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GUÍA METODOLÓGICA PARA EL DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICA CON CAPACIDADES MENORES A 20[MW] DESARROLLADA PARA LA EMPRESA INGENIERÍA Y ARQUITECTURA VERDE SAS Autor: Juan Camilo Posada Daza Directores: Ingeniería, Marcela Martínez Camargo Ingeniero, Elkin Aurelio Bautista Romero Trabajo de grado presentado para optar el Título de Ingeniero Eléctrico UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA INGENIERIA ELECTRICA 2020 Nota de aceptación __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ Elkin Aurelio Bautista Romero Tutor empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS __________________________________________ Marcela Martínez Camargo Tutor Universidad Distrital Francisco José de Caldas Contenido RESUMEN .......................................................................................................................................................... 9 1. CAPÍTULO I. OBJETIVOS DE LA PASANTÍA “GUÍA METODOLÓGICA IMPLEMENTADA EN PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDADES MENORES A 20[MW]”. . 10 1.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................................. 10 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................................................... 10 2. CAPÍTULO II. DESCRIPCIÓN DE RESULTADOS ALCANZADOS EN EL DESARROLLO DE UNA GUÍA METODOLÓGICA IMPLEMENTADA EN PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDADES MENORES A 20[MW]. ............................................................................................... 11 2.1 ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICO, DESCRIPCIÓN GENERAL. 11 2.1.1 Descripción de componentes y parámetros mínimos ...................................................................... 11 2.1.1.1 Módulos fotovoltaicos .......................................................................................................................... 11 2.1.1.2 Generador fotovoltaico ........................................................................................................................ 12 2.1.1.3 Estructura soporte de los paneles ........................................................................................................ 12 2.1.1.4 Cajas de combinación corriente continua ............................................................................................ 13 2.1.1.5 Inversor ................................................................................................................................................ 13 2.1.1.6 Conductores ......................................................................................................................................... 14 2.1.1.7 Centros de Transformación y entrega ................................................................................................. 15 2.1.1.8 Media Tensión...................................................................................................................................... 15 2.1.1.9 Protecciones ......................................................................................................................................... 16 2.1.1.10 Equipos de medida destinados a la facturación ................................................................................... 16 2.1.1.11 Sistemas de monitorización .................................................................................................................. 17 2.1.1.12 Sistemas complementarios ................................................................................................................... 18 2.1.1.13 Puesta a tierra ...................................................................................................................................... 18 2.1.2 Descripción del recurso utilizado ................................................................................................... 18 2.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE NORMATIVIDAD APLICABLE A PROYECTOS FOTOVOLTAICOS .................. 20 2.2.1 Normas Nacionales fotovoltaicas y su equivalencia internacional ................................................. 20 2.3 DESCRIPCIÓN DE LEYES APLICABLES EN COLOMBIA PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS FOTOVOLTAICOS ............................................................................................................................................ 21 2.3.1.1 Leyes Nacionales fotovoltaicas .................................................................................................. 21 2.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DE NORMATIVIDAD Y PROCEDIMIENTOS INTERNACIONALES PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS FOTOVOLTAICOS. ........................................................................................... 22 2.4.1 Unión Europea .............................................................................................................................. 23 2.4.1.1 Contexto Fotovoltaico .......................................................................................................................... 24 2.4.1.2 Norma técnica ...................................................................................................................................... 25 2.4.1.3 Metodología para conexión a la red ...................................................................................................... 26 2.4.2 Estados Unidos .............................................................................................................................. 27 2.4.2.1 Norma Técnica .................................................................................................................................... 27 2.4.2.2 Metodología para conexión a la red ...................................................................................................... 28 2.5 PROCESO NORMATIVO Y TÉCNICO QUE UTILIZA LA EMPRESA INGENIERÍA Y ARQUITECTURA VERDE SAS EN LA REALIZACIÓN DE LOS PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS. ......................................... 29 3 CAPÍTULO III. ANÁLISIS DE RESULTADOS EN EL DESARROLLO DE UNA GUÍA METODOLÓGICA IMPLEMENTADA EN PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDADES MENORES A 20[MW], PARA LA EMPRESA INGENIERÍA Y ARQUITECTURA VERDE SAS. ..................................................................................................................................................... 31 3.1 GUÍA METODOLÓGICA, ASPECTOS NORMATIVOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICA. .......................................................................................................................... 31 3.1.1 Componentes y especificaciones generales..................................................................................... 31 3.1.2 Perfiles Solares .............................................................................................................................. 32 3.1.3 Módulos fotovoltaicos .................................................................................................................... 32 3.1.4 Inversores ...................................................................................................................................... 33 3.1.5 Baterías .........................................................................................................................................33 3.1.6 Sistemas fotovoltaicos. Acondicionadores de potencia. .................................................................. 33 3.1.7 Regulador de carga ........................................................................................................................ 33 3.1.8 conectores y equipos de conexión .................................................................................................. 33 3.1.9 Eficiencia, equipos de medidas y protecciones ............................................................................... 33 3.2 GUÍA METODOLÓGICA, ASPECTOS LEGALES A CONSIDERAR PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO. 34 3.2.1 Contexto legal ................................................................................................................................ 34 3.2.2 Ley 142 y 143 de 1994 .................................................................................................................... 34 3.2.3 Conexión a red .............................................................................................................................. 35 3.2.4 Plantas menores, con capacidad efectiva menor de 20 [MW] ......................................................... 36 3.2.5 Plantas menores, con capacidad efectiva menor de 10 [MW] ......................................................... 37 3.2.6 Plantas menores, con capacidad efectiva mayor o igual a 10 [MW] y menor de 20 [MW] .............. 37 3.2.7 Ley 1715 de 2014 Incentivos Tributarios ....................................................................................... 38 3.2.7.1 Deducción especial en la determinación del impuesto sobre la renta .................................................. 38 3.2.7.2 Depreciación acelerada ........................................................................................................................ 39 3.2.7.3 Exclusión de bienes y servicios de IVA ................................................................................................ 39 3.2.7.4 Exención de gravámenes arancelarios ................................................................................................. 