Estudio De Viabilidad De Un Sistema De Energía Fotovoltaica Para Disminuir El Consumo De Energía En La Granja Avicola Del.docx

ESTUDIO DE VIABILIDAD DE UN SISTEMA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE ENERGÍA EN LA GRANJA AVICOLA DEL “ITFIP”

HAROLD DANIEL GUATAVITA UCHUVO DIEGO ALEJANDRO PINZÓN TRIANA

INSTITTUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR “ITFIP” FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGROINDUSTRIALES PROGRAMA DE TÉCNICA PROFESIONAL EN MANTENIMIENTO ELECTRÓNICO

EL ESPINAL – TOLIMA - COLOMBIA 2018 ESTUDIO DE VIABILIDAD DE UN SISTEMA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE ENERGÍA EN LA GRANJA AVICOLA DEL “ITFIP”

HAROLD DANIEL GUATAVITA UCHUVO DIEGO ALEJANDRO PINZÓN TRIANA

Trabajo de grado para optar al título de: Técnico profesional en mantenimiento electrónico

DIRECTOR MANUEL RICARDO PEÑA SÁNCHEZ

INSTITTUTO DE EDUCACIÓN SUPERIOR “ITFIP”

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGROINDUSTRIALES PROGRAMA DE TÉCNICA PROFESIONAL EN MANTENIMIENTO ELECTRÓNICO EL ESPINAL – TOLIMA - COLOMBIA 2018

NOTA DE ACEPTACION _____________________________ _____________________________ _____________________________

_____________________________ PRESIDENTE DEL JURADO

_____________________________ JURADO

_____________________________ JURADO

El Espinal, 7 de diciembre de 2018 AGRADECIMIENTOS Primero que todo gracias a Dios que nos dio la sabiduría y el entendimiento para poder realizar los objetivos propuestos en esta investigación. Al cuerpo de docentes del ITFIP, en especial al docente Manuel Ricardo Peña Sánchez que nos ayudó en todo el proceso de la investigación, logrando que realizáramos avances significativos en el proyecto.

CONTENIDO

Pág.

1.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 10

2.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................................... 10

2.1 FORMULACION DEL PROBLEMA ................................................................................................. 10 2.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA .................................................................................................... 11 3.

JUSTIFICACION.......................................................................................................................... 12

4.

LINEA DE INVESTIGACION ........................................................................................................ 13

5.

OBJETIVOS ................................................................................................................................ 14

5.1 OBJETIVO GENERAL..................................................................................................................... 14 5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS.............................................................................................................. 14 6.

MARCOS DE REFERENCIA ......................................................................................................... 15

6.1 MARCO LEGAL ............................................................................................................................. 15 6.1.1 Normatividad de energía renovable ........................................................................................ 15 6.1.2 El papel del IRENA .................................................................................................................... 17 6.1.3 Las normas técnicas ................................................................................................................. 17 6.1.4 Normatividad de resolución 030.............................................................................................. 19 6.1.5 Normatividad sobre equipos tecnológicos .............................................................................. 21 6.2 MARCO TEORICO ........................................................................................................................ 22 6.2.1 Energía fotovoltaica ................................................................................................................. 22 6.2.2 Energía solar............................................................................................................................. 23 6.2.3 Paneles fotovoltaicos mono cristalinos ................................................................................... 23 6.2.4 Inversor de onda modificada ................................................................................................... 24 6.2.5 Regulador de carga MPPT ........................................................................................................ 25 6.2.6 Baterías AGM ........................................................................................................................... 26 6.2.7 Contador bidireccional ............................................................................................................. 27 7.

ESTADO DEL ARTE .................................................................................................................... 29

7.1 IMPLEMENTACION DE LA ENERGIA SOLAR A NIVEL INTERNACIONAL........................................ 29 7.2 IMPLEMENTCION DE LA ENERGIA SOLAR A NIVEL NACIONAL ................................................... 31 8.

METODOLOGÍA......................................................................................................................... 33

8.1 PARTICIPANTES ........................................................................................................................... 33

8.2 PROCEDIMIENTO......................................................................................................................... 34 8.3 ÁREA DE INFLUENCIA O REGION DE ESTUDIO ............................................................................ 34 8.4 RECURSO SOLAR.......................................................................................................................... 35 8.5 DATOS METEOROLOGICOS DISPONIBLES ................................................................................... 36 8.7 CARGAS DE POTENCIA CA Y CC DIARIA DE LA GRANJA AVICOLA DEL ITFIP ................................ 38 8.8 EVALUACION DE BENEFICION AMBIENTAL CO2 ......................................................................... 40 9.

RESULTADOS ............................................................................................................................ 41

9.1 RESULTADOS DEL ANALISIS DE RECURSO PRIMARIO (RADIACION SOLAR) ................................ 41 9.1.1 Radiación solar ......................................................................................................................... 43 9.2 RESULTADOS DEL ESQUEMA DEL SITEMA FOTOVOLTAICO ........................................................ 45 9.2.1 Fase de estudio del sistema Fv ................................................................................................ 45 9.2.2 Cálculo de los paneles solares necesarios ............................................................................... 47 9.2.3 Cálculo de las baterías solares necesarias para nuestro proyecto fotovoltaico. ..................... 49 9.2.4 Cálculo del regulador/controlador de carga ............................................................................ 50 9.2.5 Cálculo del inversor para nuestro proyecto fotovoltaico aislado ............................................ 50 9.2.6 Orientación del emplazamiento .............................................................................................. 51 9.2.7 Inclinación del emplazamiento ................................................................................................ 51 9.3 TABLAS COMPARATIVAS DE PROVEEDORES POR CADA DISPOSITIVO ....................................... 52 9.4 RESUMEN DE LOS RESULTADOS ARROJADOS ............................................................................. 54 9.5 ESQUEMA UNIFILAR DE ACUERDO AL DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO.... 55 9.6 ESQUEMA FOTOVOLTAICO SIMULADO EN AUTOCAD GRANJA AVICOLA................................... 56 10.

PRESUPUESTOS ..................................................................................................................... 57

11.

CRONOGRAMA...................................................................................................................... 59

12.

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 60

REFERENCIAS..................................................................................................................................... 62 ANEXOS ............................................................................................................................................. 64

LISTA DE TABLAS

Pág. Tabla 1. Consumo de potencia diaria de los equipos de iluminación corriente continúa ................ 38 Tabla 2. Consumo de potencia diaria de los equipos receptores de corriente alterna .................... 39 Tabla 3. Radiación solar de la zona ................................................................................................... 43 Tabla 4. Comparativas de proveedores por cada dispositivo paneles solares ................................. 52 Tabla 5. Tabla de los datos de reguladores o controladores ............................................................ 52 Tabla 6. Datos de los bancos de baterías a ciclo profundo............................................................... 53 Tabla 7. Datos de los inversores ....................................................................................................... 54 Tabla 8. Dato de los resultados ......................................................................................................... 54 Tabla 9. Presupuesto de los materiales del sistema FV .................................................................... 57 Tabla 10. Presupuesto de otros gastos ............................................................................................. 59 Tabla 11. Cronograma de la investigación ........................................................................................ 59 Tabla 12. Consumo de una vivienda ..................................................... Error! Bookmark not defined.

Tabla 13. Tabla de radiaciones.............................................................. Error! Bookmark not defined. Tabla 14. Tabla de cocientes consumo/ Radiación ............................... Error! Bookmark not defined.

LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Panel solar mono cristalino ................................................................................................ 24 Figura 2. Inversor de onda modificada ............................................................................................. 25 Figura 3. Regulador de carga MPPT .................................................................................................. 26 Figura 4. Batería AGM ....................................................................................................................... 27 Figura 5. Contador bidireccional ....................................................................................................... 28 Figura 6. Ubicación espacial de la granja avícola del ITFIP ............................................................... 35 Figura 7. Mapa de Colombia Radiación solar.................................................................................... 36 Figura 8. Bases meteorológicas de datos disponibles ...................................................................... 37 Figura 9. Granja avícola del ITFIP ...................................................................................................... 40 Figura 10. Mapa de radiación del municipio del Espinal .................................................................. 41 Figura 11. Requisitos básicos de información fiable ......................................................................... 43 Figura 12. Promedio de las series mensuales de potencia ............................................................... 44 Figura 13. Mapa de distribución del brillo del sol en horas .............................................................. 45 Figura 14.Diagrama unifilar de un sistema fotovoltaico ................................................................... 56 Figura 15. Esquema fotovoltaico en la granja avícola del ITFIP en AutoCAD ................................... 56 Figura 16. Esquema fotovoltaico en AutoCad................................................................................... 57

1. INTRODUCCIÓN Este proyecto de investigación busca realizar un estudio de viabilidad de un sistema de paneles fotovoltaicos para la granja del ITFIP, que presenta costos energéticos elevados, pudiendo disminuir estos gastos con la energía que proporciona la radiación del sol, que se puede transformar en energía eléctrica por medio de los paneles fotovoltaicos. Este estudio se realiza para que se tenga en cuenta como una solución para disminuir el consumo de electricidad que genera la granja avícola del ITFIP, donde los ventiladores se encienden en varias horas del día, gracias a las altas temperaturas que se presentan en el Espinal Tolima, además de los bombillos que se encienden en horas de la noche. Por otra parte, se busca impulsar nuevas ideas ambientales por medio de este estudio de generación de energía limpia con paneles fotovoltaicos, y dejar la dependencia de empresas hidroeléctricas y disminuir en lo más posible el uso de la planta del ITFIP que genera electricidad por medido de combustible diésel, ya que este último es no renovable. Esta investigación dejara toda la información respecto a qué lugar se puede implementar, las diferentes inclinaciones del sol que presenta en el transcurso del año, con su respectiva radiación solar, y todos los componentes que conforman los equipos de generación de energía fotovoltaica, para que su implementación sea sencilla.

2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 2.1 FORMULACION DEL PROBLEMA 10

¿Se puede disminuir el alto consumo de energía en la granja avícola del ITFIP mediante un sistema de energía fotovoltaico?

