ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE...
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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN LA ZONA PREESCOLAR DEL COLEGIO AGUSTINIANO SUBA Diana Alejandra Garzón Suárez & Juan Sebastián Martínez Salamanca Trabajo de Grado Para Optar por El Título De Tecnólogos en Gestión Ambiental Y Servicios Públicos Dirigido por: Ingeniero Rafael Eduardo Ladino Peralta UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES TECNOLOGÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL Y SERVICIOS PÚBLICOS BOGOTÁ 2017
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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA EN LA ZONA PREESCOLAR DEL COLEGIO AGUSTINIANO
SUBA
Diana Alejandra Garzón Suárez & Juan Sebastián Martínez Salamanca
Trabajo de Grado Para Optar por El Título De Tecnólogos en Gestión Ambiental Y
Servicios Públicos
Dirigido por: Ingeniero Rafael Eduardo Ladino Peralta
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL Y SERVICIOS PÚBLICOS
BOGOTÁ
2017
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA
SOLAR FOTOVOLTAICA EN LA ZONA PREESCOLAR DEL COLEGIO
AGUSTINIANO SUBA
Diana Alejandra Garzón Suárez & Juan Sebastián Martínez Salamanca
Trabajo de Grado Para Optar por El Título De Tecnólogos en Gestión Ambiental Y
Servicios Públicos
Dirigido por: Ingeniero Rafael Eduardo Ladino Peralta
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
TECNOLOGÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL Y SERVICIOS PÚBLICOS
BOGOTÁ
2017
Nota de Apreciación
Firma del Director del Trabajo de Grado
Rafael Eduardo Ladino Peralta
Firma del Evaluador
Néstor Sergio Gutiérrez
Bogotá D.C., Junio de 2017
Dedicatoria
Este trabajo va dedicado a mi familia que gracias a su apoyo pude finalizar mi carrera
tecnológica, a mis padres por su cariño, apoyo y esfuerzo incondicional, y en general a todas
aquellas personas que confiaron y creyeron en mí, a todos ustedes gracias por permitirme
progresar a nivel personal y profesional.
Diana Alejandra Garzón Suárez
Agradezco a Dios en primer lugar. Gracias a su voluntad y a sus bendiciones puede superar cada
prueba que me puso para poder llegar a este punto. Agradezco a mis padres por su amor, su
paciencia y sus palabras de aliento cada vez que me decaía. A mi hermana por sus consejos, que
me hacían escoger un mejor camino. A mis profesores, quienes me formaron académicamente
para afrontar una vida competitiva. A mi compañera de proyecto por su compromiso y
compresión. Por ultimo a mis mejores amigos y mi pareja, quienes estuvieron para mí en cada
momento difícil; tanto académica como emocionalmente. Gracias a cada una de estas personas
por hacerme crecer cada día. Mil bendiciones. Esto es por ustedes.
Juan Sebastián Martínez Salamanca
Agradecimientos
Agradecemos a nuestras familias y amigos por su apoyo en este proceso de formación, a nuestros
padres por brindarnos los medios para poder estudiar, a la Universidad Distrital por los
conocimientos transmitidos, al Colegio Agustiniano Suba por abrir sus puertas y recibirnos
siempre con mucha amabilidad y agrado, a nuestro Director de Trabajo de Grado, el Ingeniero
Rafael Eduardo Ladino quien con su apoyo y conocimientos nos permitió realizar este
documento. A todos ustedes muchas gracias.
Tabla de Contenido
Pág.
1.Abstract .........................................................................................................................................1
2.Resumen ........................................................................................................................................2
3. Introducción .................................................................................................................................3
4. Planteamiento del Problema ........................................................................................................5
5. Objetivos ......................................................................................................................................6
5.1 Objetivo General ....................................................................................................................6
5.2 Objetivos Específicos .............................................................................................................6
6. Marco Referencial ........................................................................................................................7
6.1 Marco Institucional ................................................................................................................7
6.2 Marco Geográfico...................................................................................................................8
6.3 Marco Conceptual ..................................................................................................................9
6.3.1 Energías Renovables .......................................................................................................9
6.3.2 Energía Solar ...................................................................................................................9
6.3.3 Sistemas Fotovoltaicos ..................................................................................................10
6.3.3.1 Tipos de Sistemas Fotovoltaicos ............................................................................11
6.3.3.2 Elementos Generales de los Sistemas Fotovoltaicos .............................................12
6.3.3.2.1 Panel Solar Fotovoltaico ................................................................................12
6.3.3.2.2 Regulador de Carga........................................................................................13
6.3.3.2.3 Batería ............................................................................................................14
6.3.3.2.4 Inversor ..........................................................................................................14
6.3.3.2.5 Caja para conexiones .....................................................................................14
6.3.3.2.6 Balasto............................................................................................................14
6.3.3.2.7 Lámpara .........................................................................................................14
6.3.3.2.8 Cables ............................................................................................................14
6.4 Marco Normativo .................................................................................................................15
7. Metodología ...............................................................................................................................16
8. Diagnóstico de la Red Eléctrica Actual de la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano
Suba................................................................................................................................................18
8.1 Simbología para la interpretación del Esquema de Consumo Energético............................18
8.2 Esquema de Consumo Energético ........................................................................................18
8.3 Tablas del Consumo Energético Actual de Preescolar del Colegio Agustiniano
Suba ...........................................................................................................................................20
8.4 Análisis de los Consumos Energéticos Actuales ..................................................................21
8.5 Alternativa de Bajo Consumo Energético ............................................................................22
9. Propuesta de Red Eléctrica Alimentada con Energía Solar Fotovoltaica para la Zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba ......................................................................................24
9.1 Ecuaciones y Cálculos para el diseño de la propuesta de red eléctrica alimentada con
Energía Solar Fotovoltaica .........................................................................................................24
9.1.1 Cálculos basados en el documento “Proceso de Cálculo de Instalaciones Solares
Fotovoltaicas”, de la página web Azarquieltecnologia. .........................................................24
9.1.1.1 Necesidad del Usuario ............................................................................................24
9.1.1.2 Pérdidas Totales del Sistema ..................................................................................25
9.1.1.3 Paneles Solares .......................................................................................................27
9.1.1.4 Baterías ...................................................................................................................29
9.1.1.5 Regulador ...............................................................................................................30
9.1.1.6 Inversor ...................................................................................................................31
9.1.2 Cálculos con el simulador CalculationSolar.com ..........................................................32
9.1.3 Comparación entre los cálculos realizados con el documento PDF, Proceso de Cálculo
de Instalaciones Solares Fotovoltaicas y los cálculos realizados con el simulador
CalculationSolar.com .............................................................................................................38
9.2 Ubicación de red eléctrica alimentada por Energía Solar Fotovoltaica para la Zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba ..................................................................................41
10. Presupuesto de Inversión para implementar Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba ......................................................................................44
11. Análisis Costo – Beneficio.......................................................................................................46
11.1 Beneficio Económico .........................................................................................................46
11.2 Beneficio Ambiental ..........................................................................................................52
11.2.1 Emisiones de CO2 con el Sistema Fotovoltaico .........................................................52
11.2.2 Emisiones de CO2 con Energía Convencional ...........................................................53
12. Resultados ................................................................................................................................54
13. Análisis de Resultados .............................................................................................................56
14. Conclusiones ............................................................................................................................58
15. Recomendaciones ....................................................................................................................60
Bibliografía ....................................................................................................................................61
Anexos ...........................................................................................................................................65
Lista de Tablas
Pág.
Tabla 1. Simbología para la interpretación del Mapa de Consumo Energético .............................18
Tabla 2. Consumo Energético habitual de aparatos electrónicos de la Zona de Preescolar ..........19
Tabla 3. Consumo Energético no habitual de aparatos electrónicos de la Zona de Preescolar del
Colegio Agustiniano Suba (Aplica a los meses Diciembre, Enero, Julio y Agosto) .....................19
Tabla 4. Consumo Energético Mensual de Preescolar, con respecto al Consumo Total
del Colegio Agustiniano Suba .......................................................................................................20
Tabla 5. Costo Energético Mensual de Preescolar, con respecto al Costo Energético Total
del Colegio Agustiniano Suba .......................................................................................................21
Tabla 6. Ahorro energético con Alternativa de bajo consumo ......................................................23
Tabla 7. Consumo Diario con Alternativa de bajo consumo .........................................................24
Tabla 8. Especificaciones técnicas de la batería Mtek, de referencia MTI22500G 12V
250AH ...........................................................................................................................................26
Tabla 9. Especificaciones técnicas del Inversor Sunny Boy, Referencia 4000TL ........................26
Tabla 10. Especificaciones técnicas del Regulador de Carga Blue Solar PWM
light 12/24-30 .................................................................................................................................26
Tabla 11. Características del Panel Solar Fotovoltaico Jinko, referencia JKM320PP ..................28
Tabla 12. Comparación entre los cálculos realizados con el Documento PDF, Proceso de Cálculo
de Instalaciones Solares Fotovoltaicas y los cálculos realizados por el simulador
CalculationSolar.com ....................................................................................................................38
Tabla 13.Costos de Inversión en Energía Solar .............................................................................44
Tabla 14. Costos de Inversión en sustitución de aparatos electrónicos de menor consumo ..........44
Tabla 15. Costo de Total de inversión (Incluye la inversión en Energía Solar e inversión en la
alternativa de Bajo Consumo .........................................................................................................46
Tabla 16. Costo de Facturación Convencional para Preescolar .....................................................46
Tabla 17. Costo de Total de Inversión proyectado (Incluye la inversión en Energía Solar e
inversión en la alternativa de Bajo Consumo) ...............................................................................47
Tabla 18. Costo de Facturación para preescolar proyectado .........................................................48
Tabla 19. Recuperación de la inversión en el tiempo ....................................................................49
Tabla 20. Flujo Neto de efectivo Proyectado.................................................................................51
Lista de Figuras
Pág.
