Doce años solares
Por
José Camejo Cuán,
Rubén Ramos Heredia, et al.*
Evaluación de los impactos
en la central fotovoltaica
de Santamaría del Loreto,
en Santiago de Cuba |
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La tecnología fotovoltaica ha tenido sostenidos progresos en los últimos años, como resultado de esfuerzos mundiales que comenzaron en los años setentas, dirigidos en un inicio a los sistemas descentralizados autónomos y que, en la actualidad, se han abierto nuevas vertientes de investigación-desarrollo y demostración, enfocadas al desarrollo de sistemas descentralizados conectados a red y de sistemas centralizados, tanto autónomos como conectados a red.
En Cuba, la electrificación de objetivos sociales y económicos mediante la energía solar fotovoltaica ha tenido un desarrollo acelerado, basado en un Programa de Electrificación Rural, que en una primera etapa instaló sistemas de pequeña potencia y de forma aislada, y en una segunda etapa incluyó la electrificación de comunidades rurales y otros objetivos socio-económicos con sistemas fotovoltaicos de pequeña y mediana potencias.
Como punto de despegue, y a partir de las experiencias y fracasos en los sistemas fotovoltaicos descentralizados o individuales, el Centro de Investigaciones de Energía Solar (CIES) proyectó desarrollar una instalación fotovoltaica demostrativa, a partir del diseño y puesta en funcionamiento de una central fotovoltaica de pequeña potencia, con el objetivo de evaluar la factibilidad técnico-económica en las condiciones de clima tropical. Para ello se escogió, después de un minucioso estudio social, la comunidad rural de Santamaría del Loreto, ubicada aproximadamente a 650 m sobre el nivel del mar, en el macizo montañoso de la Sierra Maestra, en el municipio de Songo-La Maya, de la provincia de Santiago de Cuba. La comunidad se encuentra a sesenta kilómetros, aproximadamente, de la capital provincial. El acceso se realiza a través de un difícil camino de montaña de unos nueve kilómetros, hasta la carretera Santiago-Guantánamo, por donde pasa el Sistema Electroenergético Nacional.
El núcleo poblacional beneficiado está compuesto por 46 viviendas, donde habitan cerca de doscientas personas que tienen como actividad fundamental la producción agrícola (el café de calidad superior y los frutales son los principales renglones productivos). Como parte del desarrollo comunitario y de la mejora de las condiciones de vida, se han incorporado otras actividades y labores agrícolas encaminadas fundamentalmente a la producción de viandas y hortalizas, así como la producción de leche fresca.
Esta comunidad contaba con un grupo electrógeno diésel de 32 kVA que, debido a los problemas del Período Especial, trabajaba solamente cuatro horas diarias y brindaba un servicio irregular, con un funcionamiento insostenible (falta de piezas de repuesto, combustible y lubricantes). Además, la población de la comunidad contaba solamente con dos luminarias como promedio por vivienda (básicamente incandescentes, o de baja eficiencia). Existían sólo seis radios, ocho televisores en blanco y negro (con altos consumos energéticos, y de los cuales sólo cuatro funcionaban) y dos refrigeradores domésticos, que apenas podían funcionar.
La instalación, en 1997, de la central fotovoltaica (CFV) en Santamaría del Loreto se realizó con el propósito de fomentar el desarrollo social de la zona, lo cual tiene una decisiva influencia en los parámetros de diseño y operativos. Esta CFV constituyó la primera experiencia a escala media en las condiciones climáticas de Cuba y tiene un considerable interés científico y tecnológico para fabricantes, instaladores y científicos, específicamente del área latinoamericana.
Proyecto
La CFV de Santamaría del Loreto fue concebida y diseñada desde sus inicios para una potencia total de generación de 25 kWp, un banco de baterías de 3 600 Ah, el sistema de regulación y control, e inversores. Este diseño sufrió modificaciones, ya que no se pudo contar con todo el financiamiento necesario para adquirir los 25 kWp de módulos fotovoltaicos, aunque sí se pudieron gestionar los demás componentes de la instalación.
En su primera etapa, en 1997, se instalaron 10 kWp; y en una segunda etapa, en el 2009, se instalaron otros 6 kWp de módulos fotovoltaicos, para completar una potencia total de generación de 16 kWp, con una disponibilidad de consumo de 8 kWp de potencia. Durante los doce años de funcionamiento se ha concebido un sistema de monitoreo y mantenimiento de la instalación, así como la preparación y capacitación al técnico local que atiende la CFV, lo que ha permitido evaluar los resultados e impactos del proyecto titulado «Factibilidad técnico-económica del uso de las centrales fotovoltaicas de potencia media para la electrificación de comunidades rurales aisladas en las condiciones de clima tropical de Cuba», cuyos objetivos son:
1. Validar la metodología utilizada para el diseño de la CFV de Santamaría del Loreto, con vista a su posible generalización.