2.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA Hace mucho tiempo hay una problemática que afecta la vida de los seres humanos como es el impacto del calentamiento global, que es el deterioro de la capa de ozono productos de las contaminaciones, permitiendo que los rayos solares penetran con mayor fuerza a nuestro planeta, la tierra ha sufrido varios cambios climatológicos producto de múltiples factores, como la consecuencia del comportamiento humano por falta de conocimiento o por simple cultura, ocasionando el deterioro de nuestro planeta, aunque existen organizaciones encargadas del cuidado del medio ambiente y la protección de los recursos naturales es claro resaltar que la evolución de los seres humanos y el desarrollo de nuevas tecnologías lleva consigo ventajas y desventajas, y no se ha sido consciente de lo que se ha provocado en el ecosistema, pero para ello se encuentran diferentes alternativas que contribuya a la naturaleza y cumpla con las necesidades que se presentan día a día. La evolución constante de la tecnología a provocando cambios drásticos en nuestro entorno, uno de estos cambios son los diferentes tipos de generación de energías que hay en la actualidad, renovables y no renovables. Las energías no renovables generan otro tipo de sustancia y problemas de contaminación que afectan la salud de las personas, y del medio ambiente, debido a esto se opta por buscar un sistema más saludable y eficaz, se halla la posible solución en un tipo de energía renovable, la cual cuenta con el uso de un recurso natural sin afectar el ecosistema, como lo es el sistema fotovoltaico que requiere de energía solar para generar electricidad. El sistema fotovoltaico es uno de los más viables, debido a que produce electricidad renovable, la energía solar es prácticamente ilimitada, se está implementando en diferentes lugares, por sus diferentes beneficios, estos paneles solares fotovoltaicos no generan subproductos, por lo cual no genera ningún tipo de contaminación. Colombia por su posición geográfica en la zona ecuatorial cuenta con radiación solar constante en determinadas zonas del territorio, uno de los elementos claves para convertirse en generador de 11

energía solar. En el municipio del Espinal ubicado en el departamento del Tolima, se percibe alta de esta radiación solar, lo que se busca es implementar un sistema fotovoltaico que utilice esta radiación solar para un bien común en el sector del ITFIP reduciendo el consumo de electricidad tradicional y generando desarrollo económico sostenible en dicho instituto. En el “ITFIP” se encuentra una granja de pollos de engorde, donde podemos ver que es necesario los servicios de energía, puesto que con las altas temperaturas es necesario mantener los ventiladores de techo encendidos todo el día y en la noche, en beneficio de las aves de la granja se mantienen encendidos los bombillos ocasionando un alto consumo de electricidad tradicional, este consumo se incrementa o varía según los cambios climáticos generando también un gran costo económico. Estas condiciones nos llevan a plantear una problemática ¿Cómo reducir el consumo de electricidad en la granja de ITFIP mediante la implementación de energías limpias? Para ello se plantea realizar un estudio para almacenar energía con la ayuda de los paneles solares aprovechando las grandes olas de calor, y la radiación solar que hay en el Espinal. Cuyo estudio debe ser capaz de abastecer la demanda energética de la granja avícola del ITFIP, donde en las horas del día se utilice la energía fotovoltaica transformada en electricidad y en las horas de la noche el banco de batería que tiene como función acumular la energía solar fotovoltaica para ser utilizada a estas horas y en ciertas ocasiones en días nublados, cumpliendo con los objetivos del proyecto ya planteado. 3. JUSTIFICACION Este proyecto tiene la intención de realizar un estudio fotovoltaico de un sistema de paneles fotovoltaicos, para la generación de energías limpias. Hoy en día es demasiada la contaminación que existe a base de energías no renovables. Actualmente en el ITFIP hay una planta que genera electricidad por medio de combustible diésel. Se busca con este proyecto disminuir en lo más posible la implementación de energías no renovables, que tanto afectan a nuestro planeta, y tener en cuenta que hay diferentes medios para producirla sin afectar el medio ambiente. Se buscan alternativas para generar energía, por medio de paneles solares, aprovechando la energía solar, para así poder disminuir los altos costos de energía en la granja avícola del ITFIP, y por medio de este proyecto se impulsará una cultura ambiental en la institución. 12

Además, con este proyecto obtendremos competencias las cuales podremos utilizar en nuestra vida estudiantil, y profesional, teniendo una ventaja en el mercado laboral por investigar y obtener destrezas en el campo de las energías renovables que apenas se están estudiando e implementando en el país.

4. LINEA DE INVESTIGACION La línea de investigación a la cual se inscribe la presente propuesta es: Al área institucional del desarrollo de las Ingenierías en lo referente a la parte de energías renovables.

13

5. OBJETIVOS 5.1 OBJETIVO GENERAL Realizar un Estudio de viabilidad de un sistema fotovoltaica de generación de energía limpia, por medio de paneles fotovoltaicos, para impulsar ideas ambientales y lograr que se tenga en cuenta como una solución a los elevados costos de energía que se presentan en el ITFIP.

5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.

Realizar una investigación sobre energía fotovoltaica para tener los conceptos claros.

2.

Estudiar el área donde se hará el estudio de viabilidad de los paneles fotovoltaicos para garantizar un funcionamiento eficiente.

3.

Realizar el censo energético para saber el consumo de energía de la granja avícola.

4.

Realizar un esquema y los cálculos matemáticos del sistema de energía solar fotovoltaico que sea viable, para determinar las características eléctricas de los dispositivos del sistema de la granja avícola del “ITFIP”

5.

Impulsar otros proyectos que se relacionen con el uso de energías limpias u otros que busquen preservar el medio ambiente.

14

6. MARCOS DE REFERENCIA 6.1 MARCO LEGAL 6.1.1 Normatividad de energía renovable Dado que la propuesta está enfocada a diseñar un sistema fotovoltaico a la granja avícola del ITFIP donde el recurso a utilizar es la luz solar, dicho sistema es una fuente que genera electricidad renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica. Las energías más limpias conocidas son la energía fotovoltaica y eólica, ya que utiliza recursos naturales lo que la hacen seguras y saludables para el medio ambiente. La luz solar es un recurso inagotable que puede ser utilizado para grandes beneficios como lo es el desarrollo económico sostenible, al utilizar estas energías limpias nos lleva a un avance tecnológico sin dejar un lado el medio ambiente, esta energía fotovoltaica es renovable, lo cual contribuye a la naturaleza sin alterar su ecosistema llevando electricidad a lugares donde no cuenten con la energía tradicional. Al utilizar este sistema de electricidad, Colombia ha firmado acuerdos y normas respecto a las energías renovables: La más grande de las normas a tener en cuenta es la Ley 1715 del 2014, en ella se abarcan desde las terminologías claves sobre instalación, producción y uso de las energías renovables hasta beneficios que se desprenden de la producción de energías limpias y que se basan en temas tributarios, esta ley fue creada para el impulso de proyectos de energía no convencionales (FNCE), como la energía nuclear y principalmente energías renovable (FNCER), como la energía solar y eólica.” La presente ley tiene por objeto promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas de carácter renovable, en el sistema 15

energético nacional, mediante su integración al mercado eléctrico, su participación en las zonas no interconectadas y en otros usos energéticos como medio necesario para el desarrollo económico sostenible, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y la seguridad del abastecimiento energético. Con los mismos propósitos se busca promover la gestión eficiente de la energía, que comprende tanto la eficiencia energética como la respuesta de la demanda”1. Se establece el papel que juega instituciones ambientales como la CAR, las encargadas de la administración energética (Min-minas y la CREG) en la creación de organismos que promueven la implementación de sistemas de producción de energía de una forma ecológica regulando dicho servicio con el fin de que se preste al mayor número de personas posibles con su mejor uso. Con el fin de establecer y destinar recursos económicos para instalar estos sistemas de producción de electricidad en zonas del país donde no existe un sistema de producción, frente a los benéficos tributarios que el sistema lleva consigo, se creó el Fondo de Energías No Convencionales y Gestión Eficiente de la Energía (FENOGE), estos fondos son utilizados para financiar la eficiencia energética, costos de administración e interventoría. “Se definen en el artículo 190 de la Ley 1753 de 2015 donde se estableció que, a partir del primero de enero de 2016, de los recursos que recaude el Administrador del Sistema de Intercambios Comerciales - ASIC correspondientes a un peso con noventa centavos ($1,90) por kilovatio hora despachado en la Bolsa de Energía Mayorista, cuarenta centavos ($0,40) serán destinados para financiar el FENOGE, los cuales podrán seguir siendo recaudados con posterioridad a la pérdida de vigencia de la citada disposición, por así establecerlo el artículo 368 de la Ley 1819 de 2016.”2 Igualmente, quienes estén obligados a declarar renta, pero realicen inversiones en sistemas de producción de energías alternativas, podrán recibir una reducción en el pago de su renta de hasta el 50 por ciento durante cinco años. También se establece una extensión del IVA para los servicios y equipos que incentiven las energías limpias.

1 Ley 1715 del 2014 – Articulo 1. 2 Hernández Vidal, Juanita. Fondo de energía no convencional y gestión eficiente de la energíafenoge. [En línea]. 1aed. Colombia: MINMINAS, 2017, [15-11-2018]. Disponible en internet: https://www.estudiolegalhernandez.com/noticias/decreto-1543-de-2017-como-quedo-el-fenoge. 16

En ese mismo sentido, si hay equipos y maquinaria traídos del exterior, estos gozarán de una exención arancelaria. Dichos equipos serán objeto de una depreciación acelerada no superior al 20 por ciento anual, por lo que cualquier cobro asociado se reducirá también en beneficio del poseedor.