Figura 1. Instalaciones de la zona de primaria ................................................................................7
Figura 2. Instalaciones de la zona de Bachillerato ..........................................................................8
Figura 3. Instalaciones de la zona de Preescolar .............................................................................8
Figura 4. Ubicación del Colegio Agustiniano Suba ........................................................................9
Figura 5. Componentes del Sistema Fotovoltaico Aislado de la Red ...........................................11
Figura 6. Esquema de artefactos y red de iluminación actual, de la Zona de Preescolar .............18
Figura 7. Esquema propuesto de red eléctrica alimentada con Energía Solar Fotovoltaica
para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba ...........................................................42
Figura 8. Dimensiones del Sistema Fotovoltaico propuesto para la Zona de Preescolar del
Colegio Agustiniano Suba ............................................................................................................43
Figura 9. Recuperación de la inversión total (implementación de Energías Solar Fotovoltaica e
implementación de la alternativa de bajo consumo) ......................................................................50
Lista de Siglas
A Amperio
Ah Amperio Hora
ac Corriente Alterna
B Beneficio
B Beneficio Neto a 25 años
BNA Beneficio Neto Anual
C Costo Anual de Inversión
Capacidad de la Batería escogida
Consumo Máximo
cc Corriente Continua
Da Días de Autonomía
Ec Energía Consumida
Energía Suministrada por el Panel
GEI Gases de Efecto Invernadero
HPS Hora Solar Pico
Intensidad Total Máxima
Intensidad Total de Paneles
Intensidad del regulador requerido por el sistema
Intensidad máxima de carga del regulador escogido
IPC Índice de Precios al Consumidor
ISC Intensidad en corto circuito
Pérdida por Auto Descarga Diaria de la batería
Pérdida por el rendimiento de la batería
Perdida por el rendimiento del inversor
Pérdida por el rendimiento del regulador
Otras pérdidas por caídas de tensión, etc.
Coeficiente de Pérdidas Totales
kWh Kilowatt hora
Necesidad del Usuario
Rendimiento del panel solar
Profundidad de descarga de la batería
P.e. Profundidad de descarga esperada de la batería
Potencia de inversión que requiere el sistema
Potencia de salida del Inversor Escogido
Potencia Total Máxima
Potencia del Panel
s.f. Sin fecha
V Voltio
W Watt
Whd Watt Hora día
1 1. Abstract
In Colombia, for many years the energy obtained in a conventional way, have impacted
unfavorable to the environment, since its emission of greenhouse gases - GHG contributes to
global warming and therefore to climate change; That's why it's necessary to obtain energy from
renewable sources, environmentally friendly and that can supply the energy demand of the
population. Therefore, one of the sources that meets these expectations is the Sun, from which
solar energy can be obtained through photovoltaic panels; However, this issue isn't highly
developed in the country.
In view of the above, in this monograph is developed a Feasibility Study for the Implementation
of Photovoltaic Solar Energy in the Preschool Zone of the Agustiniano Suba School; With this
case study, we seek to contribute to the topic of solar energy in the country.
This document includes an initial diagnosis of the place in terms of energy consumption during a
period of one year; Then, an alternative was developed that allows to reduce the energy
consumption of the Preschool Zone of the Agustiniano Suba School and based on it, a proposal
was made for an electricity grid powered by Photovoltaic Solar Energy, where the calculation of
the system was carried through an online simulator and a special guide in the calculation of
photovoltaic installations, and was later compared.
In addition, we considered the investment costs and the benefits of the implementation of
Photovoltaic Solar Energy in the Preschool Zone of the Agustiniano Suba School.
Keywords: Solar Energy, Energy Consumption, Photovoltaic System, Climatic Change
2 2. Resumen
En Colombia, durante muchos años las energías obtenidas de forma convencional, han
impactado desfavorablemente al medio ambiente, pues su emisión de Gases de Efecto
Invernadero- GEI aporta al calentamiento global y por ende al cambio climático; Es por ello, que
se hace necesario la obtención de energía de fuentes renovables, amigables con el ambiente y que
puedan suplir la demanda energética de la población. Por lo anterior, una de las fuentes que
cumple con dichas expectativas es el Sol, del cual se puede obtener energía solar mediante
paneles fotovoltaicos; Sin embargo, este tema no está muy desarrollado en el país.
Teniendo en cuenta lo anterior, en el presente trabajo de grado se desarrolla un Estudio de
Factibilidad para la Implementación de Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de Preescolar del
Colegio Agustiniano Suba; Con este estudio de caso, se busca aportar al tema de energía solar en
el país.
Este documento, comprende un diagnóstico inicial del lugar en cuanto a consumos energéticos
durante un periodo de un año; A continuación, se elaboró una alternativa que permita reducir los
consumos energéticos de la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba y con base en ella,
se elaboró una propuesta de red eléctrica alimentada con Energía Solar Fotovoltaica, donde se
llevó a cabo el cálculo del sistema mediante un simulador On-line y una guía especial en el
cálculo de instalaciones fotovoltaicas, y posteriormente se realizó su comparación.
Adicional, se contemplaron los costos de inversión y los beneficios que tendría la
implementación de Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano
Suba.
Palabras Claves: Energía Solar, Consumo Energético, Sistema Fotovoltaico, Cambio Climático
3 3. Introducción
Durante muchos años el uso de energías convencionales, ha traído consigo el desarrollo de la
sociedad; Sin embargo, estas energías se agotan e impactan desfavorablemente al ambiente ya
que emiten Gases de Efecto Invernadero – GEI, que se acumulan en una capa por debajo de la
atmósfera, lo que impide la salida de la radiación infrarroja proveniente del sol, provocando
aumentos en la temperatura y por consiguiente cambios en el clima.
En Colombia, actualmente se hace uso de energías que provienen de fuentes convencionales
como es el caso de Hidroeléctricas y Termoeléctricas, para satisfacer la demanda energética del
país, en especial de las grandes ciudades como Bogotá. Esta forma de producción energética,
está aportando al cambio climático, debido a que generan emisiones de Gases de Efecto
Invernadero en grandes cantidades; En los último años se ha evidenciado el impacto del cambio
climático en Colombia, un ejemplo claro son los periodos de lluvia y sequía que se presentan en
épocas del año donde estos fenómenos no han sido previstos; Otro ejemplo, es el derretimiento
de las zonas glaciales del país a causa del aumento en la temperatura.
Tal situación ha impulsado a la realización de estudios para encontrar otras fuentes energéticas
que sean renovables, inagotables y amigables con el ambiente, que permitan dar una alternativa
de solución que satisfaga la demanda energética de la sociedad y a su vez contribuya a la
mitigación de la problemática del cambio climático.
Entre estas fuentes alternativas encontramos al sol, del cual se puede captar la energía solar para
transformarla en energía eléctrica, mediante la instalación de un sistema fotovoltaico. Este tipo
de tecnología, permite que en cualquier parte del país se implemente ya que existe el potencial
energético.
En el presente documento se llevará a cabo una metodología de tipo cuantitativa, en la que
4
se tendrá en cuenta el método deductivo, partiendo de la problemática principal que es el cambio
climático generado por el calentamiento global, a causa de los Gases de Efecto Invernadero, que
emiten las energías de tipo convencional y se centrará a un estudio de caso, donde se llevará a
cabo una recopilación de información documental para determinar la factibilidad de la
implementación de energía solar fotovoltaica en la zona de Preescolar del Colegio Agustiniano
Suba, ubicado en el noroccidente de Bogotá; Con esto, se busca brindar una solución viable para
que la institución educativa disminuya los gastos monetarios en energía eléctrica y además pueda
hacer uso de una energía más amigable con el ambiente, teniendo en cuenta que el impacto
ambiental de este tipo de tecnología, es mínimo, en comparación con la energía convencional.
5 4. Planteamiento del Problema
El desarrollo de las ciudades ha traído consigo el crecimiento poblacional, lo que a su vez crea
una mayor demanda energética, siendo sus principales fuentes de obtención de la energía de tipo
convencional, donde priman los combustibles fósiles.
El uso de las energías convencionales y las actividades humanas, han contribuido a lo que se
conoce como el Cambio Climático que está siendo de gran impacto para todos los países, como
fue manifestado en el Cuarto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental de Expertos
Sobre El Cambio Climático (IPPC) publicado en el año 2007; Las energías convencional emiten
Gases de Efecto Invernadero – GEI, que se acumulan formando una capa que impide la salida
de radiación infrarroja, provocando un efecto en el aumento de la temperatura de la Tierra
conocido como Calentamiento Global, que conlleva a el cambio climático. Lo anterior, provoca
graves problemáticas ambientales como el derretimiento de los polos, aumento de los niveles del
mar, cambios en los ecosistemas, entre otros.
En muchas partes de Colombia, principalmente en Bogotá, se sigue haciendo uso energías
convencionales y esto lleva a que fuentes de energías renovables sean desaprovechadas como es
el caso del Sol.
En la Institución Educativa Colegio Agustiniano Suba, no se realiza el aprovechamiento de
fuentes renovables para el consumo energético, lo que contribuye a la problemática del Cambio
Climático.
6 5. Objetivos
5.1 Objetivo General
Estudiar la factibilidad para la implementación de energía solar fotovoltaica en la red eléctrica
de la zona de preescolar, del Colegio Agustiniano Suba.
5.2 Objetivos Específicos
Reconocer el sistema de alumbrado, los aparatos electrónicos y el consumo energético generado
en la zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
Cuantificar los costos de los elementos necesarios para la implementación de energía solar
fotovoltaica en la zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
Evaluar la factibilidad para la implementación de energía solar fotovoltaica en la zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
7 6. Marco Referencial
6.1 Marco Institucional
El Colegio Agustiniano Suba fue fundado bajo la Resolución 628 del 3 de junio de 1966, en ese
entonces recibió el nombre “Fabio Lozano Torrijos”. La institución ha tenido dos cambios en su
nombre, el primero fue en 1972 donde se le dio el nombre de “Colegio Parroquial San Agustín
de Suba”, y el segundo fue en 1984 donde mudó nuevamente de nombre, llamándose “Colegio
Agustiniano Suba”, tal como hoy se le conoce.
En el año 1984 la comunidad estudiantil pasa a ser de tipo mixto, con jornadas mañana y tarde.
Actualmente el colegio es de jornada única y atiende aproximadamente 1613 estudiantes (Desde
preescolar hasta grado once), en su horario que va de 6:30 a.m. a 2:30 p.m. (ver figura 1, figura2,
figura 3); La institución educativa se encuentra certificada en norma ISO 9001 con vigencia
hasta el año 2018 (Colegio Agustiniano Suba, s.f.), cuenta con servicios administrativos,
cafetería, enfermería, salones de música, salones de sistemas, salones de inglés, laboratorios de
química, laboratorios de física, parqueadero, zona verde y zona recreativa.
Figura 1. Instalaciones de la zona de primaria.
Fuente: Autor.
8
Figura 2. Instalaciones de la zona de Bachillerato.
Fuente: (Orden de Agustinos Recoletos Provincia Nuestra Señora de la Candelaria, 2017)
Figura 3. Instalaciones de la zona de Preescolar.
Fuente: Autor.
6.2 Marco Geográfico
El Colegio Agustiniano Suba se encuentra ubicado en el noroccidente de Bogotá, Localidad de
Suba (11), barrio Suba Urbano, en la dirección Carrera 90 # 146 C – 40; La institución limita por
el norte con la Iglesia la Inmaculada concepción, por el oriente con la Universidad Agustiniana
Sede Suba, por el sur con la Notaria 59 y por el occidente con el Parque central de Suba. Las
principales vías de acceso al lugar son la Calle 147 y la Carrera 90 con Calle 146C (Ver Figura
4).
