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Abstract
The number of electric vehicles in Costa Rica has increased steadily in recent years. If purchasing power is considered, the owners of
electric vehicles likely live in horizontal or vertical residential condominiums, which have a single connection point to the electricity
distribution network. For this reason, an uncontrolled increase of electric vehicles in a horizontal or vertical condominium can
jeopardize the capacity of the circuit, especially the transformer and the protection. This article studies the impact that the installation
of chargers for electric vehicles in a condominium can have. In addition, different strategies for minimizing the technical and user
impact were compared. The results show that using renewable energies is not recommended given the probability distributions of
charging time of electric vehicles. Instead, the use of energy management strategies is the most attractive alternative.
Keywords: distribution networks, electric vehicles, energy management systems, grid congestion, residential condominiums.
Resumen
El número de vehículos eléctricos en Costa Rica ha aumentado constantemente en los últimos años. Si se toma en cuenta la capacidad
adquisitiva, es probable que los dueños de los vehículos eléctricos vivan en condominios residenciales horizontales o verticales, los
cuales tienen un único punto de conexión con la red de distribución eléctrica. Por este motivo, un aumento signicativo de vehículos
eléctricos en un condominio horizontal o vertical puede poner en riesgo la capacidad del circuito, especialmente el transformador
y las protecciones. Este artículo estudia el impacto que puede tener la instalación de cargadores para vehículos eléctricos en un
condominio. Además, se compararon diferentes estrategias de minimización del impacto técnico y para el usuario. Los resultados
demuestran que el uso de energías renovables no es recomendable dadas las distribuciones de probabilidad de tiempo de carga de los
vehículos eléctricos. En cambio, el uso de estrategias de gestión de la energía resulta la alternativa más atractiva.
Palabras clave: condominios residenciales, congestión en la red, redes de distribución, sistema de gestión de energía, vehículos eléctricos
1. Introducción
El Gobierno de Costa Rica ha implementado importantes iniciativas para promover la descarbonización del sector transporte, ya que
para 2017 concentraba el 82.6 % del consumo de combustibles fósiles, según el MINAE (2019). Dentro de los ejes de dichas iniciativas
se encuentran el Plan de Descarbonización y la Ley 9518 que promueven la movilidad eléctrica privada, debido a que los vehículos
eléctricos (VE) colaboran con la reducción de emisiones de CO2, ya que el 50.4 % de consumo nal de energía en transporte está asociado
al transporte privado. Sin embargo, una adopción súbita de vehículos eléctricos podría afectar negativamente las redes eléctricas del país.
En la literatura se pueden encontrar estudios que demuestran las consecuencias del aumento de VE en las redes de distribución eléctrica
(RDE), resaltando la congestión en la red, sobrecargas y problemas de harmónicos, condiciones que requieren reforzar las líneas y
protecciones (Alpízar-Castillo, 2022). No obstante, en Costa Rica no existen sucientes investigaciones que puedan usarse como base
para determinar el efecto de los vehículos eléctricos en el sistema eléctrico nacional.
Especícamente en los sectores residenciales, las consecuencias de implementar VE ya han sido reportadas. Como respuesta,
a nivel público, la Compañía Nacional de Fuerza y Luz (CNFL) propuso un plan piloto en 2021 para instalar cargadores
semirápidos en condominios residenciales para recolectar datos que puedan ser usados en la toma de decisiones por parte de los
Impacto de los vehículos eléctricos en
condominios residenciales
Joseph Daniel Soto-Zúñiga,
jdsoto@ca.or.cr, Colegio de Ingenieros de Costa Rica, San José, Costa Rica
Joel Alpízar-Castillo,
J.J.AlpizarCastillo@TUDelft.nl, Universidad Técnica de Delft, Delft, Países Bajos
Revista Fidélitas, Vol. 4 (2). Julio-Diciembre 2023
http://revistas.udelitas.ac.cr/index.php/revista_delitas
Recibido: 27 de junio 2023. Aprobado: 06 de noviembre 2023
ISSN: 2215-6070
DOI 10.46450/revistadelitas.v4i2.69
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entes reguladores, como diseño de normas técnicas y leyes (Céspedes, 2021). Desde la perspectiva privada, las acciones se han
centrado en la implementación de sistemas de gestión de red. Los fabricantes de estos sistemas requieren diseñar software que
conectan o desconectan los VE durante el proceso de carga para reducir el efecto en la red.
Sin embargo, la implementación de estos sistemas de gestión de energía a nivel residencial ha encontrado barreras desde la
perspectiva de legislación, debido a que en Costa Rica no está permitida la venta de energía a través de intermediarios, de modo
que solo existen dos posibilidades para instalar estaciones de carga: 1) directamente en el sistema eléctrico de un edicio, en
cuyo caso la energía utilizada para la carga no puede ser cobrada al usuario, o 2) por parte de las compañías distribuidoras de
energía. Este artículo se centra en estudiar la primera posibilidad en el contexto de condominios residenciales verticales.