6.1.2 El papel del IRENA La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) surgió en Bonn, Alemania, en el 2009. Donde 27 Naciones, entre ellas Colombia, pactaron su conformación y objetivo como un organismo destinado para la financiación de planes de investigación en energías limpias. La participación del país en el IRENA está regulada por la Ley 1665 de 2013, en ella se plantean parámetros para producir energías alternativas en el país sobre energía de biomasa, eólica, fotovoltaica e hidroeléctrica. En ese orden de ideas, este pacto internacional funciona para que Colombia encuentre alianzas internacionales dirigidas a impulsar proyectos para la minimización de agentes contaminantes, proporcionando asesoramientos sobre políticas concretas y facilitar la capacidad y la transferencia de tecnología, este proyecto “IRENA” fue promovida por EUROSOLAR con finalidad de remplazar la energía nuclear y combustibles fisiles por energías renovables desde 1990.

6.1.3 Las normas técnicas Actualmente, el ICONTEC ha expedido sobre energía fotovoltaica que sirven mucho a las empresas que importan, producen y/o instan sistemas de energía solar. Estas además son muy útiles para desmentir mitos que se forman en torno a estos y que generan temor a la hora de plantear su uso, debido a que esta tecnología es completa su uso es minoritario solo las grandes industrias y pocos conocedores del tema desarrollan este sistema de producción de energía. ICONTEC presenta normas de acuerdo a dos aspectos del aprovechamiento de la energía solar para convertirla en energía térmica (sistemas calentadores) y el empleo de la misma para generar energía eléctrica-lumínica. Las primeras tuvieron una aplicación desde aproximadamente 1950 17

pero sólo se generaron normas desde la década del 90, mientras que, para usos de electricidad, la primera norma surgió en 2005, estas normas se han ido complementando a medida que se va desarrollando el proyecto fotovoltaico. Actualmente existen 23 NTC relacionadas con el uso de sistemas solares para uso térmico o energético, en algunas se especifican términos, usos, pruebas de usabilidad óptima, guías de implementación en zonas rurales y urbanas, entre otras. Alguna de las alternativas que incentivan a las personas a la inversión en proyectos de fuentes no convencionales de energía es tener derecho a reducir anualmente su renta, por 5 años en 50% del valor total de la inversión realizada, los equipos elementos, maquinaria y servicios nacionales o importados que se destinen a la pre inversión e inversión, para la producción y utilización de energía a partir de las fuentes no convencionales estarán excluidos de IVA y aranceles. Por último, está el incentivo contable depreciación acelerada de activos, el cual gozará del régimen de depreciación acelerada, la tasa de depreciación será no mayor de veinte por ciento (20%) como tasa global anual.

Los interesados en realizar inversiones en proyectos de Fuentes No Convencionales de Energía y Gestión Eficiente de la Energía, podrán acceder a los incentivos tributarios enunciados por la Ley, una vez se cumplan los requisitos y procedimientos establecidos por las entidades del Ministerio de Minas y Energía, a través de la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA) y la Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) por medio del Programa de Energía Limpia para Colombia (CCEP). Por todo lo anterior puede considerarse que normativamente Colombia cuenta con una buena estructura para impulsar el uso masivo de energías alternativas y los incentivos mencionados facilitan la realización del proyecto otorgando confianza y compromiso cultural para un buen desarrollo económico sostenible, pero falta aún trabajar en el interés de las personas para que lleven a cabo este sistema y así contribuir a la naturaleza y a un bien común. Existen identidades encargadas de aprobar los proyectos y dar el visto bueno para obtener los incentivos que proclama la Ley, teniendo en cuenta las siguientes normas: 18

1.

Resolución UPME 143 de 2016. Establece los requerimientos para el registro de proyectos de generación con fuentes no convencionales de energía.

2.

Resolución UPME 045 de 2016. Procedimientos y requisitos para emitir la certificación y avalar los proyectos de fuentes no convencionales de energía (FNCE)

3.

Resolución UPME 0281 de 2015

. Define el límite máximo de potencia de la auto

regeneración a pequeña escala en el Sistema Interconectado Nacional (SIN) 4.

Decreto MME 2143 de 2015. Reglamenta los lineamientos para la aplicación de incentivos establecidos en la Ley 1715

6.1.4 Normatividad de resolución 030 La Comisión colombiana de Regulación de Energía y Gas (CREG) inició el 2018 mejorando el panorama para las energías renovables no convencionales en el país. Anunciaron la nueva normatividad sobre energías renovables en Colombia con la Resolución 030. Esta resolución define el proceso por el cual los usuarios pueden producir su propia energía solar, eólica o de otra fuente renovable y vender lo que les sobre al Sistema Interconectado Nacional. La ley 143 de 1994, dice que todo aquel que produce energía exclusivamente para atender sus necesidades es un auto generador, lo importante de esto es que todos tenemos acceso fácil a la información respecto a la normatividad y regulación de esta nueva ley y mirar que beneficios nos traen estas energías renovables. En la resolución 030 en el artículo 3 observamos que nos dan unas definiciones como. “Auto generadores de Pequeña Escala (AGPE): Si la capacidad de tu sistema de autogeneración es menor o igual a 1MW eres un Auto generador de Pequeña Escala. Auto generador de Gran Escala hasta 5MW: Si tu capacidad de Autogeneración es mayor a 1MW y menor o igual a 5MW eres un auto generador a Gran Escala a los que le aplica la resolución. Generadores Distribuidos (GD): Si

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eres una persona jurídica, la capacidad de tu sistema es menor o igual a 0.1MW y la energía que produces la entregas a la red pública, eres un Generador Distribuidor.”3 Con lo anterior para efectuar una solicitud de conexión de un GD o un AGPE a un sistema de distribución local en el nivel de tensión 1, el solicitante debe verificar en la página web del OR, que la red a la cual desea conectarse tenga disponibilidad para ello y cumpla unos parámetros, en la resolución 030 en el artículo 4 nos dicen los pasos a seguir: 1.

“La sumatoria de la potencia instalada de los CD o AGPE que entregan energía a la red deben ser igual o menor al 15% de la capacidad nominal del circuito.

2.

La cantidad de energía en una hora que pueda entregar los GD y AGPE que entregan energía a la red, cuyo sistema de producción de energía sea distinto al compuesto por fotovoltaico sin capacidad de almacenamiento, No debe superar el 50% de promedio anual de las horas de mínima demanda diaria de energía registradas para el año anterior al solicitar la conexión.

3.

La cantidad de energía en una hora que pueda entregar los GD y AGPE que entregan energía a la red, cuyo sistema de producción de energía sea el compuesto por fotovoltaico sin capacidad de almacenamiento, No debe superar el 50% de promedio anual de las horas de mínima demanda diaria de energía registradas para el año anterior al solicitar la conexión en la franja horaria comprendida entre las 6 am y las 6 pm.”4

Los OR debe disponer de una información, en una página web suficiente que permita un potencial AGPE o GD y pueda conocer el estado de la red según las características técnicas requeridas básicas y proceder la solicitud de conexión del sistema fotovoltaico, en el Espinal-Tolima encontramos esta información en la página principal de Enertolima y en Bogotá-Cundinamarca en la página principal del Condensa. Cualquier usuario que esté conectado a la red y quiera

3Resolución 030 del año 2018 – Articulo 3. Comisión de regulación de energía y gas. 4 Resolución 030 del año 2018 – Articulo 4. Comisión de regulación de energía y gas. 20

convertirse en un AGPE lo podrá hacer una vez haya cumplido los requisitos establecidos en la presente resolución y se verifique la disponibilidad técnica del sistema al cual se va a conectar según los estándares definidos en el artículo 6.La resolución de la CREG 156 de 2011 es aquella que modifica , deberá realizar las adecuaciones en las instalaciones para que sus consumos y entregas de excedentes no sean incluidos en la frontera que lo agregaba. Para mirar la energía que estamos generando o ahorrando, debemos instalar un medidor bidireccional, que mida el consumo y registra el excedente. Este medidor lo podemos adquirir con tu operador de red. ¿Cómo recibo los ingresos por la energía que autogeneré? Si la energía generada es menor o igual al consumo del periodo, el operador de red descontará este valor de tu factura de energía. Si la energía generada es mayor al consumo del periodo, el excedente lo podrás vender al precio de bolsa que utilizan los grandes generadores de energía. Los precios de bolsa se pueden consultar en páginas como la de XM, y las páginas de algunos Operadores de Red. La nueva regulación invita a los usuarios a que participen y hagan parte del sistema eléctrico del país, motiva la generación de energías renovables y además dinamiza la economía de este mercado. El panorama es alentador. Esta sin duda es una excelente noticia que, junto con las excelentes condiciones geográficas con las que cuenta nuestro país, llevará a Colombia a ser una potencia en energías renovables dentro de poco tiempo.

6.1.5 Normatividad sobre equipos tecnológicos Un país como Colombia se “produce al año aproximadamente 130.000 toneladas de basura tecnológica. El volumen de este tipo de residuos aumenta de 3% al 5% cada año, casi tres veces más que cualquier otro desecho”5 Residuos que generalmente van a parar al basurero municipal en donde no hay tratamiento especial de las partes que ocasionan daños irreparables al Medio Ambiente. Por este motivo fue

5 Hernández Bonilla, miguel. ¿Qué hacer con los desechos eléctricos y electrónicos en Colombia? [En línea].1aed. Colombia: EXPECTADOR, 201, [Citado 15-11-2018]. Disponible en internet. https://www.elespectador.com/tecnologia/que-hacer-con-los-desechos-electricos-y-electronicosen-colombia-articulo-716587. 21

que en el año 2013 se sancionó la Ley 1672, la cual busca regular estos desechos para evitar con ello un daño a la naturaleza. En este punto es muy válido recordar que desechar baterías a la basura ocasiona un daño irremediable al Medio Ambiente, una batería dura en desaparecer más de mil años, esto quiere decir que mientras esté en la tierra, sus componentes químicos van a impedir cualquier crecimiento orgánico, como, por ejemplo, una planta. Esta ley fue creada con el fin de evitar daños irreparables al medio ambiente que estamos ocasionando día a día los colombianos, por falta de conocimiento y cultura, las personas desean aparatos electrónicos en cualquier lugar, estas actitudes nos perjudican a todos. Básicamente la Ley establece las directrices que deben tomar el Gobierno, las productoras y las personas en general para desechar adecuadamente todos estos aparatos. Para ello, la primera medida que toma el Gobierno es crear estímulos y beneficios para todos aquellos que se involucren, mediante proyectos o actitudes responsables, en el aprovechamiento y valorización de los residuos eléctricos y electrónicos. El Estado se encargará de la vigilancia y control. El Ministerio de Ambiente será el encargado de hacer cumplir esta norma en todo el territorio nacional. “se obliga a todas las productoras que comercializan este tipo de productos en el país a que establezcan medidas de recolección y gestión de estos residuos. Según una primera interpretación es necesario que dentro de los establecimientos comerciales haya herramientas para la recolección y al mismo tiempo exista una campaña para la gestión adecuada de estos aparatos”6.