9
Figura 4. Ubicación del Colegio Agustiniano Suba.
Fuente: (Google, 2016)
6.3 Marco Conceptual
6.3.1 Energías Renovables.
Las energías renovables, son energías que se obtienen de fuentes consideradas inagotables que
son transformadas en electricidad, calor, entre otros, por medio de instalaciones tecnológicas,
para que se dé un posterior uso.
Las energías renovables son también conocidas como energías no convencionales o energías
alternativas, debido a que sus fuentes de obtención no son utilizadas comúnmente.
Entre estas energías encontramos: La eólica, mareomotriz, geotérmica, solar, biomasa, entre
otras (Cuervo García & Méndez Muñoz, 2012).
6.3.2 Energía Solar.
Este tipo de energía tiene como fuente el Sol, el cuál proporciona su energía por medio de la
radiación solar que es un fenómeno generado por las reacciones químicas que allí se producen,
liberando energía que puede ser transmitida en el vacío en forma de radiación electromagnética
(“Definición de Radiación Solar”,2016).
10 Existen tres tipos de radiación Solar:
1. Radiación directa: Proporciona mayor energía ya que no posee cambios al ingresar a la
superficie terrestre.
2. Radiación difusa: Presenta obstáculos debido a la nubosidad, polución o partículas
contenidas en la atmósfera, lo que ocasiona su desviación.
3. Radiación reflejada: Es la energía que proviene del Sol, que al chocar con la superficie
terrestre rebota o se refleja.
“La cantidad de radiación solar que llega a la Tierra depende de situaciones tales como:
1. Distancia de la Tierra al Sol
2. Angulo de radiaciones para entrar a la atmósfera
3. Rotación y traslación de la Tierra” (“Definición de Radiación Solar”,2016).
Según el Atlas de Radiación Solar elaborado por la Unidad de Planeación Minero Energética-
UPME para el año 2015, Bogotá cuenta con una radiación solar promedio multianual de 3.5 a 4.0
kWh/m^2 ("Mapas de Radiación Solar Global Sobre Una Superficie Plana", 2015).
Para poder aprovechar esta energía, se utilizan instalaciones con diferentes dispositivos
tecnológicos que permitan captar la radiación solar para su posterior transformación y uso.
La principal ventaja que posee es su bajo índice de contaminación, su remuneración a largo plazo
y su naturaleza inagotable (Amaya Caicedo, & Ramos Olaya, 2010).
6.3.3 Sistemas Fotovoltaicos.
Los sistemas fotovoltaicos son un conjunto de dispositivos que permiten realizar la captación de
la energía solar, para luego transformarla en energía eléctrica y posteriormente darle uso.
11 6.3.3.1 Tipos de Sistemas Fotovoltaicos
Sistemas aislados: Estos sistemas son implementados para suplir la demanda del servicio
de energía eléctrica, en lugares donde no se encuentra red eléctrica pública, o es
de difícil el acceso (ver figura 5).
Estas instalaciones son totalmente independientes a la red pública de electricidad. Los
componentes de este sistema son:
Módulos fotovoltaicos: Por medio de este, se capta la energía solar y
se transforman en energía eléctrica.
Regulador de carga: Este dispositivo permite proteger a los acumuladores de un exceso
de carga y de descarga.
Sistema de acumulación: Almacena la energía para que pueda ser utilizada en los días
nublados.
Inversor: Transforma la corriente continua (cc) en corriente alterna (ac).
Elementos de protección del circuito: Protegen la de elementos en caso de sobrecargas
en el sistema.
Figura 5. Componentes del Sistema Fotovoltaico Aislado de la Red.
Fuente: (Cenit Solar, 2004)
Sistemas con conexión a red: Estos sistemas están conectados a la red pública
de distribución de la energía eléctrica; No cuentan con baterías ya que la energía del sol
12 se canaliza y se distribuye a toda la red eléctrica inmediatamente. Este sistema posee
los siguientes componentes:
Módulos fotovoltaicos: Por medio de este, se capta la energía solar y
se transforman en energía eléctrica.
Inversor para la conexión a la red: Transforma la corriente continua en corriente
alterna.
Elementos de protección del circuito: Protegen la de elementos en caso de sobrecargas
en el sistema.
Contador de energía: Mide la energía producida por el sistema fotovoltaico durante el
tiempo de funcionamiento.
Sistemas híbridos: Se considera sistemas híbridos a aquellos que incorporan diferentes
fuentes de generación de la energía eléctrica en uno solo; Esto
para aprovechar al máximo la generación de energía y evitar variables que afecten
el aprovechamiento de dicha energía.
6.3.3.2 Elementos Generales de los Sistemas Fotovoltaicos.
6.3.3.2.1 Panel Solar fotovoltaico
Los paneles solares fotovoltaicos permiten realizar la captación de la energía solar, para luego
ser convertida en energía eléctrica; Están conformados por un conjunto de celdas solares que son
placas que tiene un material semiconductor, usualmente cristales de silicio, que se encuentran
conectadas entre sí.
El funcionamiento de los paneles solares fotovoltaicos se da, mediante procesos químicos que se
generan en las celdas solares, donde se realiza el dopaje del silicio para darle cargas positivas o
negativas, mediante la adición de boro o fósforo; En este proceso se forma un campo eléctrico
13 disponiendo de las cargas para la formación de energía eléctrica, cuando las celdas solares son
expuestas a la radiación solar.
Tipos de Paneles Solares Fotovoltaicos: Los Paneles Solares se pueden clasificar de acuerdo a:
1. Material de los semiconductores del Panel Solar Fotovoltaico: La eficiencia de los
paneles solares se encuentra muy relacionado con la pureza del silicio; Entre más puro
éste sea, mejor convierte la energía solar (SitioSolar.com, 2013). De acuerdo a esto, los
paneles solares fotovoltaicos se dividen en:
Panel monocristalino de celdas de silicio: “Son formados por celdas solares, las cuales
se componen de un único cristal de silicio de alta pureza” (IM2 energía solar, 2016),
tiene una vida útil mayor a 25 años y tienen un buen funcionamiento en condiciones de
poca luz. Este tipo de panel es más costoso a diferencia de los paneles de policristalino y
son reconocidos ya que las esquinas de las celdas son en forma redondeada.
Panel policristalinos de celda de silicio: Son formados mediante la fundición del silicio,
que luego es llevado a un molde cuadrado donde se enfría y luego es cortado en láminas.
Debido a su proceso de fabricación y a que no contiene un silicio tan puro, este panel es
más económico y su eficiencia está entre el 13% al 16%.
2. Paneles de Capa Delgada: Formados por materias semiconductores como silicio
amorfo, Teluro de Cadmio, Arseniuro de Galio, Telurio de Cobre, entre otros
(Sitiosolar.com, 2013). Su fabricación es sencilla, tienen baja eficiencia, es de bajo costo
y se degradan más rápidamente
6.3.3.2.2 Regulador de Carga
Este dispositivo cumple la función de controlar la entrada de carga a las baterías, para evitar
sobrecargas y descargas que puedan afectar su vida útil. El proceso que realiza es: Cuando la
14 batería se encuentra cargada, el regulador abre la conexión entre los paneles solares
fotovoltaicos y la batería para evitar sobrecargas. Si por el contrario la batería se está
descargando, el regulador permite el paso de la carga a las baterías para evitar una descarga total.
6.3.3.2.3 Batería
Las baterías cumplen la función acumular carga para suplir la demanda en momentos que se
presenten variaciones en la captación de los paneles solares y ocasione un funcionamiento
inadecuado del sistema fotovoltaico. En el mercado existen diferentes tipos de baterías; Sin
embargo las más utilizadas son las de plomo- acido.
6.3.3.2.4 Inversor
El inversor es un dispositivo electrónico que permite convertir la corriente continua proveniente
de los paneles solares fotovoltaicos, en corriente alterna. Este proceso permite el uso de la
corriente en los dispositivos electrónicos.
6.3.3.2.5 Caja para conexiones
La caja de conexiones es un contendor que permite alojar el cableado eléctrico y su distribución.
6.3.3.2.6 Balasto
El balasto es un instrumento electrónico que permite el paso de corriente necesaria para el
funcionamiento del alumbrado.
6.3.3.2.7 Lámpara
La lámpara es un aparato que convierte la energía eléctrica, en energía lumínica artificial. Las
lámparas están conectadas al balasto.
6.3.3.2.8 Cables
Los cables son hilos conductores que permiten el transporte de energía eléctrica en el sistema
fotovoltaico.
15 6.4 Marco Normativo
Ley 629 de 2000. Por medio de la cual se aprueba el “Protocolo de Kyoto de la Convención
Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático”, hecho en Kyoto el 11 de Diciembre
de 1997.
Ley 697 de 2001. Mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la energía, se
promueve la utilización de energías alternativas y se dictan otras disposiciones.
Ley 1665 de 2013. Por medio de la cual se aprueba el “Estatuto De La Agencia Internacional De
Energías Renovables - IRENA”, hecho en Bonn, Alemania, el 26 de enero de 2009.
Ley 1715 de 2014. Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no
convencionales al Sistema Energético Nacional.
Decreto 3683 de 2003. Por el cual se reglamenta la Ley 697 de 2001 y se crea una comisión
intersectorial.
Decreto 2143 de 2015. Por el cual se adiciona el Decreto Único Reglamentario del Sector
Administrativo de Minas y Energía, 1073 de 2015, en lo relacionado con la definición de los
lineamientos para la aplicación de los incentivos establecidos en el Capítulo III de la Ley 1715
de 2014.
16 7. Metodología
En la presente monografía se realizará una investigación de tipo cuantitativa, enfocada a la
recolección de datos numéricos, que permitan concluir y dar soporte a la factibilidad que podría
tener la implementación de paneles solares fotovoltaicos en la zona de preescolar del Colegio
Agustiniano Suba.
Para llevar a cabo dicha metodología, se va a tener en cuenta el método deductivo, donde el
punto de partida va a ser la problemática central que es el uso de energías convencionales en
Colombia y se particularizará a un estudio de caso, el cual consiste en estudiar a profundidad una
situación de la vida real, mediante la obtención de datos de fuentes cuantitativas y cualitativas,
para luego dar una posible solución (Martínez, 2006); Dicho caso se presenta en la zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, allí se evaluará la energía solar fotovoltaica como una
alternativa para dar solución a la problemática nombrada anteriormente.
Las fases a seguir en del método que se va a desarrollar son:
Fase 1. Diagnóstico: Por medio de la observación, planos de la red eléctrica y documentación
(facturas de consumo energético) de la institución, se conocerá la situación actual de la red
eléctrica de la zona Preescolar, para establecer cuánto es el consumo energético total de dicha
red.
Fase 2.Análisis de la información: Por medio de los datos del consumo que se genera en la
zona de Preescolar, se realizará una propuesta de ahorro y un planteamiento de una posible red
eléctrica alimentada con Energía Solar Fotovoltaica que abastezca el consumo requerido en la
red eléctrica.