39 3.2.8 Fuentes De Financiamiento .......................................................................................................... 39 3.2.8.1 Fuentes de Financiamiento Nacional ................................................................................................... 39 3.2.8.2 Fuentes de Financiamiento Internacional ............................................................................................ 40 3.3 PROCESO DE REGISTRO DE PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICO ......................................... 41 3.3.1 ¿Qué es el Registro de Proyectos de Generación fotovoltaica? ....................................................... 41 3.3.2 Entidad a la que se presenta el Registro del Proyecto de Generación ............................................. 42 3.3.3 Entidades para la cual es un prerrequisito el Registro ante la UPME ............................................ 42 3.3.4 Procedimiento para el Registro del Proyecto de Generación .......................................................... 42 3.3.4.1 Fase 1: Prefactibilidad ......................................................................................................................... 43 3.3.4.2 Fase 2: Factibilidad .............................................................................................................................. 43 3.3.4.3 Fase 3: Ingeniería de detalle ................................................................................................................ 43 3.3.5 Requisitos para el Registro por Fases ............................................................................................ 43 3.4 PROCEDIMIENTO Y REGISTRO PARA LA OBTENCIÓN DE LA LICENCIA AMBIENTAL DE PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICO ........................................................................................................................ 45 3.4.1 Licencia Ambiental Proyecto para un Proyecto Fotovoltaico ......................................................... 45 3.4.2 Entidades facultadas para autorizar el desarrollo de Proyecto de Generación Fotovoltaica .......... 46 3.4.3 Procedimiento para la Licencia Ambiental .................................................................................... 46 3.4.3.1 Diagnóstico Ambiental de Alternativas (DAA) .................................................................................... 46 3.4.3.2 Estudio de Impacto Ambiental (EIA) .................................................................................................. 47 3.4.4 Bonos De Carbono (Mitigación de Impacto Ambiental) ................................................................. 49 3.4.4.1 Certificados de Emisiones Reducidas (CERs)...................................................................................... 49 3.4.4.2 Mercado Regulado Bonos de Carbono ................................................................................................ 49 3.4.4.3 Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) .......................................................................................... 49 3.4.4.4 Implementación de MDL en Proyectos Fotovoltaicos .......................................................................... 49 3.4.4.5 Procedimiento para Aplicar al MDL ................................................................................................... 50 3.4.4.6 Reducciones de Emisiones Verificadas (VERs).................................................................................... 51 3.5 PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS FOTOVOLTAICOS EN LA EMPRESA INGENIERÍA Y ARQUITECTURA VERDE SAS. .................................................................................................. 52 3.5.1 Registro de proyectos de generación fotovoltaica ........................................................................... 53 3.5.2 Licencia Ambiental ........................................................................................................................ 54 3.5.3 Asignación del punto de conexión ................................................................................................. 56 3.5.4 Venta de energía ............................................................................................................................ 58 4 CAPÍTULO IV. EJEMPLIFICACIÓN DE LA GUÍA METODOLÓGICA EN EL DESARROLLO E IMPLEMENTADA DE PROYECTOS DE GENERACIÓN FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDADES MENORES A 20[MW]. ..................................................................................................................................... 59 4.1 PRINCIPALES LINEAMIENTOS LEGALES .............................................................................................. 59 4.2 NORMATIVIDAD LEGAL APLICABLE ................................................................................................... 60 4.3 REGISTRO DE PROYECTOS FOTOVOLTAICOS ........................................... ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. 5. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE OBJETIVOS ........................................................................ 61 6. CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 63 7. RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 64 8. ANEXOS ................................................................................................................................................... 65 REFERENCIAS ...................................................................................................................................................... 76 Tablas TABLA 1 EQUIPOS MÍNIMOS DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO.................................................................................. 11 TABLA 2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS Y FÍSICOS DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.................................................. 11 TABLA 3 PARÁMETROS MÍNIMOS GENERADOR FOTOVOLTAICO .............................................................................. 12 TABLA 4 PARÁMETROS DE LAS ESTRUCTURAS SOPORTE DE LOS PANELES. ................................................................................ 12 TABLA 5 PARÁMETROS ELÉCTRICOS Y FÍSICOS CAJAS DE COMBINACIÓN ................................................................. 13 TABLA 6 PARÁMETROS BÁSICOS FUNCIONAMIENTO INVERSOR DC ........................................................................ 13 TABLA 7 PARÁMETROS DE CORRIENTE Y TENSIÓN EN DIFERENTES CONDICIONES................................................... 14 TABLA 8 PARÁMETROS BÁSICOS FUNCIONAMIENTO INVERSOR DC ........................................................................ 14 TABLA 9 PARÁMETROS FÍSICOS DEL INVERSOR AC............................................................................................................. 14 TABLA 10 PARÁMETROS BÁSICOS DE LOS CONDUCTORES ....................................................................................... 14 TABLA 11 PRINCIPALES PARÁMETROS DEL TRANSFORMADOR ................................................................................ 15 TABLA 12 PRINCIPALES PARÁMETROS FÍSICO DEL TRANSFORMADOR...................................................................................... 15 TABLA 13 PARÁMETROS ELÉCTRICOS MEDIA TENSION ...................................................................................................... 16 TABLA 14 PROTECCIONES EN LOS PRINCIPALES ELEMENTOS DEL SISTEMA .............................................................. 16 TABLA 15 PROTECCIONES EN INVERSORES Y TRANSFORMADORES ......................................................................... 16 TABLA 16 EQUIPOS DESTINADOS A LA FACTURACIÓN ............................................................................................ 17 TABLA 17 EQUIPOS DESTINADOS A LA FACTURACIÓN E INTERFACE DE COMUNICACIÓN ........................................... 17 TABLA 18 SISTEMA DE MONITORIZACIÓN SCADA ................................................................................................ 17 TABLA 19 SISTEMA DE MONITORIZACIÓN .............................................................................................................. 18 TABLA 20 SISTEMA DE MONITORIZACIÓN COMPLEMENTARIOS ............................................................................... 18 TABLA 21 NORMAS NACIONALES PARTICULARES FOTOVOLTAICAS Y SU EQUIVALENTE INTERNACIONAL ................. 20 TABLA 22 DESCRIPCIÓN DE LEYES APLICABLES EN COLOMBIA PARA PROYECTOS FOTOVOLTAICOS ......................... 21 TABLA 23 ARTICULO 194 DEL TFUE, OBJETIVOS .................................................................................................. 24 TABLA 24 JOINT WORKING GROUPS/JWC ............................................................................................................. 26 TABLA 25 CENELEC IEC TC-82 ................................................................................................................................. 26 TABLA 26 NORMALIZACIÓN ESTADOS UNIDOS. ..................................................................................................... 27 TABLA 27 COMPONENTES Y ESPECIFICACIONES GENERALES .................................................................................. 31 TABLA 28 NORMAS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ................................................................................................... 32 TABLA 29 DESCRIPCIÓN GENERAL LEY 142 Y 143 DE 1994 ................................................................................... 