DISEÑO DE UN INSTRUMENTO PARA EL ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE...

DISEÑO DE UN INSTRUMENTO PARA EL ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE PROYECTOS DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

DIEGO FERNANDO RAMIREZ ORTEGA 2106109

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELÉCTRICA

SANTIAGO DE CALI 2018

DISEÑO DE UN INSTRUMENTO PARA EL ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE PROYECTOS DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

DIEGO FERNANDO RAMIREZ ORTEGA

PASANTÍA INSTITUCIONAL para optar al título de Ingeniero Electricista

Director YURI ULIANOV LOPEZ CASTRILLON

Ingeniero Electricista Doctor en Energías Renovables y Eficiencia Energética

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELÉCTRICA

SANTIAGO DE CALI 2018

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Nota de aceptación:

Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Electricista Jaime Quintero Jurado

Santiago de Cali, 20 de Septiembre de 2018

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AMAT VICTORIA CURAM

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AGRADECIMIENTOS

A Dios quien me ha permitido tener salud y vida para concluir este proceso. A mi familia por su apoyo, especialmente a mi madre quien ha dado todo de sí para que pudiese recorrer este camino y lograr mis objetivos. A la empresa Greendipity S.A.S por permitir la integración y brindar la confianza para el desarrollo de proyectos de energía solar fotovoltaica. También agradezco al Dr. Yuri Ulianov López por compartir sus conocimientos, sabiduría y brindar el apoyo para el desarrollo satisfactorio de este documento. Finalmente a todos los vinculados a lo largo de este proceso, profesores, amigos y personas que de cierta forma estuvieron cuando los necesité.

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CONTENIDO pág.

GLOSARIO 13

RESUMEN 15

ABSTRAC 16

INTRODUCCIÓN 17

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 19

2. ANTECEDENTES 21

3. JUSTIFICACION 26

4. OBJETIVOS 27

4.1 OBJETIVO GENERAL 27

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 27

5. MARCO TEORICO 28

6. METODOLOGÍA 35

6.1 ETAPAS DEL PROYECTO DE PASANTIA 36

6.2 DESARROLLO DE ACTIVIDAD LABORAL EN GREENDIPITY 37

6.3 RECOLECCION DE INFORMACION 38

6.4 COMPILACION Y ESCRITURA DE GUIA. 38

6.5 ASESORIAS PERMANENTES. EMPRESA – UAO. 38

6.6 ELABORACION DE GUIA. 38

7

6.7 PRESENTACION GUIA. 39

6.8 INFORME FINAL DE PANSANTIA. 39

7. ETAPAS DEL PROYECTO DE PASANTIA 40

7.1 ANALISIS DE DEMANDA ELECTRICA 40

7.2 ANALISIS ESTRUCTURAL Y SOLAR 59

7.3 ANALISIS TÉCNICO 66

7.3.1 Calculo de inversores 66

7.3.2 Estudio para nivel de tensión en punto de conexión 68

7.3.3 Cálculo de protecciones 70

7.3.4 Estudio de eficiencia del sistema 73

7.4 ANALISIS ECONOMICO 81

7.5 LEY 1715, UPME Y ANLA 87

8. GUIA DE PRESENTACION 93

9. RESULTADOS 94

10. CONCLUSIONES 96

11. RECOMENDACIONES 98

BIBLIOGRAFÍA 99

ANEXOS 101

8

LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Requisitos legales para desarrollo de un proyecto de energía solar FV en Colombia. 34

Cuadro 2. Datos de Demanda Energética en Planta 42

Cuadro 3. Estimación de Producción Solar para ahorro de 50 – 60% 45

Cuadro 4. Producción Solar Promedio 45

Cuadro 5. Energía en Semana Medida 40 – 50% 49

Cuadro 6. Estimación de Producción Solar para Ahorro de 40 – 50% 50

Cuadro 7. Producción Solar Promedio Ahorro 40 – 50% 50


Cuadro 9. Estimación de Producción Solar para Ahorro de 30 – 40% 54

Cuadro 10. Producción Solar Promedio 55


Cuadro 12. Tiempo Universal Coordinado de Solsticios y Equinoccios 62

Cuadro 13. Propuesta Económica 82

Cuadro 14. Flujo de Caja con Fondos del Cliente 85

Cuadro 15. Depreciación Acelerada y Renta Líquida. 85

Cuadro 16. Flujo de Caja con Leasing. 86

9

LISTA DE FIGURAS pág.

