Resumen: El objetivo de este artículo es identificar las condiciones necesarias o suficientes que impulsarán la capacidad fotovoltaica (FV) instalada en México. Para ello, se identifican diferentes configuraciones de condiciones, que pueden conducir al mismo caso deseado, a través del análisis cualitativo comparativo de casos complejos. El análisis sugiere que, para impulsar la capacidad FV instalada se debe realizar una planeación a largo plazo de la industria FV mexicana que tenga como punto de partida las cinco condiciones necesarias: a) crédito fiscal a la inversión o producción; b) feed in tariff (FIT) y feed in premium (FIP); c) desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional; d) el impulso a la investigación y el desarrollo de tecnología FV, y e) incluir la capacidad FV instalada en redes eléctricas inteligentes.
Palabras clave: Capacidad instalada, fotovoltaica, condiciones, QCA, redes eléctricas inteligentes.
Abstract: This paper aims to identify the necessary or sufficient conditions that promote the installed photovoltaic (PV) capacity in Mexico. To do this, different configurations of conditions are identified, which can lead to the same desired case, through the comparative qualitative analysis of complex cases. The analysis suggests that, to boost the installed PV capacity, a long-term planning of the Mexican PV industry should be carried out. The starting point of such a plan should consists of the following five necessary conditions: a) tax credit for investment or production; b) feed in tariff & feed in premium; c) development of intellectual, technical and professional capital; d) the promotion of research and development of PV technology, and e) to include installed PV capacity in smart grids.
Keywords: Installed capacity, photovoltaic, conditions, QCA, smart electrical grids.
Gestión y política pública
Condiciones que impulsarán la capacidad fotovoltaica instalada en México: Un análisis cualitativo comparativo
Conditions That Will Promote the Installed Photovoltaic Capacity in Mexico: A Comparative Qualitative Analysis
Recepción: 14 Octubre 2021
Aprobación: 26 Junio 2023
En el año 2021, la capacidad fotovoltaica (FV) instalada de México fue de 7.03 GW, con lo que México se ubicó en la posición número 13 de los países con mayor capacidad FV instalada (IRENA, 2022a).1 Este hecho es contrastante, por un lado, con los altos niveles de irradiación solar con los que cuenta México. El nivel promedio anual de irradiación solar que recibe México es de 2300 kWh/m2 (IEA, 2022), el cual es mayor que el nivel de irradiación que reciben los países con mayor capacidad FV instalada. Por otro lado, México se comprometió a reducir 22 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero y 51 por ciento de las emisiones de carbono negro al año 2030 respecto al escenario tendencial (Semarnat, 2020). Para cumplir dicho compromiso, se esperaría que México se apoyase en la electricidad FV contando con una mayor capacidad FV instalada. De lo anterior, surge la pregunta: ¿cuáles son las condiciones que impulsarán la capacidad fotovoltaica instalada en México?2
El objetivo de este artículo es identificar las condiciones necesarias o suficientes que conduzcan a incrementar la capacidad FV instalada en México. Para ello, se realiza un análisis comparativo cualitativo (QCA, por sus siglas en inglés) de casos complejos, transformándolos en configuraciones. Una configuración es una combinación de factores, llamados condiciones, que produce un resultado de interés. Con el QCA se realiza un análisis de “causalidad coyuntural” de los casos deseados con el que se identifican diferentes configuraciones de condiciones (también llamadas constelaciones) que pueden conducir al mismo caso deseado (Rihoux y Ragin, 2008). Para el presente análisis, los casos deseados corresponden a los ocho países con mayor capacidad FV instalada, la cual es mayor a 13.6 GW. Las condiciones asociadas a dicha capacidad FV instalada se obtuvieron realizando un censo en la literatura existente. Es decir, las trece condiciones analizadas en el presente artículo son todas las políticas y condiciones técnicas que encontramos en la literatura, asociadas a la capacidad FV instalada. Doce condiciones corresponden a políticas, mientras que la última condición es técnica: 1) subvención o subsidios de capital; 2) créditos fiscales a la inversión o producción; 33) inversión estatal; 4) reducción de impuestos; 5) pago por energía producida; 6) subastas o licitaciones estatales; 7) feed in tariff (FIT) y feed in premium (FIP);48) cuotas o renewable portfolio standard; 9) net metering; 10) bonos o certificados verdes; 11) desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional; 12) investigación y desarrollo, y 13) incluir la capacidad FV instalada en redes eléctricas inteligentes (REI).