Desde el año 1980, Costa Rica ha experimentado una creciente urbanización horizontal, dispersa y desconcentrada en el Gran
Área Metropolitana (GAM), ocasionando un aumento paulatino de la densidad poblacional (Programa Estado de la Nación, 2019).
El incremento de las infraestructuras residenciales urbanas que se han concentrado en la GAM ha provocado una disminución de
los terrenos aptos para la urbanización horizontal (Salas, 2018), concentrando proyectos inmobiliarios horizontales en el sector
oeste del GAM, en distritos como Alajuela, Escazú y Santa Ana (Programa Estado de la Nación, 2019). Lo anterior, sumado a
la carencia de planes de ordenamiento territorial, pone en riesgo a las RDE, así como a los operadores de red, ante un aumento
súbito en la cantidad de vehículos eléctricos concentrados en condominios residenciales. Debido a su poder adquisitivo, los
habitantes de estos proyectos inmobiliarios tienen una mayor probabilidad de adquirir VE que puede ser cargado directamente
en su hogar, y los condominios tienen un único punto de conexión con la RDE. Razón por la cual entender el comportamiento
de carga de los VE en los condominios residenciales es crucial para evaluar el riesgo que implican para las RDE.
Las contribuciones de este artículo se centran en:
• Determinar el impacto que tendrá la creciente demanda de vehículos eléctricos en la red eléctrica de condominios
residenciales.
• Determinar las repercusiones que tendrá una demanda excesiva de potencia en los de condominios residenciales.
• Analizar diferentes alternativas para suministro de energía para la carga de vehículos eléctricos.
Estado de los vehículos eléctricos en Costa Rica
En Costa Rica, desde el año 2010, se ha dado una creciente demanda de vehículos eléctricos con el objetivo de disminuir la
huella de carbono y de mostrar a nivel mundial al país como un país verde. Eso ha provocado que desde entonces, la importación
de vehículos eléctricos tenga un crecimiento constante, como se observa en la Figura 1, el cual incrementó a partir de la
promulgación de la ley 9518 en el año 2018, generando incentivos para la importación y compra de vehículos eléctricos en el
país (Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica, 2018). Analizando la creciente demanda por vehículos eléctricos
desde el año 2010 hasta julio de 2020, se hace necesario proyectar la demanda de vehículos para los próximos años como se
observa en la Tabla 1, con el objetivo de relacionar la demanda de los vehículos eléctricos en Costa Rica con la demanda de
la energía eléctrica para la carga de estos vehículos. Estas proyecciones permitirían anticipar sobrecargas de transformadores
en redes de media y baja tensión, problemas de baja y alta tensión, así como alteraciones en la frecuencia de nuestro sistema
eléctrico.
Figura 1. Crecimiento acumulado de la otilla vehicular eléctrica en Costa Rica a octubre del 2023.
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Tabla 1. Incrementos de la otilla vehicular eléctrica acumulada en Costa Rica a octubre del 2023
Detalle Año
2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
Nuevos automóviles eléctricos 25 199 460 624 1040 1593 3908
Nuevas motocicletas eléctricas 83 78 125 184 189 220 155
Nuevos vehículos especiales 115 149 149 103 106 72 317
Total de nuevos VE 223 426 734 911 1335 1885 4380
Fuente: Ministerio de Ambiente y Energía, 2023
Un estudio realizado por Castro et al. (2007) muestra la probabilidad en la hora de llegada de la población a sus hogares. Como
se muestra en la Figura 2, la mayoría de la población regresa a sus hogares esta entre las 4 p.m. y las 7 p.m. Dicha hora de llegada
a los hogares es un indicativo crucial debido a la alta probabilidad de que los usuarios carguen el vehículo eléctrico al llegar al
hogar (Brenes, 2016). Este comportamiento se ve reejado en la curva de generación de energía en Costa Rica, que tiene dos
picos principales, uno cerca de las 12:00 md, y otro alrededor de las 6:30 p.m., como puede verse en la Figura 3. Así mismo,
tanto RITEVE (2018) como Brenes (2016) coinciden en que los habitantes de Costa Rica recorren, en promedio, entre 20 y 23
km por día, de modo que, conociendo la autonomía de la batería del EV, es posible crear modelos probabilísticos para estimar
la hora de inicio de carga de los EV. La Tabla 2 muestra las características de los VE disponible para compra en concesionarios
ociales en Costa Rica para 2020.
Figura 2. Distribución de probabilidad de hora de regreso a los hogares en Costa Rica
Fuente: Castro, L, et al. (2007).
Figura 3. Curva de Potencia de la Generación Eléctrica de Costa Rica
Fuente: MINAE. (2019).