Figura 1. Requisitos Capacidad de Generación Eléctrica Instala a Dic 2014. 22

Figura 2. Recurso Solar en Colombia Frente al Resto del Mundo. 24

Figura 3. Factura de Energía. Consumos Anteriores, componentes del costo y costo 41

Figura 4. Analizador de Redes Instalado en Barraje de Empresa. 41

Figura 5. Perfil de Carga 45

Figura 6. Producción Solar Promedio. 47

Figura 7. Perfil de Carga vs Producción Solar. 48

Figura 8. Perfil de Carga con FV. 48

Figura 9. Energía Consumida vs Energía Generada. 49

Figura 10. Producción Solar Promedio. 52

Figura 11. Perfil de Carga vs Producción Solar. 52

Figura 12. Perfil de Carga con FV 53

Figura 13. Energía Consumida vs Energía Generada. 54

Figura 14. Producción Solar Promedio 56

Figura 15. Perfil de Carga vs Producción Solar 57

Figura 16. Perfil de Carga con FV 57

Figura 17. Energía Consumida vs Energía Generada 58

Figura 18. Arquitectura de Cubiertas. 60

Figura 19. Análisis Estructura de Cliente A 61

Figura 20. Geolocalización. 63

Figura 21. Montaje 3D áreas a ocupar y proyección de sombras. 63

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Figura 22. NASA Surface Meteorology and Solar Energy. 65

Figura 23. Datos de ubicación String Sizer. 66

Figura 24. Datos de Temperatura String Sizer. 67

Figura 25. Selección de Paneles String Sizer. 67

Figura 26. Selección de Inversor String Sizer. 67

Figura 27. Resultados 1 MPPT String Sizer 68

Figura 28. Resultados 2 MPPT String Sizer 68

Figura 29. Datos Transformador de Proveedor Disponible. 69

Figura 30. Diagrama Unifilar Estándar. 72

Figura 31. Ubicación Geográfica PVSol. 73

Figura 32. Selección Tipo de Instalación PVSol. 74

Figura 33. Montaje de Módulos PVSol. 75

Figura 34. Conexión Cadenas PVSol. 76

Figura 35. Cantidad de Módulos y Potencia Instalada PVSol. 76

Figura 36. Vista Panorámica Instalación. 77

Figura 37. Resultados Instalación PVSol. 77

Figura 38. Pronostico Rendimiento SSFV PVSol. 78

Figura 39. Pronostico Rendimiento por Inversor PVSol. 78

Figura 40. Resultado de Perdidas SSFV PVSol. 79

Figura 11. Medición de Área Disponible Google Maps. 80

Figura 42. Garantía de rendimiento lineal panel Jinko Solar 81

Figura 43. Instructivo UPME 88

Figura 44. Carta de aprobación UPME. Página 1 de 3 94


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12

LISTA DE ANEXOS pág.

Anexo A. Factura de Energía 101

Anexo B. Datos Analizador de Redes 102

Anexo C. Ficha Técnica de Panel Solar Jinko Solar 275 W 104

Anexo D. Ficha Técnica Inversor ABBTRIO 27.6 106

Anexo E. Ficha Técnica Cable Fotovoltaico 109

Anexo F. Ficha Técnica Cable AC 110

Anexo G. Ficha Técnica Contactor Schneider LC1F150P7 111

Anexo H. Ficha Técnica Totalizador EZC250N3150 114

Anexo I. Ficha Técnica Protecciones DC - Interruptor 116

Anexo J. Ficha Técnica Protecciones DC - DPS 117

Anexo K. Ficha Técnica Gabinete Eléctrico 118

Anexo L. Ficha Técnica Analizador de Redes 120

Anexo M. Ficha Técnica Sellantes de Estructuras 125

Anexo N. Unifilar 127

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GLOSARIO

ANLA: autoridad nacional de licencias ambientales.

AUTOCAD: es un software de diseño asistido por computadora utilizado para dibujo 2D y modelado 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado por la empresa Autodesk.

CREG: comisión de regulación de energía y gas.

DPS: protección sobretensiones transitorias.

EMCALI: Establecimiento público empresas municipales de Cali, creado por el consejo municipal de Cali para reglamentar, operar, mantener y fomentar las obras de los servicios de energía eléctrica, acueducto, alcantarillado y teléfonos en los municipios de Cali, Yumbo y Puerto Tejada y en su área de influencia.