2. Evaluar la influencia de los factores climáticos (temperatura, radiación solar y humedad relativa), característicos del clima tropical cubano sobre la potencia de salida del arreglo de módulos solares fotovoltaicos, en el Laboratorio de Evaluación y Homologación de Módulos Solares Fotovoltaicos, en el CIES.
3. Evaluar el impacto social de la electrificación rural fotovoltaica en la comunidad de Santamaría del Loreto.
4. Contar con una instalación que sirva como Centro de Superación y Entrenamiento de especialistas y técnicos cubanos y de la región latinoamericana y caribeña.
Objetivo 1
A partir de los datos obtenidos en las inspecciones técnicas realizadas a la CFV y su procesamiento, según las normas de la Comunidad Europea, se pudo validar experimentalmente la metodología propuesta. Los índices de funcionamiento de la tecnología corresponden con loaplicado en otras instalaciones similares en otras partes del mundo, como la Central Fotovoltaica de Pozo Blanco y Toledo (España), y Serré y Vulcano (Italia).
El funcionamiento de la CFV de Santamaría del Loreto ha sido estable, y las averías técnicas registradas no provocaron su salida de funcionamiento durante todos estos años de operación. Las averías ocurridas en la CFV han sido resueltas de forma colectiva entre los pobladores y la acción directa del operario, lo que demuestra una adecuada apropiación de la tecnología, para la autogestión de la energía demandada. Ambas razones demuestran la viabilidad técnica de este tipo de instalación en las condiciones concretas de Cuba. La principal rotura fue provocada por descargas atmosféricas, que han dañado el inversor, a pesar de ser éste un componente netamente no fotovoltaico.
Para la evaluación económica se utilizó el cálculo del costo de la unidad de energía, con la finalidad de comparar con otras alternativas tradicionales posibles, como son la extensión de la red eléctrica y la generación local con la planta diésel. El análisis demostró la ventaja económica de este tipo de central fotovoltaica frente a la generación local con diésel y la extensión de la red nacional, a partir de nueve kilómetros de distancia como umbral de competitividad, a pesar de que aún constituye una opción relativamente costosa si se compara con los precios de la electricidad en el medio urbano.
Comparando la CFV con la planta diésel de 32 kVA, se han ahorrado, aproximadamente, unas 262,8 toneladas de petróleo, lo que significa un ahorro considerable de recursos financieros. Además, el combustible debía ser transportado hasta la localidad, con sus correspondientes gastos de transportación, más los gastos de operación de la planta.
Objetivo 2
La evaluación de la influencia de los factores climáticos sobre la potencia de salida del arreglo fotovoltaico y su comportamiento operativo en las condiciones de explotación en Cuba, se realizó en el Laboratorio de Evaluación de Módulos Fotovoltaicos, del CIES. Este objetivo se cumplió con la colaboración de especialistas del Laboratorio de Evaluación de Módulos, del CIEMAT, y del Instituto de Energía Solar (IES), de la Universidad Politécnica de Madrid (España), quienes aportaron sus experiencias en este terreno y la asesoría para la puesta a punto del Laboratorio cubano.
A partir de las evaluaciones y ensayos a una muestra representativa de los módulos adquiridos y la consulta de las Normas de la Comunidad Europea para esta actividad, se realizó la evaluación de los módulos seleccionados, corroborándose los parámetros de fabricación con los resultados obtenidos de los ensayos realizados.
Objetivo 3
El mayor obstáculo reconocido en Cuba para la generalización sostenible de la tecnología fotovoltaica para la electrificación rural, son la micro-administración y el esquema de mantenimiento, que garantizan la operación estable a largo plazo de la tecnología. Para salvar ese obstáculo, se utilizó la vía de asegurar la asimilación social de la tecnología, mediante la capacitación y la participación en el proyecto, desde el principio, de toda la comunidad. Con ese fin, en la ejecución del proyecto se promovió la incorporación de los vecinos a los trabajos de construcción y montaje, así como su participación en la atención al equipo de técnicos. Asimismo, se capacitó, desde el inicio de los trabajos, a un vecino para la operación y el mantenimiento primario, quien además cumple las funciones de administración local. Las reparaciones, el seguimiento operativo y los mantenimientos especializados están a cargo del Departamento de Electrificación del CIES, con el apoyo de los gobiernos municipal y provincial, y de la ONG cubana CUBASOLAR, por el carácter parcialmente demostrativo del proyecto.