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Tabla 2. Lista representativa de los tipos y características de las baterías de los vehículos eléctricos comercializados en
Costa Rica
Marca Modelo Tipo Batería Capacidad de Potencia de Autonomía Eciencia
la batería (kWh) la batería (kW) (km) (kWh/100 km)
AUDI1 e-tron Iones de litio 95 135-165 417 26
BMW2 i3 N/I N/I 42,2 300-350 N/I
BYD3 e1 NCM 32,2 45 300 (NEDC) N/I
BYD3 e2 GL NCM 47,3 70 402 (NEDC) N/I
BYD3 e3 G NCM 35,2 70 300 (NEDC) N/I
BYD3 e5 Hierro-fosfato 60,5 160 400 (NEDC) N/I
BYD3 S1 NCM 53,2 70 400 (NEDC) N/I
BYD3 S2 NCM 40,6 70 300 (NEDC) N/I
BYD3 SONG PRO EV NCM 59,1 120 400 (NEDC) N/I
BYD3 T3 NCM 50,3 100 300 (NEDC) N/I
BYD3 TANG EV NCM 180 500 (NEDC) N/I
HYUNDAI4 IONIQ Polímero de Ion litio 38,3 100 > 350 11,7
HYUNDAI4 KONA Polímero de Ion litio 39,2 100 312 13,9
MG5 ZS EV Iones de litio 44,5 111,8 263 13,8
NISSAN6 Leaf Iones de litio 40 110 389 13
Nota:
1(Grupo Danissa, 2020)
2(Bavarian Motors S.A., 2020)
3(Cori Motors, 2020)
4(Grupo Q, 2020)
5(Morris Garages, 2020)
6(Grupo Danissa, 2020)
Fuente: Fichas técnicas de los VE, 2020.
Según menciona la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Costa Rica (2019), una penetración de 25 % de VE
podría generar problemas de sobrecarga y tensión en transformadores en las redes de distribución de baja tensión de Costa
Rica. Como puede verse, la penetración de VE no afecta directamente las redes de media tensión, sin embargo, fallas en
los transformadores de baja tensión afectarían las redes de media tensión. En otros países como Ecuador o España, se han
realizado diversas investigaciones para determinar el impacto que tiene la introducción de VE en las redes eléctricas de consumo
residencial. Los resultados demuestran que el ingreso masivo de los vehículos eléctricos en las redes de distribución puede
generar incrementos no proyectados en la demanda de potencia, así como el aumento del consumo en las horas de demanda
pico (Mena y Collaguazo, 2019). Los autores indican que un diseño adecuado de RDE considera un crecimiento en la carga, así
como un margen de seguridad. No obstante, introducir VEs por encima de esta capacidad de potencia disponible comprometería
las redes, disminuyendo su vida útil y adelantando la necesidad de refuerzos en la misma.
Otros autores, como Frías et al. (2011), mencionan que la recarga de los VE se hará en horas de demanda punta cuando las
personas lleguen a sus trabajos u hogares en donde la demanda tendrá un crecimiento considerable. Considerando el impacto
técnico y económico que esto conllevará, se necesitarán establecer estrategias que utilicen de manera eciente las redes eléctricas
con el menor costo posible. Una de las estrategias de carga de VE propuestas es el control de la carga, denominado recarga
inteligente, de forma que los VE sean cargados en horas del día donde el consumo eléctrico sea menor y se encuentre en las horas
fuera del pico de potencia. Esta estrategia mejoraría el factor de demanda en la red de distribución de baja tensión, distribuyendo
el consumo energético durante el día, pero puede causar una operación continua de los transformadores y protecciones a una
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demanda promedio más cercana a sus capacidades máximas. García, Alonso y Juárez (2009), en cambio, propone estrategias
de intercambio de energía entre los VE y la red, denominadas “vehicle-to-grid”. Estas estrategias permiten optimizar el sistema
eléctrico de manera tal que las baterías de los VE puedan ser almacenadores de energía cuando la red la necesite, así como
la posibilidad de implementar energías renovables con mayor facilidad en los sistemas eléctricos, ya que el control de carga-
descarga de las baterías permitirá suavizar la generación renovable. No obstante, debe asegurarse que el uso de las baterías de
los VE no comprometa la capacidad disponible en el VE al momento que el usuario lo desconecte de la red.
En el mercado nacional, así como internacional, existen diversas normas que regulan el tipo de carga de los vehículos eléctricos.
Entre estas normas, en Costa Rica, destaca el uso de las normas INTE N121:2020 (basada en las normas IEC 61851-1 y IEC
62196-2), así como el estándar SAE J1772 (Araya, 2018). Ambas organizaciones han procurado normar o estandarizar los tipos
de carga para vehículos eléctricos en donde la SAE (Society of Automobile Engineers), con importante inuencia en Japón y
Estados Unidos, han establecido los diferentes niveles de carga para vehículos eléctricos, mientras que la IEC (International
Electrotechnical Commission), con importante inuencia en Europa, ha destacado por la incorporación de cargadores trifásicos
(Vargas, 2012). En Costa Rica se utiliza la norma nacional INTE N121:2020, cuyos parámetros se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Parámetros de alimentación máximos en a.c de centros de recarga según norma INTE N121:2020
Modo de recarga Tensión 1 fase (V) Tensión 3 fases (V) Corriente (A) Potencia (kW)
1 250 480 16 4/13,3
2 250 480 32 8/26,6
31 250 480 80 (monofásico) 19,2 (monofásico)
41,2 - 480 - -
Nota.