FACTOR DE POTENCIA: relación entre potencia activa (kW) y la potencia aparente (kVA) del mismo sistema eléctrico o parte de él.

FUSIBLE: dispositivo de protección Dispositivo de protección contra sobre corriente con una parte de material fundente que abre el circuito cuando es calentada y cortada con el paso de la sobre corriente a través de la misma.

FV: fotovoltaico.

INTERRUPTOR AUTOMATICO :Dispositivo de maniobra capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito y también conducir, por un tiempo definido, e interrumpir corrientes producidas bajo condiciones anormales definidas, tales como las de cortocircuito.

KILOVAR (kVAR): unidad de potencia reactiva equivalente a 1.000 VARS (VAR).

KILOVAR-HORA (kVAR-H): unidad de energía desarrollada por un Kilovar (KVAR) durante una hora de operación.

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KILOVATIO (kW): unidad de potencia activa equivalente a 1.000 vatios (W).

KILOVATIO HORA (kW-H): unidad de energía desarrollada por un Kilovatio (kW) durante una hora de operación.

KILOVOLTIAMPERIO (KVA): unidad de potencia aparente equivalente a 1.000 voltamperios (VA).

NTC: norma técnica colombiana.

OR: operador de red.

PV SOL: software profesional que sirve como herramienta de cálculo para sistemas fotovoltaicos.

RENDERIZACION: término usado en jerga informática para referirse al proceso de generar una imagen, foto realista o no, partiendo de un modelo en 2D o 3D.

RETIE: reglamento técnico de instalaciones eléctricas.

SSFV: sistema solar fotovoltaico.

UPME: unidad de planeación minero energética.

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RESUMEN

GREENDIPITY S.A.S es una empresa de ingeniería que ofrece servicios para el sector eléctrico, con énfasis en generación de energía eléctrica renovable usando tecnología solar fotovoltaica. Donde actualmente cuenta con la necesidad de estandarizar sus procedimientos y protocolos de instalación, aplicando normas RETIE y NTC2050 en sus planos eléctricos, diagramas unifilares e instalaciones eléctricas de un sistema solar fotovoltaico. Adicionalmente, se debe integrar con base a la ley 1715 y a la metodología para el registro de proyectos de generación eléctrica e inscripción, según requisitos de la Unidad de Planeación Minero-Energética y Autoridad Nacional de Licencias Ambientales.

Para dar solución a la necesidad planteada, se realiza una plantilla de pre-factibilidad para el diseño, planeación y ejecución de proyectos bajo la ley 1715, considerando también la normatividad vigente según RETIE y NTC 2050. Donde se analizarán estudios y casos previos de pre-factibilidad para estos proyectos. Se identificarán las características y aspectos más importantes a considerar en la evaluación de un proyecto FV, desde el ámbito técnico, económico y regulatorio. Se mostrará una memoria de diseño que recopila datos mediante el uso de tecnologías como equipos de medición eléctrica, software de diseño y planeación como PV Sol y AutoCAD.

Como resultado, se entrega una guía – memoria para GREENDIPITY S.A.S con ingeniería de detalle, tabulación de información, análisis y resultados para la pre-factibilidad de un proyecto de energía solar FV en Colombia.

Palabras clave: Energía Solar Fotovoltaica, Normatividad Colombiana, Ingeniería de Software, pre-factibilidad, Ley 1715, UPME.

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ABSTRAC

GREENDIPITY S.A.S is an engineering company that offers services for the electric sector, with emphasis on the generation of renewable electric power with solar photovoltaic technology. Where currently has the need to standardize their procedures and installation protocols, applying RETIE and NTC2050 standards for their electrical drawings, single-line diagrams and electrical installations of a photovoltaic solar system. In addition, it must be integrated with 1715 Law and the Methodology for the inscription of electricity generation and registration projects, according to the requirements of the Mining Energy Planning Unit and the National Environmental Licenses Authority.

To provide a solution to the need, a pre-feasibility template for the design, planning and execution of projects under 1715 Law can be made, also considering the current regulations according to RETIE and NTC 2050. Where studies and previous cases of pre-feasibility will be analyzed. The most important characteristics and aspects to be taken into account in the evaluation of a PV project were identified, from the technical, economic and regulatory scope. Will be show a design memory that collects data by the use of technologies such as electrical measurement equipment, design and planning software such as PV Sol and AutoCAD. As a result, a guide - memory for GREENDIPITY S.A.S is delivered with detailed engineering, tabulation of information, analysis and results for the pre - feasibility of a PV solar project in Colombia.