6.2 MARCO TEORICO 6.2.1 Energía fotovoltaica La energía fotovoltaica es la conversión directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor (generalmente de silicio) generando

6 Ley 1672 del 2017- Articulo 6. 22

una pequeña diferencia de potencial. Si se conectan en serie estos dispositivos, permite obtener diferencias de potencial mayores. Para las células fotovoltaicas, una rejilla semiconductora recibe un tratamiento químico especial para formar un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando la luz solar incide en la célula, los electrones son desplazados del material semiconductor. Si ponemos conductores eléctricos en el lado positivo y negativo de la rejilla, formando un circuito eléctrico, los electrones pueden ser capturados en forma de electricidad.

6.2.2 Energía solar La energía solar es una energía renovable, conocida como uno de los métodos más limpios de producción de energía. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. Hoy en día por medio de los paneles solares, se puede convertir esta energía solar en energía eléctrica aprovechable, sin que se produzcan subproductos. Es una de las llamadas energías renovables, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas que afronta la humanidad.

6.2.3 Paneles fotovoltaicos mono cristalinos Las celdas solares de silicio mono cristalino (mono-Si), son bastante fáciles de reconocer por su color que es un azul muy oscuro, que se puede decir que es similar al color negro, y aspecto uniforme, que indica una elevada pureza en silicio, y sus esquinas redondeadas tal como se puede ver en la imagen:

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Figura 1. Panel solar mono cristalino

Fuente 1. Energías renovables

Las celdas mono cristalinas se fabrican con bloques de silicio, que son de forma cilíndrica. Para mejorar el rendimiento, obteniendo una productividad que varía en un rango del 15% hasta el 21%, esto quiere decir que la energía que recibe del sol, solo este rango de porcentaje se convierte en electricidad.

6.2.4 Inversor de onda modificada “El inversor de onda modificada es el modelo más económico ya que no genera una onda de corriente real, sino que la simula electrónicamente produciendo una onda cuadrada. Este tipo de onda permite el funcionamiento sin problemas de dispositivos de electrónica poco compleja como televisores, equipos de música, reproductores de DVD, carga de móviles, iluminación, etc. El

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abanico de potencias de este tipo de inversor oscila entre los pequeños modelos de 300W hasta modelos de 2000W. Si bien los más utilizados en energía solar suelen ser de 600 o 1000 vatios.”7

Figura 2. Inversor de onda modificada

Fuente 2. Damia solar

6.2.5 Regulador de carga MPPT “Con los reguladores MPPT se saca generalmente más rendimiento a los módulos fotovoltaicos, y permite la utilización de paneles que no se pueden emplear con los reguladores PWM (debido a cuestiones de compatibilidad de la tensión del panel y la batería). También presenta otras ventajas como la posibilidad de añadir paneles en serie con un voltaje total superior al del banco de baterías, gracias a ello también evitamos en gran medida las típicas pérdidas por ir a bajo voltaje y

7 Autor anónimo. ¿Escoger un inversor de onda pura o modificada? [En línea]. 1aed. Colombia: 2014, [15-11-2018]. Disponible en internet: https://www.damiasolar.com/actualidad/blog/articulos-sobre-la-energia-solar-y-suscomponentes/escoger-un-inversor-de-onda-pura-o-onda-modificada_1. 25

mucha intensidad en corriente continúa. Podemos encontrar reguladores MPPT hasta de 100 A y por lo general ofrecen más garantía que los PWM”8

Figura 3. Regulador de carga MPPT

Fuente 3. Monsolar

6.2.6 Baterías AGM “Las baterías AGM o baterías VRLA son muy útiles para aplicar en instalaciones de sistemas fotovoltaicos, que conllevan una alta intensidad de descarga de las baterías. La batería AGM tiene unas características que la definen como una batería recargable, sellada y de plomo ácido, que no

8 Autor anónimo. ¿Qué es un regulador MPPT? [En línea]. 1aed. España: Auto Solar, 2015, [15-112018]. Disponible en internet: https://autosolar.es/blog/aspectos-tecnicos/que-es-un-reguladormppt.

26

requiere de mantenimiento ni ventilación, por lo que las baterías VRLA se convierten en una excelente opción para el sector fotovoltaico, el sector industrial y para el uso doméstico”9

Figura 4. Batería AGM

Fuente 4. AutoSolar

6.2.7 Contador bidireccional “Este tipo de medidor, es un medidor que puede medir el consumo de energía eléctrica de la compañía girando en el sentido normal y también puede girar de manera contraria, haciendo

9 Autor anónimo. Baterías AGM. [En línea]. 1aed. España: AutoSolar, 2015, [15-11-2018]. Disponible en internet: https://autosolar.es/baterias-agm. 27

posible que la CFE (Comisión Federal de Electricidad) reste al recibo, la energía que estamos generando y sume a nuestro favor la energía de exceso.

Durante el día se produce energía eléctrica con los paneles solares fotovoltaicos, por lo tanto, el medidor se encarga de calcular esta energía y restarla al consumo del servicio de luz. Cuando la energía resulta en excedente podemos usarla en horas de la noche, o en caso contrario de haber utilizado más energía de la producida, puedes volverte a conectar al servicio de la comisión de electricidad.”10

Figura 5. Contador bidireccional

Fuente 5. Calefacción SOLAR

10 Autor anónimo. Beneficios de un medidor bidireccional. [En línea]. 1aed. Colombia: calefacción SOLAR, 2013, [15-11-2018]. Disponible en internet: http://calefaccion-solar.com/beneficios-de-unmedidor-bidireccional.html. 28

Un medidor bidireccional es la mejor opción para las personas que quieren comenzar a utilizar la energía fotovoltaica como fuente de electricidad, pues es la manera más práctica de conocer el ahorro económico de la energía solar y obtener una bonificación tangente del provecho que se le está dando a los paneles.

4. ESTADO DEL ARTE

7.1 IMPLEMENTACION DE LA ENERGIA SOLAR A NIVEL INTERNACIONAL

En la actualidad la energía solar es una de las energías renovables que se está implementando cada vez más a nivel global. A continuación, encontrara algunas de las implementaciones de energía solar más importantes del mundo:

1.

“Actualmente Shakti Sthala es ahora el sistema fotovoltaico más grande del mundo. China ya no posee el sistema fotovoltaico más grande del mundo. El título ha sido “batido” por el otro gran competidor asiático que ha hecho de la energía solar uno de los ejes principales del desarrollo energético de India.

La ubicación se encuentra en Pavagada, en el estado suroccidental de Karnataka. El Ministro de Energía inauguró esta gigantesca central fotovoltaica de 2 GW. Se trata de un proyecto impresionante y no sólo en términos de capacidad (más de 500 MW que el parque solar chino del desierto de Tengger, la hasta ahora mayor central fotovoltaica del mundo). En su construcción se han invertido 165.000 millones de rupias (unidad monetaria de la India), alrededor de 2.530 millones de dólares, activando un programa de arrendamiento único en la historia de la India: en lugar de comprar tierras -el proyecto se extiende a lo largo de 5.261 hectáreas- el gobierno ha firmado un contrato de arrendamiento con agricultores locales en crisis 29

en los últimos años debido al severo déficit de agua. En 2017 las precipitaciones cayeron un 37% en este estado, y el cambio climático sugiere un futuro aún más duro”11

2.

“La planta solar del Desierto de Tengger tiene una capacidad de 1.547 MW y se instaló en el desierto de Tengger, en Zhongwei, provincia de Ningxia. Se empezó a construir en el año 2012 y concluyendo esta construcción a finales del 2015, aunque no se conectó a la red hasta un año después. En China esta planta es conocida como la “Gran Muralla Solar”. El desierto de Tengger es una región natural árida que cubre aproximadamente 36.700 km y se encuentra principalmente en la región autónoma de Mongolia Interior en China. La planta solar cubre un área de 1.200 Km2, equivalente al 3,2% de la superficie del desierto.”12

3.

“Arabia Saudita siendo el mayor productor de petróleo del mundo después de Rusia, quiere ahora ligar su futuro al sol. Hace tres años, el país anunció que en 2040 esperaba producir 54.000 megavatios (MW) con el uso de energías alternativas. Para fin de año apunta a invertir hasta 7 mil millones de dólares para desarrollar siete plantas de energía solar y una eólica. El objetivo es claro: las autoridades quieren que el 10 por ciento de su matriz tenga como base este tipo de energías en 2023.”13

11 Autor anónimo. Inauguración de la India la mayor instalación fotovoltaica del mundo. [En línea]. 1aed. Desconocida: EcoInventos, 2018, [15-11-2018]. Disponible en internet: https://ecoinventos.com/inaugurada-en-la-india-la-mayor-instalacion-fotovoltaica-del-mundo/. 12 ROCA, José A. Las 20 mayores plantas fotovoltaicas del mundo: China, India y EEUU arrasan. [En línea]. 1aed. España: el periódico de la energía solar, 2018, [16-11-2018]. Disponible en internet: https://elperiodicodelaenergia.com/las-10-mayores-plantas-fotovoltaicas-del-mundo/#comments. 13 GARCIA, Nicolás. Los cinco megaproyectos más importantes de energía solar para este año. [En línea]. 1aed. Colombia: EL TIEMPO, 2018, [16-11-2018]. Disponible en internet: https://www.eltiempo.com/vida/medio-ambiente/proyectos-destacados-de-energia-solar-en2018-222818. 30

4.