1Elmodo3(trifásico)yenmodo4nosehadenidolímitedecorrienteypotencia.
2La tensión monofásica en modo 4 no aplica.
Fuente: INTECO (2020).
Efectos de los vehículos eléctricos en las RDE y estrategias de mitigación del impacto
Los operadores de red enfrentan grandes desafíos debido a los diversos problemas que pueden surgir ocasionados por una fuerte
penetración de VE en las redes eléctricas. Caicedo et al. (2014) menciona que los cambios en la demanda eléctrica producto de
la penetración de VE afectan la planicación de los sistemas de generación, transmisión y distribución debido a la naturaleza
estocástica de las horas de inicio y n de carga, así como la energía requerida. Así mismo, el uso simultáneo de cargadores
eléctricos puede generar problemas en las líneas de baja tensión, provocando congestión en la red y sobrecalentamiento
de los conductores. Autores como Gómez (2003), mencionan que los cargadores eléctricos pueden generar altas corrientes
distorsionadas por armónicos en los conductores eléctricos. Ambos efectos en los conductores aumentan las pérdidas, así como
disminución de la vida útil de los transformadores y de la red eléctrica como tal. Maza et al. (2019) también menciona que los
cargadores monofásicos utilizados a nivel residencial pueden generar aumento de pérdidas por desequilibrio de cargas. Pieltain
et al. (2011), indica que a mayor penetración de vehículos eléctricos en las redes eléctricas existe un aumento de las pérdidas
de energía en la red, debido a la densidad de carga presente en un área determinada de la red. Simultáneamente, los armónicos
pueden generar diferentes problemas de capacidad interruptora en disyuntores, así como fusibles (Gómez, 2003).
Por otro lado, el aumento imprevisto de la demanda eléctrica genera caída de tensión, saturación de la red y aumento de las
pérdidas (Giraldo, 2015). De la misma forma, la demanda eléctrica se verá afectada principalmente por el tipo de carga del
vehículo eléctrico, donde la carga rápida puede signicar para la red mayores niveles de distorsión armónica y sobrecargas
de los transformadores (Bazurto et al. 2016). Adicionalmente, la carga descontrolada de vehículos eléctricos puede ocasionar
desbalances en las redes trifásicas, debido a que los cargadores residenciales son monofásicos, generando disparo de protecciones,
sobrecalentamiento del neutro, pérdidas en la red, calentamiento de equipos y disminución de la calidad del servicio (Bazurto et
al. 2016).
Existen diversas estrategias que pueden considerarse para mitigar los efectos negativos de los VE en las RDE. Según menciona
Meza et al. (2019), los administradores de las RDE pueden reforzar la red, siendo esta una solución sencilla pero costosa, la cual
requiere aumentar la capacidad de los elementos de la red (líneas y transformadores), de modo que se evite sobrecargarlos. No
obstante, esta posible solución necesita de una cuidadosa planicación de la red, proyectando el consumo, así como la penetración
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de los vehículos eléctricos. Por otra parte, pueden implementarse tarifas horarias, de modo que se incentive la carga de los VE
durante horas de bajo consumo mediante tarifas más bajas (Global EV Outlook, 2019). Sin embargo, la implementación de un
esquema tarifario para la carga de vehículos eléctricos ayuda a disminuir los picos de la demanda eléctrica, no obstante, con el
paso del tiempo, y una mayor penetración de vehículos eléctricos, puede generar nuevos picos en las redes eléctricas (Gómez et
al. 2017).
Otra alternativa es acoplar sistemas de generación distribuida a través de energías renovables a las estaciones de carga. La carga
de vehículos eléctricos con fuentes renovables de generación distribuida puede ayudar a reducir costos por energía, así como
sobrecargas a la red (Bazurto et al. 2016). Esta opción está limitada a la disponibilidad instantánea de energía, no obstante,
puede complementarse con sistemas de almacenamiento de energía, como baterías. De este modo, puede almacenarse la energía
producida por las fuentes renovables en caso de no poder ser consumida inmediatamente, o en caso de una caída en la generación
(Calvo, 2019).
También es posible crear una relación bidireccional entre el VE y la red, denominada vehículo a la red (vehicle-to-grid), en
donde el vehículo eléctrico no solo consume energía, sino que también almacena energía para entregarla al sistema cuando
este la necesite (Albendea, 2011). Para que el efecto de los VE en la red sea útil, es necesario agrupar sucientes VE de modo
que la capacidad de almacenamiento conjunta sea signicativa con respecto a la demanda en la red, idealmente ubicando los
cargadores en los alrededores de los centros de consumo (Albendea, 2011). Esta relación puede escalarse hacia sistemas más
pequeños, como edicios, casas, o inclusive otros VE cercanos, surgiendo así los conceptos de vehículo al edicio (vehicle-to-
building) (Bayram et al., 2017), de vehículo a la casa (vehicle-to-home) (Chen et al. 2020) y de vehículo a vehículo (vehicle-to-
vehicle) (Bayram et al., 2017), respectivamente.