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INTRODUCCIÓN

Para la región latinoamericana, las tecnologías de energía renovable a pequeña escala presentan una alternativa económica y ambiental factible para la provisión de energía a comunidades rurales remotas y para la expansión de la capacidad eléctrica instalada, ya sea por medio de sistemas aislados o por proyectos conectados a la red eléctrica. La región cuenta con suficiente distribución espacial del potencial energético solar, para desarrollar sistemas de generación fotovoltaica. En el caso de la región vallecaucana cuenta con un promedio de 4.5 – 5.0 kWh/m2 según mapa de radiación solar global. Adicionalmente, estas tecnologías pueden disminuir la contaminación del medio ambiente, causada por las emisiones de gases de los sistemas convencionales, que utilizan combustibles fósiles, como el carbón y productos derivados del petróleo. Estos gases contribuyen al efecto invernadero y al calentamiento global.

Según datos reportados por la Unidad de Planeación Minero-Energética UPME sobre la integración de las energías renovables no convencionales en Colombia, data que aproximadamente un 78% de la energía eléctrica consumida actualmente en el país proviene de fuentes fósiles, mientras que el 22% restante proviene de fuentes renovables. La integración de las fuentes no convencionales a la canasta energética nacional está tomando una gran relevancia por sus potenciales beneficios, debido a su disponibilidad local que aún no ha sido aprovechado, la integración de reducción de costos y el desarrollo tecnológico que ha venido surgiendo durante los últimos años1. Dentro de los proyectos registrados vigentes por departamento a octubre de 2017, el valle del cauca cuenta con una capacidad instalada de 81.37MW solo en energía solar2.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar y documentar la importancia de los sistemas fotovoltaicos, mediante el estudio de pre-factibilidad del proyecto de energía solar fotovoltaica, en GREENDIPITY. Se mostrarán las consideraciones a tener en cuenta en el estudio de un proyecto de este tipo. Se harán análisis de

1 UPME. Integración energías renovables [En Línea]. upme [Consultado: 16 de febrero de 2018]. Disponible en internet: http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf

2 UPME. Registro de Proyectos de Generación / Inscripción Según requisitos de las Resoluciones UPME No. 0520, No. 0638 de 2007 y No. 0143 de 2016 [En Línea]. siel.gov [Consultado: 16 de febrero de 2018] Disponible en internet: http://www.siel.gov.co/Generacion_sz/Inscripcion/2017/Registro_Proyectos_Octubre.pdf

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beneficios con base al cumplimiento de normas técnicas y leyes establecidas a nivel nacional.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Según la empresa, se indica que tienen falta de personal para diseños eléctricos y diagramas unifilares. Además, desean capacitar un ingeniero para diseñar y pre configurar un sistema solar fotovoltaico para presentarlo ante la UPME y ANLA, con el fin de obtener la certificación técnica y ambiental. GREENDIPITY S.A.S es una empresa de ingeniería enfocada en ofrecer servicios modernos para el sector eléctrico, instalando proyectos de energía solar fotovoltaica. Actualmente, la empresa tiene la necesidad de estandarizar sus procedimientos y protocolos de instalación, aplicando las normas relacionadas directamente en el campo de la ingeniería eléctrica como: RETIE, y NTC2050 en sus diseños eléctricos y planos o diagramas unifilares, así como en las instalaciones eléctricas de un sistema solar FV. GREEDIPITY S.A.S no cuenta con los equipos, ni el personal de ingeniería eléctrica para este tipo de labores. Esta situación es identificada como problema dentro de la pasantía. Por otra parte, la no estandarización de estos procedimientos en GREENDIPITY S.A.S, hace más complejo la ejecución de un proyecto, ya que el desarrollador (instalador), no cuenta con un documento guía avalado por las normas. A su vez, la magnitud de los proyectos aumenta con el transcurso del tiempo, por lo tanto, se requiere llevar un seguimiento de las actividades, como la ejecución, planeación y demás. Adicionalmente se deben integrar con base a la ley 1715 y a la metodología para el registro de proyectos de generación e inscripción según requisitos de la UPME, y la ANLA. Es por todo lo anterior que, en GREENDIPITY, una vez ejecutado un procedimiento se documenta sus resultados en los denominados protocolos tanto para el levantamiento de información como para la instalación del proyecto como tal. Luego de cumplir con la información requerida en un proyecto, los documentos pasan a la Autoridad Nacional de Licencias Ambientales (ANLA) y posteriormente a la Unidad de Planeación Minero-Energética UPME. Todo ello, debe cumplir las normativas previamente mencionadas, labor para la cual no tiene personal capacitado, con los temas que se han indicado aquí y por ello solicita un estudiante en pasantía. Para ello, es bien sabido que la formación del estudiante de ingeniería eléctrica de la UAO puede cumplir a cabalidad con estos requerimientos técnicos y normativos. Con este proyecto se pretende dar respuesta a la siguiente pregunta:

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¿Puede el desarrollo de una guía técnica, mejorar los procedimientos y protocolos de planeación y ejecución de proyectos de energía solar fotovoltaica en GREENDIPITY S.A.S, considerando normativa técnica RETIE y NTC y aprovechando los incentivos bajo la ley 1715?

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2. ANTECEDENTES

A nivel nacional e internacional se han realizado diferentes estudios de pre-factibilidad para proyectos de energía solar FV. En Colombia, se ha visto la necesidad de ampliar los métodos de generación de energía eléctrica, especialmente utilizado este tipo de tecnología. Los análisis de pre-factibilidad lo realizan con información obtenida en periodos de un año, donde ejecutan diagnósticos del lugar, tomando datos de consumo energético que permiten dar respuesta a la reducción de diversos factores contaminantes, ahorros e interconexión de nuevas zonas. Por lo general, se utilizan herramientas computacionales que permiten mayor facilidad para recopilar datos y perfeccionar cálculos en las instalaciones FV. Se evalúan costos de inversión y beneficios que obtendrían al integrar estos sistemas. Los estudios realizados se diferencian en dos factores importantes, que son: Ubicación geográfica y condiciones climáticas de la zona. El aumento de implementaciones de esta tecnología se ha llevado a cabo en un tiempo menor a una década, por ende, la información a nivel nacional es poca. La literatura sobre pre-factibilidad de proyectos solares FV, es muy limitada. En ella, se ha encontrado que los parámetros importantes para tener en cuenta son: • Análisis de demanda eléctrica

• Análisis estructural y solar

• Análisis técnico

• Análisis económico

• Muestra de resultados

Para esto, se recopila información como: facturas de energía de los últimos meses, se diseña un sistema acorde a la demanda actual, se especifican características técnicas, económicas y demás. Donde finalmente se pone en ejecución el proyecto con base a la información suministrada y diseñada. Por otro lado, según datos estadísticos gubernamentales, la diversificación de la matriz energética es una de las prioridades en Colombia. Según datos registrados por la UPME (Unidad de Planeación Minero – Energética), la energía eléctrica es mayoritariamente limpia, dando a conocer los siguientes índices: • 70% Hidráulica

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• 30% Térmica

• 0,6% Fuentes de energía renovable no convencionales

Dentro del contexto nacional, se puede decir que Colombia actualmente depende de aproximadamente un 78% de combustibles fósiles en demanda energética, que son capaces de abastecer los niveles de producción, sin embargo, cifras demuestran que estas reservas tienen un tiempo de duración definido, por ejemplo:

• 170 años para el carbón

• 7 años para el petróleo

• 15 años para el gas natural

Con base a estos datos, se puede concluir que conforme a la demanda aumenta, la producción va decreciendo. Una vez dicho esto, se debe tomar en consideración que el uso de estos combustibles es utilizado a nivel industrial y transporte, mientras, el 17% de la energía consumida en el país, cuenta con el recurso hidroeléctrico que representa un 70 – 80 % de la generación de electricidad, tal como se muestra en la figura 1.2 Figura 1. Requisitos Capacidad de Generación Eléctrica Instala a Dic 2014.

Fuente: UPME. Integración energías renovables [Figura].upme.gov.co [Consultado: 16 de febrero de 2018]. Disponible en internet: http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf

http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdfhttp://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf

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Todos estos datos permiten tomar decisiones en la diversificación de la canasta energética y permitir el libre paso de nuevas tecnologías como la energía eólica y solar. Esto se relaciona directamente con el desarrollo económico y la independencia energética junto con las motivaciones ambientales. Con el desarrollo de las tecnologías asociadas con la transformación de energía, las renovables han revolucionado de manera sostenible, debido a su costo que ha venido reduciéndose. Los analistas y expertos en el estudio del tema presentan cifras donde se tiene la proyección y el crecimiento real de las energías renovables. La energía solar hoy en día representa la segunda fuente avanzada de energía renovable de mayor penetración en el mundo, después de la eólica, con una producción que equivale a entre 0,85% y 1% de la demanda mundial de electricidad (International Energy Agency – IEA, 2014c), lograda a través de una capacidad instalada de 139 GW a 2013. En el año 2013 está tecnología superó por primera vez en términos de crecimiento a la energía eólica con un incremento en la capacidad instalada de 39 GW (frente a 35 GW de eólica), presentando a la vez un crecimiento promedio del 55% anual para los últimos 5 años. Países como Alemania, China e Italia lideran los mercados de la energía solar contando con capacidades instaladas del orden de 36, 19 y 18 GW, respectivamente (REN21, 2014). De acuerdo con el Atlas de radiación solar de la UPME, regiones particulares del país como son La Guajira, una buena parte de la Costa Atlántica y otras regiones específicas en los departamentos de Arauca, Casanare, Vichada y Meta, entre otros, presentan niveles de radiación por encima del promedio nacional que pueden llegar al orden de los 6,0 kWh/m2/d, recurso comparable con algunas de las regiones con mejor recurso en el mundo como es el caso del desierto de Atacama en Chile o los estados de Arizona y Nuevo México en Estados Unidos (NREL, 2008). Por otro lado, regiones como la Costa Pacífica reciben niveles por debajo del promedio, los cuales sin embargo siguen estando, por encima de los niveles anuales promedio recibidos en Alemania3.

3 UPME. Integración energías renovables [En Línea]. upme.gov. [Consultado: 7 de febrero de 2018]. Disponible en internet: http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf

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Figura 2. Recurso Solar en Colombia Frente al Resto del Mundo.

UPME. Integración energías renovables [Figura].upme.gov.co [Consultado: 16 de febrero de 2018]. Disponible en internet: http://www.upme.gov.co/Estudios/2015/Integracion_Energias_Renovables/INTEGRACION_ENERGIAS_RENOVANLES_WEB.pdf Además de estos estudios realizados por entes nacionales e internacionales, se presentan, investigaciones específicas que desarrollan estudios de pre-factibilidad en sistemas solares fotovoltaicos (SFV´s). Entre ellos, María José Fernández Llobel de la Universidad Politécnica de Valencia, que, en su trabajo de grado de administración de empresas, presenta un estudio de factibilidad de una instalación solar fotovoltaica en la zona y define como principales aspectos los siguientes4: • Situación Actual del mercado, tanto nacional como mundial.

• Normativa actual que rige las instalaciones en la zona y trámites administrativos.

• Estudio económico.

• Plan de financiación

• Declaración de impuestos

• Flujo de caja.

• Cuentas anuales.

4 FERNÁNDEZ LLOBEL, María José. Energías renovables: Estudio de viabilidad de una instalación solar fotovoltaica (huerto solar). Trabajo de investigación de administración de empresas. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia. Facultad de Administración y Dirección de Empresas. 2012. 181 p.

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Complementario a ese estudio, Susana Bitar y Fernando Chamas en su tesis de maestría del Colegio de Estudios Superiores de Administración en Bogotá. Aplica un estudio de factibilidad para la implementación de SFV´s, sin considerar aspectos sociales y ambientales, solo se basan en el análisis económico y en la percepción del cliente final5. Así mismo, otros dos proyectos6 de energía solar dan cuenta de estudios de pre-factibilidad donde mencionan la importancia del transporte y distribución, junto con el mantenimiento programado de estos sistemas7. Adicionalmente evalúan los impactos a la comunidad, tanto a los grupos involucrados directos e indirectos8.

5 BITAR, Susana y CHAMAS, Fernando. Estudio de Factibilidad para la Implementación de Sistemas Solares Fotovoltaicos como Fuente de Energía en el Sector Industrial de Colombia. Trabajo de investigación de administración de empresas. Bogotá: Colegio de Estudios Superiores de Administración – CESA. Maestría en Administración de Empresas. 2017. 117 p.

6 VÁSQUEZ CHIGNE, Laura Carolina de Fátima y ZUÑIGA ANTICONA, Bibi Malú. Proyecto de Pre-factibilidad para la Implementación de Energía Solar Fotovoltaica y Térmica en el Campamento Minero Comihuasa. Trabajo de Investigación Ingeniería Industrial. Lima, Perú: Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial.