34 TABLA 30 LEY 142 Y 143 DE 1994 ........................................................................................................................ 34 TABLA 31 CRONOLOGÍA RESOLUCIONES, DECRETOS Y LEYES ................................................................................ 35 TABLA 32 CRONOLOGÍA REGULACIÓN PUNTO DE CONEXIÓN ................................................................................. 36 TABLA 33 RESOLUCIÓN CREG 086 DE 1996 ......................................................................................................... 36 TABLA 34 LEYES 142 Y 143 DE 1994 Y LOS DECRETOS 1524 Y 2253 DE 1994 .......................................................... 37 TABLA 35 LEY 124 Y 143 DE 1994 PLANTAS MENORES CON CAPACIDAD EFECTIVA MENOR DE 10 MW .................. 37 TABLA 36 LEY 124 Y 143 DE 1994 PLANTAS MENORES CON CAPACIDAD EFECTIVA MAYOR O IGUAL A 10 MW Y MENOR DE 20 MW ....................................................................................................................................... 38 TABLA 37 MARCO NORMATIVO INCENTIVOS TRIBUTARIOS ................................................................................... 38 TABLA 38 CONTENIDO DEL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL EIA ....................................................................... 47 TABLA 39 DOCUMENTOS NECESARIOS PARA EL ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL EIA ......................................... 47 TABLA 40 PROCESO LICENCIA AMBIENTAL ........................................................................................................... 48 TABLA 41 APLICACIÓN DE LOS REQUISITOS Y EVIDENCIAS DE CONTRIBUCIÓN AL DESARROLLO SOSTENIBLE DEL PAÍS PARA LA APROBACIÓN NACIONAL DE PROYECTOS ART 4 Y 5 ................ 50 TABLA 42 PROCEDIMIENTO PARA LA APROBACIÓN NACIONAL DE PROYECTOS. RESOLUCIÓN 2734 DE 2010 ................................... 51 TABLA 43 CONSIDERACIONES PARA EL DESARROLLO DE PROYECTOS (LEY 143) ..................................................... 59 Ilustraciones ILUSTRACIÓN 1 TIPOS DE RADIACIÓN SOLAR." FUENTE: ELFOROVERDE" (ELFOROVERDE, 2019) .............................. 19 ILUSTRACIÓN 2 MAPA DE RADIACIÓN SOLAR GLOBAL (UPME-IDEAM) ............................................................... 20 ILUSTRACIÓN 3 INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS ANUALES DE 2010 A 2019 EPIA ................................................. 23 ILUSTRACIÓN 4 PRODUCCIÓN MUNDIAL DE CÉLULAS / MÓDULOS FOTOVOLTAICOS (PV) DE 2005 A 2018. ................ 24 ILUSTRACIÓN 5 CAPACIDAD INSTALADA ENERGÍA SOLAR EN EUROPA 2018 ............................................................................. 25 ILUSTRACIÓN 6 SISTEMAS DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA TC-82 .................................................................... 25 ILUSTRACIÓN 8 U.S PRIMARY ENERGY CONSUMPTION BY ENERGY SOURCE, 2019 ................................................... 27 ILUSTRACIÓN 9 PROCEDIMIENTOS DE CONEXIÓN ESTADOS UNIDOS (SGIP) ............................................................ 28 ILUSTRACIÓN 10 RESUMEN DEL PROCESO DE CONEXIÓN A LA RED ......................................................................... 29 ILUSTRACIÓN 11 ESQUEMA BÁSICO CENTRAL FOTOVOLTAICA “ FUENTE: PROPIA” ................................................. 31 ILUSTRACIÓN 12 TIPOS DE FONDOS PARA FINANCIACIÓN DE PROYECTOS ELÉCTRICOS ........................................... 39 ILUSTRACIÓN 13 REGISTRO DE PROYECTOS DE GENERACIÓN UPME 0520 Y 0638 DE 2007 ..................................... 42 ILUSTRACIÓN 14 REQUERIMIENTO FASE 1 ............................................................................................................. 43 ILUSTRACIÓN 15 REQUERIMIENTO FASE 2 ............................................................................................................. 44 ILUSTRACIÓN 16 REQUERIMIENTO FASE 3 ............................................................................................................. 44 ILUSTRACIÓN 17 VIGENCIA DEL REGISTRO ............................................................................................................45 ILUSTRACIÓN 18 DECRETO 2041 DE 2014, “POR EL CUAL SE REGLAMENTA EL TÍTULO VIII DE LA LEY 99 DE 1993 SOBRE LICENCIAS AMBIENTALES”. ................................................................................................................ 46 Glosario Central fotovoltaica: En una instalación para la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos que captan la energía luminosa del Sol para transformarla en energía eléctrica. Efecto fotovoltaico: Transformación parcial de la energía lumínica en energía eléctrica de naturaleza DC. Energía renovable: Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Energía Solar: Llámese energía solar, a la energía transportada por las ondas electromagnéticas provenientes del sol. Fuentes No Convencionales de Energía: Son aquellas fuentes de energía disponibles a nivel mundial que son ambientalmente sostenibles, pero que en el país no son empleadas o son utilizadas de manera marginal y no se comercializan ampliamente Generación con Plantas Menores: Es la generación producida con plantas con capacidad efectiva menor a 20 MW, operadas por empresas generadoras, productores marginales o productores independientes de electricidad y que comercializan esta energía con terceros, o en el caso de las empresas integradas verticalmente, para abastecer total o parcialmente su mercado. Inversor: Es un equipo que tiene como función cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador Irradiación: Flujo de energía recibido sobre una superficie por unidad de área y de tiempo [W/m2]. KWp: El kilovatio pico es la potencia máxima que genera un panel fotovoltaico en condiciones estándar de medida. Administrador del Sistema de Intercambios Comerciales, ASIC: dependencia del Centro Nacional de Despacho de que tratan las leyes 142 y 143 de 1994, encargada del registro de fronteras comerciales y de los contratos de energía a largo plazo Cargo por confiabilidad: Es un esquema de remuneración que permite hacer viable la inversión en los recursos de generación eléctrica necesarios para garantizar de manera eficiente la atención de la demanda de energía en condiciones críticas de abastecimiento, a través de señales de largo plazo y la estabilización de los ingresos del generador. Cargos por Uso de los SDL: son los cargos, expresados en pesos por kilovatio hora, $/kWh, que remuneran los activos de uso de los sistemas de distribución local, SDL, conforme a lo establecido en la regulación vigente. (CREG, 2018) Cargos por Uso de los STR: son los cargos, expresados en pesos por kilovatio hora, $/kWh, que remuneran los activos de uso de los sistemas de transmisión regional, STR, conforme a lo establecido en la regulación vigente. (CREG, 2018) Cargos por Uso del STN: son los cargos, expresados en pesos por kilovatio hora, $/kWh, que remuneran los activos de uso del sistema de transmisión nacional, STN, conforme a lo establecido en la regulación vigente CREG 157 DE 2011 (CREG, 2018) Comercializador: Aquella persona natural o jurídica, registrada ante el Administrador del Sistema de Intercambios Comerciales, cuya actividad principal es la comercialización de energía eléctrica Condiciones Estándar de Medida: Irradiancia 1000𝑊𝑚2⁄, T° 25C°, AM 1.5. Contratos bilaterales: (Largo plazo). Los contratos bilaterales son compromisos adquiridos por generadores y comercializadores para vender y comprar energía a precios, cantidades y condiciones contractuales negociadas libremente entre las partes. Curva S: Gráfico presentado por los agentes que representen comercialmente plantas y/o unidades de generación nuevas o especiales como requisito para participar en las Subastas, que muestra en la ordenada el porcentaje estimado de avance del proyecto durante el tiempo de ejecución y en la abscisa el tiempo trascurrido. (UPME U. d., 2018) Desbroce del terreno: Consiste en extraer y retirar de las zonas designadas todos los árboles, plantas, maleza, maderas caídas, escombros, basura o cualquier otro material indeseable según el proyecto o a juicio del Director de las Obras. Estudio de prefactibilidad: Estudio en el cual se se seleccionan entre diferentes alternativas de un proyecto la más atractiva de acuerdo a una evaluación preliminar de la viabilidad técnica y económica. Estudio de factibilidad: Estudio en el cual se define si un proyecto es técnica, económica, financiera y ambientalmente factible y conveniente, y se establece la estructura financiera del mismo. Dichos estudios sirven para la toma de decisión de si desarrolla o no un proyecto. Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL): Es uno de los tres mecanismos establecidos en el Protocolo de Kioto para facilitar la ejecución de proyectos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (Kyoto, 2020) Ministerio de Minas y Energía: Mediante Decreto 968 del 18 de mayo de 1940 se crea el Ministerio de Minas y Petróleos. Mediante Decreto 636 del 10 de abril de 1974 cambia su nombre por el de Ministerio de Minas y Energía. (Minenergía) Reglamento de Operación: Conjunto de principios, criterios y procedimientos establecidos para realizar el planeamiento, la coordinación y la ejecución de la operación del sistema interconectado nacional y para regular el funcionamiento del mercado mayorista de energía eléctrica. Resumen La presente pasantía, tiene como objetivo principal la construcción de una guía metodológica para la realización e implementación de proyectos de electrificación haciendo uso de energías alternativas, mediante generación fotovoltaica con capacidades menores a 20[MW], donde se dará a conocer los lineamientos básicos para el desarrollo de dichos proyectos en Colombia. Además, se describen los procedimientos requeridos para la presentación de los proyectos de generación con sistemas fotovoltaicos, ante las entidades competentes de orden nacional en concordancia con la normatividad vigente, y se realiza una caracterización técnica que garantice el funcionamiento adecuado de la instalación, de acuerdo con lo estipulado en la norma vigente, lo referente a materiales, análisis geográfico y meteorológico. Finalmente se presentan unas consideraciones a nivel general donde se busca, plasmar con claridad los aspectos de vital importancia al momento de implementar estos proyectos, como: los procedimientos ante las entidades de orden nacional a quienes compete, la normatividad aplicable, programas de financiamiento a nivel nacional e internacional y posibles mercados abiertos a adoptar estos sistemas de generación de energía eléctrica fotovoltaica como método alternativo. Palabras clave: Guía, metodología, energía solar, regulación, UPME, CREG, registro proyectos de generación, conexión, licencia, Sistema Interconectado Nacional, planta menor. 1. CAPÍTULO I. Objetivos de la pasantía “Guía Metodológica implementada en proyectos de generación fotovoltaicos con capacidades menores a 20[MW]”. 1.1 Objetivo General Realizar una guía metodológica para el desarrollo e implementación de proyectos de generación fotovoltaica con capacidades menores a 20[MW], para la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS 1.2 Objetivos específicos ~ Identificar la normatividad vigente en Colombia aplicable a sistemas de generación fotovoltaica con capacidades menores a 20[MW]. ~ Describir la normatividad y procedimientos utilizados en Estados Unidos y la Unión Europea ~ Documentar el procedimiento que se adelanta en la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS en la realización de los proyectos de generación fotovoltaicos. ~ Determinar el procedimiento técnico y normativo para la implementación deproyectos fotovoltaicos con capacidades menores a 20[MW] en la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS. ~ Aplicar la guía como ejemplo, de un diseño para la realización de un proyecto degeneración fotovoltaico con capacidad menor a 20[MW]. 2. CAPÍTULO II. Descripción de resultados alcanzados en el desarrollo de una guía metodológica implementada en proyectos de generación fotovoltaicos con capacidades menores a 20[MW]. A continuación, se procede a describir los resultados obtenidos con el desarrollo del proyecto. 2.1 Elementos que componen un sistema de generación fotovoltaico, descripción general. Para el diseño e implementación de un sistema de generación fotovoltaico, los equipos mínimos que se deben tener en cuenta para el montaje de un sistema de generación fotovoltaico, se muestran en la tabla 1, donde se especifica el listado de los componentes mínimos. Tabla 1 Equipos mínimos de un sistema Fotovoltaico Equipos mínimos de un sistema Fotovoltaico 1 Módulos fotovoltaicos 2 Generador fotovoltaico 3 Estructura soporte de los paneles 4 Cajas de Combinación DC 5 Cajas de Combinación AC 6 Inversor 7 Conductores 8 Protecciones 9 Centros de transformación y entrega de energía 10 Media tensión 11 Protecciones en Media tensión 12 Equipos de medida destinados a la facturación 13 Sistemas de lectura o monitoreo 14 Sistemas Complementarios Elaboración propia 2.1.1 Descripción de componentes y parámetros mínimos 2.1.1.1 Módulos fotovoltaicos A pequeña escala, están formados por células fotovoltaicas, las cuales son capaces de transformar la radiación solar directamente en corriente eléctrica mediante un fenómeno conocido como Efecto fotovoltaico. Los materiales más comunes en la fabricación de estas células son: ~ Silicio cristalino, monocristalino y policristalino. ~ Película delgada, silicio amorfo, diseleniuro de cobre e indio (CIS), teluro de Cadmio (CdTe). ~ Células híbridas. En la actualidad, el silicio cristalino es el material con mayor presencia en el mercado. La capacidad de carga que pueda soportar el sistema, depende de los módulos fotovoltaicos, por ello son los de mayor importancia entre los componentes necesarios, razón por la que se deben tener en cuenta las características señaladas en la ficha técnica de la celda, siendo de relevancia los datos relacionados a su funcionamiento DC y propiedades físicas o de construcción, en la tabla 2, se identifican 13 parámetros eléctricos y 5 parámetros físicos que se deben tener en cuenta en los módulos fotovoltaicos. Tabla 2 Parámetros eléctricos y físicos de los módulos fotovoltaicos Módulos fotovoltaicos Propiedades físicas Parámetros eléctricos 1. Certificados de conformidad 1. Certificados de conformidad 2. Número de células de cada módulo 3. Potencia pico Tabla 2 Parámetros eléctricos y físicos de los módulos fotovoltaicos Módulos fotovoltaicos 2. Grado de Protección IP 3. Peso del módulo en su totalidad 4. Seguridad 5. Dimensiones 4. Corriente de corto circuito (Isc) 5. Tensión de circuito abierto (Voc) 6. Corriente de máxima potencia (Imáx) 7. Tensión de máxima potencia (Vmax) 8. Tensión máxima del sistema 9. Temperatura nominal de operación de la célula (NOCT) 10. Coeficiente de temperatura para Voc 11. Coeficiente de temperatura para Isc 12. Coeficiente de temperatura para Max Pot 13. Certificados de conformidad Elaboración propia 2.1.1.2 Generador fotovoltaico Un generador fotovoltaico es una asociación eléctrica de módulos fotovoltaicos para adaptarse a las condiciones de funcionamiento de una aplicación determinada. De una serie de combinaciones de conexión de los módulos fotovoltaicos entre sí, según la necesidad de la carga que se conectará, se da origen a los campos o subcampos fotovoltaicos, que a su vez conforman el generador fotovoltaico necesario para la entrega de energía. En la tabla 3, se muestra una serie de parámetros mínimos del generador fotovoltaico el cual se puede combinar únicamente de dos formas, conexiones en serie o en paralelo, según las necesidades de corriente o tensión. Tabla 3 Parámetros mínimos Generador Fotovoltaico Generador fotovoltaico 1 Número de módulos empleados 2 Número de módulos en serie 3 Número de ramas en paralelo 4 Potencia máxima 5 Corriente de corto circuito 6 Tensión de circuito abierto 7 Corriente de máxima potencia 8 Tensión de máxima potencia Elaboración propia 2.1.1.3 Estructura soporte de los paneles Es la encargada de anclar el panel y permitir la orientación e inclinación idónea, estas pueden ser fijas o incorporar sistemas de seguimiento de uno o dos ejes. La estructura soporte de los paneles solares, deben permitir la disposición eficiente en su anclaje y resistencia del mismo, teniendo en cuenta que deben soportar condiciones climáticas adversas como la nieve, sol, lluvia, humedad, sequias, vientos etc. Que puedan deteriorar y afectar su estabilidad y con esto ocasionar desplazamiento o caída de los paneles, que conlleva a un daño de grandes proporciones en su funcionamiento. En la tabla 4 se indica los parámetros a tener en cuenta en la construcción y disposición de la estructura, algunas estructuras son movibles, de acuerdo a la disposición del sol en cada momento. Tabla 4 Parámetros de las estructuras soporte de los paneles. Estructura que soporta los paneles fotovoltaicos Propiedades físicas 1 Dimensiones estructura soporte y módulos 2 Peso total de los módulos 3 Material (Estructura y elementos de ensamblaje) 4 Tipo de anclaje al terreno Disposición Tabla 4 Parámetros de las estructuras soporte de los paneles. Estructura que soporta los paneles fotovoltaicos 1 Técnica de seguimiento solar 2 Inclinación del panel 3 Orientación al sol 4 Distancia entre estructuras de cada sección de módulos Seguridad 1 Condiciones adversas 2 Resistencia del suelo 3 Certificados de conformidad 2.1.1.4 Cajas de combinación corriente continua Se usan para interconectar y proteger las cadenas de paneles solares provenientes del campo fotovoltaico. Las cajas de combinación tanto en la parte DC como AC son equipos, que deben aportar un espacio suficiente para la conexión de conductores de varias cadenas y una barra alimentadora, que a su vez también deben soportar la corriente de carga, según la posición del equipo combinado, lo robusto de estos equipos depende de las dimensiones del proyecto. En la tabla 5 podemos encontrar los parámetros básicos a tener en cuenta de las cajas de combinación. Tabla 5 Parámetros eléctricos y físicos cajas de combinación Cajas de combinación DC/AC Parámetros físicos (armazón o carcasa) 2 Dimensiones (depende de la cantidad de paneles conectados) 3 Peso 4 Grado de protección IP 6 Certificados de conformidad Parámetros eléctricos 1 Número de entradas DC 2 Máxima tensión entrada [V] 3 Máxima corriente de corto circuito por entrada DC [A] 4 Máxima corriente de salida DC [A] 5 Numero de fusibles 6 Numero de cadenas por fusible 7 Número de entradas DC Monitoreo 1 Tensión 2 Corriente 3 Temperatura 4 Otros Elaboración Propia 2.1.1.5 Inversor El inversor es el dispositivo encargado de convertir la corriente continua procedente de los paneles o cajas de conexión en corriente alterna, generalmente se hace uso de equipos con el Maximum Power Point Tracking (MPPT) o seguimiento del punto de máxima potencia, en la tabla 6 se muestran los parámetros a considerar para el funcionamiento DC del inversor. Tabla 6 Parámetros básicos Funcionamiento Inversor DC Inversor (Funcionamiento DC) Potencia máxima de entrada Tensión de apagado Tensión nominal Corriente máxima admisible para MPPT Rango de tensión MPP Corriente de corto circuito máxima Número de seguidores MPP Tensión de encendido Elaboración