2. Metodología
Este artículo se orienta a la evaluación de diferentes soluciones que ayuden a minimizar la afectación en el sistema eléctrico de
los condominios residenciales horizontales ante diferentes porcentajes de penetración de vehículos. Para esto, el estudio consta
de tres etapas: 1) determinar los cambios en la carga eléctrica del condominio ante diferentes niveles de penetración de VE, 2)
evaluar las distintas propuestas de solución para minimizar el impacto en el sistema eléctrico del condominio (ver Figura 4.a),
y 3) evaluar distintas estrategias de carga (ver Figura 4.b).
Para cada una de las etapas propuestas en la metodología descrita, se propone una rúbrica que permita comparar las distintas
alternativas de forma objetiva, según se muestra en las Tablas 4 y 5.
Figura 4. Esquema metodológico propuesto para determinar A) el impacto técnico de las propuestas de solución y B) el
impacto al usuario de las propuestas de solución.
Tal y como se observa en la Figura 4.a, se propone analizar el impacto que tendrán la introducción de los vehículos eléctricos
en las redes eléctricas de los condominios con el análisis de las curvas de carga de los condominios sin la introducción de VEs y
con la introducción de estos, generando con ellos nuevos datos para el análisis del comportamiento que tendrá la red bajo cierta
penetración de VEs, así como las posibles afectaciones que se puedan generar para su respectivo análisis.
A partir de los datos generados con base en la penetración de los VEs en la red del condominio, se determinarán alternativas
que permitan minimizar dicho impacto en la red del condominio por medio del esquema metodológico propuesto en la Figura
4.b. Sin embargo, para evaluar el esquema metodológico propuesto en la Figura 4.b, se proponen las rúbricas de evaluación
mostradas en la Tabla 4 y Tabla 5, las cuales ayudarán a establecer criterios de evaluación asignándosele un valor numérico
a cada criterio donde la propuesta más favorable tendrá una puntuación de (3) y la menos favorable una puntuación de (1),
teniendo como valor intermedio una puntuación de (2).
Tabla 4. Rúbrica de evaluación para determinar el impacto técnico generado en cada propuesta de solución de
carga de VEs.
Rúbrica 3 2 1
Gestión de la red La propuesta genera una. La propuesta es una alternativa La propuesta no es viable
excelente gestión de la red viable a cierta escala de ya que no se ve mejora
introducción de VEs. en las curvas de carga.
Tiempo de implementación Solamente implica instalación. Implica estudios de red. Implica estudios de red,
e instalación. instalación y evaluación
del desempeño posterior.
Impacto económico De acuerdo con el impacto ocasionado en la red, se analizará la inversión necesaria, con
el n de amortiguar los efectos ocasionados en el sistema eléctrico, de manera tal que la
opción que requiera la menor inversión se le asignará una puntuación de 3 puntos y a la
inversión más alta se le asignará un puntaje de 1, asignándosele proporcionalmente a las
opciones intermedias mediante interpolación.
Tabla 5. Rúbrica de evaluación para determinar el impacto al usuario generado en cada propuesta de solución de
carga de VEs.
Rúbrica 3 2 1
Hábitos de carga La propuesta contempla - No contempla los
los hábitos. hábitos de carga.
Métodos de cobro No necesita un sistema Se puede adaptar al sistema Necesita un sistema de
de cobro adicional. de cobro de las compañías cobro interno.
distribuidoras.
Costo del sistema De acuerdo con las soluciones planteadas, se analizará el costo total del sistema instalado,
de acuerdo con la información disponible en el mercado, en donde se le asignará a la opción
más barata una puntuación de 3 puntos, y a la más costosa una calicación de 1 punto,
asignándosele proporcionalmente puntaje a las propuestas intermedias.
A partir de las rúbricas mostradas en la Tabla 4 y Tabla 5, se propone someter cada propuesta de solución descrita en el presente
artículo a una evaluación, con el objetivo de determinar cuál es la solución óptima para su implementación.
3. Resultados
3.1. Obtención de la curva de carga del condominio
Mediante información suministrada por la CNFL de un condominio vertical, se generó la curva de carga representativa
para un transformador de pedestal de 250 kVA que suple de energía a 119 casas. Como se observa en la Figura 5, la curva
de carga presenta un consumo relativamente constante de 65 kVA a lo largo de la noche y madrugada. Este consumo puede
ser generado por la iluminación del condominio, así como cargas misceláneas como bombas de recirculación de piscinas,
entre otras. Sin embargo, se observan dos grandes picos de consumo durante el día, comenzado a las 9:00 a.m. y terminando
a las 6:00 p.m.
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Figura 5. Curva de carga de un transformador de pedestal de un condominio vertical
Fuente: (CNFL, 2021).
Para obtener la distribución de probabilidad de inicio y n de carga, se realizó un análisis de estaciones de carga semirápidas.