Fase 3. Construcción del presupuesto para implementar Energía Solar Fotovoltaica y la
alternativa de bajo consumo en la red eléctrica dela zona de preescolar: Por medio de
17
cotizaciones, se elaborará un presupuesto para saber los costos de inversión necesarios para la
implementación de energía solar fotovoltaica en la red eléctrica de Preescolar.
Fase 4. Análisis costo – beneficio: Por medio de tablas y gráficas, se evaluará los beneficios que
tendrá la inversión tanto a nivel económico, social y ambiental.
18 8. Diagnóstico de la Red Eléctrica de la Zona de Preescolar del Colegio
Agustiniano Suba
8.1 Simbología para la interpretación del Esquema de consumo energético
Tabla 1
Simbología para interpretación del Mapa de Consumo Energético
SIMBOLOGÍA NOMBRE CARACTERÍSTICAS
Caja de tacos
Existente para la zona de preescolar
Tubo fluorescente Potencia por cada tubo de 32w
Tubo fluorescente Potencia por cada tubo de 48w
Tubo fluorescente Potencia por cada tubo de 98w
Televisor LG Potencia por televisor 120W
Grabadora SONY Potencia por cada grabadora 22W
Computador LENOVO Potencia 122W
Fuente: Autor
8.2 Esquema de Consumo Energético
Figura 6. Esquema de artefactos y red de iluminación actual, de la Zona de Preescolar.
Fuente: Autor
19 Tabla 2
Consumo Energético habitual de aparatos electrónicos de la Zona de Preescolar.
Aparato Cantidad Potencia
(W)
Horas
de uso
diario
Consumo
diario
(kWh)
Días de
consumo
mes
Consumo
mes (kWh)
Televisor LG 2 120 1 0,24 20 4,8
Grabadora SONY 2 22 1 0,04 20 0,8
Computador
LENOVO 1 150 6 0,9 20 18
Tubo Fluorescente 10 48 6 2,88 20 57,6
Tubo Fluorescente 8 96 6 4,60 20 92,1
Tubo Fluorescente 2 32 2 0,12 20 2,5
Total 25 468 22 8,8 20 176
Fuente: Autor
Tabla 3
Consumo Energético no habitual de aparatos electrónicos de la Zona de Preescolar del Colegio
Agustiniano Suba (Aplica a los meses Diciembre, Enero, Julio y Agosto).
Aparato Cantidad Potencia
(W)
Horas
de uso
diario
Consumo
diario
(kWh)
Días de
consumo
mes
Consumo
mes (kWh)
Televisor LG 2 120 0 0 20 0
Grabadora SONY 2 22 0 0 20 0
Computador
LENOVO 1 150 0 0 20 0
Tubo Fluorescente 10 48 3 1,44 20 28,8
Tubo Fluorescente 8 96 3 2,304 20 46,08
Tubo Fluorescente 2 32 1 0,064 20 1,28
Total 25 468 7 3,808 20 76,16
Fuente: Autor
20 8.3 Tablas del Consumo Energético y Costo Total Actual de la Zona de Preescolar del
Colegio Agustiniano Suba
Tabla 4
Consumo Energético Mensual de Preescolar, con respecto al Consumo Total Mensual del
Colegio Agustiniano Suba.
Mes
Consumo Total
Mensual
Colegio(kWh)
Consumo Mensual
Preescolar (%)
Septiembre (2015) 5518 3,18
Octubre(2015) 5678 3,09
Noviembre(2015) 4563 3,85
Diciembre(2015) 5168 1,47
Enero (2016) 5368 1,41
Febrero (2016) 3003 2,53
Marzo (2016) 5087 3,45
Abril(2016) 5112 3,44
Mayo (2016) 4840 3,63
Junio (2016) 4965 3,54
Julio (2016) 4452 1,71
Agosto(2016) 3585 2,12
Septiembre(2016) 5143 3,42
Promedio Anual 4806,30 2,83 Fuente: Autor
Nota: El Consumo Total Mensual Colegio (kWh) registrado en cada mes, se tomó de las facturas del servicio de
Energía Eléctrica Convencional que llega para todo el colegio, incluyendo a preescolar (Ver Anexo A, Anexo B,
Anexo C, Anexo D, Anexo E, Anexo F, Anexo G, Anexo H, Anexo I, Anexo J , Anexo K, Anexo L, Anexo M). El
Consumo Mensual Preescolar (%) se estableció mediante una regla de tres simple directa, teniendo en cuenta el
Consumo mes en kWh de la Tabla 2 (aplicada para los meses Febrero, Marzo, Abril, Mayo, Junio, Septiembre,
Octubre y Noviembre), el Consumo mes en kWh de la Tabla 3(aplicada en los meses de Diciembre, Enero, Julio y
Agosto) y el Consumo Total Mensual Colegio (kWh) de la Tabla 4. Consumo Mensual Preescolar (%)= (Consumo
mes kWh, *100)/ Consumo Total Mensual Colegio (kWh).
Para el Total Anual se realizó una sumatoria tanto de los Consumos Mensuales de Preescolar (%), como de los Consumos Totales Mensuales Colegio (kWh)
21 Tabla 5
Costo Energético Mensual de Preescolar, con respecto al Costo Energético Total del Colegio
Agustiniano Suba.
Mes Costo Total Mensual
del Colegio
Costo Mensual
Preescolar
Septiembre (2015) $2.562.610 $81.736
Octubre(2015) $2.684.320 $83.205
Noviembre(2015) $2.205.690 $85.076
Diciembre(2015) $2.509.790 $36.986
Enero (2016) $2.695.800 $38.247
Febrero (2016) $2.661.870 $67.508
Marzo (2016) $2.740.510 $94.816
Abril(2016) $2.740.510 $94.352
Mayo (2016) $2.591.110 $94.222
Junio (2016) $2.664.020 $94.435
Julio (2016) $2.333.160 $39.913
Agosto(2016) $1.847.630 $39.251
Septiembre(2016) $2.709.080 $92.708
Promedio Anual $2.534.315 $72.497
Total Anual $32.946.100 $942.458 Fuente: Autor
Nota: El Costo Total Mensual del Colegio($) registrado en cada mes, se tomó de las facturas del servicio de Energía
Eléctrica Convencional que llega para todo el colegio, incluyendo a preescolar (Ver Anexo A, Anexo B, Anexo C,
Anexo D, Anexo E, Anexo F, Anexo G, Anexo H, Anexo I, Anexo J , Anexo K, Anexo L, Anexo M). El costo
Mensual Preescolar ($) se estableció mediante una regla de tres simple directa, teniendo en cuenta el Consumo
Mensual Preescolar (%) de la Tabla 4 y el Costo Total Mensual del Colegio($) de la Tabla 5. Costo Mensual
Preescolar ($)= (Consumo Mensual Preescolar (%) * Costo Total Mensual del Colegio ($)) / 100
8.4 Análisis de los Consumos Energéticos Actuales
La facturación del servicio público de Energía Eléctrica del Colegio Agustiniano Suba,
pertenece al régimen tarifario de liberta regulada donde la empresa prestadora del servicio, que
en este caso es CODENSA, se acoge a las metodologías y criterios tarifarios que fija la comisión
reguladora de Energía y Gas – CREG. Este servicio público prestado al colegio es de tipo
comercial, con aportes del 20% del valor facturado; El consumo energético reflejado en los
recibos, pertenece a la totalidad del colegio, incluyendo a la zona de preescolar. A septiembre de
2016, el costo del kWh era de $438,70.
22 Teniendo en cuenta la Tabla 2, Tabla 3, Tabla 4 y Tabla 5, se evidencia que el mayor consumo
de Preescolar, con respecto al consumo total mensual del Colegio se da en el mes Noviembre con
un 3,8%, debido a las actividades culturales y extracurriculares que se realizan para cierre de
año. El anterior porcentaje correspondió a $81.736 del costo total facturado en el mes de
Noviembre del año 2015.
Los menores consumos en la zona de preescolar se evidencian en los meses de Diciembre,
Enero, Julio y Agosto (ver Tabla 4), debido a que en estos meses es el periodo de vacaciones de
los estudiantes, por lo cual el uso de los artefactos eléctricos disminuye de 176 kWh- mes
(consumo habitual) a 76,16 kWh - mes. El costo facturado en estos meses varía entre $36.000 a
$40.000 aproximadamente de $2’534.315 que es el costo promedio anual facturado por el
Colegio Agustiniano Suba, Preescolar representa el 2,8%, es decir, $72.496 del costo promedio
anual.
8.5 Alternativa de Bajo Consumo Energético
Teniendo en cuenta los datos obtenidos anteriormente, se propone la alternativa de sustituir los
aparatos electrónicos y el sistema de alumbrado actual, por unos que sean de menor consumo y
que cumplan la misma función; Adicional a ello, que las horas de consumo energético del
sistema de alumbrado, se reduzcan a un 50%, así como se muestra en la Tabla 6.
23 Tabla 6
Ahorro energético con alternativa de bajo consumo.
Aparato Cantidad Potencia
(W)*
Horas
de uso
diario
Consumo
diario
(kWh- Día)
Días de
consumo
mes
Consumo mes
(kWh)
Televisor
Philips 42” 2 90 1 0,18 20 3,6
Reproductor
de DVD
Panasonic
2 11 1 0,02 20 0,44
Computador
LENOVO 1 150 6 0,9 20 18
Tubo LED
Sylvania 10 14 3 0,42 20 8,4
Tubo LED
Sylvania 8 14 3 0,33 20 6,72
Tubo LED
Sylvania 2 14 1 0,02 20 0,56
Total 25 293 15 1,88 20 37,72
Ahorro
(kWh - mes) 138,28
Ahorro
(%) 78,56
Consumo Anual con
alternativa (kWh) 452,64
Fuente: Autor
* La potencia (W) de cada aparato es determinada por las fichas técnicas de cada uno (Ver Anexo Q, Anexo R,
Anexo S y Anexo T.
El ahorro energético que se obtendría mediante la sustitución de los aparatos de menor consumo,
sería de 78,56% del valor actual, es decir, que el consumo aplicando la alternativa de ahorro
sería de 37,72 kWh al mes y de 452,64 kWh en el año. Con dicha alternativa, se disminuiría la
potencia a alimentar con energía solar fotovoltaica en 138,28 kWh -mes, la cantidad de cada
elemento requerido por el sistema fotovoltaico (paneles solares, inversores, baterías,
reguladores), y el costo total de la instalación fotovoltaica.
De igual forma, si únicamente se aplicara la alternativa de ahorro sin tener en cuenta el sistema
fotovoltaico, el impacto en la facturación del colegio sería favorable, puesto que disminuiría su
valor.
