De los Pico PV a los Pico SHS!

Artículo de Miguel Fernandez, director de Energética (Bolivia) publicado en el blog de Energética.

1. ¿Qué son Los SHS (Solar Home System)?

Cuando se empezaron los procesos de electrificación fotovoltaica para el área rural dispersa en Bolivia, una discusión que entretuvo a varios expertos locales e internacionales en Bolivia, se refería a cuantos Wp (watts pico de un panel fotovoltaico) se podían asociar a un concepto básico de “electrificación”. 

 

Es decir 20 años y más atrás, se debatía sobre si 20Wp o 50Wp era suficientes, o trayendo estándares de países industrializados, se necesitaban 200 Wp o 500 Wp para accionar los “electrodomésticos” básicos, sin los cuales una familia no podía considerarse “electrificada”.

Poco a poco, en campo, se fue ajustando un modelo que utilizaba módulos entre 20Wp y 70 Wp, donde las necesidades básicas a cubrir se referían a: la iluminación de 2 a 3 puntos por al menos 3 horas/día cada uno de ellos ([i]); el uso de radioreceptores por al menos 8 horas/día; el funcionamiento de una grabadoras de casete por 2 o 3 horas/día; y, eventualmente el uso de una TV de máximo 12 pulgadas en blanco y negro, por 2 horas al día. Estas cargas representaban una demanda de energía de alrededor de unos 230 Wh/día, que podrían ser cubiertos, utilizando un panel fotovoltaico de 50 Wp.

Obviamente los sistemas más pequeños (20 y 30Wp), tenían limitaciones para proveer energía para la televisión, además que los televisores de esa época eran poco eficientes.

Entonces, el concepto de SHS o sistema fotovoltaico doméstico, terminó asociado a la cobertura de las demandas básicas de electricidad de una familia rural: luz, radio y televisión. Paradójicamente, eran los mismos usos que recibía la electricidad proveniente de las redes de los proyectos de electrificación rural ([ii]). En términos de servicios básicos de electricidad, un SHS era equiparable (al menos en una primera fase), a una conexión de red eléctrica. Se había adaptado el concepto inicial de energizar los “electrodomésticos básicos de una familia rural” con un sistema solar fotovoltaico.

Los procesos de difusión de la tecnología fotovoltaica y los proyectos fueron creciendo y madurando. Actualmente se puede apreciar que más del 90% de los sistemas instalados en Bolivia corresponde a SHS de 50 Wp de potencia, bajo una estructura típica normada por la NB 1056 y con un precio de mercado de alrededor de los $US 800.

En Bolivia, normalmente, los costos de operación y mantenimiento (O&M) de estos sistemas, son transferidos a la familia beneficiaria. En este sentido, la familia deberá realizar el recambio de una batería de 100 Ah cada 4 años (con un costo de 150 $US), o lámparas cada 3 años (con un costos de 12 $US cada una), etc. Mientras más grande el sistema, también los costos de O&M, son mayores.

Así, una familia con un SHS deberían disponer de un mínimo de ingresos, tal que les permita cubrir los costos de O&M que demanda el sistema. Con ese nivel de costos se estima que los SHS pueden ser sostenidos por no más del 30% del mercado potencial en Bolivia.

2. ¿Y los pico PV?

Ahora bien, la necesidad de acceso a la energía por parte de los más pobres (las familias de la base de la pirámide de ingresos), y el desarrollo de productos para este mercado, muchas veces más grande que el mercado de los SHS, aunque con menos capacidad adquisitiva, lanzo un nuevo concepto: Los pico PV.

Un pico PV, es un sistema solar fotovoltaico normalmente con una potencia menor a 5Wp, y que sobre todo ofrece una solución básica de iluminación. En otras palabras son básicamente “linternas solares”, con costos menores a los 100 $US.

Aunque en varias regiones del mundo se habla mucho de una explosión del mercado de pico PV, y aparece una gran variedad de productos, no existe un estándar homologado que

compare calidades o rendimientos de estos equipos, y claro no hay normas aplicables aún. Son productos con una lógica integrada donde se tiene un “paquete” que incluye la generación de energía, la regulación, el almacenamiento de energía y finalmente la fuente iluminación.

En un esfuerzo de diversificación se ofertan pico PV que ofrecen iluminación en diferentes intensidades, y algunos de ellos inclusive ofrecen por ejemplo la posibilidad de accionar una radio, sin embargo

tiene que ser una radio específica para ese pico PV (debido a que no necesariamente utilizan voltajes estándar).

Justamente el concepto de pico PV (el diseño integrado) hace que estos sean equipos únicos, no intercambiables, pues cada uno usa un tipo de batería, tiene su propio panel fotovoltaico apropiado al voltaje interno de su lámpara y su batería, y en el caso de que tengan conectores, difícilmente se ven dos pico PV que usen el mismo tipo de conector, etc.