De este modo, se puede estimar el patrón de consumo que tienen los usuarios de VEs, con el objetivo de analizar bajo qué
horas de consumo el pico de demanda de vehículos eléctricos pueda ser mayor. Como se observa en la Figura 6, la densidad
de probabilidad de que un usuario cargue su vehículo se centra después de las 4:00 pm, resultados consistentes con la hora
de llegada al hogar planteada en la Figura 2. Así mismo, la probabilidad de que el proceso de carga de un vehículo eléctrico
nalice se concentra después de las 6 p.m. hasta las 2 a.m. Sin embargo, los principales picos se observan desde las 8 p.m.
hasta las 10:30 p.m.
Figura 6. Duración de tiempos de Carga de Vehículos Eléctricos
Fuente: (ELCO, 2021).
Considerando los resultados anteriores, es posible determinar las probabilidades de carga y sumarlas a la curva de carga del
condominio presentada en la Figura 5. Considerando una carga de tipo 2, según lo mostrado en la Tabla 3, se utilizará una
potencia de 7.2 kW con un factor de potencia de 0.99 (Ficosa, 2021). De este modo, se buscará estudiar cuántos vehículos
eléctricos conectados simultáneamente se necesitan para que exista una afectación en el transformador del condominio,
considerando un vehículo por apartamento como máximo. Teniendo en cuenta que la potencia del transformador es de
250 kVA y la potencia de los cargadores es de 7.2 kVA, la cantidad máxima de cargadores simultáneos necesarios para
alcanzar el 80 % de la carga del transformador a las 6:00 p.m. es 13, lo que representa una penetración del 11 % en el
condominio. Nótese que el problema en la carga de VEs no radica en la duración de la carga, sino en la potencia consumida
de forma simultánea por varios vehículos eléctricos. Sin embargo, la duración de la carga toma relevancia en aquellos casos
donde los vehículos son conectados a la red en cargas aleatorias, donde los usuarios conectan los VEs de acuerdo con sus
necesidades, provocando una saturación de la red.
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Estrategias de minimización del impacto del proceso de carga
Con la implementación de tarifas horarias se busca trasladar el consumo de los usuarios de los periodos punta a los periodos
valle o nocturno, siendo el periodo nocturno a destacar en el presente estudio de alternativas carga de vehículos eléctricos.
Un comportamiento constante desde las 10:00 p.m. hasta las 6:00 a.m. de aproximadamente 65 kVA permitiendo con
esto poder trasladar la carga de vehículos eléctricos a dicha franja horaria, aumentando la penetración a un 16 % (19 VE
cargando simultáneamente). Esta estrategia permite obtener un benecio económico, así como impactar lo menos posible
la red eléctrica del condominio.
Las energías renovables surgen como alternativa de carga cero emisiones en vehículos eléctricos, permitiendo durante el
día poder cargar un vehículo eléctrico mediante paneles solares o bien generadores eólicos de acuerdo con las condiciones
climáticas donde se ubique dicho condominio. Sin embargo, durante la noche donde no hay energía solar para ser
aprovechada surge la necesidad de tener un sistema que almacene cierta cantidad de energía.
Los sistemas inteligentes que gestionen la carga de vehículos eléctricos permiten optimizar el uso de la red eléctrica, así
como los recursos de los condominios, de modo que los VE se cargan tanto simultáneamente como de forma consecutiva.
Tomando como base el pico de consumo a las 6:00 p.m., se tiene capacidad de carga de 13 VE simultáneamente, que puede
distribuirse a lo largo del periodo nocturno, donde se pueden obtener tarifas más económicas y en tal caso optimizar la red.
Para el caso mostrado se considera que los usuarios no cargan sus VEs todos los días, sino una vez que la batería alcance el
60 % de carga, el tiempo promedio, basado en capacidades mostradas en la Tabla 2, y una potencia de 7.2 kW del cargador,
es aproximadamente 2 horas y 15 minutos. Así, pueden formarse 4 grupos de vehículos eléctricos que cargarían de forma
consecutiva. De esta forma logrando con dicho sistema poder cargar un total de 76 vehículos eléctricos lo que signica una
penetración de un 64 %.
4. Discusión
4.1. Estrategias de minimización del impacto del proceso de carga
Al evaluar la gestión de la red usando tarifas horarias se determina que dicha propuesta es capaz de generar una buena
gestión de la red, aumentando el porcentaje de penetración de VEs pero bajo un límite de un 16 % de VEs cargando
simultáneamente. A partir de lo anterior se le asigna una puntuación de (2) según la rúbrica de la Tabla 4. Así mismo, esta
alternativa no requiere instalar ningún equipo ni dispositivo, por lo tanto, se asigna a este rubro una puntuación de (3)
siendo el mejor escenario. No obstante, implica un impacto económico considerable, ya que, al no tener control de la carga
de vehículos eléctricos, la carga puede sobrepasar la capacidad del transformador. Por tanto, esto puede conllevar a futuro
reemplazos acelerados en el transformador, conductores y protecciones. Por lo tanto, dicha propuesta de solución se le
asigna una puntuación de (1).