24 9. Propuesta de Red Eléctrica Alimentada con Energía Solar Fotovoltaica
para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba
9.1 Ecuaciones y cálculos para el diseño de la propuesta de red eléctrica alimentada con
Energía Solar Fotovoltaica
Para realizar el diseño de la propuesta, se utilizó la Alternativa de Bajo Consumo Energético
planteada en el numeral 8.5 (Ver Tabla 6), el Proceso de Cálculo de Instalaciones Solares
Fotovoltaicas (este documento pertenece al curso de energía solar fotovoltaica de la página web
Azarquieltecnologia) y el simulador web CalculationSolar.com.
9.1.1 Cálculos basados en el “Proceso de Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas”,
documento de la página web Azarquieltecnologia.
9.1.1.1 Necesidad del Usuario.
Tabla 7
Consumo Diario con Alternativa de bajo consumo.
Aparato Cantidad Potencia
(W)
Potencia
Total (W)
Tensión del
sistema (V)
Intensidad
(A)
Intensidad
Total (A)
Horas
de uso
diario
Ah
día
Energía
diaria
consumida
(Whd)
Televisor
LG- LED 2 90 180
24
3,75 7,5 1 7,5 180
Reproductor
de DVD
Phillips
2 11 22 0,45 0,92 1 0,91 22
Computador
LENOVO 1 150 150 6,25 6,25 6 37,5 900
Tubo LED
Sylvania 10 14 140 0,58 5,83 3 17,5 420
Tubo LED
Sylvania 8 14 112 0,58 4,66 3 14 336
Tubo LED
Sylvania 2 14 28 0,58 1,16 1 1,16 28
Total 25 293 632 12,20 26,33 15 395 1886
Fuente: Autor
25 De la Tabla 7 se obtienen los siguientes datos:
Potencia Total Máxima (Pmáx) = 632 W
Intensidad Total Máxima (Imáx) = 26,33 A (24V)
Energía calculada después del regulador, a 24V (Ec)= 1886 Whd
Ahora se aplicará la siguiente ecuación llamada Necesidad del Usuario (Nu), donde se aumenta
en un 20% a la Ec, como Factor de Seguridad, que reflejará las pérdidas que se puedan presentar
en el sistema por el cableado, la imprecisión en los datos, entre otras situaciones; Esto con el fin
de obtener un valor más realista para el diseño de la propuesta.
=2263,2 Wh-dia
Para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, se aplicó un Factor de Seguridad del
20%, obteniéndose un Nu= 2263,2 Wh-día
9.1.1.2 Pérdidas Totales del Sistema.
A continuación, se calculó el coeficiente de pérdidas totales con la siguiente ecuación:
( )
Donde,
Ka: Pérdida por Auto Descarga Diaria de la batería
Kb: Pérdida por el rendimiento de la batería
Ki: Perdida por el rendimiento del inversor
Kr: Pérdida por el rendimiento del regulador
Kx: Otras pérdidas por caídas de tensión, etc.
Da: Días de Autonomía de la batería
Pdes: Profundidad de descarga de la batería
26 Para el diseño de la propuesta, se tuvo en cuenta la corriente del sistema fotovoltaico que es
24V y las fichas técnicas correspondientes a cada elemento (Ver Anexo N, Anexo Ñ, Anexo O,
Anexo P).
Tabla 8
Especificaciones técnicas de la batería Mtek, de referencia MTI22500G 12V 250AH
Especificación Valor Unidad
de medida
Ciclos de profundidad 2000 ciclo
Profundidad de Descarga 70 %
Capacidad Nominal 250 Ah
Corriente Nominal 12 V
Auto Descarga 3 %
Rendimiento 5 %
Fuente: Adaptado de Ficha técnica batería Mtek, de referencia MTI22500G 12V 250AH
Tabla 9
Especificaciones técnicas del Inversor Sunny Boy, Referencia 4000TL
Especificación Valor Unidad de medida
Potencia Máxima 4000 W(cc)*
Tensión de Entrada Máxima 750 V (cc)*
Tensión de Salida 220 V (ac)*
Rendimiento Máximo 97 %
Fuente: Adaptado de Ficha Técnica Sunny Boy 4000LT, Pág. 3
*(cc): Corriente continua * (ac): Corriente Alterna
Tabla 10
Especificaciones técnicas del Regulador de Carga Blue Solar PWM light 12/24-30
Especificación Valor Unidad de
medida
Tensión Nominal de funcionamiento 12- 24 V (cc)
Corriente de carga nominal 30 A
Rendimiento 98 % Fuente: Adaptado de Ficha técnica Controladores de carga Blue Solar PWM Light 12/24V
27 A partir de la Tabla 8, Tabla 9 y Tabla 10, se determinaron los siguientes coeficientes
de pérdidas:
Ka: 3%= 0.03
Kb: 5%= 0.05
Kc: 3%= 0.03
Kr: 2%=0.02
Kx: 0,1
Da: 2 días
Pdes: 70%= 0,7
( )
=
Aplicando la ecuación de coeficiente de pérdidas totales, se obtiene un =0,73.
9.1.1.3 Paneles solares.
Luego, se calculó el consumo máximo ( ) que deben abastecer los paneles solares, mediante
la siguiente ecuación, donde se tuvo en cuenta los resultados del Nu y
Ahora, se calcula la Intensidad diaria máxima de nuestro sistema de la siguiente manera:
A continuación, se calculó la energía que puede suministrar el panel solar elegido con la
siguiente ecuación:
28 Donde,
: Energía suministrada por un Panel solar
: Potencia del Panel solar
: Hora Solar Pico
: Rendimiento del Panel solar
Tabla 11
Características del Panel Solar Fotovoltaico Jinko, referencia JKM320PP
Parámetro Sigla Unidad
de medida Valor
Potencia de salida Pp W 320
Rendimiento del panel Ƞp % 16,5
Intensidad en Pmáx Imp A 8,56
Intensidad en corto circuito Isc A 9,05
Longitud L mm 1956
Ancho A mm 992
Profundidad Prof mm 40
Peso - kg 26,5
Fuente: Adaptado de Ficha técnica Módulo Policristalino JKM320PP-72 305-320
Vatios
Teniendo en cuenta que, la Radiación Solar (Rs) en la ciudad de Bogotá se encuentra en un rango
de 4,0 a 4,5 KWh/ , según el Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono del IDEAM
(Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia , 2014); Se tomó el
valor de 4,0 KWh/ , teniendo en cuenta la fluctuación del tiempo atmosférico en Bogotá.
Con base en la Tabla 11 y los datos anteriores, se obtuvo que la Energía suministrada por un
panel de la marca Jinko, referencia JKM320PP de 320W de potencia, es de 1041,6 Wh- día.
29 Ahora, para saber la cantidad de paneles solares requeridos de esta referencia, para el sistema
fotovoltaico, se tuvo en cuenta el resultado del Cmáx y del Ep calculados anteriormente:
El sistema requiere de 3 paneles solares de la referencia nombrada anteriormente (Ver Tabla 11).
9.1.1.4 Baterías.
Para realizar el cálculo de la capacidad que deberían tener las baterías, se debe tener en cuenta el
Cmáx obtenido anteriormente, los días de autonomía (periodos de días sin sol), la profundidad de
descarga máxima esperada (P.e) y la tensión del sistema fotovoltaico, así:
Entonces, con base con en los siguientes datos:
: 250 Ah, batería de 12V
:
Da: 2 días
.e: 70%
: 24V
500 Ah
Evidentemente, la capacidad de las baterías que requiere el sistema para los dos días de
autonomía, es menor a la capacidad de las 2 baterías de 12V, escogidas.
30 9.1.1.5 Regulador.
Para saber la cantidad de reguladores requeridos por el sistema fotovoltaico, se tuvo en cuenta
los 3 paneles solares (anteriormente calculados), que serán conectados en paralelo y la intensidad
en corto circuito de cada panel solar (Ver Tabla 11); Adicional a esto, se aumenta un 30% de
capacidad para evitar daños en el regulador. Los anteriores datos se aplican a las siguientes
ecuaciones:
Donde,
: Intensidad total de paneles
: Intensidad del panel en corto circuito; 9,05 A (ver Tabla 11)
: Intensidad regulador requerido por el sistema
Para saber el número de reguladores requeridos por el sistema fotovoltaico, se aplicó la siguiente
ecuación:
Donde,
requerido por el sistema
Ahora, teniendo en cuenta la ficha técnica del regulador escogido (Ver Tabla 10) y el valor
calculado anteriormente, se obtienen los siguientes datos:
31
Por lo tanto, se obtiene que el sistema requiere de 1 regulador de 30 A, los cuales van a soportar
la intensidad total de los paneles solares.
9.1.1.6 Inversor.
Teniendo en cuenta la Tabla 9 y el Consumo máximo calculado anteriormente, se tienen los
siguientes datos:
Potencia de salida del inversor escogido ( = 4000W
Ahora, para dimensionar la potencia que requiere el inversor, se va aumentar en 25% el , de
la siguiente manera:
Para saber cuántos inversores de la referencia escogida (Ver Tabla 9), se utilizó la siguiente
ecuación:
=0,96
Por lo tanto, el sistema requiere de 1 inversor de 4000 W de potencia.
32 9.1.2 Cálculos con el simulador CalculationSolar.com.
Se realizó los cálculos del sistema fotovoltaico con un simulador On- Line, el cual generó el
siguiente reporte:
33
34
35
36
37
38 9.1.3 Comparación entre los cálculos realizados con el documento “Proceso de Cálculo
de Instalaciones Solares Fotovoltaicas (ISF) y los cálculos realizados con el simulador
CalculationSolar.com.
Tabla 12
Comparación entre los cálculos realizados con el Documento PDF, Proceso de Cálculo de
Instalaciones Solares Fotovoltaicas y los cálculos realizados por el simulador
CalculationSolar.com
Parámetro
Documento
Proceso de
Cálculo de ISF
Simulador Observaciones
Consumo
Real Diario
(Wh día),
después de
pérdidas
3100,2 2291,06
En el cálculo con el documento Proceso de
Cálculo de ISF, se tiene en cuenta un Factor de
seguridad del 20%, lo que genera una diferencia
entre los valores.
Coeficiente
de pérdidas
totales (%)
73 82,32
La diferencia entre los valores se presenta por
dos razones:
1. El simulador escoge de su base de datos los
convertidores, baterías y cableado, que mejor se
ajusten al sistema fotovoltaico. Sin embargo, la
base de datos no es completa con respecto a los
elementos nombrados anteriormente, presentes
en el mercado. Adicional, el simulador no
contempla la pérdida por el rendimiento de
reguladores, mientras que el Documento Proceso
de Cálculo de ISF, sí.
2. En el cálculo realizado con el Documento
Proceso de Cálculo de ISF, se buscó los
elementos que tuviesen mejores rendimientos y
de esta manera reducir las pérdidas del sistema
fotovoltaico.