“En argentina se está realizando la implementación de paneles fotovoltaicos en una granja avícola, teniendo en cuenta que la electricidad es el mayor gasto para el funcionamiento de una granja avícola. En la actualidad, una instalación fotovoltaica en una granja de pollos no solo disminuye los costos energéticos, sino que también posibilita vender los excedentes a la empresa proveedora, usando contadores bidireccionales.

“La Terca” es una granja de seis galpones, que tiene una capacidad de cría de 80.000 pollos para faena. Está ubicada en Aldea Jacobi y es la primera instalación autónoma de este tipo en la región y todo un referente para el sector y para otros que buscan alternativas energéticas viables, tanto técnica como económicamente. Actualmente la granja tiene colocado sobre el techo de un galpón el 50% de los paneles que abarca el proyecto completo. “Esta primera mitad da un 42 % promedio anual de total de la energía que consume la granja y se conecta en dos bloques, con un inversor de 10.000 W cada uno”. Cuando se instale la segunda mitad de los paneles, se colocará el inversor y se logrará el 80% de la energía total necesaria para su funcionamiento.” 14

7.2 IMPLEMENTCION DE LA ENERGIA SOLAR A NIVEL NACIONAL “En Colombia las condiciones están dadas para que el desarrollo de energías renovables no convencionales sea cada vez mayor. Su ubicación geográfica hace que hoy “Colombia sea una potencia en el tema de energía solar, pero con un gran déficit en el desarrollo del sector”. Así lo explicó Pablo Lo Zicchio, Global Segment Manager Photovoltaics de Weidmüller, quien aclaró que, aunque se espera que las energías renovables no convencionales tengan 15% de 14 SANCHÉZ, Pilar. Primera instalación fotovoltaica en una granja de pollos en Aldea Jacobi, Argentina. [En línea]. 1aed. Argentina: pv magazine, 2018, [20-11-2018]. Disponible en internet: https://www.pv-magazine-latam.com/2018/09/13/primera-instalacion-fotovoltaica-en-unagranja-de-pollos-en-aldea-jacobi-argentina/. 31

participación en la red nacional de energía a 2023, es necesario que el sector privado intervenga realizando esfuerzos para desarrollar políticas claras que impulsen inversiones en este mercado. Según los datos que ofrece la Unidad de Planeación Minero Energética (Upme), el potencial es tan grande que solo usando 20% de la superficie del departamento de La Guajira, se alcanzarían 42.000 megavatios de generación solar.”15 Estos son dos de los proyectos más importantes que hay en Colombia, respecto a la energía solar:

1.

“El proyecto Celsia Solar, ubicado en Yumbo (Valle del Cauca), les suministrará energía a 8.000 viviendas y contará con 35.000 paneles que evitarán la emisión de unas 6.600 toneladas de CO2 al año.

Si el motor de desarrollo del pasado eran los combustibles fósiles, el día de hoy lo son las energías renovables. Al menos así quedó planteado en el Acuerdo de Cambio Climático firmado en París en el 2015. Tal vez, se atrevieron a decir algunos medios internacionales, el cambio más significativo que afectaría a América Latina en el futuro sería dejar de usar fuentes de energía fósiles y se tendrá más en cuenta el uso de las energías renovables. En esta inmensa granja solar, considerada la más extensa del país, se alzará sobre el terreno en el que hace casi 20 años operaba la planta térmica a base de carbón Termoyumbo. Para Ricardo Sierra, presidente de Celsia, este hecho es simbólico porque significa “la transición de la producción con un combustible fósil al futuro de las energías renovables”. Y añadió que “significa también que es fundamental contar con diferentes fuentes de generación para entregarle al país la matriz energética que necesita para desarrollarse, aprovechando la gran cantidad de recursos con los que cuenta”.”16

15 BOHÓRQUEZ, Kevin S. “Colombia es una potencia en el tema de energía solar”. [En línea]. 1aed. Colombia: LR LA REPUBLICA, 2018, [21-11-2018]. Disponible en internet: https://www.larepublica.co/empresas/colombia-es-una-potencia-en-el-tema-de-energia-solar2735111. 16 BIBO. La granja de energía solar más grande de Colombia. [En línea]. 1aed. Colombia: EL ESPECTADOR, 2017, [24-11-2018]. Disponible en internet: 32

2.

“En El Paso, un pequeño municipio de Cesar, se está construyendo el parque de energía solar más grande del país. La empresa encargada de este proyecto es la multinacional En el Green Power, que decidió invertir $70 millones de dólares para la instalación y puesta en marcha de 250.000 paneles solares.

De acuerdo con la compañía, el proyecto de El Paso producirá 176 GWh por año una vez que esté en pleno funcionamiento, un proceso que, si las obras avanzan según el cronograma, se materializará en el segundo semestre del año presente.”17

3. METODOLOGÍA 8.1 PARTICIPANTES EL estudio de viabilidad de un sistema de energía fotovoltaica para disminuir el consumo de energía en la granja avícola del “ITFIP”, cuenta con el apoyo del ingeniero Manuel Peña, y la

https://www.elespectador.com/noticias/medio-ambiente/la-granja-de-energia-solar-mas-grandede-colombia-articulo-679075. 17 Redacción Vivir. En cesar se construye el primer gran parque de energía solar del país. [En línea]. 1aed. Colombia: EL ESPECTADOR, 2018, [26-11-2018]. Disponible en internet: https://www.elespectador.com/noticias/medio-ambiente/en-cesar-se-construye-el-primer-granparque-de-energia-solar-del-pais-articulo-790638. 33

señora Lyda Sánchez y de los estudiantes del programa técnico profesional en mantenimiento electrónico Harold Daniel Guatavita Uchuvo y Diego Alejandro Pinzón Triana pertenecientes de la institución educativa ITFIP.

8.2 PROCEDIMIENTO El propósito de este proyecto es el desarrollo de un estudio y viabilidad de una energía alternativa de energización sostenible, basada en un sistema de generación fotovoltaico para satisfacer la demanda energética de la granja del ITFIP; se pretende contribuir con la ampliación de cobertura de energía mediante las siguientes etapas: Ubicación del escenario espacial, Estudio del recurso solar, Dimensionamiento del sistema de energía solar fotovoltaica y evaluación de los beneficios ambientales en la reducción de emisión de CO2.

8.3 ÁREA DE INFLUENCIA O REGION DE ESTUDIO El escenario especifico es el departamento de Tolima en el municipio del Espinal en la institución educativa superior “ITFIP”, se toma de base la información de la página web Maps de Google, la cual nos da a conocer la ubicación geográfica de la granja avícola del ITFIP (Figura 5), dicha institución cuenta con una granja avícola donde podemos ver que es necesario los servicios de energía, puesto que con las altas temperaturas es necesario mantener los ventiladores de techo encendidos todo el día y en la noche, en beneficio de las aves de la granja se mantienen encendidos los bombillos ocasionando un alto consumo de electricidad tradicional, el alcance del estudio y viabilidad de un sistema fotovoltaico prevé beneficiar a la granja de la institución.

34

Figura 6. Ubicación espacial de la granja avícola del ITFIP

Fuente 6. Google Maps

Con la ayuda de la página web de Maps podemos localizar la granja donde observamos que tiene una latitud de 4.1561ºN y una longitud de -74.8988ºW y una altitud de 350m. El estudio y viabilidad del sistema fotovoltaico para la granja avícola permitiría mejorar en parte el excesivo consumo de energía gracias a la radiación solar, que tal vez incentivara el desarrollo cultural y tecnológico con el acceso a nuevas tecnologías amigables con el sistema y promovería también el desarrollo económico con la posibilidad de generar microempresas y alternativas turísticas, además con un impacto ambiental positivo en el entorno de la Institución.

8.4 RECURSO SOLAR La radiación solar media en Colombia es de 4,5 y 5,0 Kwh/día/m2, lo que equivale a una radiación anual entre 1.500 a 2.00 Kwh/año/m2. Con la ayuda de la página interactiva de la IDEAM (ver la figura 6). “Colombia tendría un gran potencial para el desarrollo de plantas solares a gran escala porque recibe un 30% más de radiación solar que otros países, debido a su ubicación geográfica”18.

18 Alfonso, Katherine. Colombia sería potencia en energía solar porque recibe 30% más radiación. [En línea]. 1aed. Colombia: La Republica, [Citado 25-11-2018]. Disponible en internet: 35

Figura 7. Mapa de Colombia Radiación solar

Fuente 7. IDEAM 2018

8.5 DATOS METEOROLOGICOS DISPONIBLES De acuerdo con la investigación de base de datos meteorológicos las mejores páginas de simulación son METONORM y SOLARGIS, según la valoración existente que se realiza en la figura 8. Al analizar la zona específica de Colombia, se puede concluir que la página solargis es la opción viable para el desarrollo del sistema fotovoltaico

https://www.larepublica.co/economia/colombia-seria-potencia-en-energia-solar-porque-recibe30-mas-radiacion-2581853. 36

Figura 8. Bases meteorológicas de datos disponibles

Fuente 8. Fonroche Renewable Energies, S.L.U.