propia Los paneles solares se caracterizan en ser muy sensibles a los cambios de radiación solar y temperatura,lo cual, conlleva a variaciones de tensión y corriente de entrega. En la tabla 7 se presentan los parámetros de tensión y corriente, que varían en función de la temperatura y la irradiación, respectivamente. Tabla 7 Parámetros de Corriente y Tensión en diferentes condiciones Parámetros de Corriente y Tensión en diferentes condiciones La tensión máxima de circuito abierto esperada en la entrada del inversor no debe ser mayor a la tensión máxima de su operación normal. En día cálido La tensión mínima del campo o subcampo fotovoltaico debe ser mayor a la tensión mínima de operación en MPP del inversor En día Frio La tensión máxima del campo o subcampo fotovoltaico debe ser menor a la tensión máxima de operación en MPP del inversor En operación La corriente máxima esperada del campo o subcampo fotovoltaico operando en el MPP debe ser menor a la corriente máxima que acepta el inversor Elaboración propia El inversor es el encargado de convertir la corriente continua que generan los paneles, a corriente alterna AC. Básicamente este es uno de los últimos ciclos del proceso de generación fotovoltaica, de tal manera que en la tabla 8 y 9, se indican los parámetros de funcionamiento y físicos a considerar en funcionamiento AC. Tabla 8 Parámetros básicos Funcionamiento Inversor DC Inversor (Funcionamiento AC) Potencia aparente nominal Máxima distorsión armónica Potencia activa nominal Factor de Potencia Rango de tensión Consumo en espera Corriente nominal Frecuencia nominal Hz Máxima corriente Elaboración propia Tabla 9 Parámetros físicos del inversor AC Inversor, parámetros físicos Carcasa Dimensiones Peso Grado de protección IP Intervalo de temperatura de funcionamiento Seguridad Certificados de conformidad Elaboración propia 2.1.1.6 Conductores Son los encargados de transportar la energía, eléctricamente deben cumplir los siguientes criterios: térmico, caída de tensión y corto circuito, aplicando los factores de corrección correspondientes, además deben soportar las condiciones ambientales del lugar, en la tabla 10, se muestra los parámetros básicos de los conductores, tanto los eléctricos como los físicos. Tabla 10 parámetros básicos de los conductores Conductores Características eléctricas Propiedades físicas Tensión de servicio Material conductor Tensión de ensayo Corriente máxima de operación Tipo de aislamiento Corriente máxima de corto circuito durante determinado tiempo Temperatura máxima de operación Cubierta exterior Temperatura máxima en corto circuito durante determinado tiempo Sección transversal Tabla 10 parámetros básicos de los conductores Conductores Seguridad Certificados de conformidad Protección IP Agua Aceite Hielo Químicos Fuego Impacto Abrasión Elaboración propia 2.1.1.7 Centros de Transformación y entrega Es una instalación provista de uno o varios transformadores dotados de equipos complementarios necesarios para adecuar la energía proveniente de los inversores a un nivel de tensión que permita la conexión con la red. En las tablas 11 y 12, se observan los principales parámetros del transformador. Tabla 11 Principales parámetros del Transformador Parámetros eléctricos (transformador) Potencia nominal Tensión en el primario Tensión en el secundario Nivel de aislamiento en el primario Nivel de aislamiento en el secundario Grupo de conexión Pérdidas en plena carga Nivel de ruido Temperatura de aislamiento Rendimiento Perdidas en vacío Elaboración propia Tabla 12 Principales parámetros físico del Transformador Parámetros físicos (transformador) Dimensiones Certificados de conformidad Celdas de baja tensión Equipos de protección Equipos de maniobra Celdas de media tensión Equipos de protección Equipos de maniobra Seguridad Certificados de conformidad Elaboración propia 2.1.1.8 Media Tensión El sincronismo, es el mecanismo que nos permite conectar una fuente de generación eléctrica alterna con una red de distribución existente, y esto requiere una serie de parámetros eléctricos para la correcta conexión. En la tabla 13, se indican los parámetros mínimos, para la conexión a la red en media tensión. Tabla 13 Parámetros Eléctricos Media Tension Parámetros eléctricos media tensión (sincronismo) Angulo y secuencia de fase Tension nominal (magnitud) Frecuencia Hz Elaboración propia 2.1.1.9 Protecciones Las protecciones deben ser de tipo preventivo para eliminar las posibles causas de falla, y de tipo correctivo para eliminar las fallas que se presenten de manera espontánea y no se logren detectar en el tipo preventivo. En las tablas 14 y 15, se indica los equipos que utilizan protecciones y permiten proteger el sistema y sus componentes. Tabla 14 Protecciones en los principales elementos del sistema Protecciones Protección para los módulos Diodos de bypass Protección para las cadenas Diodos de bloqueo Fusibles Protección para las cajas de conexión Protección de sobretensión Protección de sobre corriente Elaboración propia Tabla 15 Protecciones en Inversores y Transformadores Protecciones Protección para los inversores Limitador de la tensión máxima y mínima. Limitador de la frecuencia máxima y mínima. Protección contra contactos directos Protección contra sobrecargas. Protección contra cortocircuito. Protección para los transformadores Protección para baja tensión Protección para sobre tensión Protección para baja frecuencia Protección para sobre frecuencia Relevadores sobrecorriente de fase y tierra. Protección sobrecorriente instantáneo Protección por desplazamiento de neutro Direccional de sobrecorriente de fase y tierra Secuencia negativa Sobrecorriente a tierra en el neutro Falla a tierra Sobre y baja tensión a tierra Elaboración propia 2.1.1.10 Equipos de medida destinados a la facturación En un sistema de generación eléctrica, se deben tener equipos destinados para la monitorización y facturación de la energía suministrada, esto con el fin de tener registros de la demanda de energía y flujos de energía entre la instalación generadora y la red. En las tablas 16 y 17, se indican los equipos encargados de detectar estos flujos de energía. Tabla 16 Equipos destinados a la facturación Equipos de medida (Facturación) Alimentación Tensión nominal Tolerancia Consumo Frecuencia Clase de precisión Precisión medida de energía activa Precisión medida de energía reactiva Transformador de tensión Transformador de corriente Elaboración propia Tabla 17 Equipos destinados a la facturación e interface de comunicación Equipos destinados a la facturación Display Tipo Número de dígitos de dato Medida de tensión Conexionado Tensión de referencia Frecuencia Aislamiento Índice de protección Tensión de aislamiento Tensión de impulso Medida de corriente Corriente nominal de referencia Corriente de arranque Características mecánicas Conexión Dimensiones Peso Grado de protección IP Interfaz de comunicación Tipo (RS 232 pocos contadores, RS 485 varios contadores, Ethernet o fibra óptica gran cantidad de contadores) Hardware Elaboración propia 2.1.1.11 Sistemas de monitorización Este se emplea para proporcionar de manera rápida y eficaz información a los centros de control local y remoto, acerca del estado de algunas variables de la instalación, tales como: eléctricas, ambientales, alarmas, etc. En las tablas 18 y 19, se indican los sistemas de monitorización mínimos a tener en cuenta en los sistemas de monitorización. Tabla 18 Sistema de monitorización SCADA Sistema de monitorización Nivel 0 Equipos de patio SCADA* Nivel 1 Controladores Nivel 2 Sistema Operativo Nivel 3 Equipos de comunicación Elaboración propia *SCADA “Supervisory Control and Data Acquisition), en sus siglas en español,Supervisión, Control y Adquisición de Datos Tabla 19 Sistema de monitorización Sistema de monitorización Alarmas generadas Parámetros eléctricos de entrada y salida de los inversores y transformadores Parámetros eléctricos de salida de la central Parámetros meteorológicos Energía generada y entregada a la red Estado y situación de los seguidores solares Elaboración propia 2.1.1.12 Sistemas complementarios Adicionalmente los sistemas de monitorización cuentan con sistema complementarios, los cuales están diseñados para monitorear componentes de seguridad, servicios auxiliares, etc. En la tabla 20 se indican los sistemas complementarios utilizados en un sistema de monitorización. Tabla 20 Sistema de monitorización Complementarios Sistema de monitorización Complementarios Sistemas de seguridad Iluminación Vallado Circuitos cerrados de televisión Servicios Auxiliares Transformador Cargas Elaboración propia Adicional a la información mencionada anteriormente, es indispensable tener en cuenta las conexiones topológicas de los equipos como: ~ Módulos ~ Cajas de conexión ~ Inversores y, ~ Transformadores. Esto también conlleva al análisis profundo en cálculos de: ~ Estudio energético ~ Cálculos Eléctricos ~ Selección de protecciones ~ Puesta a tierra y, ~ Diagramas unifilares servicios auxiliares, transformador, cargas, etc. ~ Sistemas de seguridad: Iluminación, vallado, circuitos cerrados de televisión, sensores de intrusión, etc. 2.1.1.13 Puesta a tierra La puesta a tierra, permite proteger a las personas y a los equipos contra fallas de aislamiento, además reduce el daño a equipos por voltajes inducidos, estabilizar voltajes del sistema, facilitar la detección y eliminación de las corrientes de falla y reducir los efectos de la interferencia electromagnética. 