Corriente
del sistema
(Ah Día)
129,17 95,46
Existen una diferencia entre un valor y el otro,
teniendo en cuenta que dependen del Consumo
Real Diario calculado con el Documento Proceso
de Cálculo de ISF y con el simulador; Ya que en
el primero se tiene en cuenta un factor de
seguridad.
N° Paneles
Solares 3 2
La diferencia existente entre los dos valores se
da, porque:
1. El Consumo Real Diario es mayor en el
cálculo del Documento Proceso de Cálculo de
39
ISF, que en el simulador porque se considera
el Factor de Seguridad del 20%.
2. Con respecto al Consumo Real Diario
calculado, en el Documento Proceso de Cálculo
de ISF, se utilizó un Panel Solar de 320W de
potencia; Mientras que el simulador escogió un
Panel Solar de 230W de potencia con respecto al
Consumo Real Diario calculado por el sistema
del simulador.
Baterías 2 12
Para el cálculo de las baterías con el Documento
Proceso de Cálculo de ISF, se buscó una batería
de 12Vcon capacidad nominal de 250Ah, de la
cual el sistema fotovoltaico requeriría de 2
baterías, para completar la potencia requerida
por el sistema (24V) y que al mismo tiempo, la
capacidad nominal de las baterías escogidas,
fuera mayor a la capacidad de baterías que
requiere el sistema.
Para el cálculo realizado con el simulador, el
sistema seleccionó de la base de datos una
batería de 2V, la cual tiene una capacidad
nominal de 527 Ah; Necesitando 12 baterías para
completar el sistema de 24V. El informe
generado por el simulador, muestra que la
capacidad nominal de las baterías, son excesivas
para el sistema fotovoltaico.
Regulador 1 1
En el Documento Proceso de Cálculo de ISF, se
considera un 10% adicional de la Intensidad
proporcionada por los paneles solares y se
escoge un regulador de 30A.
En el simulador, el sistema seleccionó un
regulador de 30A.
Inversor 1 2
La variación entre la cantidad de inversores se da
por: La diferencia en el Consumo Real Diario y
el tipo de inversor escogido.
En el caso del cálculo de inversores con el
Documento Proceso de Cálculo de ISF, se utilizó
un inversor de 4000W, que satisface la potencia
del inversor que requiere el sistema.
Mientras que en el simulador, el sistema escogió
un inversor de 800W.
Fuente: Autor
40
Teniendo en cuenta la comparación realizada en la tabla anterior, se optó por utilizar los
cálculos realizados con el Documento Proceso de Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas,
puesto que toma un Factor de Seguridad que permite obtener unos datos más confiables y que se
adaptan a la realidad de la zona de preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
41 9.2 Ubicación de red eléctrica alimentada con Energía Solar Fotovoltaica para la Zona
de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
El Sistema fotovoltaico propuesto, se ubicaría como se muestra en la figura 7 y figura 8. Las
baterías, inversor y regulador se situarán en uno de los salones que se encuentra fuera de uso y
con acceso al público restringido; Con lo anterior, se busca proteger los dispositivos de agentes
externos y posibles accidentes con los estudiantes ubicados en la Zona de Preescolar del Colegio
Agustiniano Suba. En cuanto al abastecimiento energético, se realizará la conexión del sistema
fotovoltaico a la caja de conexiones que actualmente tiene la red eléctrica, desconectando la
acometida de la red eléctrica de tipo convencional y en dicho lugar se conectará la acometida de
la energía que va a proporcionar el sistema fotovoltaico.
42
Figura 7. Esquema propuesto de red eléctrica alimentada con Energía Solar Fotovoltaica para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
Fuente: Autor
43
Figura 8. Dimensiones del Sistema Fotovoltaico propuesto para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba.
Fuente: Autor.
44 10. Presupuesto de Inversión para Implementar Energía Solar Fotovoltaica y la
Alternativa de Bajo consumo
Tabla 13
Costos de Inversión en Energía Solar
Elemento del
Sistema Cantidad
Valor por
Unidad Subtotal
Panel Solar 320W 3 $750.000 $2.250.000
Regulador de Carga
24V – 30A 1 $325.000 $325.000
Inversor
24V – 4000W 1 $4.434.000 $5.084.000
Batería 12V- 250Ah 2 $1.250.000 $2.500.000
Accesorios y
cableado N.A $ 350.000 $350.000
Total con IVA incluido del 19% $10.509.000 Fuente: Vivasolar Colombia y Energía y Movilidad S.A.S (2017)
Tabla 14
Costos de Inversión en sustitución de aparatos electrónicos de menor consumo
Aparato Electrónico Cantidad Valor por Unidad Subtotal
Televisor Philips 42” 2 $1.199.000 $2.398.000
Reproductor de DVD
Panasonic 2 $249.000 $498.000
LED Sylvania 20 $33.000 $660.000
Total de inversión en aparatos Electrónicos $3.556.0000 Fuente: Cellconexion Technology S.A.S
Alkosto y Homecenter (2017)
En la tabla 13, se refleja los valores de cada elemento requerido por el sistema fotovoltaico y sus
valores correspondientes, los cuales fueron definidos con base en las cotizaciones realizada a la
empresas Vivasolar Colombia y a la empresa Energía y Movilidad S.A.S.; Sin embargo, estos
valores pueden variar de acuerdo a la empresa, donde se realice la cotización.
El Costo que tendría la implementación de Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de Preescolar
45 del Colegio Agustiniano Suba sería de $10.509.000; En la Tabla 13, no se contempla el costo
de mano de obra, debido a que el colegio tiene contratado un electricista de tiempo completo,
quien realizaría la instalación del sistema.
La sustitución de los aparatos electrónicos y el sistema de alumbrado tendría un costo de
inversión de $4.894.0000, como se refleja en la Tabla 14. Los anteriores valores pueden variar de
acuerdo a la empresa, donde se realice la cotización.
En total la inversión que se realizaría teniendo en cuenta el sistema fotovoltaico y la sustitución
de aparatos electrónicos, sería de $14.065.000.
46 11. Análisis Costo- Beneficio
El análisis Costo – Beneficio, es un instrumento financiero que permite ver la relación existente
entre los costos y beneficios de la implementación de la Energía Solar en la red eléctrica de la
Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba; Pues con esto, se respondería a la pregunta,
¿Es factible implementar Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de Preescolar de Colegio
Agustiniano Suba?
11.1 Beneficio Económico
Tabla 15
Costo Total de Inversión (Incluye la inversión en Energía Solar e inversión en la alternativa de
Bajo Consumo)
Costo Valor a 2017
Costo Total de la inversión para 25 años; Tiempo máximo de vida
de los paneles solares (incluye inversión en Energía Solar e
inversión en la alternativa de bajo consumo)
$14.065.000
Costo Anual de Inversión $562.600
Fuente: Autor
Nota: El valor del Costo Total de inversión para 25 años, es el resultado de la sumatoria de los costos de Inversión
en Energía Solar y los Costos de inversión en sustitución de aparatos electrónicos.
Tabla 16
Costo de Facturación Convencional para preescolar
Costo Valor a 2016
IPC
Marzo 2017
Valor Actualizado
a 2017
Costo Total de facturación
a 25 años
$23.561.450
136,75
$25.543.272
Costo Anual de
Facturación
$942.458
$1.021.731
Fuente: Autor
Nota: El Costo Anual de facturación se tomó de la Tabla 5; El Costo Total de Facturación a 25 años se calculó
multiplicando el Costo Anual de Facturación (Ver Tabla 5), por 25 que sería el número de años que tiene de vida
los paneles solares.
47 Tabla 17
Costo Total de Inversión proyectado (Incluye la inversión en Energía Solar e inversión en la
alternativa de Bajo Consumo)
Año Variación
Anual
IPC
Proyectado
Costo Total de
inversión a 25
años Proyectado
Costo Anual de
Inversión Proyectado
0 2017
2,6%
136,75 $14.065.000 $562.600
1 2018 140,31 $14.430.690 $577.228
2 2019 143,95 $14.805.888 $592.236
3 2020 147,70 $15.190.841 $607.634
4 2021 151,54 $15.585.803 $623.432
5 2022 155,48 $15.991.034 $639.641
6 2023 159,52 $16.406.801 $656.272
7 2024 163,67 $16.833.377 $673.335
8 2025 167,92 $17.271.045 $690.842
9 2026 172,29 $17.720.092 $708.804
10 2027 176,77 $18.180.815 $727.233
11 2028 181,36 $18.653.516 $746.141
12 2029 186,08 $19.138.507 $765.540
13 2030 190,92 $19.636.109 $785.444
14 2031 195,88 $20.146.647 $805.866
15 2032 200,97 $20.670.460 $826.818
16 2033 206,20 $21.207.892 $848.316
17 2034 211,56 $21.759.297 $870.372
18 2035 217,06 $22.325.039 $893.002
19 2036 222,70 $22.905.490 $916.220
20 2037 228,49 $23.501.033 $940.041
21 2038 234,43 $24.112.060 $964.482
22 2039 240,53 $24.738.973 $989.559
23 2040 246,78 $25.382.187 $1.015.287
24 2041 253,20 $26.042.124 $1.041.685
25 2042 259,78 $26.719.219 $1.068.769 Fuente: Autor
Nota: El valor de la variación anual, corresponde al promedio de la variación anual del IPC al mes de marzo
registrados por el Departamento Nacional de Estadísticas – DANE, en los últimos 3 años.
48 Tabla 18
Costo de Facturación para preescolar proyectado
Año Variación
Anual
Costo Anual de
Facturación Proyectado
0 2017
10%
$942.458
1 2018 $1.036.704
2 2019 $1.140.374
3 2020 $1.254.412
4 2021 $1.379.853
5 2022 $1.517.838
6 2023 $1.669.622
7 2024 $1.836.584
8 2025 $2.020.242
9 2026 $2.222.267
10 2027 $2.444.493
11 2028 $2.688.943
12 2029 $2.957.837
13 2030 $3.253.621
14 2031 $3.578.983
15 2032 $3.936.881
16 2033 $4.330.569
17 2034 $4.763.626
18 2035 $5.239.989
19 2036 $5.763.987
20 2037 $6.340.386
21 2038 $6.974.425
22 2039 $7.671.867
23 2040 $8.439.054
24 2041 $9.282.959
25 2042 $10.211.255
Total Facturación en
25 años $102.899.228
Fuente: Autor
Nota: El valor de la variación anual, corresponde al porcentaje de crecimiento de los costos para preescolar entre el
año 2015 y 2016.
Ahora, teniendo en cuenta la Tabla 15, la Tabla 16, Tabla 17 y Tabla 18, se realizó el cálculo
del beneficio económico de la siguiente manera:
49 Beneficio Neto en 25 años ( )
B =
B =$102.899.228- $ 26.042.124= $76.180.009 (Ahorro 74%)
Beneficio Neto Anual (BNA)
Relación Beneficio/Costo
B/C > 1 implica que los ingresos son menores que los egresos, entonces el proyecto es
aconsejable.
