Ciencia al descubierto
Inversores fotovoltaicos nacionales:
escenario pertinente para la transición
energética de México
Introducción
La transición entre la segunda y la tercer década del
siglo XXI nos ha dejado diversas lecciones reflexivas: como
el contraste entre la fortaleza del desarrollo tecnológico
y la vulnerabilidad humana, vivido a inicios de la actual
pandemia por Covid-19; o bien, la pasada tormenta invernal
anticipada que dejó por un lapso importante a millones
de usuarios sin energía eléctrica en el 2019. Ello confirma
que los serios esfuerzos dirigidos a una planeación anticipada
por varios países, en materia del cambio climático y
la Transición Energética (TE), son sumamente estratégicos
y, a mediano plazo, vitales; por lo que la contribución del
sector energía para ello, es mandatorio.
En México, el concepto de la TE se define como: "el cambio
ordenado y programado de la generación de electricidad
para migrar de fuentes convencionales hacia energías
limpias con sustentabilidad. Y se busca que este modelo
sea ambientalmente más sustentable, con disminución en
carbono y socialmente más incluyente". De él, los retos
claves que podrían identificarse son, por un lado, la citada
planeación y por el otro, la consideración equilibrada de
los tres ejes del modelo. Ambos son desafiantes, pero una
vez conquistados en el menor tiempo posible, los resultados
a alcanzar no solo beneficiarán a las generaciones
actuales, sino también a las venideras -como se reflexionó
al principio-. Sin duda, como lo precisa el Subsecretario de
Planeación y TE de la SENER, la participación de los agentes
políticos, económicos y sociales son indispensables para
alcanzar tales retos. Asimismo, resalta las oportunidades
estratégicas para el país, tales como enfocar paulatinamente
los esfuerzos científicos y tecnológicos a la matriz
energética de energías renovables (ER); e impulsar el establecimiento
de industrias orientadas a las nuevas tecnologías.
Enfatiza también, la actual necesidad de desarrollar
una innovación energética más ágil y rápida, la cual involucra
a los sectores gubernamental, académico, de investigación,
y desde luego, la propia Iniciativa Privada (IP).
Con base en lo anterior y como parte de su razón de ser, el INEEL contribuye con sus resultados en
investigación aplicada, en el campo de las ER en México, desde hace poco más de 40 años, en el sector
fotovoltaico (FV) en la Generación Distribuida (GD). Por ello, ha identificado una solución innovadora,
que de capitalizarse oportuna y estratégicamente, puede contribuir significativamente a superar los
retos planteados en los párrafos anteriores en un tiempo interesante. Dicha solución innovadora -que en
México puede considerarse como disruptiva-, consiste precisamente en la creación de una nueva industria
nacional: la industria de inversores fotovoltaicos nacionales.
En este artículo se comparte, desde la perspectiva del INEEL, por qué se considera que el actual
escenario en el país, es propicio para la creación de esta industria inexistente en el país. Se
abordarán el escenario internacional, el del propio sector FV y su importante contribución a la TE
nacional y el cómo podría la industria propuesta, catalizarla.
Finalmente, se comparten algunas reflexiones a futuro, del impacto que tendría la presencia oportuna de
esta nueva industria nacional.
¿Qué es un inversor FV interconectado a la red eléctrica?
Para responder mejor esta pregunta, es necesario explicar primeramente lo que es un Sistema Fotovoltaico Interconectado (SFVI) a la red eléctrica; del cual, el inversor es el kernel. En la Figura 1 se muestra un diagrama a bloques de un SFVI. Éste es un sistema de generación eléctrica local, cuya fuente primaria es un generador FV (1) -conformado, según el tipo de inversor, por uno o varios módulos FV-, y que mediante el inversor (2), la potencia eléctrica generada por la fuente primaria -en Corriente Directa, CD es extraída de manera optimizada para convertirla en potencia eléctrica, compatible con la de la red eléctrica convencional (4) -en Corriente Alterna, CA-. Esta. energía eléctrica se aprovecha localmente, por la carga (3), o incluso por la propia red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) para suministrarla a sus clientes inmediatos, en caso de un superávit. Es en este último punto en dónde cobran importancia: el medidor de la energía suministrada a la red (5), y el de la energía suministrada por la red (6); estas dos funciones típicamente son ejecutadas por un sólo medidor, del tipo bidireccional.
Figura 1. Diagrama a bloques de un SFVI convencional.
En la infografía del inversor mexicano se pueden percibir los elementos del SFVI; su aspecto físico y su
distribución típica en una casa, así como los flujos de potencia esperados durante su operación en la
jornada solar, al interactuar con la red de CFE.