La influencia social del proyecto se evaluó mediante una encuesta realizada a 52 personas de la comunidad, que representan 62,5% de los adultos, así como entrevistas a personalidades de la zona, como el delegado de la circunscripción, el administrador de la granja y vecinos de prestigio. Los resultados de la encuesta fueron resumidos en tablas porcentuales, que revelan una alta aceptación de la tecnología y una notable asimilación social. Esos resultados permitieron también monitorear los cambios que se están produciendo en los hábitos de vida de la población rural, como resultado de la electrificación, lo cual aporta importantes elementos para los estudios de este tipo de gestión en el medio rural.
Las entrevistas realizadas muestran que se identifica el cambio en la calidad de vida de la comunidad, elevándose en más de 60%, y se han creado nuevas fuentes de empleos (jardín, cafetería del círculo social y punto de teléfono). Asimismo, el delegado de la circunscripción manifiesta un aumento considerable de la influencia del órgano de Gobierno en la población de la comunidad. Todo ello fundamentado, además, en los aspectos siguientes:
• Un servicio eléctrico ininterrumpido que garantiza la iluminación doméstica, además de los medios de comunicación y conservación de alimentos.
• Un servicio de atención médica de mayor calidad, debido a que el consultorio médico cuenta con mejores condiciones de equipamiento y posibilidades para la atención primaria, conservación de vacunas y rápida comunicación con centros especializados de la salud, en caso de urgencias.
• La población en general ha elevado su nivel de conocimiento al tener mayores posibilidades de información mediante la radio y la televisión, y los niños también han desarrollado mayores habilidades, debido a las posibilidades que tienen de estudiar y realizar actividades recreativas en horas nocturnas.
• Se brinda un servicio comunitario colectivo en una pequeña lavandería, de muy buena aceptación por los usuarios.• Se presta un servicio de telefonía comunitaria 24 horas diarias.
• Se creó en la comunidad un albergue interno para estudiantes del municipio, que participan en la recogida de café, lo cual contribuye a una mayor producción de la zona.
• Se cuenta con un círculo social, que permite realizar actividades recreativas y culturales en función del desarrollo social de la comunidad.
• Se reanimó la actividad productiva del jardín de flores comerciales, generando nuevas fuentes de empleo.
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Desde 1997 hasta el 2009 se han instalado varios paneles solares
fotovoltaicos,con una potencia total de generación de 16 kWp,
y una disponibilidad de consumo de 8 kWp de potencia.
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Objetivo 4
Desde sus inicios, la CFV fue diseñada con facilidades de locales para alojamiento y trabajo, lo que ha permitido que la instalación, integralmente, sirva como laboratorio experimental para la evaluación de diferentes parámetros y componentes fotovoltaicos, y de igual forma como Centro de Superación y Entrenamiento de especialistas y técnicos cubanos, y de la región latinoamericana y caribeña.
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La central fotovoltaica de Santamaría del Loreto demostró su viabilidad
económica frente a la generación local con diésel y la extensión de la red
nacional, a partir de 9 km de distancia como umbral de competitividad.
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Impacto económico
• Se demostró la ventaja económica de este tipo de centrales fotovoltaicas frente a la generación local con diésel y la extensión de la red nacional, a partir de nueve kilómetros de distancia como umbral de competitividad.
• Se han ahorrado aproximadamente 262,8 toneladas de petróleo y otros lubricantes con sus respectivos gastos de transportación, además de los de operación y mantenimiento.
• Existe una producción estable y con calidad de cuarenta litros de leche fresca, para el consumo de niños y dietas médicas, así como otros setenta litros para la producción de unas catorce libras de queso, que se distribuye a la Empresa Agroforestal de Montaña Yerba de Guinea.
• Incremento anual de la producción en la Cooperativa de Créditos y Servicio (CCS fortalecida) Antonio Guiteras para el autoconsumo comunitario de viandas, frutas y vegetales.
• El jardín de flores comerciales sobrecumple anualmente su plan económico, cuyas producciones son entregadas a la Empresa de Servicios Comunales, de Songo-La Maya.
• La cosecha de café de exportación Cristamol aumenta considerablemente: en el 2002 se producían 3 963 latas, y en el 2009 la producción alcanzó las 8 390 latas.
Impacto ambiental
La instalación de la CFV, desde sus inicios, eliminó una planta diésel, que además de emitir un alto nivel de ruido, propio de su funcionamiento, contribuyó a la eliminación de la emisión de más de 180 toneladas de CO2. Además, se dejan de verter sustancias tóxicas al ambiente y se elimina la contaminación de terrenos aledaños por derrames de combustible y lubricantes.
Para la instalación de los paneles se aprovechó el perfil del terreno, requiriéndose un mínimo movimiento de tierra, con lo que se evitaron cambios en la topografía y se aprovechan las áreas cultivables con siembras de poco follaje que no afectan el funcionamiento de la CFV y conservan el entorno natural original, además de evitar la degradación del terreno.