Los datos se toman de la OCDE y la Agencia Internacional de Energía (OCDE y AIE, 2010-2020), así como de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, 2022a, 2022b y 2022c). Los datos para México provienen de las siguientes fuentes: Secretaría de Energía (Sener), Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), Comisión Reguladora de Energía (CRE), Centro Nacional de Control de Energía (Cenace), de las asociaciones Nacional de Energía Solar (ANES) y Mexicana de Energía Solar (Asolmex), y de la Fundación Konrad Adenauer Stiftung, capítulo México.
El análisis sugiere que para impulsar la capacidad FV instalada se debe realizar una planeación a largo plazo de la industria FV mexicana que tenga como punto de partida las cinco condiciones necesarias obtenidas en el QCA y que hoy no se consideran en México. Estas son:
Créditos fiscales a la inversión o producción
Feed in tariff (FIT) y feed in premium (FIP)
Desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional
El impulso a la investigación y el desarrollo de tecnología FV
Incluir la capacidad FV instalada en redes eléctricas inteligentes (REI)
Destaca el hecho de que la capacidad FV instalada de un país no depende directamente del número de condiciones empleadas, sino de la coherencia que existe entre ellas.
La electricidad FV tiene varias ventajas, entre las que destacan: bajo costo de operación y mantenimiento, la fuente de energía es libre, genera energía limpia, es de alta disponibilidad, la generación se puede acercar al consumidor, no causa impactos ambientales (respetuosa con el medio ambiente), tiene potencial para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y es silenciosa (Sampaio y González, 2017).5
El presente artículo pertenece a dos ramas de la literatura existente.6 La primera se refiere a las condiciones asociadas al tamaño de la capacidad FV instalada de diferentes países. A este respecto, la capacidad FV instalada está relacionada con las siguientes trece condiciones: 1) subvención o subsidios de capital (Yuan et al., 2014; Zhang et al., 2011; Jeong, 2013; Karteris y Papadopoulos, 2012; Zhai y Williams, 2012; Barbose et al., 2008; Díez-Mediavilla et al., 2010; Hansen et al., 2015); 2) créditos fiscales a la inversión o producción (Burns y Kang, 2012; Yu et al., 2014); 3) inversión estatal (Streimikien, 2007; Shuai et al., 2019; Wu et al., 2018; Avril et al., 2012); 4) reducción de impuestos (Sudhakar y Painuly, 2004; Hansen et al., 2015; Nicolli y Vona, 2016; García-Álvarez et al., 2018); 5) pago por energía producida (McKenna et al., 2018; Pearce y Slade, 2018; Yadav, 2019; Muñoz et al., 2018; Varghese y Sioshansi, 2020); 6) subastas o licitaciones estatales (Burns y Kang, 2012; Mir-Artigues et al., 2018; Malagueta et al., 2013; Bayer, 2018; Sirin y Sevindik, 2021); 7) feed in tariff y feed in premium (Johnstone et al., 2010; Chimres y Wongwises, 2018; Zhang et al., 2014; Balcombe et al., 2014; Koo, 2017; Barbosa et al., 2020; Yang y Ge, 2018); 8) cuotas o renewable portfolio standard (Sarzynski et al., 2012; Crago y Koegler, 2018; Xin-gang et al., 2020; Kwon, 2015; Abdmouleh et al., 2015); 9) net metering (REN21, 2017; Watts et al., 2015; Castaneda, 2018; Rubio-Aliaga et al., 2019; Ramírez et al., 2017; Jia et al., 2020; Michaud, 2016; Abdmouleh et al., 2015); 10) bonos o certificados verdes (Schallenberg-Rodriguez, 2017; Wang et al., 2014; Năstase et al., 2018; Olczak et al., 2021); 11) desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional (Choi y Anadón, 2014; Carstens y Cunha, 2019); 12) investigación y desarrollo (Best y Burke, 2018; Carley et al., 2017; Dijkgraaf et al., 2018; Polzin et al., 2019, Mughal et al., 2018; Marques et al., 2019; Park et al., 2013; Liu et al., 2018), y 13) incluir la capacidad FV instalada en Redes Eléctricas Inteligentes (REI) (Lee et al., 2012; Jenkins et al., 2015; Steffel et al., 2012; Mordor Intelligence LLP, 2020).
