Integración de energía solar en empresas mexicanas
Autores: Ing. Citlaly Pérez Briceño, Dr. Pedro Ponce Cruz, Dr. Arturo Molina
Correo electrónico: A01336766@tec.mx, pedro.ponce@tec.mx, armolina@tec.mx
Departamento: Ingeniería Mecatrónica
Grupo de enfoque (investigación): Innovación de productos
Escuela: Tecnológico de Monterrey, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Ciudad de México, México.
Palabras Clave: #EnergiaRenovable #EnergiaSolar #PanelSolar
Actualmente, la economía mundial depende fuertemente de combustibles fósiles para satisfacer la creciente demanda de energía, la cual es la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) [1] y, por lo tanto, la principal causa del cambio climático y del calentamiento global. Debido al agotamiento de los combustibles fósiles y a su impacto negativo en el medio ambiente, en los últimos años se ha impulsado la búsqueda de fuentes de energía alterna sustentables y amigables con el ambiente [2].
Las fuentes de energía renovable, como la solar, eólica, hidráulica, biocombustibles, entre otras, son clave para la transición hacia un ecosistema energético menos intensivo en carbono y más sustentable [3]. La energía solar es una opción viable porque es una fuente de energía limpia, renovable y ampliamente disponible; pero a pesar de su abundancia, solo representa una pequeña porción de la matriz energética mundial, lo cual está cambiando rápidamente debido a los esfuerzos globales por mejorar el acceso a la energía, asegurar su suministro y combatir el cambio climático [2].
La mayor parte de la energía a nivel mundial es utilizada en procesos industriales; su importancia en el desarrollo industrial es crucial debido a la gran cantidad de electricidad utilizada en las tecnologías necesarias para la producción [4], [5]. Debido a esto, el sector industrial (incluidas la fabricación y la construcción) es responsable de alrededor del 18% de las emisiones globales de GEI, mientras que la producción de electricidad y calor representa el 31% de las emisiones totales [6].
De acuerdo con la Comisión Económica para América Latina y el Caribe [7], en México la electricidad casi ha duplicado su participación en el sector industrial entre 1995-2015, esto debido, principalmente, a la sustitución de tecnologías, a la automatización de procesos industriales y al decrecimiento acelerado de industrias consumidoras de energía térmica. En 2019, en México, el sector industrial consumió casi el 60% de la electricidad producida [8]. Cabe mencionar que aproximadamente el 75% de la electricidad generada en el país proviene de combustibles fósiles, como gas natural, petróleo y carbón, y el resto es producido por fuentes alternativas, siendo la energía hidroeléctrica la de mayor participación con un 8.77% [9].
El gobierno mexicano ha establecido la meta de generar el 35% de la electricidad a partir de fuentes renovables para 2025 [10]. De acuerdo con la Secretaría de Energía [10], las fuentes alternativas con mayor potencial en el país son la energía eólica y la solar, con un potencial disponible de 15 GW y 11.6 GW, respectivamente. Sin embargo, la capacidad instalada actual de estas tecnologías es de 0.7 GW para la energía eólica y 0.006 GW para la energía fotovoltaica (FV) [11].
México tiene un enorme potencial para el aprovechamiento de la energía solar debido a los altos niveles de radiación recibida (un promedio diario de 6.36 kWh/m2) a lo largo y ancho del país [12]. En comparación con este potencial, el mercado de la energía solar fotovoltaica sigue siendo reducido, ya que la capacidad instalada actual corresponde a menos del 3.5% de la producción eléctrica total del país. No obstante, en los últimos años se ha producido un crecimiento exponencial en la instalación de nuevas plantas solares fotovoltaicas, tanto a gran escala como de generación solar distribuida, así como un crecimiento en la inversión para su investigación y desarrollo.
Actualmente, las empresas, y la industria en general, están comenzando a utilizar tecnologías solares, en especial paneles FV, para diversificar sus fuentes de energía, mejorar la eficiencia energética y ahorrar dinero. Por otro lado, los incentivos gubernamentales derivados de la Reforma Energética de 2013, combinados con la reciente disminución en los precios de los equipos solares, la rápida recuperación de la inversión y los ahorros a largo plazo, hacen que la inversión en energía solar sea una buena decisión financiera para las empresas. Sin embargo, en México hay una falta de información acerca de los aspectos técnicos y sociales relacionados con las instalaciones de sistemas fotovoltaicos, lo cual no hace posible que las compañías analicen y evalúen datos e información relevante para tomar decisiones efectivas basadas en sus necesidades.