Por lo tanto, se puede concluir que el rol que desempeña el inversor dentro de un SFVI es clave, puesto
que además de ser la interfaz de potencia entre las dos fuentes de energía eléctrica (el generador FV y
la red convencional), está a cargo de las principales funciones del SFVI, tales como las de protección,
la extracción del PMP del generador FV, la calidad de la energía (en inglés, Power Quallity) de
salida, y la de comunicación y monitoreo (prácticamente las versiones actuales de inversores califican
como dispositivos "IoT", del inglés "Internet of Things").
Escenario internacional
El PV Techology Cooperation Program de la Agencia Internacional de Energía (AIE) en su
Snapshot of Global PV Markets Report de abril 2023, reporta que en el mundo la capacidad
instalada acumulada hasta finales de 2022 es de 1,185 GW, y en ese año se instalaron cerca de 240 GW,
siendo China el país que instaló la mayor capacidad, la cual representó poco más de la tercera parte de
la capacidad instalada en el mundo en 2022. Estos números muestran la importancia que continúa ganando
la generación de electricidad mediante módulos FV en los países miembros de la AIE, de la cual nuestro
país forma parte. No obstante que la mayor capacidad instalada corresponde a plantas FV (PFV)
centralizadas, las instalaciones en sistemas FV (SFV) en techos de edificios comerciales, edificios de
gobiernos, y en casas habitación en la modalidad de GD continúa creciendo, y un ejemplo en México es la
PFV instalada en los techos de la Central de Abastos más grande de América Latina en la ciudad de
México.
Un dato interesante en 2020, es que la nación de Honduras apareció como el país con mayor penetración de
la tecnología FV, muy por encima de países desarrollados, e inclusive de países líderes en la producción
de módulos FV, lo cual demuestra que en países de menor desarrollo económico que el de México,
consideran la generación de electricidad con tecnología fotovoltaica como una alternativa, y por ende,
un puente concreto hacia una TE exitosa.
En el mercado de inversores fotovoltaicos en 2020, China representó el 67% de la producción mundial de
inversores. Esta situación se ha mantenido durante los últimos 5 años. El mercado de componentes de SFV
es tan grande, que no obstante de los números impresionantes mencionados, se tiene un mercado potencial
muy grande por atender aún.
El sector FV en la TE de México
En México, el 24 de diciembre de 2015 se publicó en el DOF, la Ley de Transición Energética (LTE) y se tiene por meta, indicado por la SENER en el PRODESEN 2020-2034, alcanzar el 35% de participación mínima de Energías Limpias en la generación de energía eléctrica para el 2024. Asimismo, de acuerdo a los datos reportados por la Comisión Reguladora de Energía (CRE) -al primer semestre del 2023-, se han conectado en la modalidad de Generación Distribuida 2,954.65 MW FV en plantas y sistemas de menos de 0.5 MW, que representa un poco más de 360 mil contratos de interconexión.
Figura 2. Clasificación por tecnología de energías limpias en México (contratos de interconexión al 1º semestre de 2023).
De acuerdo con el gráfico de la Figura 2, tomando de referencia la tendencia actual registrada de
contratos de interconexión al último semestre de 2021, la tecnología que mayor aportación está haciendo
por parte de los sectores correspondientes, hacia lograr ser un país en el grupo que transita hacia una
economía baja en carbono, es la solar FV.
La capacidad total instalada de esta tecnología FV se encuentra distribuida a lo largo de la República
Mexicana, como se muestra en la Figura 3, en donde se puede ver que las entidades federativas que
cuentan hasta ahora con la mayor potencia instada (>100 MW) son: Jalisco, Nuevo León, Chihuahua, Estado
de México, Guanajuato y la CDMX. En la Tabla 1 se puede corroborar que el orden citado corresponde a las
magnitudes, de mayor a menor, de las potencias instaladas. En esa misma tabla se deduce que Tlaxcala
registra la menor potencia acumulada reportada. Sin embargo, el ejemplo es muy interesante puesto que el
nivel de irradiación solar no es de los más altos en el país, y la potencia instalada que ya está
produciendo electricidad localmente es considerable y en consecuencia, en esta región ya se están
aprovechando los beneficios de la GD.
Figura 3. Distribución de la capacidad instalada por Entidad Federativa.
Tabla 1. Capacidad instalada de SFVI por estado.