2.1.2 Descripción del recurso utilizado Lo más relevante en el desarrollo e implementación de un proyecto de generación fotovoltaico es contar con los datos de la energía solar incidente en la superficie por unidad de área (Irradiación solar global “H”), ya que con estos datos es posible identificar el potencial solar donde se pretende desarrollar el proyecto. Dado que cuanto mayor sea el potencial de irradiación solar, mayor es la eficiencia de energía por [kW] instalado, además de ciertas consideraciones de sombra, temperatura y humedad, para implementar cierto tipo de tecnología. Es indispensable tener en cuenta que la radiación solar que recibe el panel fotovoltaico es directa e indirecta, es decir, que recibe un rayo de sol directo y desde diferentes direcciones, que se proyectan en el panel. En la ilustración 1, observamos un diagrama de radiación solar que se proyecta al panel instalado. Ilustración 1 Tipos de Radiación solar." Fuente: elforoverde" (elforoverde, 2019) Irradiación ~ Irradiación solar directa Es la energía solar total recibida en una unidad de área de superficie que mira directamente al sol en todo momento. ~ Irradiación solar difusa Es la energía recibida en una unidad de área de superficie horizontal de todas las direcciones cuando la radiación es dispersada por la atmósfera o sus alrededores. ~ Irradiación solar reflejada Fracción de la irradiación solar (directa y difusa) que es reflejada por la superficie terrestre. ~ Estimación del potencial solar La evaluación del potencial solar de Colombia se ha realizado empleando principalmente información de estaciones meteorológicas del IDEAM (Instituto de Estudios Ambientales), procesada para ser transformada de información meteorológica en información energética. A partir de esto la UPME elaboro el “Atlas de radiación Solar de Colombia”. (UPME, 2020), en la Ilustración 2, se puede observar el atlas de radiación solar de Colombia, y su potencial energético. Ilustración 2 Mapa de radiación Solar Global (UPME-IDEAM) Por su parte la NASA maneja una base de datos de libre acceso disponible en la web conocida como, Surface Meteorology and Solar Energy Dataset, se puede consultar en “https://power.larc.nasa.gov/docs/methodology/data/”, esta base de datos proporciona el estudio del clima y la radiación solar o también el Programa de las Naciones Unidas para el medio ambiente ha desarrollado el SWERA (Solar and Wind Energy Resource Assessment), que cumple con la misma función. (NASA, 2020) 2.2 Descripción general de normatividad aplicable a proyectos fotovoltaicos A continuación, se realiza las especificaciones técnicas normativas generales, que se aplican en los sistemas fotovoltaicos. 2.2.1 Normas Nacionales fotovoltaicas y su equivalencia internacional Es indispensable en cumplimiento de la normatividad técnica de cada uno de los componentes que conforman una instalación fotovoltaica, en la tabla 21, se indica la, descripción general de las normas nacionales relacionadas a los sistemas fotovoltaicos y su equivalente Internacional. Tabla 21 Normas Nacionales particulares Fotovoltaicas y su equivalente internacional Equipos Norma Nacional Año Norma Equivalente Internacional Año Módulos y Campos Fotovoltaicos NTC 2883 2006 IEC 61215 2005 NTC 5433 2006 UNE-EN 50380 2003 NTC 5464 2010 UNE-EN 61646 2009 NTC 5509 2007 UNE-EN 61345 1998 NTC 5512 2013 UNE-EN 61701 2012 NTC 5513 2010 UNE-EN 60904-1 2007 NTC 5678 2009 UNE-EN 61829 2000 NTC 5679 2011 UNE-EN 60891 2010 NTC 5899-1 2011 UNE-EN 61730-1 2007 NTC 5899-2 2011 UNE-EN 61730-2 2007 NTC 5931 2012 UNE-EN 50461 2007 Acondicionadores de Potencia NTC 5759 2010 UNE-EN 61683 2001 Tabla 21 Normas Nacionales particulares Fotovoltaicas y su equivalente internacional Equipos Norma Nacional Año Norma Equivalente Internacional Año Protecciones NTC 5710 2009 UNE-EN 61173 1998 Interconexión NTC 5932 2012 UNE-EN 50521 2010 Puesta a Tierra NTC 2050(690-E) 1999 NEC 690-E 1999 Estructura Soporté y Cimentación Norma Sismo Resistente (NSR) American Society for Testing Materials (ASTM) Euro-códigos Estructurales (EN) Elaboración propia 2.3 Descripción de Leyes aplicables en Colombia para la realización de proyectos fotovoltaicos A continuación, se realiza la descripción general de las Leyes que aplican para el desarrollo e implementación de proyectos fotovoltaicos en el país. 2.3.1 Leyes Nacionales fotovoltaicas En la siguiente tabla 22, se indica de manera general los aspectos legales a considerar en el desarrollo del proyecto. Tabla 22 Descripción de Leyes aplicables en Colombia para proyectos fotovoltaicos Leyes aplicables en Colombia para la realización de proyectos fotovoltaicos Normativa Legal el Colombia Año Observaciones Ley 142 y 143 1994 Resolución CREG 106 2014 Asignación puntos de conexión “modifica los procedimientos generales para la asignación de puntos de conexión SIN” CREG 086 1997 CREG 070 1998 CREG 039 2001 modifica Art 3 CREG 086 “ CREG 106 2006 UPME 0520 2007 UPME 0638 2007 Registro proyectos de generación “modificación art 4 y anexos 1, 2, 3 y se adicionan dos artículos a la resolución UPME 0520” CREG 001 1994 Transporte sistemas de transmisión Nacional “Art 4 Acceso a las redes” CREG 003 1998 Transporte sistemas de transmisión regional y distribución local “Art 4 Acceso a las redes” CREG 025 1995 CREG 030 1996 Procedimientos generales asignación puntos de conexión “complementos CREG 026” Decreto 2041 2014 Licencias ambientales MIN Ambiente Plantas Menores, con Capacidad Efectiva menor de 20 MW Ley 142 Artículo 16 1994 Resolución CREG 032 2001 Modificado por el Artículo 1° de la Resolución CREG 039 de 2001 CREG 001 STR / SDL Contenidas en la Resolución CREG 003 de 1994 (Artículos No 18, 19 y 20) Plantas Menores, con Capacidad Efectiva menor de 10 MW Ley 142 y 143 1994 Resolución CREG-020 1996 Plantas Menores, con Capacidad Efectiva mayor o igual a 10 MW y menor de 20 MW Ley 142 y 143 1994 Resolución CREG-020 1996Incentivos Tributarios Ley 1715 2014 Tabla 22 Descripción de Leyes aplicables en Colombia para proyectos fotovoltaicos Leyes aplicables en Colombia para la realización de proyectos fotovoltaicos Decreto 2143 2015 Decreto 2143 de 2015 del Ministerio Minas y Energía, Hacienda y Crédito Público, Comercio, Industria y Turismo y de Ambiente y Desarrollo Sostenible Resolución UPME 520 2007 UPME 638 2007 UPME 143 2016 UPME 045 2016 Min Ambiente 1283 2016 Min Ambiente 186 2012 Ley 1665 2013 “Estatuto de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA)” Licencia Ambiental Ley 99 1993 concordancia con el Decreto-ley 3570 de 2011 Decreto 2820 2010 rige a partir del 1° de enero de 2015, 2041 2014 reglamenta el Título VIII sobre licencias ambientales de la Ley 99 de 1993 Ley 768 2002 Autoridades Ambientales Diagnóstico Ambiental de Alternativas (DAA) Decreto 2462 2018 “Por el cual se modifica el Decreto 1076 de 2015, en relación con la exigencia del Diagnóstico Ambiental de Alternativas para los proyectos de exploración y uso de fuentes de energía alternativa virtualmente contaminantes y se dictan otras disposiciones” Estudio de Impacto Ambiental (EIA) Decreto 2041 2014 La descripción del proyecto, obra o actividad *Lo anterior, sin perjuicio de lo dispuesto en el Decreto 2201 de 2003 Documentos Necesarios para el Estudio de Impacto Ambiental EIA Resolución 1415 2012 Ley 1185 2008 Instituto Colombiano de Antropología e Historia (ICANH) Bonos De Carbono (Mitigación de Impacto Ambiental) Decreto 926 2017 “establece las características de las reducciones de emisiones y remociones de GEI, de acuerdo con lo establecido en el decreto (Inciso 3.2.1 del Capítulo 2, Artículo 2.2.11.2.1)” Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) Ley 629 2000 (Designed National Authority – DNA por sus siglas en Ingles) Resolución 2734 2010 Procedimiento para Aplicar al MDL Elaboración propia 2.4 Descripción General de Normatividad y Procedimientos Internacionales para la realización de Proyectos Fotovoltaicos. De acuerdo a la fuente, “Las fuentes fotovoltaicas están listas para convertirse en fuentes de energía clave para Europa en 2020”. (EPIA A. E., 2020) La Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA), por sus siglas en inglés, da a conocer en su informe anual del 2020 que Europa posee la mayor capacidad total acumulada instalada de energía fotovoltaica en el mundo con la implementación de su ambicioso proyecto llamado “cambio de paradigma” que fijo un objetivo de 12% de suministro de toda la energía eléctrica europea en 2020, más de “350 GW”. Por su parte la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA), manifiesta,“EPIA anunció también la creación de un Observatorio Fotovoltaico Europeo, que elaborará un estudio anual del estado de las políticas, incluyendo comparaciones de la tasa de rentabilidad interna basadas en un precio de referencia europeo en distintos sistemas.” (EPIA A. E., 2020) En la ilustración 3, se muestra el aumento sustancial de los sistemas de generación de electricidad fotovoltaicos en el mundo del 2010 al 2019. (EPIA E. P., 2019) Ilustración 3 Instalaciones fotovoltaicas anuales de 2010 a 2019 EPIA Para el 2023 se prevé una nueva capacidad de energía fotovoltaica en Europa entre 575 y 720 [GW], como lo manifiesta EPIA, “La mayoría de los analistas de mercado, aunque no todos, esperan una mayor tasa de crecimiento en 2019. Se prevé que las nuevas instalaciones oscilen entre 107 GW y 140 GW. El Renewable Energy Market Report 2018 de la IEA prevé una nueva capacidad de energía fotovoltaica entre 575 y 720 [GW] que se instalará globalmente entre 2018 y 2023”. En las últimas décadas, la energía solar fotovoltaica ha pasado a ser una de las principales fuentes alternativas que han aumentado la capacidad de generación de energía eléctrica, “En 2018, se agregaron más de 100 GW de nueva capacidad de energía fotovoltaica. La adición anual de capacidad fotovoltaica en 2018 fue mayor que la capacidad fotovoltaica instalada acumulada total instalada hasta mediados de 