema. La tarifa eléctrica utilizada para el análisis es de 0,088 Eur por Kilovatios hora. Generacion Fotovoltaica Promedio Mensual € 341.258,00 3.877 MWh/mes Con el mismo criterio, totalizamos que el beneficio anual por generación eléctrica es: Ahorro Energético Promedio Anual (EUR) Promedio Anual (MWh) € 4.095.106 46.535 55 Conociendo los valores anteriores, es posible realizar el análisis de retorno de la inversión de este escenario. A continuación, presentamos el flujo de caja a 25 años del proyecto: Año Inversión Ahorro Energetico Balance 1 € 32,861,550.12 € 4,095,106.40 -€ 28,766,443.72 2 € - € 4,074,628.80 -€ 24,691,814.92 3 € - € 4,054,256.80 -€ 20,637,558.12 4 € - € 4,033,981.60 -€ 16,603,576.52 5 € - € 4,013,812.00 -€ 12,589,764.52 6 € - € 3,993,748.00 -€ 8,596,016.52 7 € - € 3,973,780.80 -€ 4,622,235.72 8 € - € 3,953,910.40 -€ 668,325.32 9 € - € 3,934,136.80 € 3,265,811.48 10 € - € 3,914,468.80 € 7,180,280.28 11 € - € 3,894,897.60 € 11,075,177.88 12 € - € 3,875,423.20 € 14,950,601.08 13 € - € 3,856,045.60 € 18,806,646.68 14 € - € 3,836,764.80 € 22,643,411.48 15 € - € 3,817,580.80 € 26,460,992.28 16 € - € 3,798,493.60 € 30,259,485.88 17 € - € 3,779,503.20 € 34,038,989.08 18 € - € 3,760,600.80 € 37,799,589.88 19 € - € 3,741,795.20 € 41,541,385.08 20 € - € 3,723,086.40 € 45,264,471.48 21 € - € 3,704,474.40 € 48,968,945.88 22 € - € 3,685,950.40 € 52,654,896.28 23 € - € 3,667,523.20 € 56,322,419.48 24 € - € 3,649,184.00 € 59,971,603.48 25 € - € 3,630,941.60 € 63,602,545.08 Analizando la tabla, se destaca que el tiempo de retorno de inversión para este proyecto fotovoltaico de aproximadamente 25 MW en montaje con perseguidores solares en 2 Ejes es de 8.1 años. 56 CONCLUSIONES CONCLUSIONES - CASO A El contenido siguiente contiene la comparativa de los escenarios evaluados para el caso A. Contemplando la inversión requerida, producción energética, retorno de la inversión y los elementos instalados de cada sistema, con la finalidad de soportar las conclusiones tomadas. Fig. 35 Comparativa Escenarios - Caso A Visualizando la gráfica de la Fig. 34, se observa como el Escenario 2 con una menor Potencia es capaz de generar aproximadamente la misma cantidad de energía anual del Escenario 1. Esta ganancia obtenida que presenta el Escenario 2, no es más que por el tipo de montaje utilizado, en dicho escenario, una estructura con Perseguidor Solar de 1 Eje horizontal. En la Tabla 6 se muestra con mayor detalle las diferencias entre cada sistema evaluado. CASO A Escenario 1 Escenario 2 Diferencia % Diferencia Potencia Pico kW (DC) 584 499.32 84.68 17% Potencia Salida kW (AC) 500 450 50 11% Energía Anual MWh (1er año) 942 936 6 1% Número de Paneles 1600 1368 232 Qty Inversores 10 9 1 Montaje Fija Perseguidor 1 Eje - Inversión € 492,300.16 € 496,523.81 1% Aporte Fotovoltaico Anual € 115,449.00 € 114,689.44 Precio Wp € 0.84 € 0.99 17% Tabla 6 Comparativa Escenarios del Caso A 0 200 400 600 800 1000 Potencia Pico (kWp) Potencia Salida (kWAC) Energía Anual (MWh) Carga Anual (MWh) Caso A Escenario 1 Escenario 2 Consumo 57 Entrando en detalle de ambos escenarios podemos empezar analizando las potencias de los sistemas. El escenario 1 con una capacidad de potencia de 584 kW (DC) mientras que el escenario 2 de 499,32 kW (DC), una diferencia total entre sistemas de 84,68 kW (DC) (aprox. 17%). Resulta interesante que, independientemente de esta diferencia, la generación anual se ve afectada únicamente en un 1%. La aplicación de perseguidores solares en el Escenario 2, hace posible conseguir casi la misma generación anual que el Escenario 1, de modo que, la aplicación de perseguidores solares hizo posible obtener una mayor generación energética en un sistema de menor potencia. El E2 cuenta con una reducción de (232) módulos solares, como también elimina el uso de (1) inversor DC/AC de 50 kW (AC), logrando una diferencia de 17% kW (DC) y 11% kW (AC) entre las potencias envueltas en los distintos escenarios. Para demostrar mejor la capacidad de generación del E2, y la ganancia obtenida, se evalúa en igualdad de condición que el E1, es decir, ver el desempeño que se hubiese obtenido si el montaje fuese en Estructura Fija. Por esta razón, a continuación, se detalla en la Tabla 7 una comparativa de producción del E2 (499.32 kWp) dependiendo el tipo de montaje utilizado: Tipo de Montaje Fijo (kWh) 1 Eje (kWh) % Dif Ene 57576.7 73391.8 27% Feb 57035.4 73469.2 29% Mar 67180 87032.6 30% Abr 64758.1 85726.5 32% May 65467.8 84587.1 29% Jun 59641.9 76232.3 28% Jul 61165.4 78813.9 29% Ago 62842.2 80387.6 28% Sep 60988.1 78675.2 29% Oct 58791.3 75897.3 29% Nov 54774.5 70414.9 29% Dic 55179.4 71550.7 30% Tabla 7 Comparativa de Producción por tipo de Montaje – Escenario 2 Claramente se aprecia en la tabla la diferencia de producción mensual que presenta el E2, sujeto al montaje aplicado. De modo final, es claro que, el tipo de montaje con perseguidor solar de 1 Eje aumenta la producción energética anual en un promedio de 29%, y es por lo que, el E2 es capaz de casi igualar la producción eléctrica anual del E1 teniendo una menor cantidad de módulos solares. Retornando al enfoque inicial, es importante mencionar que la finalidad de este estudio no es ver el aumento de producción dependiendo del tipo de montaje presente en una instalación PV, sino, como esta ganancia en la producción energética y la disminución en el uso de equipos, resulta económicamente factible en la actualidad y si esa disminución de equipos permite que estas instalaciones hoy en día en la Republica Dominicana resulten más económicas que aquellas implementadas con montaje fijo.