¿Qué es LCOE y cómo utilizarlo en proyectos fotovoltaicos?

Informe publicado en Revista Canal Solar – Vol. 1, Núm. 1, Diciembre/2020

El Costo Nivelado de Energía (LCOE) es un término ampliamente utilizado en el mercado de la energía solar fotovoltaica. Este parámetro se considera la nueva métrica, o la más efectiva, para evaluar la viabilidad de un sistema fotovoltaico, reemplazando el tradicional costo por vatio.

¿Cómo se calcula el LCOE y cómo debería utilizarse? ¿Es una métrica puramente de marketing que utilizan los fabricantes de equipos para argumentar que su solución es mejor que otra? ¿Es algo que los diseñadores deberían considerar para elegir las mejores soluciones para su proyecto? ¿Es algo que los inversores deberían considerar para tomar las mejores decisiones?

En este artículo, analizaremos qué es el LCOE, cómo se calcula y cómo se utiliza. También mostraremos algunas limitaciones y errores analíticos asociados a esta métrica. Cabe destacar que el objetivo del artículo es presentar, de forma clara, directa y simplificada, qué es el LCOE, sin incluir análisis con indicadores financieros más específicos como la TIR, el VPN, la TMAR, etc.

Guardaremos la exploración de estos conceptos en los análisis LCOE para futuros artículos. Al final mostraremos un caso de estudio aplicado a una planta solar fotovoltaica de 5 MW en DG (generación distribuida), evaluando la solución más viable entre las diversas soluciones presentadas.

¿Qué es el LCOE?

Básicamente, el LCOE fue creado y diseñado para comparar el costo relativo de la energía producida por diferentes fuentes de generación de energía. El objetivo de su creación fue entender qué fuente de energía sería más competitiva en un determinado proyecto de generación: hidráulica, térmica, eólica o solar, por ejemplo.

Cálculo del LCOE

LCOE se define como la división de los costos totales del proyecto, incluyendo no sólo el capital invertido (Capex) sino también los costos operativos (Opex), entre la energía generada durante toda la operación de la planta.

El cálculo también debe incluir cualquier costo residual como, por ejemplo, el valor del equipo al final de la vida del proyecto. De forma simplificada, podemos equiparar el LCOE de la siguiente manera:

LCOE = CT/EP

Donde:

• CT = Costo total de la planta, incluyendo Capex, Opex y residual [R$];
• EP = Energía total producida durante la vida útil de la planta [kWh].

El costo total de la planta (CT) se puede calcular como:

CT = Capex + Opex – Residual

Donde:

• Capex = Costo de construcción de la planta [R$];
• Opex = Costo de operación de la planta durante toda su vida útil [R$];
• Residual = Valor del equipo al final de su vida útil [R$].

Es posible identificar que el LCOE retorna un valor en R$/kWh, que es un valor más tangible para el consumidor de energía, que está acostumbrado a ver ese valor en su factura de energía todos los meses.

Además, representa un valor real para este consumidor que está invirtiendo su dinero para ahorrar en la factura de energía, y no para tener un parque solar más o menos potente.

LCOE en energía solar

Como se mencionó anteriormente, el LCOE nació de una necesidad inicial de comparar diferentes fuentes de energía, pero si ya hemos definido que la tecnología de energía solar ya es la elegida, ¿aún tiene sentido utilizar este indicador?

La respuesta es sí, tiene mucho sentido. El LCOE le permitirá comparar diferentes productos, tecnologías, arquitecturas y soluciones y concluir cuáles ofrecen el menor coste de energía. Algunos factores que impactan el LCOE de un sistema fotovoltaico:

• Condiciones climáticas (temperatura, radiación solar, incidencia del viento, etc.);
• Condiciones del sitio (costo de propiedad, irregularidades del terreno, proximidad a subestaciones, infraestructura, exposición a deposición de tierra, licencias ambientales);
• Módulos fotovoltaicos (monocristalinos o policristalinos, bifaciales o monofaciales, PERC, MBB, tipo N o tipo P);
• Inversores (inversor string o central, con múltiples MPPT o no, con ventilación forzada o natural, inversores convencionales u optimizadores, sobrecarga);
• Estructuras (fijas o móviles – seguidores solares, monoposte o biposte, material de construcción, tipo de tratamiento superficial);
• Cuestiones operativas (frecuencia de mantenimiento, mano de obra requerida, acceso a la planta, etc.)
• Gastos varios (vigilancia del parque, seguros, etc.).