La segunda corresponde al estudio de la electricidad FV en México. A este respecto, Urdiales (2014) aborda las acciones relevantes para establecer políticas públicas para promover el uso de la energía solar en centrales FV. Las principales empresas inversionistas en la industria FV en México son analizadas por Vargas-Hernández y Espinosa (2016). Además, León-Trigo y colaboradores (2019) comparan el consumo real de energía eléctrica de un usuario residencial y la generación estimada por medio de paneles solares. También se determina el efecto de los subsidios gubernamentales en la rentabilidad financiera de los sistemas FV en México (Becerra-Pérez et al., 2020). En un par de estudios recientes, por un lado, se describe a la energía FV como mecanismo de energía renovable en México (Martínez Prats et al., 2021). Por otro lado, se profundiza en las razones para impulsar la generación de electricidad fv en México, a la par que se sugiere una agenda de investigación asociada a ella (Juárez-Luna y Urdiales, 2022).
A nuestro mejor entender, este es el primer esfuerzo por analizar detalladamente, empleando QCA, las condiciones asociadas al impulso de la capacidad FV instalada en México.
El presente trabajo se divide en seis secciones. La segunda presenta la capacidad FV instalada e irradiación solar de México y los países seleccionados. En la tercera se detalla la metodología QCA aplicada a la industria FV. El QCA de la industria FV en países seleccionados se presenta en la cuarta sección. En la quinta sección se presentan las condiciones que impulsarán la participación de la capacidad fotovoltaica instalada en México. La sección seis presenta las conclusiones. En el apéndice se detallan los programas de formación de capital humano relacionado con la industria FV en México.
En esta sección se revisa la capacidad FV instalada y la irradiación de México y de los ocho países con mayor capacidad FV instalada en el mundo.
La presencia de la electricidad FV en México es relativamente reciente. En el año 2005, siguiendo la tendencia mundial,7 se firmó en México el primer contrato de interconexión FV en pequeña escala, con capacidad de 16MW. La primera central FV de gran escala se instaló en 2011, con lo que en ese año se llegó a una capacidad instalada de 39 MW. Como se muestra en la gráfica 1, el crecimiento exponencial de la capacidad FV instalada comenzó a partir de la aprobación de la reforma energética de 2013, la cual liberaliza la industria eléctrica.
Para el año 2021, en México se alcanzaron los 7026 MW de capacidad instalada conectada a la red, repartida entre proyectos de gran escala y generación solar distribuida. Cabe señalar que 6137 MW provienen de 87 centrales solares FV a gran escala distribuidas en 16 estados del país (mapa 1).
En la gráfica 2 se muestra la capacidad FV instalada en México en el año 2021 (7026 MW), que representa solo 8 por ciento de la capacidad eléctrica total instalada de ese año (IRENA, 2022a).
La electricidad FV tiene su origen en la irradiación solar. Se estima que 85 por ciento del territorio nacional es óptimo para proyectos solares (Asolmex, 2020). Los índices de irradiación van de los 4.4 kWh/m2 por día en la zona centro, a los 6.3 kWh/m2 por día en el norte del país. El nivel promedio anual de irradiación solar que recibe México es de 2300 kWh/m2 (IEA, 2022).
Para llevar a cabo el análisis cualitativo comparativo de la capacidad FV instalada, se seleccionó a los países que, al año 2021, poseyeran la mayor capacidad FV instalada en el mundo, la cual fue mayor a 13.6 GW: Alemania, España, Reino Unido, Francia, Italia, Estados Unidos, China y Japón. En el cuadro 1 se presenta la capacidad instalada, así como la irradiación solar de estos países y de México.