Es por lo anterior, que se propone un marco conceptual con los parámetros de sensado, inteligentes, sustentables y sociales (S4 por sus siglas en inglés: sensing, smart, sustainable y social) que una pequeña o mediana empresa debe considerar para instalar, operar y desechar un sistema FV en México. La Figura 1 presenta un resumen del marco conceptual propuesto.
En la Figura 2 se puede observar un diagrama de flujo sobre el funcionamiento del marco S4. El marco empieza cuando se realiza un análisis de las necesidades técnicas (consumo de energía, área disponible para instalar el sistema FV y radiación solar que recibe el lugar) y las necesidades sociales (inversión considerando incentivos y restricciones gubernamentales). Una vez realizado este análisis, se seleccionan los elementos que mejor cumplen estas necesidades y posteriormente, se realiza la instalación del sistema y de los elementos S4. Se continua con la vida útil del sistema, la cual en promedio es de 25 años, y finalmente, se evalúa si hay elementos que se pueden reusar o reciclar, aquellos elementos que ya no se puedan reutilizar o reciclar deberán ser desechados de acuerdo con la normativa vigente.
A continuación, se presenta una descripción de los elementos que se incluyen en cada una de las categorías del marco propuesto:
Sensado (Sensing)
Los elementos de esta categoría ayudan a la recolección en tiempo real de datos e información relevante para la toma de decisiones y para realizar predicciones acerca del comportamiento del sistema [13]. En esta categoría se encuentran los sensores necesarios para instalar, operar y disponer de un sistema FV. Algunos de estos sensores miden variables meteorológicas (radiación solar, velocidad del viento, humedad, etc.), otros miden variables de potencia (voltaje y corriente) y otros pueden ser utilizados para el mantenimiento del sistema (sensores de polvo).
Inteligente (Smart)
Estos elementos están basados en sistemas inteligentes que utilizan técnicas de inteligencia artificial, lo cual implica el uso de datos/información y un razonamiento automatizado para la toma de decisiones [13]. Algunos de estos elementos son: medidores e inversores inteligentes, rastreadores solares, sistemas meteorológicos avanzados, gemelos digitales, y análisis y almacenamiento de datos.
Sustentable (Sustainable)
Esta categoría incluye un análisis del impacto de los componentes del sistema FV al medio ambiente, desde su manufactura hasta su disposición: uso de materiales peligrosos, emisiones de GEI en la producción y transportación de los elementos, uso de la tierra, ruido y alteraciones visuales, impacto en la flora y fauna del lugar y la correcta disposición una vez que los componentes terminan su ciclo de vida.
Social
Esta categoría se divide en tres pilares. La primera es el marco legal y regulatorio para instalar, operar y disponer de un sistema FV en México.
Por el otro lado, se encuentra el pilar económico, el cual se refiere a la rentabilidad del sistema [13]. En este aspecto, se incluyen los incentivos gubernamentales disponibles, así como un análisis de la inversión y del retorno de ésta y el ahorro generado por producir energía solar en el lugar de consumo en lugar de tomarla de la red eléctrica. Finalmente, se incluye un análisis de la aceptación de los sistemas por parte de la población y del usuario. Este marco puede ser utilizado como una guía para que las empresas puedan instalar, operar y disponer de sistemas fotovoltaicos en México, a través de la elección de elementos S4 que mejor cumplan sus necesidades, con el objetivo de obtener la máxima eficiencia del sistema y entender de mejor manera todo su ciclo de vida. Además de incrementar el uso de energía solar y disminuir la dependencia de combustibles fósiles.
Referencias
[1] M. Koengkan, L. D. Losekann, J. A. Fuinhas, y A. C. Marques, “The Effect of Hydroelectricity Consumption on Environmental Degradation – The Case of South America region”, TASJ, pp. 46–67, jun. 2018, doi: 10.32640/tasj.2018.2.46.
[2] J. Yu, Y. M. Tang, K. Y. Chau, R. Nazar, S. Ali, y W. Iqbal, “Role of solar-based renewable energy in mitigating CO2 emissions: Evidence from quantile-on-quantile estimation”, Renewable Energy, vol. 182, pp. 216–226, ene. 2022, doi: 10.1016/j.renene.2021.10.002.