SolarGIS: Es la página web más utilizada de datos meteorológicos fuera del área geográfica de Europa y Norteamérica. Se caracterizan por tener cuadriculas muy pequeñas de 4x5km donde se disponen datos satelitales de alta calidad, ha sido reconocida por la agencia internacional de la energía, como la mejor base de datos del mercado en términos de precisión, confiabilidad y representatividad de los datos. Los datos de SolarGIS provienen de una base de datos con mediciones de la radiación global horizontal (Gh), radiación difusa horizontal (Dh) y temperatura ambiente (Ta) realizadas cada 15-30 minutos dependiendo de la región. A partir de estos datos que abarcan múltiples años se produce la serie más representativa de estos datos que puede ocurrir en un año, esta serie es conocida como el año meteorológico típico (TMY, por sus siglas en inglés). “La serie del TMY suele tener una resolución temporal de horas, aunque en algunos casos también se pueden obtener resoluciones temporales menores, por ejemplo 10 minutos. Esta base de datos también contiene valores para varios tipos de probabilidad de excedencia, típicamente del 50 y 90% (P50 y P90, respectivamente), aunque también existe la posibilidad de obtener valores con otras probabilidades de excedencia (por ejemplo, P75, P95, P99). Un valor con una probabilidad de excedencia del 50% (P50) significa que en un 50% de los casos los valores reales estarán por 37

encima de ese valor, de igual manera un valor con una probabilidad de excedencia del 90% (P90) significa que los valores reales serán en un 90% de los casos superiores a ese valor.”19

8.6 ESQUEMA DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO Para realizar la simulación del esquema fotovoltaico puede llegar hacer muy complejo o difícil, es necesario tener todos los conocimientos y recursos para realizar los calculo a mano, indagando en el Manual de cálculo de sistemas fotovoltaicos aislados se encontró una serie de fórmulas que son necesarias, ya que nos facilitan el proceso de búsqueda de la demanda energética de la granja avícola del ITFIP.

8.7 CARGAS DE POTENCIA CA Y CC DIARIA DE LA GRANJA AVICOLA DEL ITFIP En las instalaciones eléctricas de la granja avícola del ITFIP en el municipio del espinal-Tolima (Base social objetivo del documento académico). Se realizó una simulación digital el cual será calculado con las siguientes tablas de potencias diarias de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC). Para obtener una potencia diaria con margen de seguridad y prevenir daños a nuestros sistemas multiplicamos por 1,2 que es el 20% para tener una energía necesaria como lo vemos a continuación.

Tabla 1. Consumo de potencia diaria de los equipos de iluminación corriente continúa EQUIPO

POTENCIA EN W

N DE EQUIPOS SIMULTANEOS

POTENCIA TOTAL W

TIEMPO EN CONSUMO EN TOTAL H/DIA Wh/DIA ENERGÍA NECESARIA (WH) * MARGEN

19 Fonroche. Consultoría para establecer una metodología para el cálculo de energía firme. [En línea].1aed. España: energía renovable, [25-11-2018]. Disponible en internet. http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/52188526a7290f8505256eee0072eba7/502f1965690c521e 05257e8c0076887e/$FILE/Circular083-2015%20Anexo.pdf. 38

SEGURIDAD 20% Bombillas Electroh

45

3

135

12H

1.620Wh/día

1.944Wh/día

135W

1.620Wh/día 1.944Wh/día

Total Pcc

Total Ecc

1.944Wh/día

Fuente 9. Autoría propia.

Tabla 2. Consumo de potencia diaria de los equipos receptores de corriente alterna EQUIPO

POTENCIA EN W

N DE EQUIPOS SIMULTANEOS

POTENCIA TOTAL W

TIEMPO EN CONSUMO EN H/DIA Wh/DIA

Bombilla Silvania

30

2

60

24H

1.440Wh/día

TOTAL ENERGÍA NECESARIA (WH) * MARGEN SEGURIDAD 20% 1.728Wh/día

Ventilador de techo

167

3

501

10H

5.010Wh/día

6.012Wh/día

Nevera

250

1

250

6H

1.500W/día

1.800Wh/día

561W

7.950Wh/día

9.540Wh/día

Total Pca

Total Eca

9.540Wh/día

Fuente 10. Autoría Propia En base en los datos anteriores nos vamos a enfatizar en el momento donde más consume luz la granja avícola del ITFIP para determinar la demanda energética, es decir la primera semana donde llegan las aves con pocos días de nacimiento y requieren una temperatura de 30ºc, para ello se requiere unos bombillos Silvania que proporcionan calor en las camas de los pollos para evitar pérdidas o una alta tasa de mortalidad, y en la sexta semana que finaliza el proceso de engorde, donde se da paso al sacrificio de las aves, luego se utiliza una refrigeración a los pollos con la ayuda de en un congelador para así conservarlos frescos hasta que se realice su debida comercialización que regularmente es de 24 horas. La propuesta del sistema fotovoltaico nace como una idea de energía alternativa de simulación digital, se propone un sistema de energía auto generativa con ayuda de paneles solares ya que es una energía limpia y no trae contaminantes al medio ambiente y puede suplir la necesidad 39

energética de la granja avícola del ITFIP, la utilización de la energía solar, encontramos que al ser aprovechada puede satisfacer una futura demanda energética de la granja, ya que se usa para la ilustración, la fuente de energía nos sirve para alimentar elementos básicos como: las bombillas, ventiladores de techo, el congelador entre otros. Para el esquema del sistema de energía solar hipotético, se manifiesta un escenario donde la granja tiene un alto consumo de luz para beneficio de las aves, para nuestro caso se utilizará los conocimientos básicos del Manual de cálculos de sistemas fotovoltaicos asilados, donde nos muestran el paso a paso que se debe realizar los cálculos a mano, donde nos dan una serie de fórmulas que son necesarias para saber cuántos módulos de paneles y las baterías y los tipos de inversores que vamos a utilizar para la simulación del sistema fotovoltaico que son necesarios para satisfacer la demanda energética , Con ello se modelará y se llegara al esquema simulado de un sistema fotovoltaico básico para la granja avícola del ITFIP.

Figura 9. Granja avícola del ITFIP

Fuente 11. Autoría propia

8.8 EVALUACION DE BENEFICION AMBIENTAL CO2 40

Para evaluar los beneficios ambientales al implementar un sistema solar fotovoltaico se recurrió a la revisión bibliográfica acondicionando la información en función de generación de CO2 de los proyectos relevantes en el área de las fuentes de generación de energía. Las centrales hidroeléctricas tienen el porcentaje más alto de participación dentro del Sistema Interconectado Nacional como fuente de generación de energía según la UPME, por ello se tuvo en cuenta para el caso de estudio Colombia, lo anterior con el interés de realizar una referencia de que pueden ser las ventajas que posee la generación a partir de energía solar que la hacen idónea y a lo mejor una alternativa como sinergia en el uso de energía convencional. 4. RESULTADOS 9.1 RESULTADOS DEL ANALISIS DE RECURSO PRIMARIO (RADIACION SOLAR) A continuación, se pueden observar los mapas de radiación solar y temperatura del municipio del espinal-Tolima obtenido gracias a la página web SolarGIS (figura 11).

Figura 10. Mapa de radiación del municipio del Espinal

Fuente 12. SolarGIS 2018

41

A continuación, se especifican las características deseables que debe tener una base de datos meteorológicos para garantizar un mínimo aceptable de fiabilidad en las simulaciones de producción que se realicen: “La incertidumbre para cualquier punto geográfico no debe ser mayor a 15%. El histórico de datos debe tener al menos 10 años. · La resolución temporal de los datos debe ser al menos horaria, siendo preferible que se puedan obtener datos en intervalos de tiempos menores (por ejemplo 30 min). · Como mínimo debe contener datos de las siguientes variables: radiación global horizontal, radiación difusa y temperatura ambiente. Página 38 de 87 · La resolución espacial debe ser como máximo de 5 km. · La temperatura media del aire debe ser a 2 m de altura con respecto al suelo. · Debe permitir el cálculo o aportar series de datos con probabilidades de excedencia superiores al 50%. Cualquier base de datos que cumpla con estos requisitos puede aceptarse como fiable, así como cualquier toma de datos en estación terrestre meteorológica que pudiera estar cerca de la planta solar con esos datos históricos. Como ya se ha comentado un ejemplo de cumplimiento de estos requisitos los tiene SolarGIS tal como se aprecia en las referencias aportadas por ésta.”20: Cualquier base de datos que cumpla con estos requisitos puede aceptarse como fiable, así como cualquier toma de datos en estación terrestre meteorológica que pudiera estar cerca de la planta solar con esos datos históricos. Como ya se ha comentado un ejemplo de cumplimiento de estos requisitos los tiene SolarGIS tal como se aprecia en las referencias aportadas por ésta:

20 Fonroche. Consultoría para establecer una metodología para el cálculo de energía firme [En línea].1aed. España: energía renovable, [25-11-2018]. Disponible en internet: http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/52188526a7290f8505256eee0072eba7/502f1965690c521e 05257e8c0076887e/$FILE/Circular083-2015%20Anexo.pdf. 42

Figura 11. Requisitos básicos de información fiable

Fuente 13. SolarGIS 2018

9.1.1 Radiación solar La primera etapa consiste en determinar el potencial de generación de energía eléctrica que tiene la zona a partir del recurso solar, para esto se toma de base la información de radiación solar que se genera en un año en Kwh/m2/día, y mirar cual es el mes que tienen menos radiación solar como lo muestra la tabla 9.

Tabla 3. Radiación solar de la zona Meses

Kwh/m2/día

Enero

4.54

Febrero

3.96

Marzo

3.72

Abril

3.33

43

Mayo

3.74

Junio

4.15

Julio

4.35

Agosto

4.14

Septiembre

3.89

Octubre

3.65

Noviembre

3.95

Diciembre

4.26

Año

2018 Fuente 14. SolarGIS 2018

Figura 12. Promedio de las series mensuales de potencia

Fuente 15. SolarGIS2018

La irradiación horizontal del sitio está sobre los 4.5 a 5 Kwh/m2/día o lo que corresponde a unos 1620 a 1800 Kwh/m2/año que se aproxima a los valores de la base de dato, se tomaran dichos 44

valores de estos últimos ya que se centran más en el área de trabajo y consideran las características geográficas de manera más aproximada. Las horas de brillo del sol durante el día para la zona se encuentran entre 5 y 6 horas como promedio anual que determina según la base de datos de UPME. Como se ilustra a continuación.