En cuanto al uso de energías renovables, se considera que la misma no genera una gestión de la red aceptable, ya que, por
sí misma, no aumenta el porcentaje de penetración de VEs al caso base. En cambio, necesita un sistema de almacenamiento
de energía para que el sistema se vuelva viable. Debido a lo anterior se le asigna una puntuación de (1). El tiempo de
implementación para esta propuesta requiere análisis de carga para determinar la capacidad del sistema a instalar y cómo
este sistema afectaría el sistema existente. Por tanto, la puntuación a asignar para este rubro será de (1). Por su parte,
requiere inversiones adicionales considerables, asignándole a este rubro una puntuación de (1).
Por último, al analizar la carga inteligente se determina que esta genera una excelente gestión de la red, lográndose alcanzar
la mayor penetración de VEs sin que la red se vea comprometida. Por tanto, a este rubro se le asigna una puntuación de (3).
Al analizar el tiempo de implementación se determina que para implementar un sistema de estos se necesita primeramente
conocer la curva de carga de ese condominio, con el objetivo de observar en que zonas horarias se tiene el menor consumo
posible para colocar el consumo de VEs en dicha zona horaria. Debido a lo anterior, y a los estudios que conlleva se le
asigna una puntuación de (2). El impacto económico que pueda generar para la red va a ser bajo debido a que no requiere
refuerzos de red para soportar la carga de VEs, sino más bien por medio del sistema inteligente, se gestionara las cargas de
acuerdo con la capacidad de la red logrando que nunca se sobrepase la capacidad de la red, maximizando su uso. Por tanto,
a este rubro se le asigna una puntuación de (3). Un resumen de los resultados puede verse en la Tabla 6.
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Tabla 6. Rúbrica de evaluación para determinar el impacto técnico generado en cada propuesta de solución de carga
de VEs.
Rúbrica Tarifas horarias Energías renovables Carga inteligente
Gestión de la red 2 1 3
Tiempo de implementación 3 1 2
Impacto económico 1 1 3
Total 6 3 8
4.2. Estrategias de minimización del impacto del proceso de carga para el usuario
El uso de tarifas horarias no contempla los hábitos de carga de los usuarios, debido a que esta propuesta de solución solo
busca trasladar la carga de vehículos eléctricos para el período nocturno. Por tanto, se le asigna una puntuación de (1).
Además, de utilizarse una estación de carga que no se encuentre directamente en la vivienda del usuario, se necesita un
sistema de cobro debido a que dicha propuesta utilizará como fuente de energía lo entregado por la compañía distribuidora.
Cabe mencionar que según el decreto ejecutivo 41642, se establece que solo debe existir una única plataforma pública que
gestione los cobros por cargas de vehículos eléctricos a nivel de estaciones de carga públicas. Sin embargo, al no existir
una tarifa para la carga semirápida, las compañías distribuidoras se ven limitadas de poder integrar esas estaciones de carga
semirápidas localizadas en condominios a sus sistemas de cobro internos, razón por la cual la compañía cobrará la energía
total al condominio y el mismo se debe de encargar de cobrarla a los usuarios de VEs, razón por la cual se le asigna una
puntuación de (1). No obstante, la implementación del sistema puede resolverse de forma administrativa a lo interno de la
regulación del condominio, de modo que existen alternativas de bajo costo por lo cual se le asigna una puntuación de (3).
El acople de estrategias de energías renovables a los cargadores no considera patrones de uso, al igual que el uso de tarifas
horarias, por la cual se le asigna una puntuación de (1). Al contemplar los métodos de cobro esta estrategia es la más
compleja ya que presenta ujos multi-direccionales de energía entre la fuente de energía renovable, el VE y la red (y la
batería, en caso de que se incluya). Debido a lo anterior, el sistema planteado necesita de un sistema de cobro interno donde
determine la energía consumida por los usuarios asignándole una puntuación de (1). Según información ELCO (2021), un
sistema solar con una capacidad solar instalada de 3.6 kW, un banco de baterías de 17.3 kWh y un inversor de 6 kW tiene
un costo promedio que ronda los $8500, razón por la cual al ser una opción costosa se le asigna una puntuación de (1).
La carga inteligente de VE basa su modo de operación en los datos de uso de los usuarios, así como el estado de demanda
de la red interna del condominio. De este modo, los algoritmos permiten hacer proyecciones, así como planicar la carga
diaria, por tanto, la puntuación a asignar a este rubro es de (3). No obstante, este método requiere de un método de cobro,
asignándosele a este rubro una puntuación de (1). Por último, al contemplar el costo de este sistema, según ELCO (2021)
por ejemplo, un sistema de carga inteligente para cinco usuarios tiene un costo de $2500, razón por la cual el costo unitario
ronda los $500. Aplicándose esta metodología paulatinamente resulta un costo intermedio entre las energías renovables y
las tarifas horarias asignándole una puntuación de (2). Un resumen de los resultados puede verse en la Tabla 7.