7 GARZÓN SUAREZ, Diana Alejandra y MARTINEZ SALAMANCA, Juan Sebastián. Estudio De Factibilidad Para La Implementación De Energía Solar Fotovoltaica En La Zona Preescolar Del Colegio Agustiniano Suba. Trabajo de Grado Para Optar por El Título De Tecnólogos en Gestión Ambiental Y Servicios Públicos. Bogotá: Universidad Distrital Francisco José De Caldas. Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales. Tecnología En Gestión Ambiental Y Servicios Públicos

8 CHILE. GOBIERNO DE CHILE. Pre-factibilidad técnica y Económica para la Instalación de una Planta FV en Industrial Química. Por encargo de Ministerio Federal de Medio Ambiente, Protección de la Naturaleza, Obras Publicas y Seguridad Nuclear. Santiago de Chile 30 de Enero de 2015.

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3. JUSTIFICACION

GREENDIPITY S.A.S brinda actualmente servicios de ingeniería para la generación de energía a partir de módulos fotovoltaicos, por lo que en su portafolio de servicios ofrece solución a diferentes necesidades en la región. Sin embargo, no aplica al 100% las metodologías de pre-factibilidad y factibilidad en los proyectos solo hacen estudios generales del área como: perfiles de carga, demanda energética, producción solar por metro cuadrado y dimensionamiento de potencia a instalar según requerimientos. De ahí, que se tiene la necesidad de realizar un acompañamiento al departamento de ingeniería, desde la ingeniería eléctrica, para profundizar en la planeación y ejecución de proyectos, incluyendo normas técnicas colombianas como RETIE y NTC 2050, herramientas de cálculos y simulación. Lo anterior, de la mano de los incentivos que ofrece la ley 1715 que tiene como finalidad establecer el marco legal y los instrumentos para la promoción del aprovechamiento de las fuentes no convencionales de energía, fomentando así, la investigación, inversión y desarrollo de tecnologías limpias para la producción de energía, respuesta a la demanda y eficiencia energética. Para GREENDIPITY S.A.S, realizar los estudios de pre-factibilidad permitiría obtener un plan de desarrollo con ingeniería de detalle para los proyectos, junto con un factor importante para los clientes, como lo es el retorno de la inversión y planes de financiamiento. En este aspecto, GREENDIPITY S.A.S está limitada con el recurso de ingeniería ELÉCTRICA, para realizar el desarrollo planteado en esta pasantía. Por lo cual, se generará un gran impacto en todos los niveles, ya que permitirá un crecimiento de la compañía, profesional y capacidad instalada en la región (clientes).

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4. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar la plantilla de pre-factibilidad para el diseño, planeación y ejecución de proyectos en GREENDIPITY S.A.S bajo la ley 1715 que promueve los incentivos a nivel nacional, considerando normatividad vigente según RETIE y NTC 2050.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Analizar estudios y casos previos y la formulación relacionada, con miras a producir un documento guía de pre-factibilidad de proyectos de ingeniería que usan tecnología solar fotovoltaica.

• Definir, caracterizar y tabular, los aspectos más relevantes a considerar para la evaluación de pre-factibilidad de un proyecto solar fotovoltaico en Colombia en la empresa GREENDIPITY S.A.S. Identificando lo regulatorio (político), económico (incluye incentivos de ley), Técnico (diseño, dimensionado, conexiones) – UPME y ambiental (ANLA).

• Realizar la memoria de diseño con análisis, aplicando, además, el uso de tecnologías como equipos de medición, analizador de redes y herramientas computacionales como PV Sol y AutoCAD, en el diseño de los proyectos. Además, considerar conceptos de ingeniería eléctrica aplicándolos en planos y documentación técnica de proyectos (Ingeniería de detalle). Resultando la guía – memoria para GREENDIPITY.

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5. MARCO TEORICO La generación de energía solar fotovoltaica se basa en la integración de células solares, fabricadas con materiales semiconductores cristalinos que, por efecto fotovoltaico, generan corriente eléctrica cuando sobre los mismos incide la radiación solar. La estructura de una celda fotovoltaica típica es la misma que uno de los elementos electrónicos más empleados: el diodo semiconductor. Los semiconductores están en su mayoría fabricados en silicio, que es la base de la mayoría de los materiales más ampliamente utilizados en el mundo para la construcción de células solares. Cuando la celda es iluminada, se producen huecos pares de electrones (esto corresponde a un espacio de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia para los semiconductores) por la interacción e incidencia de fotones con los átomos de la celda. Se crea un campo eléctrico en la unión de la celda, esto causa una interacción entre los electrones y hace que pasen desde la región n de la celda a la región p. La magnitud del campo eléctrico es definida por el nivel de incidencia de luz9. Generalmente, los sistemas de producción de energía eléctrica a partir de sistemas solares se componen de los siguientes subsistemas: • Subsistema de captación.