El uso de LCOE ayuda a identificar las mejores oportunidades para una aplicación determinada, lo que le permite evaluar específicamente si un cambio de arquitectura, concepto o componente determinado tiene una implicación de costos beneficiosa o no.

El cálculo del LCOE permite, por ejemplo, evaluar si vale la pena utilizar módulos fotovoltaicos con mayor potencia y eficiencia, pero con un precio más alto en R$/Wp, o adquirir módulos con una menor tasa de degradación, pero con un precio más alto.

O incluso probar la viabilidad de aplicar seguidores solares o adoptar una solución de eje fijo. Cabe mencionar que en algunas situaciones, un cambio puede afectar otra elección.

En este caso, se deben tener en cuenta todos los cambios. Por ejemplo, supongamos que en un caso determinado el propietario de la planta pregunta al equipo del proyecto si vale la pena utilizar una topología de inversor central o distribuida.

Elegir uno u otro no sólo impactará en el costo de los inversores, sino también en cables y conexiones eléctricas, flete, mano de obra para instalación, operación y mantenimiento, y más. De esta forma, para calcular el LCOE se deben tener en cuenta todos los cambios que conlleva cada opción.

Limitaciones del LCOE

Un error común es pensar que el proyecto con el LCOE más bajo es siempre el objetivo a perseguir. LCOE es una buena herramienta para estudiar opciones dentro de un proyecto y guiar decisiones desde una perspectiva macro.

Sin embargo, no siempre es la métrica más útil a la hora de tomar decisiones sobre proyectos, especialmente en casos puntuales. Por ejemplo, en un análisis LCOE, una solución específica de un proveedor específico puede parecer la más competitiva, con la relación R$/kWh más baja.

Sin embargo, esta solución puede no ser una solución completamente validada técnicamente, o este proveedor no tiene una participación de mercado sólida, con el riesgo de que deje de operar en el mercado local por una decisión estratégica y ponga en riesgo el servicio por posibles fallas. . previsto en garantía.

Otro buen ejemplo es el de la fiabilidad del sistema y de sus componentes. Una solución determinada puede tener un mejor LCOE, pero puede tener una mayor susceptibilidad a fallas. LCOE no tiene en cuenta la confiabilidad de la energía producida por un proyecto.

En resumen, aunque el LCOE es valioso en muchas situaciones, dada la variabilidad de las situaciones y la complejidad del sector energético en general, el LCOE es solo uno entre muchos factores que deben considerarse al tomar decisiones sobre proyectos fotovoltaicos.

Estudio de caso: Análisis LCOE de una planta de minigeneración de 5 MW

En el siguiente ejemplo exploraremos algunos problemas comunes en proyectos de minigeneración de energía solar:

• Sobrecarga óptima para inversores;
• Uso de módulos de mayor o menor potencia.

Hacemos hincapié en que el propósito de los ejemplos no es decir que una opción es mejor que la otra, sino más bien orientar a los lectores sobre cómo realizar análisis LCOE.

Cabe señalar también que los valores utilizados pueden no representar la realidad en un momento dado, dada la dinámica de los precios del mercado, que varían según la disponibilidad, la situación del tipo de cambio, las políticas económicas (como ex aranceles), entre otras cosas. . Para ambos ejemplos, usaremos como referencia la composición de costos y los valores que se encuentran en la Figura 1.

La planta analizada en este ejemplo está ubicada en el norte de Minas Gerais, utiliza seguidores y tiene 5 MW de potencia CA. Sumando los costos operativos anuales de esta planta, podemos crear una tabla listando elementos que tienen un costo proporcional al número de módulos, costos que son fijos y costos recurrentes:

Para obtener el valor LCOE se utilizará el software PVSyst, que tiene en cuenta la generación total del sistema, las pérdidas modelizadas y la caída del rendimiento de los módulos e inversores durante los 25 años de operación de la planta.

Ejemplo 1: ¿Módulos policristalinos de 330 W o mono-PERC de 440 W?