Tabla 7.Rúbrica de evaluación para determinar el impacto al usuario generado en cada propuesta de solución de
carga de VEs.
Rúbrica Tarifas horarias Energías renovables Carga inteligente
Hábitos de carga 1 1 3
Métodos de cobro 1 1 1
Costo del sistema 3 1 2
Total 5 3 6
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5. Conclusiones
Teniendo en cuenta los resultados mostrados, es posible concluir que:
1. La introducción de vehículos eléctricos de manera rápida y desordenada provocará cambios en la red, incluyendo el disparo
de protecciones, calentamiento de conductores, así como posibles fallos en transformadores por sobrecarga, producto de un
aumento no planicado de demanda.
2. Con la introducción de los vehículos eléctricos en las redes de los condominios, se demuestra que fácilmente se puede
sobrepasar el 80 % de la capacidad de diseño de la red, siendo inminentes los problemas en media y baja tensión. Esto
conlleva que los condominios tengan que mejorar su red eléctrica a un costo muy elevado, o bien, implementar sistemas
inteligentes capaces de gestionar la red con el objetivo de optimizarla.
3. Se determina que el problema en la carga de VEs no radica en la duración de la carga, sino en la potencia consumida de forma
simultánea por varios vehículos eléctricos. Sin embargo, la duración de la carga toma relevancia en aquellos casos donde los
vehículos son conectados a la red en cargas aleatorias, donde los usuarios conectan los VEs de acuerdo con sus necesidades,
provocando una saturación de la red.
4. El caso de estudio analizado en la presente investigación, demuestra una afectación en la red eléctrica del condominio
con una penetración de vehículos eléctricos del 11 % a las 6 p.m., lo cual equivale a 13 vehículos eléctricos conectados
simultáneamente. Lo anterior sucederá en aquellos casos donde los usuarios conecten los VEs al llegar a sus hogares, sin
embargo, se puede aumentar la cantidad de VEs conectados bajo otras propuestas de solución como lo es las tarifas horarias
donde se logra un 16 % de penetración de vehículos eléctricos lo cual equivale a 19 VEs cargando simultáneamente siempre
y cuando la carga inicie después de las 11:00 p.m.
5. Se determina que no se necesita alto porcentaje de penetración de vehículos eléctricos para encontrar una afectación en la red,
dependerá de la hora a la cual los vehículos eléctricos se conecten en la red, así como la simultaneidad en la carga, así como
método de carga empleado.
6. Se determina que no se necesita alto porcentaje de penetración de vehículos eléctricos para encontrar una afectación en la
red, dependerá de la hora a la cual los vehículos eléctricos se conecten en la red, así como la simultaneidad en la carga y el
método de carga empleado.
7. La opción más viable a bajo porcentaje de penetración de vehículos eléctricos destaca la propuesta de tarifas horarias,
logrando trasladar el consumo de los usuarios a la franja horaria nocturna donde el consumo del condominio es menor,
buscando aplanar la curva de carga. Esto permitirá aumentar la cantidad de vehículos cargando a un 16 % de penetración lo
cual equivale a 19 VEs, logrando cargar 6 vehículos más que si se cargarán a las 6 p.m. Sin embargo, implementando dicha
propuesta de solución a un alto porcentaje de penetración de vehículos eléctricos, puede provocar problemas de simultaneidad
en la red, ocasionando el disparo de protecciones.
8. La implementación de energías renovables en condominios no se presenta como una propuesta de solución viable, debido al
alto costo del sistema versus el impacto positivo que pueda generar en la red.
9. Se determina que la mejor propuesta de solución la carga inteligente, la cual permite gestionar la carga de vehículos eléctricos
con la opción de monitorear y optimizar la red, minimizando el impacto técnico y al usuario.
Adicionalmente, se recomienda:
1. Recopilar los perles de carga en etapas de poca penetración de vehículos eléctricos con el objetivo de realizar proyecciones
de factor de uso de estaciones de carga y poder simular curvas de carga con diferentes escenarios para la toma nal de
decisiones.
2. Se debe estudiar acerca de los armónicos que puedan inyectar los vehículos eléctricos en las redes eléctricas de los condominios,
ya que, a gran penetración de vehículos eléctricos, se pueden presentar problemas en las redes de baja tensión.
3. Se recomienda incluir a las compañías distribuidoras para buscar una regulación en este campo, en donde las mismas puedan
instalar estaciones de carga semirápidas en condominios y puedan cobrar directamente la energía consumida a los usuarios.
4. Es importante desarrollar estudios para crear estrategias de carga de VEs, sin embargo, es de suma importancia crear
simulaciones con el objetivo de analizar los desequilibrios en la red, la degradación y fallo de los transformadores y el fallo
de protecciones. Esto podrá ayudar a la toma de decisiones ya que los vehículos eléctricos representan una nueva carga que
hasta el momento no se sabe el comportamiento que tendrá a gran escala en las redes eléctricas de media y baja tensión.
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