Es evidente que México posee más irradiación solar que cualquiera de los países con mayor capacidad FV instalada. Si la capacidad FV instalada de cada país dependiera únicamente de su irradiación solar, México debería ser el país con mayor capacidad FV instalada. Su capacidad FV instalada debería ser al menos igual a la de China, de 306.4 GW. La capacidad FV instala actual de México, de 7.03 GW, corresponde a 2.29 por ciento de la capacidad FV de China.
De acuerdo con lo anterior, la reducida participación de la capacidad FV instalada en México contrasta con su favorecida irradiación solar, por lo que es necesario identificar las condiciones necesarias o suficientes que impulsen la capacidad FV instalada en México.
En la descripción de la metodología se sigue a Rihoux y Ragin (2008). El análisis comparativo cualitativo (QCA, por sus siglas en inglés), permite el análisis comparativo de casos complejos al transformarlos en configuraciones. Una configuración es una combinación de factores, llamados condiciones, que produce un resultado de interés (deseado).
El QCA tiene ventajas sobre otros métodos cualitativos como el benchmarking,9 porque permite realizar un análisis de “causalidad coyuntural” de los casos observados. Es decir, con el QCA es posible identificar diferentes configuraciones de condiciones (también llamados constelaciones) que pueden conducir al mismo caso deseado. En particular, el QCA permite identificar las condiciones (o combinaciones de condiciones) “necesarias” o “suficientes” para producir el resultado deseado. A continuación, se brindan las definiciones de condiciones necesarias y suficientes tomadas de la página xix de Rihoux y Ragin (2008):
El QCA se basa en el álgebra de Boole, la cual constituye un lenguaje binario. Las convenciones y operaciones del álgebra de Boole que a continuación se detallan se toman del cuadro 3.1, página 34, de Rihoux y Ragin (2008):
Una letra mayúscula representa el valor [1] de una variable binaria dada.
Una letra minúscula representa el valor [0] para una variable binaria determinada.
El “Y” lógico, representado por el símbolo [*].
El “O” lógico, representado por el símbolo [+].
El QCA consiste en los siguientes pasos:
Para realizar el QCA, los casos observados correspondieron a los ocho países con mayor capacidad FV instalada, la cual es mayor a 13.6 GW. Dicha capacidad FV instalada está asociada a trece condiciones. Doce condiciones corresponden a políticas, mientras que la última condición es técnica. En el cuadro 2 se presentan dichas condiciones.
La revisión de datos abarca el periodo que va del año 2005 al año 2021 en los casos que existe información actualizada. La selección del inicio del periodo se debe a que, a partir del año 2005: 1) la tasa de crecimiento anual de la capacidad FV instalada global incrementó hasta alcanzar niveles superiores a 70 por ciento anual y supera los 5 GW (OCDE/AIE, 2010); 2) la industria FV deja de ser casi exclusiva de Alemania, España, Japón y Estados Unidos, y países como Italia, Francia y China comienzan a aumentar su industria FV, integrándose al grupo de países con mayor capacidad FV instalada (EPIA, 2011); 3) gran parte de los sistemas fotovoltaicos dejan de estar fuera de la red (off-grid) y se incorporan a la red eléctrica de cada país, lo que permite que las estadísticas internacionales reflejen datos fidedignos (EPIA, 2011).
Para construir la tabla de datos dicotómicos, se considera que el resultado deseado corresponde a un país cuya capacidad FV instalada es mayor que 13.6 GW. Por lo que el resultado deseado se cumple [1] para China, Estados Unidos, Japón, Alemania, Italia, Francia, Reino unido y España. El resultado deseado no se cumple [0] para México. A continuación, se describe el papel de las condiciones (descritas en el cuadro 2) en el cumplimiento (o no cumplimiento) del resultado deseado.
En México, los esfuerzos para formar y elevar la calidad de profesionistas y técnicos del sector FV los encabeza la Secretaría de Energía. Específicamente, en materia FV, solo se ha desarrollado la certificación del estándar de competencia ECO586: Instalación de sistemas fotovoltaicos en residencia, comercio e industria (Sener, 2020).