Figura 13. Mapa de distribución del brillo del sol en horas

Fuente 16. Atlas del IDEAM

9.2 RESULTADOS DEL ESQUEMA DEL SITEMA FOTOVOLTAICO 9.2.1 Fase de estudio del sistema Fv 1.

Estimación del consumo. Aquí siempre es fundamental los datos aportados por el consumidor, y deben ser siempre lo más realistas posibles para evitar desviaciones en el dimensionamiento.

2.

Datos del lugar donde se realizará la instalación. Necesitamos saber que radiación llega en el lugar donde vamos a realizar el estudio fotovoltaico. 45

3.

Dimensionado del generador fotovoltaico (número de paneles necesarios).

4.

Dimensionado del sistema de acumulación (número de baterías solares). Para el dimensionado del sistema de acumulación es muy importante tener en cuenta los días de autonomía que se van a otorgar a la instalación, para nuestro estudio de viabilidad de un sistema fotovoltaico utilizaremos 2 días de autonomía

5.

Dimensionado del regulador.

6.

Dimensionado del inversor

Lo primero que vamos a realizar son los cálculos del consumo medios diarios (Lmd), de potencia energía total que consumiremos en nuestras instalaciones fotovoltaicas para nuestra granja avícola del ITFIP, EL cual vamos a usar los valores la tabla 1 y la tabla 2, la cual debe surtir CC y CA y tomaremos unos rendimientos de: 1.

La batería de un 95%

2.

Inversor un 90%

3.

Los conductores un 100%

4.

Lmd=Consumo medio de energía diaria

5.

Lmd, DC=Consumo medio de energía diario en las cardas de corriente continua 1.944Wh/día

6.

Lmd, DA=Consumo medio de energía diario en las cardas de corriente alterna 9.540Wh/día

𝐿𝑚𝑑, 𝐴𝐶 𝜂𝐼𝑛𝑣 𝜂𝑏𝑎𝑡 ∗ 𝜂𝑐𝑜𝑛𝑑

𝐿𝑚𝑑, 𝐷𝐶 + 𝐿𝑚𝑑 =

9540𝑊ℎ 1944𝑊ℎ + ( 0.90 ) 𝐿𝑚𝑑 = 0.95 ∗ 1 46

𝐿𝑚𝑑 = 13204.2𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎

Como era de esperar, el consumo medio diario real es ligeramente superior al nominal, pues como se mencionaba, hemos tomado en cuenta las pérdidas que se pueden producir en algunos de los elementos de la instalación y el margen de seguridad del 20% Se puede calcular el consumo total anual de la instalación eléctrica (LT) y la media anual (Lma) 𝐿𝑡 = 𝐿𝑚𝑑 ∗ 365𝑑𝑖𝑎𝑠 𝐿𝑡 = 13204.2𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 * 365dias 𝐿𝑡 = 4’819.533Wh/año

9.2.2 Cálculo de los paneles solares necesarios Las variables para este cálculo son: Lmdcrit: Consumo medio diario mensual para el mes critico PMPP: Potencia pico del módulo en condiciones estándar de medida STC 300W HPScrit: Horas de sol pico del mes crítico PR= Factor global de funcionamiento que varían entre 0.65 y 0.90. Usaremos un 0.90 por defecto.

𝑁𝑇 =

𝐿𝑚𝑑𝑐𝑟𝑖𝑡 13204.2𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 = 𝑃𝑀𝑝𝑝 ∗ 𝐻𝑃𝑆 ∗ 𝑃𝑅 300 ∗ 3.3 ∗ 0.9 𝑁𝑇 = 14.81 ≈ 15

Respecto a la conexión de los módulos calculados en serie o paralelo, teniendo en cuenta que el CSUN300-72P de CSUN tiene una Vmax=35,8 Volt., hacemos: 47

𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 =

𝑉𝑏𝑎𝑡 12 = = 0.65 = 1 𝑉𝑚𝑜𝑑, 𝑚𝑝𝑝 35.8

𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =

𝑁𝑇 14 = = 14 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 1

Se conectará 14 ramas en paralelo con un panel por cada rama. Si en la instalación no se desea tener un regulador debemos usar el criterio amperios – Hora, será la batería la que marque el voltaje del sistema (12, 24, 48 Volts) Se calcula el consumo de energía medio en Ah/día.

𝑄𝐴ℎ =

𝐿𝑚𝑑 13204.2𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎 = = 1100.36𝐴ℎ/𝑑𝑖𝑎 𝑉𝐵𝑎𝑡 12

Luego se hace el cálculo de la corriente que debe generar el arreglo de paneles FV (el total de paneles instalados) en las condiciones del mes con menos radiación solar.

𝐼𝐺𝐹𝑉, 𝑚𝑝𝑝 =

𝑄𝐴ℎ 1100.36𝐴ℎ/𝑑𝑖𝑎 = = 333.44𝐴 𝐻𝑃𝑆𝑐𝑟𝑖𝑡 3.3

Donde:

𝐼𝐺𝐹𝑉 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑙𝑜 𝐹𝑉 𝐼𝑀𝑂𝐷, 𝑀𝑃𝑃 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝐹𝑉

48

𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =

𝐼𝐺𝐹𝑉,𝑚𝑝𝑝 333.44 𝐼𝑀𝑂𝐷,𝑚𝑝𝑝

=

8.91

=37.4

9.2.3 Cálculo de las baterías solares necesarias para nuestro proyecto fotovoltaico. Se hace énfasis que los parámetros con más importancia para dimensionar las baterías son: la máxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el número de días de autonomía. Para obtener un mejor rendimiento y durabilidad de vida útil de las baterías es importante realizar los cálculos con una profundidad de descarga del 50% o máximo hasta el 65% de descarga. En nuestro caso vamos a utilizar el 50%. 1.

PDmax, e = 0.5 o el 50% Profundidad de descarga maxima estacional

2.

PDmax, d = 0.15 o el 15% Profundidad de descarga maxima diaria

3.

N = Numero de dias de autonomia 2

Se hace el cálculo de la capacidad nominal necesaria de las baterías, en función a la profundidad de descarga estacional y diaria. Se hace selección a la mayor de ellas, si no se hace esto se podría incurrir en una insuficiencia estacional o diaria. Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria.

Cnd(Wh) =

Lmd 13204.2 = = 88028Wh Pdmax, d ∗ Fct 0.15 ∗ 1

Cnd(Ah) =

Cnd(Wh) 88028 = = 7335.6Ah Vbat 12

Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional.

Cne(Wh) =

Lmd ∗ N 13204.2 ∗ 2 132042 = = Pdmax, e ∗ Fct 0.5 ∗ 1 0.5 49

Cne(Wh) = 52816.8Wh Cne(Ah) =

Cne(Wh) 52816.8 = = 4401.4Ah Vbat 12V

Como se comentó anteriormente escogemos la mayor, esto significa que la capacidad nominal de las baterías como mínimo es 7335.6Ah

9.2.4 Cálculo del regulador/controlador de carga

𝐼𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1,25 ∗ 𝐼𝑀𝑂𝐷, 𝑠𝑐 ∗ 𝑁𝑃 𝐼𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 1,25 ∗ 8,91 ∗ 14 𝐼𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 155.925𝐴

Calculo de la corriente de salida del regulador.

𝐼𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =

𝑃𝐴𝐶 1,25 ∗ (𝑃𝐷𝐶 + 𝜂𝑖𝑛𝑣 ) 𝑉𝑏𝑎𝑡

447 1,25 ∗ (45 + 0,9 ) = 12

𝐼𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 56.42𝐴

9.2.5 Cálculo del inversor para nuestro proyecto fotovoltaico aislado Por último, para el cálculo del inversor para solar aislada, únicamente hemos de calcular la suma de las potencias de las cargas de alterna. En nuestro caso, sería la Bombilla Silvana (30W), el ventilador de techo (167W), y el congelador (250W) y aplicar un margen de seguridad del 20%.

50

𝑃𝑖𝑛𝑣 = 1,2 ∗ 𝑃𝐴𝐶 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 1,2 ∗ 447 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 536𝑊

Para evitar problemas y deficiencias en el correcto funcionamiento de nuestra instalación, es recomendable hacer un sobredimensionamiento que contemple los picos de arranque por lo cual multiplicaremos por 4 la potencia nominal prevista para que nos dé un inversor.

𝑃𝑖𝑛𝑣 = 4 ∗ 536𝑊 𝑃𝑖𝑛𝑣 = 2.144𝑊

9.2.6 Orientación del emplazamiento Como nos encontramos en el hemisferio norte en las coordenadas 4° 15' de latitud norte y -74° 89' de longitud oeste los módulos Fotovoltaicos se ubicarán hacia el sur geográfico ya que nos encontramos en el hemisferio norte. Mirando hacia la línea del Ecuador. 9.2.7 Inclinación del emplazamiento Para tener una inclinación ideal de los módulos fotovoltaicos debemos tener en cuenta la latitud del emplazamiento, y sumarle 10 grados, la cual será de latitud norte de 4° 15' + 10°, la cual nos da una inclinación de 14° 15'. Se revisó el entorno del lugar en donde se va a hacer el sistema de módulos fotovoltaicos, y se dedujo que no hay sombras, de árboles, edificaciones, o montañas que puedan obstruir la recepción de la radiación solar.