[3] “Renewables – Fuels & Technologies”, IEA. https://www.iea.org/fuels-and-technologies/renewables (consultado el 22 de agosto de 2021).
[4] S. Mekhilef, R. Saidur, y A. Safari, “A review on solar energy use in industries.”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 15, pp. 1777–1790, 2011, doi: 10.1016/j.rser.2010.12.018.
[5] O. J. Olufemi, “The Effects of Electricity Consumption on Industrial Growth in Nigeria.”, Journal of Economics and Sustainable Development, vol. 6, núm. 13, 2015.
[6] H. Ritchie y M. Roser, “CO₂ and Greenhouse Gas Emissions”, Our World in Data, el 11 de mayo de 2020. https://ourworldindata.org/emissions-by-sector (consultado el 31 de marzo de 2022).
[7] Comisión Económica para América Latina y el Caribe, “Informe nacional de monitoreo de la eficiencia energética de México, 2018.”, CEPAL, México, 2018. [En línea]. Disponible en: https://repositorio.cepal.org/bitstream/handle/11362/43612/1/S1800496_es.pdf
[8] SEMARNAT, “Consumo final de energía eléctrica por sector (Petajoules)”, SEMARNAT. http://dgeiawf.semarnat.gob.mx:8080/ibi_apps/WFServlet?IBIF_ex=D2_ENERGIA04_02&IBIC_user=dgeia_mce&IBIC_pass=dgeia_mce&NOMBREANIO=* (consultado el 17 de noviembre de 2021).
[9] H. Ritchie y M. Roser, “Energy: Mexico”, Our World in Data, nov. 2020, Consultado: el 16 de noviembre de 2021. [En línea]. Disponible en: https://ourworldindata.org/energy/country/mexico
[10] Secretaria de Energia, “Prospectiva del Sector Eléctrico 2018-2032”, SENER, México, 2018. [En línea]. Disponible en: https://base.energia.gob.mx/Prospectivas18-32/PSE_18_32_F.pdf
[11] Secretaria de Energia, “Sistema de Información Energética | Capacidad instalada por tecnología”. https://sie.energia.gob.mx/bdiController.do?action=cuadro&cvecua=IIIA1C04 (consultado el 4 de abril de 2022).
[12] Asociación Mexicana de la Energía Solar, A.C., “Análisis costo-beneficio de la generación solar distribuida en México.” 2018. [En línea]. Disponible en: https://asolmex.org/estudios/Analisis_Costo_Beneficio_GSD_Mexico_Asolmex_GIZ.pdf
[13] A. Molina, P. Ponce, J. Miranda, y D. Cortés, Enabling Systems for Intelligent Manufacturing in Industry 4.0: Sensing, Smart and Sustainable Systems for the Design of S3 Products, Processes, Manufacturing Systems, and Enterprises. Cham: Springer International Publishing, 2021. doi: 10.1007/978-3-030-65547-1.
Anexo
Resumen
El sector industrial consume más del 60% de la electricidad producida en México; de toda la electricidad producida en el país, aproximadamente el 75% proviene de combustibles fósiles, los cuales dañan enormemente al medio ambiente y a la salud del ser humano. Aunque México es considerado una posible potencia mundial en energía solar debido a la gran cantidad de radiación solar que recibe diariamente, menos del 4% de la electricidad producida en el país proviene de este tipo de energía. Asimismo, no se cuenta con un marco que guie a las empresas interesadas en instalar sistemas fotovoltaicos acerca de los parámetros de sensado, inteligentes, sustentables y sociales necesarios para instalar, operar y disponer de dicho sistema.
Importancia de su divulgación
Se propone un marco que guíe a las pequeñas y medianas empresas sobre los parámetros de sensado, inteligentes, sustentables y sociales necesarios para instalar, operar y disponer de un sistema fotovoltaico en México. Este marco contiene varias opciones (niveles) que se adaptan a las necesidades del usuario con el objetivo de diversificar sus fuentes de energía, reducir la dependencia de combustibles fósiles y generar un ahorro monetario. Este marco puede expandirse a otras aplicaciones, como instalar sistemas de energía solar en comunidades que no están conectadas a la red eléctrica.
Disciplina: Ingeniería y Ciencias
Área de aplicación: Ingeniería, Ciencias, Energía, Energía Renovable
Industria: Sector industrial