2012. La capacidad total de energía fotovoltaica instalada superó los 500 GW a finales de 2018. A pesar de una disminución del 20% en las instalaciones anuales, China fue, nuevamente, el mercado más grande con más de 44 GW de instalaciones anuales”. (EPIA E. P., 2019) 2.4.1 Unión Europea Los estados miembros reconocen la importancia de desarrollar una base jurídica para la generación de energía, como lo manifiesta la TFUE (Tratado de Funcionamiento de la Unión Europea), “La propuesta de Reglamento en cuestión tiene por objeto garantizar que todos los Estados miembros establezcan los instrumentos adecuados para prevenir las situaciones de crisis de electricidad, prepararse para ellas y gestionarlas; estas crisis a menudo tienen un efecto transfronterizo, dado que los sistemas eléctricos están integrados. La propuesta también trata de mejorar el funcionamiento del mercado interior de la electricidad” Artículo 194 del TFUE, en la tabla 23, se describen los objetivos del Tratado de Funcionamiento de la Unión Europea, tratado en el Articulo 194 del TFUE. Los objetivos no afectarán al derecho de un Estado miembro a determinar las condiciones de explotación de sus recursos energéticos, como se indica en el Articulo 192, estas afectaciones son: (Comisión de Asuntos Jurídicos, 2019) ~ La ordenación territorial. ~ La gestión cuantitativa de los recursos hídricos o que afecten directa o indirectamente a la disponibilidad de dichos recursos. ~ La utilización del suelo, con excepción de la gestión de los residuos. ~ las medidas que afecten de forma significativa a la elección por un Estado miembro entre diferentes fuentes de energía y a la estructura general de su abastecimiento energético. Tabla 23 Articulo 194 del TFUE, Objetivos Artículo 194 del TFUE, (Tratado de Funcionamiento de la Unión Europea) a Garantizar el funcionamiento del mercado de la energía b Garantizar la seguridad del abastecimiento energético en la Unión c Fomentar la eficiencia energética y el ahorro energético así como el desarrollo de energías nuevas y renovables d fomentar la interconexión de las redes energéticas 2.4.1.1 Contexto Fotovoltaico La unión europea tiene como objetivo la descarbonización del sector de la energía, y debido a esto se recalcó nuevamente en la sesión 24ª en la conferencia de las partes (COP24) en Katowice, Polonia, en diciembre de 2018. Uno de los objetivos de la FER (Fuentes de Energía Renovable), es de aumentar el potencial de energía solar de aproximadamente a 600 [TWh], equivalente al 2.8% del 2018, a 6300[TWh], equivalente a 22% para el 2025, y superar los 40000[TWh], equivalente a un aumento del 70% para el 2050. (EPIA E. P., 2019) En la ilustración 4, se indica la demanda de energía fotovoltaica, que implica el aumento de producción de células solares en 2018 de aproximadamente 113 [GW], equivalente al 7% en comparación con 2017. Ilustración 4 Producción mundial de células / módulos fotovoltaicos (PV) de 2005 a 2018. Europa se ha caracterizado en promover y aumentar la capacidad instalada de energía solar. En la ilustración 5, se muestra la capacidad instalada de energía solar, con 125,8 [GW] para el 2018, equivalente a un aumento del 9% aproximadamente. (2019-2023, 2019) Ilustración 5 Capacidad Instalada Energía solar en Europa 2018 De manera descriptiva, los países con mayor representación en potencial solar, son: Alemania cuenta con una capacidad instalada de energía solar de 45,6 [GW], seguido de Italia con 19.9 [GW] y el Reino Unido con una capacidad instalada de 10 [GW] (2019-2023, 2019) 2.4.1.2 Norma técnica La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), es la organización líder mundial encargada de preparar y publicar Normas Internacionales para todas las tecnologías eléctricas, electrónicas y afines.El Consejo de Administración de Normalización (SMB), es la unidad encargada de la gestión general de las actividades de normalización de la IEC, se divide en cuatro organismos generales y el desarrollo de las normas se produce en los comités técnicos (Technical Committees/TC). Dentro de los comités técnicos existen los Grupos de Trabajo (Working Groups /WG), donde se gestionan normas específicas. El Comité Técnico, TC-82, “Sistemas de energía solar fotovoltaica”, es el encargado de preparar normas internacionales para los sistemas de conversión fotovoltaica de la energía solar en energía eléctrica y para todos los elementos del sistema de energía fotovoltaica, en la ilustración 6, se describe la norma IEC TC-82 que maneja seis grupos de trabajo. Ilustración 6 Sistemas de energía solar fotovoltaica TC-82 En la tabla 24, se resume el conjunto de grupos (Joint Working Groups/JWC). Tabla 24 Joint Working Groups/JWC Joint Working Groups/JWC a JWG82 -TC21 / TC82 - Pilas y baterías secundarias para almacenamiento de energía renovable gestionado por TC 21 b JWG32 -Seguridad eléctrica de las instalaciones de sistemas PV gestionado por TC 64 El CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica) y el CEN(Comité Europeo de Normalización), como responsables de desarrollar mercados únicos europeos en términos de normalización, han adoptado el proyecto de mandato de la Comisión Europea M/89 en el campo de la energía solar fotovoltaica sistemas y componentes, para que el mercado en lo relacionado a la generación fotovoltaica cuente con normas estandarizadas en los países miembros de la Unión Europea en concordancia al Comité Técnico TC-82 de la IEC. En la tabla 25, se indican de manera detalla las normas para cada componente, según la TC-82. (IEC) Tabla 25 CENELEC IEC TC-82 CENELEC IEC TC-82 TC-82 WG1 Seguidores solares CPV y seguridad Clasificación de energía y potencia del módulo fotovoltaico Caracterización de los materiales del módulo fotovoltaico TC-82 WG2 Electrónica integrada en módulos fotovoltaicos Pruebas adicionales en módulos fotovoltaicos de nueva tecnología, relacionados con nuevos materiales y fabricación Las pruebas se implementarán una vez que se haya demostrado que los nuevos módulos fotovoltaicos tienen cumplimiento con las expectativas del usuario de un despliegue prolongado al aire libre y un funcionamiento seguro Procedimientos de mantenimiento y operación de plantas fotovoltaicas Elaboración propia 2.4.1.3 Metodología para conexión a la red La Unión Europea en el periodo de 1996 y 2009 adoptó tres medidas legislativas con los objetivos de: liberar, regular y asegurar el mercado energético. En la regulación del mercado de la energía se destaca la aprobación de dos 28 reglamentos: uno relativo a la electricidad y otro para el gas, en relación a la cooperación de la Red Europea de Gestores de Redes de Transporte”. (ENTSOE, 2019) La Red Europea de Gestores de Redes de Transporte de Electricidad (ENTSO-E) junto con la Agencia de Cooperación de los Reguladores de la Energía (ACER), se encargan de elaborar reglas detalladas y códigos técnicos para el acceso a la red en el mercado europeo. A continuación, se describen los códigos técnicos establecidos por la ENTSO-E, junto a la ACER. ~ Código de conexión: este código establece las consideraciones que se deberán hacer a nuevas instalaciones y la información que se debe suministrar para una correcta planificación de las redes eléctricas. ~ Código de operación: este código ha sido creado para mantener un sistema eléctrico confiable, sostenible y estable. Además, los códigos de operación proporcionan un conjunto de normas y reglamentos que rigen el funcionamiento de las redes eléctricas. ~ Código de mercado: con este código se busca fomentar la competencia, la diversificación de la canasta energética y la optimización de las infraestructuras existentes. Además, ENTSO-E viene haciendo recomendaciones relacionadas a la conexión de sistemas fotovoltaicos a la red de transporte. 2.4.2 Estados Unidos Estados Unidos cuenta con una potencia Instalada de 4,3GW de energía solar. En la ilustración 8, se detalla el consumo de las principales fuentes de energía en 2019. Donde se destaca una participación de energía solar de un 9%. Ilustración 7 U.S primary energy consumption by energy source, 2019 2.4.2.1 Norma Técnica Para Estados Unidos, el Instituto Nacional Americano de Estándares (ANSI), es el encargado de coordinar la actividad de normalización, esta organización aprueba los estándares aplicables. En la tabla 25, se observan algunas organizaciones que publican códigos y normas para los productos fotovoltaicos. (Instituto Nacional Americano de Estándares) Tabla 26 Normalización Estados Unidos. Organización Comité Asociado IEC- Comisión Electrotécnica Internacional Comité Técnico IEC 82 (IEC TC82) IEEE IEEE SCC21 Standards Coordinating Committee on Fuel Cells, Photovoltaics, Dispersed Generation, and Energy Storage UL Underwriters Laboratories UL 1699B, Protección UL 1703 , Módulos y paneles UL 1741 - Interconexión UL 2703 – Sistemas de montaje UL 3703 – Seguidores solares ASTM E44.09 Photovoltaic Electric Power Conversion Asociación Nacional de Protección contra Incendios NFPA- National Fire Protection Association El NEC tiene dos artículos que abordan fotovoltaica (FV): Artículo 690, Sistemas eléctricos solares Artículo 705, Interconectado eléctricas fuentes de producción. Elaboración propia 2.4.2.2 Metodología para conexión a la red La Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) de Estados Unidos, aprobó en mayo de 2005, las normas de interconexión en términos de procedimiento y acuerdos para generadores pequeños de menos de 20MW, (Small Generator Interconnection Procedures, SGIP y Small Generator Interconnection Agreement, SGIA). Estas normas son de carácter federal y discriminan el procedimiento de acceso a la red, de acuerdo a la capacidad del proyecto: menores a 2MW proceso de vía rápida “Fast Track y de 2MW a 20 MW proceso de estudio independiente “Independent Study Process”. No obstante, la FERC ha señalado que este tipo de iniciativas deben servir como marco de referencia en la política estatal para la promulgación de nuevas leyes energéticas, en la ilustración 9, se indican los procedimientos de conexión en los Estados Unidos. ((FERC), 2005) Ilustración 8 Procedimientos de Conexión Estados Unidos (SGIP) En dónde para un proceso de vía rápida se tiene: ~ Aplicabilidad: Se determina basándose en el tipo de generador, el tamaño del generador, el voltaje de la línea y la ubicación del punto de interconexión. Se solicita la documentación para la interconexión. ~ Revisión inicial: El transportador notifica la interconexión de los clientes que ha solicitud hacer uso de las redes, se realiza una revisión inicial de la documentación. ~ Reunión opciones de cliente: El transportador solicita una reunión con el cliente, de ser necesario notifica cambios que debe realizar este para que su conexión sea de forma segura y confiable, dando así la conexión ~ Examen complementario: Se acordará por escrito y el solicitante deberá presentar un depósito. Si no se cumplen con estas condiciones la conexión se hará mediante el proceso de estudio independiente. Para el proceso de estudio independiente se tiene: ~ Aplicabilidad: Se solicita la interconexión basándose en el tipo de generador, el tamaño del generador, el voltaje de la línea y la ubicación del punto de interconexión. ~ Reunión informativa: Se lleva una reunión de alcance dentro de 10 hábiles posteriores a la solicitud de interconexión. Se discute la solicitud de interconexión y se revisan los estudios existentes pertinentes a la solicitud de interconexión. Las partes discutirán si el solicitante debe realizar un estudio de viabilidadde la conexión o proceder directamente a un estudio de impacto en el sistema, o a un estudio de las instalaciones o a un acuerdo de interconexión. ~ Estudio de viabilidad: El estudio de viabilidad deberá determinar los posibles impactos adversos en el sistema que se derivarían de la interconexión. Si el estudio de viabilidad no muestra impactos adversos en el sistema, el transportador debe aprobar la conexión. ~ Estudio de impacto del sistema: Deberá identificar y detallar los impactos del sistema eléctrico que se derivarían de la conexión, se centra en los aspectos identificados en el estudio de viabilidad. ~ Estudio de instalaciones: Se preparará un informe incluyendo un resumen del alcance del estudio. El estudio instalaciones deberá especificar y estimar el costo de los equipos, ingeniería y construcción (incluidos los gastos generales) que se necesita para poner en marcha la conexión. El 22 de noviembre de 2013, la FERC, decide pasar de 2[MW] a 5 [MW] el límite para desarrollar un proyecto como vía rápida y revisó otras disposiciones en relación a la generación de pequeños generadores mediante la Orden N º 792. (Federal Energy Regulatory Commission, 2013) Adicionalmente, todos los propietarios de sistemas solares de 1 MW y mayores están obligados por ley a presentar dos formatos anualmente con la EIA: ~ EIA-860: “Recoge datos sobre el estado de las plantas generadoras de electricidad y equipo asociado existente en los EE.UU., y de las previstas para la operación comercial inicial dentro de los 10 años del período de notificación especificado”. (Energy Information Administration) ~ EIA-923: “Recoge la información de las plantas de energía eléctrica reguladas y no reguladas y combinado (CHP) de calor y electricidad en los EE.UU. La información recogida ayuda a supervisar el estado actual de la industria de la energía eléctrica y para evaluar las tendencias de futuro en la industria”. (Energy Information Administration) En la ilustración 10, se resume el proceso de conexión a la red. Ilustración 9 Resumen del proceso de conexión a la Red 2.5 Proceso Normativo y Técnico que utiliza la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS en la realización de los proyectos de generación fotovoltaicos. En el desarrollo de la Pasantía realizada para la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS, se evidencia la falta de un procedimiento claro en el uso de normatividad técnica, legal, ni ambiental en el desarrollo e implementación de proyectos de generación fotovoltaica con capacidades menores a 20[mw]. Por esta situación se presentan las siguientes fallas en el desarrollo de un proyecto adquirido por la empresa: ~ Retrasos en los procesos de registro ~ Retrasos en permisos ambientales, ~ Retaros en registros a reguladores locales y nacionales, ~ Perdidas económicas en la adquisición de equipos no certificados según las normas aplicables. ~ Costos en asesoría externa para realizar los procesos mencionados anteriormente y, ~ Retrasos en los avances del proyecto fotovoltaico adquirido, con el riesgo de multas por incumplimiento de contratos. Lo anterior implica la pérdida de contratos por el desconocimiento de procedimientos técnicos, legales y ambientales, lo cual se deriva de la falta de una Guía Metodológica para el desarrollo y la implementación de este tipo de proyectos fotovoltaicos. 3 CAPÍTULO III. Análisis de resultados en el desarrollo de una guía metodológica implementada en proyectos de generación fotovoltaicos con capacidades menores a 20[MW], para la empresa Ingeniería y Arquitectura Verde SAS. A continuación, se presenta de manera detallada la normatividad técnica, las leyes aplicables y el proceso de inscripción en los organismos de control, para el desarrollo e implementación de proyectos de generación fotovoltaica. 3.1 Guía metodológica, aspectos normativos para la implementación de proyectos de generación fotovoltaica. Es indispensable considerar el esquema básico y los componentes generales que conformar un sistema fotovoltaico, en la ilustración 11 se muestra un esquema básico del funcionamiento de los componentes de una central fotovoltaica, soportadas sobre estructuras fijas o móviles, según la configuración. Iniciando con las celdas fotovoltaicas, las cuales son las encargadas de transformar la energía solar en energía eléctrica, por medio de los combinadores DC y a su vez su transformación a AC, gracias a los inversores. Después de la inversión de DC/AC, se pasa a la transformación, para poder elevar el nivel de tensión y distribuir al cliente final, además se debe tener en cuenta, que la energía debe ser monitoreada y facturada, para llevar un control de la energía demandada. Ilustración 10 Esquema básico Central Fotovoltaica “ Fuente: Propia” 3.1.1 Componentes y especificaciones generales A continuación, se especifican los aspectos normativos a tener en cuenta para el desarrollo de proyectos fotovoltaicos. En la tabla 27, se nombran las normas técnicas con fecha de expedición. Tabla 27 Componentes y especificaciones generales Normas (componentes y especificaciones generales) Norma NTC 1736 Energía solar. Definiciones y nomenclatura 24 agosto, 2005 Norma NTC 2050 Sección 690. Sistemas solares fotovoltaicos 24 noviembre, 1998 Tabla 27 Componentes y especificaciones generales Normas (componentes y especificaciones generales) Norma NTC 2775 Energía solar fotovoltaica. Terminología y definiciones 24 agosto, 2005 Norma NTC 5549 Sistemas fotovoltaicos terrestres generadores de potencia. generalidades y guía 16 noviembre, 2007 Norma GTC 114 Especificaciones de sistemas fotovoltaicos para suministro de energía rural dispersa en Colombia 01 diciembre, 2004 Elaboración propia A continuación, se describen las normas aplicables para cada uno de los componentes que conforman un centro de generación fotovoltaico. 3.1.2 Perfiles Solares Los perfiles solares se rigen bajo la norma, NTC 5709 (30 de septiembre, 2009) “Expresión analítica para los perfiles solares”. 3.1.3 Módulos fotovoltaicos Lo módulos solares, como se describe en el capítulo 2, son los encargados de transformar la radiación solar en energía eléctrica, por tal motivo, estos paneles deben cumplir con una serie de normas descritas en la tabla 28, donde se indica la normatividad aplicable. Tabla 28 Normas Módulos Fotovoltaicos Módulos fotovoltaicos RETIE Cap3. Art 20 Requisitos de Productos. Requerimientos para los productos. 20.20 Paneles Solares Fotovoltaicos 30 agosto, 2010 Norma NTC 2883 Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para aplicación terrestre. Calificación del diseño y aprobación de tipo 26 julio, 2006 Norma NTC 5433 Informaciones de las hojas de datos y de las placas de características para los módulos fotovoltaicos 30 agosto, 2006 Norma NTC 5464 Módulos fotovoltaicos de lámina delgada para uso terrestre. calificación del diseño y homologación 22 diciembre, 2006 Norma NTC 5509 Ensayo ultravioleta para módulos fotovoltaicos (FV) 29 octubre, 2008 Norma NTC 5512 Ensayo de corrosión por niebla salina de módulos fotovoltaicos 29 agosto, 2012 Norma NTC 5513 Dispositivos fotovoltaicos parte 1: medida de la característica intensidad tensión de los módulos fotovoltaicos 29 agosto, 2007 Norma NTC 5678 Campos fotovoltaicos de silicio cristalino medida en el sitio de características I-V 24 junio, 2006 Norma NTC 5679 Procedimiento de corrección con la temperatura y la irradiancia de la característica i-v de dispositivos fotovoltaicos 14 sep, 2011 Norma NTC 5899-1 Calificación de la seguridad de los módulos fotovoltaicos (FV). Parte 1: requisitos de construcción 14 sep, 2011 Norma NTC 5899-2 Calificación de la seguridad de los módulos fotovoltaicos (FV). Parte 2: requisitos para ensayos 14 nov, 2011 Norma NTC 5931 Células solares. Información de la documentación técnica y datos del producto para células solares de silicio cristalino
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