Para 2019, las alternativas que México brindaba para la formación de capital humano especializado requerido por la industria FV, se integraban por siete ingenierías, nueve maestrías y seis doctorados. No obstante, dichos programas académicos no son parte de un plan orientado hacia el desarrollo de la capacidad FV instalada. Además, algunos programas solo tocan a la electricidad FV de manera tangencial. El detalle por programa se puede consultar en el apéndice.
La Gran Bretaña en cambio, anticipa áreas para la reducción de costos del sistema y nuevas tecnologías como es el grupo de trabajo sobre innovación (presidido por la Universidad de Loughborough), que trabaja con el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (DECC, 2013).
Japón, en el campo de la I&D, promovió un enfoque equilibrado entre la industria y la difusión de la instalación FV (Kimura y Suzuki, 2006).
Por su parte China, adoptó una estrategia diferente de la industria en otras regiones. Las políticas industriales de China se orientaron a la exportación. Primero se centraron en tecnologías fáciles de seguir, el establecimiento de líneas de producción de fabricación con mano de obra intensiva (módulos y células) debido a lo accesible de la tecnología y los precios bajos de la energía. Estas políticas finalmente motivaron que China sea el mayor productor de módulos fotovoltaicos en el mundo desde el año 2007 (IEA, 2016).
A partir de lo anterior, el cuadro 3 presenta los datos dicotómicos de las condiciones asociadas a la capacidad FV instalada de los países analizados.
La tabla de verdad únicamente agrupa a Estados Unidos y Alemania. Ambos países cumplen todas las condiciones y, por lo tanto, obtienen el resultado deseado. Los países restantes no se agrupan. El cuadro 4 corresponde a la tabla de verdad.
El presente análisis no reporta configuraciones contradictorias, por lo que se procede al siguiente paso.
La minimización de Boole se realiza tanto cuando se cumple el caso deseado como cuando no se cumple.
Al minimizar las configuraciones que llevan al cumplimiento del resultado deseado, se obtiene la siguiente fórmula mínima:
El primer término de la fórmula más extendida corresponde a cinco países. Por un lado, Estados Unidos y Alemania comparten las trece condiciones; por otro lado, están Francia, Japón y China. El segundo término corresponde a tres países: Italia, Reino Unido y España.
Esta mínima fórmula descriptiva es aún compleja porque incluye hasta siete de las trece condiciones. No obstante, la fórmula permite algunas interpretaciones. Por ejemplo, la condición 1, “subvención de capital, concesión o rebaja”, es aplicada en los primeros cinco países, pero no se aplica en los restantes tres países. Asimismo, la condición 3, “inversión pública”, solo aparece en los primeros cinco países. Por lo tanto, la combinación de condiciones que siempre está presente cuando ocurre el resultado deseado es:
En el presente artículo, el único país analizado donde no se cumple el resultado deseado es México, por lo que, para este país, se tiene la siguiente fórmula (mínima):
Del QCA se obtienen las siguientes condiciones que siempre están presentes cuando ocurre el resultado deseado:
Créditos fiscales a la inversión o producción
Feed in tariff (FIT) y feed in premium (FIP)
Desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional
El impulso a la investigación y el desarrollo de tecnología FV
Incluir la capacidad FV instalada en REI
De acuerdo con lo anterior, dichas condiciones constituyen las condiciones necesarias para tener el resultado deseado de una capacidad FV instalada mayor a 13.6 GW.
Además, del QCA sorprende la relación que existe entre la capacidad FV instalada, tanto de Estados Unidos y Alemania, como de China, con las condiciones que emplean. En principio, podría sugerirse que los países que atendieran las trece condiciones poseerían las mayores capacidades FV instaladas, hecho que no se cumple. Por un lado, China es, por mucho, el país que cuenta con la mayor capacidad FV instalada, pese a que solo emplea siete de las trece condiciones. Por otro lado, Estados Unidos y Alemania emplean las trece condiciones. Sin embargo, no son los países con mayor capacidad FV instalada.
Lo anterior revela la coherencia que existe entre las condiciones que emplean los diferentes países. A este respecto, la definición de coherencia entre condiciones se adapta de la definición de coherencia entre políticas brindada por Cejudo y Michel (2016: 11): “Dos políticas [condiciones] son coherentes entre sí, en primer lugar, por su capacidad para alcanzar, en combinación, un objetivo más amplio”. A partir de lo anterior, el QCA sugiere que la coherencia entre las condiciones que emplea China es mayor a la de Estados Unidos y Alemania.