Impacto de una nueva industria nacional en la TE
Impacto de una nueva industria nacional en la TE
La GD en áreas rurales, casa habitación y MiPyMES es una excelente opción para caminar rumbo a la TE con
sentido social. Ante esta visión incluyente, más nuestro abundante recurso solar, y la respuesta
logarítmica de los sectores que ya están experimentando los beneficios de la GD -de acuerdo con la
tendencia analizada en la sección anterior-, la creación de una industria nacional de inversores FV no
sólo catalizaría mayormente la TE en nuestro país y se daría cumplimiento a los compromisos oficiales en
menor tiempo, sino que impulsaría el desarrollo de la economía nacional y la generación de empleos;
complementando ampliamente la visión citada.
Es decir, la oportunidad que tendría actualmente una industria nacional de inversores FV para incidir en
el mercado mexicano es enorme. Se comenta que se están instalando SFVI que incluyen inversores que no
cuentan con certificación internacional, debido a la falta de certificaciones nacionales para este tipo
de dispositivos. Por ello, la oportunidad de utilizar inversores desarrollados por ingenieros mexicanos
contribuye a la independencia tecnológica, aspiración continuamente señalada por la actual
administración federal.
Una vez atendido el mercado mexicano, se puede diseñar una estrategia que permita incursionar el mercado
de Centroamérica y del Caribe y posteriormente en los países del cono sur, con lo cual se puede aspirar
a contar con industrias nacionales con capacidad de atender tanto el mercado local como el mercado
latinoamericano.
El futuro está en el presente
Cada vez más, el desarrollo tecnológico evoluciona en forma acelerada. Por ejemplo, en la propia
tecnología FV, la tendencia mundial en los inversores muestra que será necesario considerar
adicionalmente en el dimensionamiento del SFVI al que pertenece, un pequeño sistema de almacenamiento de
energía mediante baterías (con fines de compensar la variabilidad del recurso; o bien para vender
después la energía almacenada en un horario pico, donde el costo del KWH es mayor). En los mercados FV
líderes, esta modalidad de SFVI + Almacenamiento está siendo un requerimiento por parte de las empresas
eléctricas a las cuales se interconectan a sus líneas generales de distribución. Además, el mercado de
la electromovilidad está emergiendo, y en él, el inversor también es clave, tanto a bordo de los
vehículos como en sus propios cargadores fijos (funciones bidireccionales como convertidores
"regenerativos").
Otro aspecto complementario de la GD, subsecuente al tema del almacenamiento, es el tema de las Redes
Eléctricas Inteligentes (REI). En este campo, nuevamente el inversor es el elemento clave sobre el que
descansará, no solamente la responsabilidad actual de la conversión energética y las funcionalidades
locales de protección y comunicación local comentadas, sino que, en las REI, deberá estar a cargo de la
interoperabilidad y de desempeñar funciones avanzadas para poder dar soporte a la red eléctrica (i. e.
inyectar ahora no sólo potencia activa, sino también reactiva).
Conclusiones
Afortunadamente la historia de nuestro país nos muestra el extraordinario legado que México ha tenido en
su ingeniería propia (tanto en las aulas como en campo); desde las chinampas, aeronaves de madera con
tela, radios de galena, sistemas SCADA, instrumental de laboratorio (vidrio soplado), módulos FV,
aerogeneradores de baja potencia y transformadores eléctricos, por citar -con fines de mapeo
instantáneo-, algunos de cientos de ejemplos. Ahora, con la tecnología que tenemos a nuestro alcance, y
el talento y la creatividad inagotable de las ingenieras e ingenieros mexicanos, es el momento para
regresar a la sociedad soluciones tecnológicas tangibles que impulsen la creación de industrias
inexistentes en México, de tal manera que alcancen su madurez en el momento que más se necesiten,
aprovechando nuestros recursos naturales en una TE, para entonces conquistada. De esta manera, mediante
el desarrollo de un inversor FV interconectado -en sinergia con la IP-, el INEEL continúa contribuyendo
con una de sus principales razones de ser desde su creación, que es impulsar a la industria de México
con tecnología propia, impactando favorablemente al desarrollo económico del país.
Finalmente, se puede decir que el futuro está en el presente. Es decir, el inversor es un elemento de la
electrónica de potencia que "llegó para quedarse", y el crear una nueva industria nacional es oportuno,
pues al hacerlo, se estarían echando los cimientos que sostendrán a la futura Industria Eléctrica
Nacional y no sólo esto, sino también, concretar liderazgos tecnológicos de talla internacional, que
logren la TE de forma óptima, y con una incidencia social incluyente, que incluso trascienda al plano
internacional como un caso de éxito, donde el INEEL será parte estratégica de tales cimientos.
Autores:
Humberto Raúl Jiménez Grajales, hjimenez@ineel.mx
Abigail González Díaz, abigail.gonzalez@ineel.mx
Vicente Torres Luna, vicente.torres@ineel.mx