Impacto científico y tecnológico
El impacto científico y tecnológico está dado en que esta CFV constituye la primera experiencia a escala media en las condiciones climáticas de Cuba, por lo que tiene un considerable interés para fabricantes, instaladores y científicos, específicamente del área latinoamericana. Los resultados de las investigaciones realizadas demostraron la viabilidad técnica, competitividad económica y sostenibilidad de la instalación para la electrificación de comunidades rurales, demostrando la adecuación de la metodología de diseño empleada en las condiciones del clima tropical cubano.
Todo ello, avalado científicamente, permitió el desarrollo de un Laboratorio de Evaluación y Homologación de Módulos Solares Fotovoltaicos, en el CIES, que facilita de forma fiable la certificación de los módulos en condiciones reales (que generalmente difieren de las de laboratorio), y evitar errores de dimensionado por datos no reales en instalaciones de este tipo, que pueden tener un impacto negativo en su comportamiento operativo y económico.
Desde el punto de vista tecnológico, permitió evaluar las fallas de funcionamiento, siendo el inversor el único componente que ha presentado problemas por descargas atmosféricas, a pesar de no ser un componente netamente fotovoltaico.
Los mayores problemas que se han presentado hasta ahora (39,3%), se relacionan con la falta de repuestos de bombillos y lámparas. En ningún caso se atribuyen problemas de funcionamiento y operación de la CFV propiamente, tales como variaciones de voltaje o frecuencia.
Impacto social
• Se evidencia un alto grado de satisfacción de la población con la tecnología fotovoltaica y un aumento de 60% en las mejoras de vida, lo que ha permitido crear condiciones sociales favorables para el desarrollo comunitario.
• Se ha producido un desplazamiento de la hora promedio de acostarse, de entre las ocho y diez de la noche, a diez y doce de la noche. Todas las personas encuestadas tienen expectativas con adquirir equipos de mayor consumo, como refrigeradores y licuadoras, y más de 45% reconocen las ventajas de la tecnología fotovoltaica en relación con el medio ambiente.
• La comunidad ha manifestado su carácter cooperativista en la autogestión del consumo en los momentos de baja generación, o ante condiciones meteorológicas desfavorables y salidas de funcionamiento por descargas atmosféricas que han dañado los inversores. Además, la comunidad manifiesta un alto sentido de pertenencia de la tecnología.
• El cobro parcial del servicio eléctrico contribuye, según ha demostrado la experiencia, a crear una mayor responsabilidad social y a facilitar el intercambio con los usuarios, entre los que se promueve la cultura de ahorro energético y de su uso racional.
• Existen en la comunidad cincuenta jóvenes, todos incorporados al estudio o al trabajo; de ellos, siete están estudiando carreras universitarias: dos en Medicina, uno en Derecho, dos en Licenciatura en Cultura Física, uno en Ingeniería Agronómica y uno en Criminalística. Otros cuatro jóvenes cumplen el servicio militar acogidos a la Orden 18, que les posibilita el ingreso a estudios universitarios.
• De cinco maestros en la zona, dos son Máster en Ciencia y dos se encuentran en fase de terminación de su maestría.
• En el período, la mortalidad infantil y materna se mantiene en cero.
A modo de conclusión
1. Se ha demostrado que la tecnología para la electrificación rural, mediante centrales fotovoltaicas, resulta económicamente competitiva, frente a la generación local con diésel y la extensión de la red eléctrica, en zonas rurales y alejadas del SEN, a partir de nueve kilómetros de distancia como umbral de sostenibilidad.
2. Se garantiza un servicio eléctrico estable y con calidad, que permite a la comunidad disponer de iluminación doméstica, conservación de alimentos y servicio de atención médica de calidad. También se brinda un servicio comunitario con una pequeña lavandería de uso colectivo, así como el acceso a un servicio de telefonía comunitaria las 24 horas del día. Además, la población en su totalidad ha elevado su nivel cultural al tener mayores posibilidades de información.
3. El país ha ahorrado 262,8 toneladas de petróleo, durante estos doce años, comparado con la planta diésel, lo que se traduce económicamente en un ahorro considerable de recursos financieros, con la consiguiente eliminación de emisión a la atmósfera de 180 toneladas de CO2. Además, se dejan de verter sustancias tóxicas al ambiente y se elimina la contaminación de terrenos aledaños por derrames de combustible y lubricantes.
4. El desarrollo social y económico de la comunidad rural de Santamaría del Loreto, en estos doce años, ha superado con creces las expectativas esperadas.
5. Se requiere de una infraestructura territorial que continúe la actividad de mantenimiento de la CFV, con vista a mantener su sostenibilidad.
6. Debe estudiarse la posibilidad de la instalación de dos servicios de bombeo de agua en la comunidad, uno para consumo humano y otro para el regadío del jardín de flores, teniendo en cuenta la disponibilidad existente de energía eléctrica.
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