En China, por ejemplo, destacan tanto el impulso de los programas de incentivos en montajes en azotea conectados a la red, como la introducción de mecanismos competitivos para la adquisición de grandes proyectos FV, basados en créditos fiscales a las empresas. Por otra parte, las políticas industriales de China, que han sido orientadas a la exportación de tecnología FV, impulsan el desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional, así como la investigación y el desarrollo. Estos hechos contribuyeron a que China se convirtiera en el mayor productor de módulos fotovoltaicos en el mundo desde 2007. Así, en 2016, China se mantuvo como el país líder en producción de FV en el mundo, cubriendo toda la cadena productiva FV (IEA, 2016). Por otro lado, la Administración Nacional de Energía de China puso en marcha proyectos de investigación en diferentes escalas. Como resultado, el nivel de investigación de laboratorio de China de celdas solares de silicio cristalino está al mismo tiempo en posiciones de “líder” y “seguidor” a nivel global. Finalmente, China también ha impulsado el uso de los presupuestos públicos para la estimulación del mercado, así como el desarrollo de programas de demostración/pruebas de campo.
Por otro lado, Japón también constituye un ejemplo de coherencia entre condiciones, ya que solo emplea ocho de las trece condiciones. No obstante, la capacidad FV instalada de Japón (74.19 GW) es mayor a la capacidad FV instalada de Alemania (58.46 GW).
Debido a que México es el único país analizado donde no se cumple el resultado deseado, es difícil identificar la causalidad coyuntural de este caso. No obstante, es evidente que México solo aplica una de las cinco condiciones necesarias empleadas por los países que cumplen el resultado deseado: 11. “Desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional”.
Además, México emplea otras cuatro condiciones de manera incipiente. Lo que sugiere que no existe coherencia entre las condiciones que emplea, tanto por la ausencia de las condiciones necesarias, como por la poca articulación que existe entre las condiciones existentes, lo que daría una explicación a la reducida capacidad FV instalada de México.
De acuerdo con lo anterior, es evidente que la capacidad FV instalada de un país está directamente relacionada con la coherencia entre las condiciones que emplea. Es decir, en la medida en que las condiciones se empleen de manera coherente se propiciará un incremento de la capacidad FV instalada. En consecuencia, el análisis sugiere que el impulso a la capacidad FV instalada en México se dará a partir de una planeación a largo plazo de la industria FV mexicana que: a) tenga como punto de partida las cinco condiciones necesarias obtenidas en el QCA y b) fortalezca las condiciones que hoy se emplean de manera incipiente.
¿Qué condiciones se deben satisfacer para impulsar la participación de la capacidad FV instalada en México? El presente análisis sugiere que las condiciones necesarias son:
Créditos fiscales a la inversión o producción
Feed in tariff (FIT) y feed in premium (FIP)
Desarrollo de capital intelectual, técnico y profesional
El impulso a la investigación y el desarrollo de tecnología FV
Incluir la capacidad FV instalada en REI
Sin embargo, dichas políticas deben ser el punto de partida de una planeación a largo plazo de la industria FV mexicana que, además, fortalezca las mejores prácticas que hoy se emplean de manera incipiente.
Destaca el hecho de que la capacidad FV instalada de un país no depende directamente del número de condiciones empleadas, sino también de la coherencia que existe entre ellas. El análisis sugiere que la coherencia de las condiciones que emplea China (306.4 GW; siete condiciones) es mayor que la de Estados Unidos (93.71 GW; trece condiciones) y Alemania (58.46 GW; trece condiciones). Otro ejemplo de mayor coherencia entre las condiciones empleadas es Japón (74.19 GW; ocho condiciones), respecto a Alemania (58.46 GW; trece condiciones).
suppl1.pdf (pdf) Programas de formación de capital humano relacionado con la industria FV en México
suppl1.pdf (pdf) Programas de formación de capital humano relacionado con la industria FV en México