En Bolivia, en particular, la respuesta a los intentos de introducir estos equipos ha sido más bien esquiva. A pesar de todas sus características y detalles, los pico PV “no pegan” en el mercado rural boliviano. Agencias de cooperación diversas han promocionado el concepto, desarrollado testeos de mercados, etc. pero no hay una difusión de estos productos más allá de las pruebas. ¿La razón? Las demandas de las familias rurales, son diferentes a la solución que oferta un pico PV. Es decir, la gente se entusiasma inicialmente, por una solución rápida, pero en un corto plazo mantiene su demanda por un abastecimiento más integral de energía.

3. Hacia los pico SHS

La tecnología en estos años ha evolucionado rápidamente, al menos en 2 aspectos: la iluminación con la tecnología LED y, la acumulación de energía a través de las baterías de ion litio, hidruro metálicas, etc. impulsada ante todo por el desarrollo de un mercado grande de aparatos móviles (celulares, mp3, lectores de DVD, etc.) que de repente inundan el mercado.

¿Qué pasa si se usan estos avances en la creación de una nueva versión de SHS? ¿Esta vez un pico SHS?

Las lámparas LED ofrecen 50.000 horas de vida útil y hoy día es posible con LEDs de 2 W, producir una cantidad de luz equiparable a un foco incandescente de 60 Wp, una lámpara fluorescente de 20 Wp, o a una lámpara de PL de alta eficiencia de 11 W. Esta eficiencia, hace que se reduzcan las potencias demandadas por una de las cargas más importantes en electrificación rural: la iluminación.

Las baterías (como las de celular, o las de aparatos portátiles), también han evolucionado adquiriendo capacidades más grandes de acumulación de energía, gracias a una mayor densidad de concentración de energía por unidad de volumen. Sin embargo, la carga y descarga de estas nuevas baterías siguen ciclos y voltajes especiales, pero claro… para eso está la electrónica miniaturizada que puede controlar de manera inteligente todo esto.

Estas nuevas tecnologías de iluminación, acumulación de energía y control electrónico son la base para los conceptos de portabilidad y movilidad en los equipos electrónicos que se pueden ver reflejados de manera imaginativa en varios equipos como: lámparas portátiles, equipos de música que aceptan memorias USB, tarjetas SD, etc., lectores de DVD-receptores de TV portátiles, teléfonos celulares, computadoras portátiles de bajo consumo, etc.

La combinación de estos elementos en sistemas fotovoltaicos puede revolucionar los conceptos clásicos como el del SHS o del pico PV.

Así, es posible imaginar un nuevo tipo de SHS que use lámparas que no consuman más de 2 W, lectores de DVD/TV con consumos de 7 a 11 W, equipos de música con consumos de 3 a 10 W, etc. Adicionalmente todos estos equipos tendrían sus propias baterías incorporadas y cada uno su propio regulador de carga apropiado al tipo de batería específico.

En realidad solamente faltaría una fuente de energía para recargarla: la energía solar.

4. ¿Cuál sería el concepto básico que debería regir para un pico SHS?

Evidentemente, la adecuada combinación de las innovaciones, en función de las demandas de electricidad de la población rural aislada, resulta favorecida con una característica adicional que se presenta: los bajos precios de estos sistemas pueden corresponder a las limitadas capacidades de pago de los usuarios finales. Es decir, se puede vislumbrar que los pSHS se pueden convertir en un producto estrella de la electrificación rural fotovoltaica.

Las prestaciones deseables a un pSHS serían las siguientes:

• Iluminación: 2 puntos como mínimo, Un punto de alta intensidad para lectura, escritura, trabajos manuales y otro de media o baja intensidad por 2 a 3 h/día. Es deseable la posibilidad de extensión para más puntos de luz.
• Recarga de equipos como: celulares, linternas portátiles, mp3, baterías recargables, por 3 h/día
• Suministro de energía para radio (10 h/dia) o DVD portátiles/TV (4 h/día). En este caso las tomas de recarga deberían estar en niveles de voltaje estandarizados en relación a los diferentes equipos ([iii]), por ejemplo tener salidas en 6 V (para celulares, mp3), o 12 V (para TV o DVD portátiles).

Una comparación de consumos de energía usando tecnologías actuales y nuevas tecnologías, se muestra en el cuadro a continuación.

Comparación de Consumos de Energía

Como se observa, con las nuevas nuevas tecnologías los pSHS se podría cubrir idénticos requerimientos con un consumo de energía de solo 1/3 respecto a la tecnología convencional. El módulo fotovoltaico sería 2/3 más pequeño en estos casos, con el consiguiente impacto en precios.