Los costos considerados de los paneles fotovoltaicos se muestran a continuación:

El módulo de 330 Wp parece ser una buena solución, ya que tiene un costo total menor, sin embargo, también se deben tener en cuenta los costos de ítems que son proporcionales al número de módulos, como estructura, mano de obra, alquiler de área y O&M. cuenta (operación y mantenimiento). Con esto tenemos:

Como el LCOE depende directamente de la cantidad de energía generada, es importante resaltar el papel de las pérdidas de generación para ambos módulos. El módulo de 330 Wp tiene un coeficiente de pérdida de potencia por temperatura de -0,41 %/oC, mientras que el módulo mono-PERC de 440 Wp tiene un coeficiente de -0,35 %/oC.

Si consideramos una temperatura de funcionamiento del módulo de 60 ºC, el panel de 330 Wp perdería un 10,3% de su potencia, mientras que el panel de 440 Wp sólo perdería un 8,75%. Esta diferencia de pérdidas por temperatura se reflejará directamente en la cantidad de energía producida y en consecuencia en el valor LCOE.

Completando los datos del módulo de análisis económico de PVSyst obtenemos:

La solución de 440 Wp, incluso con el mayor coste de los módulos y el coste total de construcción, produce significativamente más energía que la solución con módulos de 330 Wp, lo que eleva el coste energético final para el cliente, el LCOE, de 254 R$/MWh, un ventaja de 16 R$/MWh respecto a la primera solución.

Esta diferencia, que para alguien menos atento puede parecer pequeña, representa una ganancia o una pérdida (según la elección realizada) de más de cinco millones de reales durante el funcionamiento de la planta.

Ejemplo 2: sobrecarga del inversor

En este ejemplo se compararán 9 variaciones del mismo sistema, con el mismo módulo de 440 Wp, pero con una sobrecarga del inversor que varía entre 120% y 150%. La metodología de estimación de costes será la misma que en el ejemplo anterior.

El inversor sobrecargado trabaja con una potencia del módulo por encima de su potencia nominal de entrada, algo más que habitual en proyectos fotovoltaicos. El costo total de la obra aumenta con la adición de módulos, pero la generación no aumenta en la misma proporción.

Esto se debe al efecto de recorte de energía, cuando el inversor limita la potencia extraída de los módulos a su potencia de salida en el punto de CA. Las siguientes figuras muestran el comportamiento del Capex (costo de la obra) y la generación de energía en función del índice de carga del inversor.

Debido a esta asimetría en las ganancias, la curva LCOE no será completamente lineal con la cantidad invertida en el trabajo. Esto quiere decir que existe un rango de valores de sobrecarga óptimos para esta planta, como vemos en la siguiente figura.

El mejor rango de LCOE en la Figura 8 es aproximadamente entre 132% y 137% de carga, siendo 135% el valor óptimo, es decir, el valor de carga que proporciona el menor costo de energía en R$/MWh.

Cabe mencionar que el resultado óptimo de sobrecarga es válido para una situación específica: la planta utilizada en este ejemplo. Para otras regiones, tecnologías de inversores, topologías de plantas y condiciones técnicas, el resultado puede ser diferente.

Conclusión

El LCOE (coste nivelado de la energía) es un parámetro importante a la hora de analizar la viabilidad de los proyectos fotovoltaicos, aunque no es el único aspecto a considerar. LCOE ayuda a tomar decisiones respecto a varias variables de un proyecto, como el tipo de módulo a utilizar, el tipo de inversor y la tasa de carga del inversor, entre otras cosas.

Más importante que el coste de una planta solar (R$/Wp), el LCOE revela al cliente o inversor el coste de la energía generada por esa planta (en R$/kWh o R$/MWh), convirtiéndose en un indicador importante. de retorno económico.

En este artículo se analizaron dos ejemplos, considerando dos variables muy comunes en la mayoría de proyectos: tipo de módulo utilizado y sobrecarga del inversor.

En el primer caso, se demostró que los módulos de 440 Wp más caros y de alta eficiencia proporcionan un mejor LCOE que la solución con módulos de 330 Wp. En el segundo caso, se demostró que es ventajoso sobrecargar el inversor en una planta de 5 MW.

En el ejemplo analizado el mejor LCOE se obtuvo con un índice de carga del 135%, es decir, la potencia del conjunto de módulos fotovoltaicos está un 35% por encima de la potencia nominal del inversor.

La decisión de utilizar menos o más módulos en una planta solar no es obvia y LCOE ayuda en esta toma de decisión, asegurando la mejor configuración para la planta solar al menor coste de la energía producida.