Se observaron las normativas de energía solar termina, y fotovoltaica Corporación Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico - CIDET y no hay ningún inconveniente para poder hacer el sistema de recepción de energía solar a base de módulos fotovoltaicos. 51

Además de observar el "ESTATUTO DE LA AGENCIA INTERNACIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES (IRENA)", hecho en Bonn, Alemania, el 26 de enero de 2009 el cual nos brindó la información respectiva para ver si estamos cumpliendo normativamente la demanda energética de nuestro sistema fotovoltaico. 9.3 TABLAS COMPARATIVAS DE PROVEEDORES POR CADA DISPOSITIVO En la siguiente tabla podremos comparar las características de los módulos fotovoltaicos

Tabla 4. Comparativas de proveedores por cada dispositivo paneles solares Equipo

Potencia pico

Corriente pi

Voltaje pico

Precio

KYOCERA KC85T

300W

5,02 A

17,4 V

800.000 pesos

CSUN300-72p

300W

8,91 A

35,8 V

721.044 pesos

ASE0119

300w

8.37 A

35.8 V

840.000 pesos Fuente 17. Autoría propia

Para nuestra instalación escogeremos el modulo solar de CSUN300-72p la compañía Ambiente soluciones ya que es una compañía que garantiza excelente calidad en el producto, 25 años de garantía del panel solar, y de mejor rendimiento y se nos acomoda a nuestro presupuesto con un precio de $721,044 pesos, Se conectará 14 ramas en paralelo con un panel por cada rama. En la siguiente tabla podremos comparar las características de los reguladores o controladores.

Tabla 5. Tabla de los datos de reguladores o controladores Equipo

Tensión de la Corriente de Potencia FV Precio batería

carga

máxima, 24V

nominal

52

eSmart3 60A

12/24/35/48v 60A

1560W

890.000pesos

PowMr

12/24/35/48V 60A

2340W

980.000pesos

Morningstar

12/24/35/48V 60A

700W

900.000 pesos

MPPT -15A Fuente 18. Autoría propia

Por razones económicas y técnicas el regulador que más se nos acomoda a nuestro estudio de viabilidad, respecto al precio es el eSmart3 60A, puesto que la Salida=56.42A. En la siguiente tabla podremos comparar las características de los acumuladores o banco de baterías

Tabla 6. Datos de los bancos de baterías a ciclo profundo Equipo

monoblock

Capacidad

Tención de

Voltaje de

Precio

nominal

flotación

absorción

330Ah

12V

12 v

1’872,457 pesos

330 Ah

12v

12v

1’931.000pesos

250Ah

12v

12v

1’500.000de pesos

solar block Sonnenschein SOLAR Sonnenschein SOLAR BLOCK Fuente 19. Autoría propia Para escoger nuestro banco de baterías vamos a mirar que la capacidad nominal de las baterías como mínimo es 7335.6Ah para que pueda alimentar a nuestro sistema, la batería monoblock solar block que tiene una capacidad nominal de 330Ah, donde vamos a utilizar 22 baterías conectadas en paralelo Por ultimo en la siguiente tabla podremos observar los tipos de inversores disponibles en el 53

mercado.

Tabla 7. Datos de los inversores Equipo

Potencia

Corriente de Voltaj2

Precio

salida ASP top class

2200W

54ª

12V

pesos

OFF-GRID Cosuper

2500W

80ª

12 V

1’900.000 pesos

CPT2500 Inversor Victron

1’831.990

3000W

6000W

phoenix

12V

4’200.000 pesos Fuente 20. Autoría propia

Ya que los tres inversores cuentas con similares características que se adaptan a nuestro estudio de viabilidad, escogeremos el inversor ASP top class OFF-GRID su precio más bajo, pero de igual calidad.

9.4 RESUMEN DE LOS RESULTADOS ARROJADOS Resultados finales empleando el manual de cálculos para sistemas fotovoltaicos, determinando que dispositivos se emplean para que el sistema fotovoltaico pueda cubrir el 100% de la demanda anual de la granja.

Tabla 8. Dato de los resultados Ubicación Geográfica

ITFIP Espinal-Tolima 54

Coordenadas

Latitud = 4.1561ºN Longitud = -74.8988ºW

Datos de Reacción

4.5 a 5Kwh/m2/día - 1’825.000w/m2/año

Parámetro de sistema

Asilado

Inclinación de los paneles 14º,15’ Tipo del modulo

CSUN300-72p de CESU

Numero de módulos Fv en 1 módulo en serie Serie y paralelo Nº Total de módulos

14 módulos en paralelo 14 módulos

fotovoltaicos Potencia día carga eléctrica 13204.2Wh/día Tipo de inversor

Inversor ASP top class OFF-GRID

Tipo de almacenamiento

monoblock solar block Fuente 21. Autoría propia

9.5 ESQUEMA UNIFILAR DE ACUERDO AL DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO.

55

Figura 14.Diagrama unifilar de un sistema fotovoltaico

Fuente 22. ResearchGate 9.6 ESQUEMA FOTOVOLTAICO SIMULADO EN AUTOCAD GRANJA AVICOLA Figura 15. Esquema fotovoltaico en la granja avícola del ITFIP en AutoCAD

Fuente 23. Autoría propia

56

Figura 16. Esquema fotovoltaico en AutoCad

Fuente 24. Autoría propia

4. PRESUPUESTOS

Tabla 9. Presupuesto de los materiales del sistema FV Descripción

Cantidad

Costo unitario

Costo total

Cable de cobre

150m

$1.500

$225,000

150m

$2000

$300.000

Paneles solares

14

$721.044

$10’094.616

Base para el Angulo

14

$100.000

$1’400.000

Inversores

1

$1’831.990

$1’687.356

Baterías

22

$1’872,457

$41’194.054

Cajones aislantes de

22

$50.000

$1’100.000

aislado Tubería PVC

de los paneles

calor para las baterías 57

Regulador

1

$890.000

$890.000

Estructura panel solar 1

$600.000

$600.000

Obra de la instalación 1

$400.000

$400.000

Total

$57’891.026

Fuente 25. Autoría propia

58

Tabla 10. Presupuesto de otros gastos Descripción

Cantidad

Costo unitario

Costo total

Servicio de Internet

1

$46.000

$46.000

Transporte

1

$20.000

$20.000

Recursos humanos

1

$150.000

$150.000

CD

2

$4.000

$8.000

Papelería

1

$20.000

$20.000

Fotocopias

1

$20.000

$20.000

Total

$264.000

Fuente 26. Autoría propia

En la totalidad del proyecto ESTUDIO DE VIABILIDAD DE UN SISTEMA DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA PARA DISMINUIR EL CONSUMO DE ENERGÍA EN LA GRANJA AVICOLA DEL “ITFIP”, Si quisiéramos realizar la implementación necesitaremos una inversión de $58’155.026 5.

CRONOGRAMA

Tabla 11. Cronograma de la investigación SEPTIEMBRE ACTIVIDAD

OCTUBRE

NOVIEMBRE

SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. SEM. 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Investigación y planteamiento Análisis y 59

posibles soluciones Procedimiento teórico y matemático Corrección y mejoras del estudio de viabilidad Demostración para la implementación Fuente 27. Autoría propia

6. CONCLUSIONES 7. Gracias a esta investigación podemos identificar y saber el funcionamiento de los dispositivos utilizados en un sistema de energía solar como son los inversores, reguladores, baterías, entre otros, además de saber el proceso y el orden de cómo deben ir conectado el sistema, también podemos identificar cuando es necesario una instalación aislada, o conectada a la red. 8. Con la observación de campo realizada pudimos visualizar una vegetación que posiblemente podría afectar el sistema en algún momento del año, como podría ser la caída de ramas o la sombra que podría tapar los paneles solares, se recomienda una 60

adecuación del lugar donde se va a hacer la instalación para que no haya elementos que puedan interferir con nuestro sistema, para tener un rendimiento excelente de nuestros módulos fotovoltaicos deben orientar hacia el sur mirando hacia la línea del ecuador, ya que estamos en el hemisferio norte, si estuviéramos al contrario los paneles tendrían que mirar hacia el norte. 9. Se realizó el censo energético de la granja avícola del “ITFIP”, para poder realizar los cálculos de la cantidad de paneles y baterías que se utilizaran, y determinar el regulador y el inversor del sistema fotovoltaico. Notamos que es muy alto el consumo ya que se mantienen utilizando los dispositivos electrónicos en varias horas del día, como es el ventilador de techo y las bombillas ahorrativas, y las bombillas Silvanas. 10. Por medio de los cálculos se realizó un esquema virtual a escala real, con la ayuda del programa AutoCAD el cual nos da una idea de cómo sería el proyecto si en un futuro se llegara a implementar la obra civil del sistema de energía fotovoltaico. Gracias al estudio realizado se obtuvo la información de cómo debe ir el orden de las conexiones del sistema fotovoltaico como la energía puede generar el arreglo de paneles solares, la corriente que puede generar el banco de baterías, la corriente de entrada y salida del regulador y la potencia que puede soportar el inversor. 11. En el proceso de estudio de viabilidad del proyecto, surgió una idea para mejorar la granja avícola del ITFIP, realizando un estudio para automatizar la granja por medio de sensores que pueden funcionar mediante un sistema fotovoltaico. 12. A partir del estudio realizado, se determinó que si se busca disminuir los altos costos energéticos que se presentan en la granja avícola del ITFIP, a gran escala, esta no es la mejor solución, ya que en Colombia no se fabrica nada de la parte de sistemas de energía fotovoltaica, por lo tanto tocaría traer todos los dispositivos necesarios de otros países. Además la moneda colombiana está muy devaluada, y esto implica una inversión muy alta en estos sistemas, no obstante, la contaminación que afecta no solo al país, sino a nivel global, gracias al uso de energías no renovables, que cada vez están destruyendo al planeta. Por otra parte las centrales hidroeléctricas, que proporcionan la energía hidráulica, a pesar de ser una de las energías renovables más conocidas que ahí y ser la 61

encargada de producir la mayoría de energía en Colombia, también afecta al medio ambiente, pero si hablamos de los sistemas de energía fotovoltaica, además de producir energía limpia, estos sistemas no afectan al medio ambiente, por lo tanto estos sistemas pueden ser la mejor forma de producción de energía ya que disminuye el impacto ambiental y generan aproximadamente los mismos costos, que la producción de energía hidráulica.

REFERENCIAS

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62

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ANEXOS

Manual de cálculo de sistemas fotovoltaicos aislados Para instalaciones fotovoltaicas aisladas con baterías, sin conexión a la red eléctrica. Disponible en internet: https://www.sfe-solar.com/baterias-solares/manual-calculo/.

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