Recuperación de la inversión
Tabla 19
Recuperación de la inversión en el tiempo
Año IPC Inversión
0 2017 136,75 $14.065.000,00
1 2018 139,49 $13.393.986,20
2 2019 142,27 $12.521.491,74
3 2020 145,12 $11.517.509,98
4 2021 148,02 $10.368.007,42
5 2022 150,98 $9.057.529,54
6 2023 154,00 $7.569.058,29
7 2024 157,08 $5.883.855,44
8 2025 160,22 $3.981.290,12
9 2026 163,43 $1.838.649,26
10 2027 166,70 $(569.071,09)
11 2028 170,03 $(3.269.395,17)
12 2029 173,43 $(6.292.620,01)
13 2030 176,90 $(9.672.093,03)
14 2031 180,44 $(13.444.517,58)
15 2032 184,05 $(17.650.288,89)
16 2033 187,73 $(22.333.863,71)
17 2034 191,48 $(27.544.166,94)
50
Fuente: Autor
Figura 9. Recuperación de la inversión total (implementación de Energías Solar Fotovoltaica e implementación de
la alternativa de bajo consumo).
Fuente: Autor
18 2035 195,31 $(33.335.038,83)
19 2036 199,22 $(39.765.727,02)
20 2037 203,20 $(46.901.427,71)
21 2038 207,27 $(54.813.881,02)
22 2039 211,41 $(63.582.025,88)
23 2040 215,64 $(73.292.720,36)
24 2041 219,95 $(84.041.534,12)
25 2042 224,35 $(95.933.620,10)
51
Tabla 20
Flujo Neto de efectivo Proyectado
Inversión
Tasa de
Descuento
Flujo Neto de Efectivo
Proyectado
5%
Ahorro
-$ 26.719.218,77
Año 0 $379.858
Año 1 $459.476
Año 2 $548.139
Año 3 $646.778
Año 4 $756.421
Año 5 $878.197
Año 6 $1.013.350
Año 7 $1.163.249
Año 8 $1.329.401
Año 9 $1.513.463
Año 10 $1.717.261
Año 11 $1.942.802
Año 12 $2.192.297
Año 13 $2.468.176
Año 14 $2.773.117
Año 15 $3.110.063
Año 16 $3.482.253
Año 17 $3.893.254
Año 18 $4.346.987
Año 19 $4.847.768
Año 20 $5.400.345
Año 21 $6.009.942
Año 22 $6.682.308
Año 23 $7.423.766
Año 24 $8.241.274
Año 25 $9.142.487
Fuente: Autor
Nota: La Tasa de descuento pertenece a la del mercado actual, el Flujo Neto de Efectivo Proyectado se calculó
restando el costo de facturación y el costo de inversión anual proyectado
Valor Actual Neto (VAN) = $ 7.019.866
Tasa Interna de Retorno (TIR)= 6%
52 Luego de realizar el análisis financiero, se concluye que es factible la implementación de
energía solar fotovoltaica y la alternativa de bajo consumo en la zona de preescolar del Colegio
Agustiniano Suba, ya que se obtendría un Beneficio Neto en 25 años (vida útil del proyecto) del
74% y anualmente un Beneficio Neto aproximadamente del 3%, con una Tasa Interna de
Retorno del 6% y Valor Anual Neto de $7.019.866. También se concluye, que la recuperación de
la inversión se realizaría a largo plazo, en un tiempo de 9 años (Ver figura 9), sí se aportara a la
deuda el Costo Anual de Facturación Proyectado ($) (Ver Tabla 18), que sería un valor igual al
costo anual que se paga por la energía convencional, pero se amortizaría al sistema fotovoltaico
que a partir del año 10 empieza a generar ganancia hasta el año 25.
11.2 Beneficio Ambiental
A continuación, se calculará el beneficio ambiental mediante la adaptación de la ecuación para
calcular las emisiones totales de CO2 en la generación de energía, del documento de la UPME
titulado “FACTORES DE EMISION DEL S.I.N. SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL
COLOMBIA 2013”.
Nota: El Factor Marginal de emisiones de Gases de Efecto Invernadero – GEI a 2016 es de 0,401 Ton C02/MWh
(UPME, 2016)
11.2.1 Emisiones de CO2 con el Sistema Fotovoltaico
Electricidad Generada en la vida útil del proyecto= Producción anual de energía con
alternativa de bajo consumo * 25 años
53
11.2.2 Emisiones de CO2 con Energía Convencional
Electricidad Convencional Generada en 25 años = Consumo Energético convencional
anual * 25 años
Convencional
Reducción de Emisiones de CO2 implementando el sistema fotovoltaico
Reducción de CO2 = ETGC- ETGP=
Teniendo en cuenta los cálculos realizados en los numerales 11.2.1 y 11.2.2, se concluye que
impacto ambiental en cuanto a emisiones de CO2 que tendría la generación de energía eléctrica
con el sistema fotovoltaico, durante los 25 años de vida útil del proyecto, sería de 4,63 Ton CO2,
lo que representaría una reducción del 78%, en comparación con la emisión total de CO2 del
sistema convencional en 25 años. Por lo anterior, el proyecto es viable a nivel ambiental, puesto
que con la implementación del sistema fotovoltaico, se dejaría de emitir 16,54 Ton CO2 durante
25 años, contribuyendo a la mitigación del cambio climático y el desarrollo sostenible del país.
Adicional, el Colegio sería un modelo para los posibles proyectos que se realicen a futuro a nivel
local, a nivel departamental y a nivel nacional en el país.
54 12. Resultados
A continuación, se reúnen los resultados obtenidos por el estudio de factibilidad realizado para la
Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, teniendo en cuenta los objetivos planteados en
el presente documento:
En la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, el consumo energético es de
176 kWh- mes, lo que representa aproximadamente un 2,86% del consumo total de la
institución. Sin embargo, en los meses de Diciembre, Enero, Julio y Agosto, los
consumos energéticos disminuyen considerablemente a 76,16 kWh- mes.
Se propone una alternativa de bajo consumo, mediante la sustitución de los aparatos
electrónicos y el sistema de alumbrado, por otros que realicen la misma función y que su
consumo energético sea mucho menor al de los actuales. Adicional, se propone que en los
Tubos LED, se disminuya el tiempo de uso diario (Ver Tabla 6).Con dicha alternativa, el
ahorro sería del 78,56%, es decir, el consumo energético sería de 37,72 kWh en el mes y
452,64 kWh en el año.
Se realizó los cálculos para el diseño de una red eléctrica alimentada por Energía Solar
Fotovoltaica con la propuesta de alternativa de bajo consumo, mediante el “Proceso de
Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas” (Documento del sitio web
Azarquieltecnologia) y un simulador On- line llamado CalculationSolar.com; Al realizar
la comparación entre los dos cálculos, se evidencia que el Proceso de Cálculo de
Instalaciones Solares Fotovoltaicas, es más exacto que el simulador, puesto que toma un
factor de seguridad adicional del 20% que permite expresar un valor más real en cuanto
al consumo energético que requiere la zona. Por lo anterior, se tuvo en cuenta los
55 resultados arrojados por el Proceso de Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas,
que para el sistema fotovoltaico a 24V son los siguientes:
- 3 Paneles Solares de 320W, conectados en paralelo
- 2 Baterías de 12V y 250Ah cada una
- 1 Regulador de 30A
- 1 Inversor de 4000W
- Cables y Accesorios
Adicional, en la Figura 7 se propone una posible ubicación para la instalación de los
elementos del sistema fotovoltaico, en uno de los salones que se encuentra fuera de uso.
Mediante la cotización se obtuvo que el implementación de Energía Solar Fotovoltaica
para la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, tendría un costo de
$14.065.000 (Este costo puede variar con respecto al Índice de Precios al Consumidor -
IPC).
En el Análisis Financiero, se evidencia que la implementación de Energías Solar
Fotovoltaica es factible, pues los egresos son menores a los ingresos, con un Beneficio
Neto en 25 años del 74% y la recuperación de la inversión se daría en un periodo de 9
años, teniendo en cuenta que la vida útil del sistema es de 25 años.
La implementación de la Energía Solar Fotovoltaica en la Zona de Preescolar del Colegio
Agustiniano Suba, emitiría aproximadamente 17 Ton CO2 menos de Gases de Efecto
Invernadero en 25 años, comparado con la Energía de tipo convencional.
56 13. Análisis de Resultados
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos se realiza el siguiente análisis:
Consumo Energético
Los consumos energéticos actual de preescolar durante los meses de Diciembre, Enero, Julio y
Agosto, presentan una disminución debido a que los estudiantes se encuentran en periodo de
vacaciones, por lo cual los aparatos electrónicos no son utilizados y se reduce el tiempo de uso
del sistema lumínico del lugar, en un 50%. Teniendo en cuenta lo anterior, se propone una
alternativa de ahorro donde se disminuye en más de un 70% el consumo energético de la Zona
de Preescolar; La sustitución por Tubos LED y la reducción en el tiempo de uso, contribuyen en
gran medida al ahorro energético, debido a que representa la mayor cantidad en de la totalidad
de aparatos electrónicos presentes en el lugar. Adicional, la alternativa de bajo consumo tendría
un impacto favorable ya que solo con su implementación, sin tener en cuenta la implementación
del sistema fotovoltaico, se obtendría un ahorro significativo en la facturación de energía de tipo
convencional.
Por otra parte, la reducción del consumo energético y el uso del sistema fotovoltaico
contribuirían a mitigar la problemática del cambio climático, ya que el colegio dejaría de emitir
aproximadamente 78% menos de GEI durante 25 años.
Cantidad y Costo de Elementos Necesarios para el Sistema Fotovoltaico
La cantidad y costos de elementos requeridos para la implementación de Energía Solar
Fotovoltaica en la Zona de Preescolar, son directamente proporcionales al consumo energético
del lugar; Por tal razón, es necesarios que se lleve a cabo una alternativa de bajo consumo, ya
que de esta forma la cantidad de elementos requeridos por el sistema fotovoltaico sería menor,
disminuyendo los costos y aumentado el ahorro económico. Es importante aclarar, que los costos
57 de los elementos del sistema fotovoltaico y los costos de inversión en aparatos electrónicos y
Tubos LED de bajo consumo, varía año a año con el Índice de Precios al Consumidor- IPC.