La configuración de un pSHS difiere de los SHS típicos como se explica a continuación. Un SHS tiene la configuración: módulo – regulador – batería – cargas, en la cual la energía pasa por un único regulador y se almacena en una única batería, desde donde –a través del regulador- se alimentan las diferentes cargas (luminarias, radios, TV, celulares, etc.).

En el caso de un pSHS, la configuración se altera de manera radical, pues cada carga tiene internamente su propia batería y su propio regulador. Así, un módulo en

realidad alimenta varios conjuntos regulador-batería - carga. Adicionalmente puede darse el caso que una carga puede a su vez interconectarse con otra para recargarla.

Esta configuración tiene algunas ventajas, por ejemplo cada carga es independiente en cuanto a regulación y almacenaje de energía. Así si falla el regulador de la TV portable, aún tenemos luz y celular, situación que no sucedería en un SHS donde si falla la batería central o el regulador nos quedamos sin energía.

Otra ventaja en un pSHS es qué si se agota la batería de cualquier carga una vez que cumple su vida útil, el reemplazo es rápido, barato y fácil de realizar, pues la cargas están utilizando baterías recargables normales o batería estandar de celular. La desventaja que aparece es que necesariamente los equipos deben cargarse de día, para poder utilizarlos cuando queramos. Situación mucho más cómoda en un SHS, donde la batería nos entrega energía cuando se la necesite, al margen de la hora.

5. Conclusiones

Los pSHS pueden convertirse en una opción revolucionaria en el mercado, toda vez que presenta soluciones integrales, con tecnologías confiables de bajo consumo y además bajos costos, dirigido sobre todo a los segmentos más pobres de la población rural: la base de la pirámide.

Mientras los pico PV (en su mayoría linternas solares) tienen costos menores a 100 $US, y los SHS de 50 Wp pueden costar 850 $US ([iv]), un pSHS que considere 2 puntos de luz,y las opciones para cargar radio, TV/DVD, celular, con un módulo fotovoltaico de 11 Wp, puede costar alrededor de $US 180 ([v]). Es decir, una solución casi 5 veces más barata que un SHS y mucho más completa que un pico PV.

Comercialmente, ya se visualizan ofertas en este sentido y que van innovando apresuradamente ([vi]) y que es necesario seguir para introducirlas en el mercado.

En Bolivia, considerando las iniciativas existentes de la cooperación internacional, así como de los programas de electrificación rural que ejecuta el VMEEA, se debería re-orientear el esfuerzo que se está empleando en la difusión de picoPV, hacia la difusión de pico SHS, pues existirá un empate natural entre las demandas cada vez más integrales de electricidad por parte de las familias rurales, su limitada capacidad de pago y las nuevas tecnologías disponibles.

Por de pronto, ENERGETICA ya ha instalado los primeros pSHS en el Municipio de Tiquipaya en Cochabamba y la respuesta de las familias y las comunidades ha sido muy grande, pero esa experiencia ya será tema de otro artículo.

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[i] Alrededor de los años 90, las lámparas utilizadas eran tubos fluorescentes de 20 W de 220 V, adaptados con balastos electrónicos para su funcionamiento con 12 VDC. Desde hace unos 10 años, se sustituyeron por lámparas PL de alta eficiencia con potencias entre 7 W y 11 W.

[ii] Pobladores de Chimboata una comunidad de Pocona, alrededor de 1996, consumían entre 7 y 12 kWh/mes con red eléctrica. Actualmente, los consumos en esas regiones aún no superan en promedio los 25 kWh/día.

[iii] Algunos sistemas usan voltajes especiales como 4,7 V buscando mayor eficiencia entre la generación y cargas específicas, aunque ese voltaje no sea ideal para conectar otras cargas como celulares o radios.

[iv] Precios promedio de sistemas de 50 Wp con 3 luminarias, batería de 100 Ah, cables, estructuras, etc. con instalación. ENERGETICA 2010.

[v]Incluye el módulo, cables, una estructura, 2 lámparas con baterías incluidas, cargador de celular y tomas para recarga de TV/DVD y radio. Calculo de costos de un pSHS. Reporte interno. ENERGETICA 2011.

[vi] Phocos ha lanzado una lámpara (pico ligth) con características de interconexión y modularidad (www.phocos.com). Fosera con un desarrollo basado en la idea de un minikit de batería centralizada, pero con posibilidades de crecimiento modular también ya tiene presencia en el mercado (www.fosera.com). Finalmente Sundaya (www.sundaya.com) también dispone de una opción de lámparas con baterías incorporadas en la misma dirección de los pSHS y tambien Phaesun (http://www.phaesun.com/)