Factibilidad del proyecto
La implementación de Energía Solar y la alternativa de bajo consumo en la Zona de Preescolar
del Colegio Agustiniano Suba, es factible, pues el beneficio monetario es significativo y se
obtendría a partir del año 10, hasta el año 25. Ahora, teniendo en cuenta los resultados obtenidos
en el cálculo del beneficio ambiental, la implementación del sistema fotovoltaico disminuiría en
gran medida la cantidad de CO2 que el sistema convencional está emitiendo a la atmósfera y
ayudaría a mitigar el cambio climático. En conclusión, el proyecto es factible, pues tiene tanto
beneficios a nivel ambiental, como a nivel económico y el Colegio podría acceder a los
incentivos que otorga el Gobierno Nacional para implementar este tipo de tecnologías renovables
y amigables con el medio ambiente.
58 14. Conclusiones
Las grandes ciudades como Bogotá, concentran unos consumos energéticos elevados, los cuales
son abastecidos mediante fuentes de tipo convencional como hidroeléctricas o termoeléctricas,
que contribuyen a la problemática del cambio climático, ya que producen Gases de Efecto
Invernadero. Por lo anterior, el presente estudio logra dar una posible solución para mitigar dicha
problemática, mediante el uso de una fuente renovable como es el Sol.
En el estudio de caso que se desarrolló en la Zona de Preescolar del Colegio Agustiniano Suba,
por su ubicación dentro de la institución y por su independencia del sistema eléctrico, permite
que la obtención de datos para el diseño de sistema fotovoltaico sea más fácil, como también
podría serlo su implementación; A comparación de los edificios de bachillerato y primaria, que
cuentan con una caja de conexiones para las dos zonas, lo que no permite segmentar el sistema
eléctrico y sería complicado si se quisiera implementar un sistema fotovoltaico para toda la
institución.
La alternativa de ahorro propuesta, hace que el consumo energético de esta zona disminuya
considerablemente, al igual que los costos de inversión para implementar la Energía Solar
Fotovoltaica. Sin embargo, la implementación únicamente de la alternativa de ahorro tendría un
impacto favorable en la facturación de tipo convencional, puesto que al disminuir el consumo,
disminuye el costo de facturación en energía convencional.
Por otra parte, los cálculos realizados con el simulador CalculationSolar.com, no tiene en cuenta
algunos datos como la pérdida generada por el rendimiento del regulador, factores de seguridad,
entre otros, lo que lo hace incompleto; Aunque, podría servir de ayuda cuando se quiere tener
una idea de que datos deberían contemplarse en el diseño de un sistema fotovoltaico.
En cuanto a la implementación del sistema fotovoltaico, el análisis costo- beneficio refleja que
59 que es factible invertir en el proyecto que tendría una vida útil de 25 años, su recuperación se
realizaría a largo plazo, en un lapso de 9 años y tendría un ahorro de aproximadamente el 74 %,
comparado con el costo de la energía de tipo convencional.
Este estudio de caso, permite conocer que en el país, existen diferentes empresas que
comercializan sistemas fotovoltaicos, lo que facilita la adquisición de este tipo de tecnología.
Pueden existir diferencias entre los costos de los sistemas fotovoltaicos de una empresa a otra,
pues todo depende de la calidad de los elementos y el Índice de Precios al Consumidor que esté
vigente en el momento de la adquisición.
El Colegio Agustiniano Suba al implementar un sistema fotovoltaico en su institución y con unas
buenas prácticas ambientales, podrá acceder a la certificación ISO 14001, ya que la institución
emplearía un buen sistema de gestión ambiental. Adicional, el Gobierno Nacional está otorgando
incentivos para la implementación de esta tecnología a los cuales el Colegio puede acceder.
En general, el desarrollo del tema de las energías renovables en el país, requiere de más estudios
como el consignado en este documento y que a su vez se socialicen con la comunidad para que
más personas se interesen por mitigar la problemática del Cambio Climático, y de esta manera
trazar un nuevo camino para la obtención de energía mediante fuentes más amigables con el
ambiente.
60 15. Recomendaciones
El Colegio Agustiniano Suba debería contar con un inventario de los Tubos fluorescentes del
sistema de alumbrado y aparatos electrónicos, con sus respectivas fichas técnicas, para facilitar la
comprensión de los consumos energéticos de cada elemento; pues sin ello, la obtención de los
datos para el diseño del sistema fotovoltaico, se torna difícil.
Es recomendable que para la implementación de un sistema fotovoltaico en la Zona de
Preescolar del Colegio Agustiniano Suba, se desarrolle una alternativa de ahorro energético,
mediante el uso de electrodomésticos y Tubos LED de bajo consumo. Adicional, se debería
realizar una charla a la comunidad educativa, con el objetivo de que ellos estén pendientes de
apagar la luces y desconectar los dispositivos que no estén en uso; Con lo anterior, se disminuiría
los costos para la implementación del sistema y se contribuiría al cuidado del medio ambiente.
Se recomienda, la implementación de Energía Solar fotovoltaica en la Zona de Preescolar del
Colegio Agustiniano Suba, con el objetivo de contribuir a la mitigación del cambio climático que
en parte ha sido generado por las energías convencionales; De esta manera, la institución
educativa sería un modelo a seguir para futuros proyectos que se vayan a realizar en otros
colegios, empresas e instituciones, aportando al desarrollo sostenible del país.
Se aconseja que el Colegio Agustiniano Suba, se asesore de cómo acceder a los incentivos que el
gobierno otorga, para promover el desarrollo y utilización de energías no convencionales en el
país.
61 Bibliografía
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65 Anexos
Anexo A. Factura del mes de Septiembre del 2015
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
66 Anexo B. Factura del mes de Octubre del 2015
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
67 Anexo C. Factura del mes de Noviembre del 2015
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
68 Anexo D. Factura del mes de Diciembre del 2015
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
69
Anexo E. Factura del mes de Enero de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
70 Anexo F. Factura del mes de Febrero de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
71 Anexo G. Factura del mes de Marzo de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
72 Anexo H. Factura del mes de Abril de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
73 Anexo I. Factura del mes de Mayo de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
74 Anexo J. Factura del mes de Junio de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
75
Anexo K. Factura del mes de Julio de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
76 Anexo L. Factura del mes de Agosto de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
77
Anexo M. Factura del mes de Septiembre de 2016
Fuente: Colegio Agustiniano Suba (2016)
78 Anexo N. Ficha Técnica de Panel Solar Jinko, 320 W
79
Fuente: Jinko Solar (2015)
80 Anexo Ñ. Ficha Técnica de Panel Solar Batería Mtek, de referencia
MTI22500G 12V 250AH
Fuente: Mtek (2011)
81 Anexo O. Ficha Técnica Inversor Sunny Boy 4000LT
Fuente: Sunny Boy (2017)
82 Anexo P. Ficha Técnica Regulador de Carga Blue Solar PWM ligth
12/24-30
Fuente: Victron Energy Power Blue
83 Anexo Q. Ficha Técnica Computador Lenovo, Potencia de consumo
energético 150 W
84
85
Fuente: Lenovo (2013)
86 Anexo R. Ficha Técnica DVD Blu-ray Disc Panasonic, referencia 2D
DMP-BD94PU con Interconectividad Inteligente
DISCOS
REPRODUCIBLES
BD-ROM FULL HD 3D/ BD-Video - / Sí
BD-RE/ BD-RE
DL (Ver.3)
BDAV/ BDMV/ JPEG/ MPO/
FLAC/ WAV/ AAC/ WMA/
MP3/ ALAC/ DSD
Sí*2
BD-R/ BD-R DL
(Ver. 2)
BDAV/ BDMV/ Xvid/ MKV/
FLAC/ WAV/ AAC/ WMA/
MP3/ ALAC/ DSD
Sí
DVD DVD-Video Sí
DVD-R*1/ DVD-
R DL*1/ DVD-
RW*1
DVD-Video/ Grabación de
Video DVD
Sí
AVCHD Sí
Xvid/ MKV/ FLAC/ WAV/
WMA/ AAC/ MP3/ ALAC/
DSD/ JPEG/ MPO
Sí (DVD-R/
DVD-R
DL)*2
+R*1/ +R DL*1/
+RW*1
Video/ AVCHD Sí
CD, CD-R/ -RW CD-DA Sí
Xvid/ MKV/ FLAC/ WAV/
WMA/ AAC/ MP3/ ALAC/
JPEG/ MPO
Sí (CD-R/ -
RW)*2
87
SISTEMA DE
AUDIO
Dolby Digital/ TrueHD Sí Salida
Bitstream y
Decode (2
canales)
Dolby Digital Plus Sí Salida
Bitstream y
Decode (2
canales)
DTS-HD Master Audio / DTS-HD High Resolution
Audio
Sí Salida
Bitstream y
Decode
FLAC Sí
(192kHz/24bit
(5.1 canales))
WAV Sí
(192kHz/32bit
(2 canales))
ALAC Sí
(192kHz/24bit
(2 canales))
DSD (DFF,DSF) Sí (2.8MHz (2
can/ 5.1 can),
5.6MHz (solo
2 canales))
USB Ranura Sí
Estandar USB USB 2.0 High
Speed
Reproducción Xvid/ MKV/ MP4/ MPEG-2/ FLAC/ WAV/ WMA/
AAC/ MP3/ ALAC/ DSD/ JPEG/ MPO
Sí*2
88
IMÁGENES DE ALTA
CALIDAD
Sistema de Colores
Intensos Deep Colour
Sí
x.v.Colour Sí*5
FACILIDAD DE
OPERACIÓN
Modo de Encendido
Rápido
Sí
HDMI-CEC Sí
Elegante Interfaz de
Usuario/ Protector de
Pantalla
Sí/ Sí
Compartir desde Disco a
USB/ Doble USB
Sí (sin Compartir con Doble USB)
INTERCONECTIVIDAD
INTELIGENTE
Miracast™ SíTM6
Aplicaciones de Internet Sí*7 (Simple)
Sistemas Inalámbricos
LAN
Sí (Built-in)
Reproducción de Discos
Duros Externos
Sí*8
BD-Live™ SíTM9
TERMINALES Salida HDMI Sí
Terminal LAN
(Ethernet)
Sí (Para DLNA, BD-LiveTM*9,
Apps de Internet*7 y
Actualización de Firmware)
89
Fuente: Panasonic (2017)
OTROS
Sistema de Video NTSC
Suministro de Energía CA de 110-240V, 50/
60Hz
Consumo de
Energía
Uso Normal 11W
Espera (Quick Start Desactivado) 0.5W
Espera (Quick Start Activado) 3.5W
Cable HDMI Incluido Sí
DIMENSIONES, PESO Dimensiones (Ancho x Alto x
Fondo)
245 x 38.5 x 175 mm*10
Peso 0.8 kg
90 Anexo S. Ficha Técnica Televisor Phillips LED ultra delgado
42", Easy 3D, Referencia 42PFL4908G/77
91
92
Fuente: Phillips (2017)
93 Anexo T. Ficha Técnica Tubo LED Sylvania, 14W de Consumo Energético
,,
94
Fuente: Sylvania Colombia (2011)