• Subsistema de almacenamiento.

• Subsistema de regulación.

• Subsistema convertidor de corriente.

El subsistema de captación está constituido por el panel fotovoltaico, donde su función es convertir la radiación solar en electricidad. El panel, está integrado por un conjunto de células fotovoltaicas que se conectan en serie y paralelo con el objetivo de lograr unos determinados niveles de tensión e intensidad eléctrica. Cabe resaltar que todo esto depende de las condiciones climáticas y niveles de irradiación en el lugar. Existen unos parámetros de funcionamiento que se destacan en la célula solar que son:

9 MESSENGER, Roger A. et al. Photovoltaic Systems Engineering. 2 ed. United States: CRC Press. 2005. p 49.

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• Intensidad de corto circuito: Esta intensidad se obtiene cuando, una vez la célula ha cortocircuitado sus terminales, la tensión en bornes es nula. En este caso se obtiene la máxima corriente, la cual oscila entre 10 y 40 mA por cm2 de celda.

• Tensión de circuito abierto: Esta tensión se obtiene cuando no hay conectada ninguna carga, en este caso la intensidad es cero.

• Potencia Máxima: Por leyes básicas de electricidad, la potencia se obtiene entre el producto de la tensión y la intensidad. La potencia es cero en circuito abierto y en cortocircuito. Existe un valor de potencia pico el cual corresponde a unas condiciones de incidencia estándar de radiación10.

• Factor de forma: Es el cociente entre la máxima potencia obtenible sobre el producto de los valores extremos de la celda que son corriente de cortocircuito y tensión de circuito abierto. Este factor de forma FF (Fill Factor) permite determinar la desviación de fabricación, siendo un indicador de calidad de la celda. Celdas con una gran resistencia interna tendrán un nivel bajo de FF10.

𝐹𝐹𝐹𝐹 =𝑉𝑉𝑝𝑝𝐼𝐼𝑃𝑃𝐼𝐼𝑠𝑠𝑠𝑠𝑉𝑉𝑜𝑜𝑠𝑠

𝑉𝑉𝑝𝑝: Tensión máxima o pico 𝐼𝐼𝑃𝑃: Corriente máxima o pico 𝐼𝐼𝑠𝑠𝑠𝑠: Corriente de corto circuito 𝑉𝑉𝑜𝑜𝑠𝑠: Tensión de circuito abierto

• Eficiencia: La eficiencia de la celda se expresa como el cociente entre la potencia máxima que puede ser absorbida por la carga y la potencia de la radiación incidente11.

ƞ = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝑉𝑉𝑜𝑜𝑠𝑠𝐼𝐼𝑠𝑠𝑠𝑠𝐼𝐼𝑠𝑠𝑆𝑆𝑠𝑠𝑐𝑐𝑐𝑐

𝐼𝐼𝑠𝑠𝑆𝑆𝑠𝑠𝑐𝑐𝑐𝑐: Potencia de radiación solar incidente

El subsistema de almacenamiento compuesto básicamente por baterías tiene como objetivo almacenar la energía eléctrica producida por los paneles, para garantizar alimentación a cargas críticas en caso de ausencia o falta de suministro

10 MESSENGER, Roger A. et al. Photovoltaic Systems Engineering. 2 ed. United States: CRC Press. 2005. p 51.

11 MANRIQUE, Paul A. Sistemas Fotovoltaicos. Celdas y Módulos FV. Notas de Clase. Universidad Autónoma de Occidente. Cali, Colombia. 2017.p.12

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de energía. Estas baterías son dimensionadas acorde a la necesidad requerida y se pueden instalar en serie y paralelo.

El subsistema de regulación tiene como función regular el nivel de tensión provisto por los paneles y evitar que las baterías reciban más energía de la máxima que son capaces de almacenar y prevenir las sobrecargas12. Este subsistema se puede clasificar también como controlador de carga, que consiste en desconectar la carga cuando la batería alcanza un estado preestablecido de descarga y, además, debe desconectar el módulo fotovoltaico cuando la batería está completamente cargada. Este dispositivo debe ser ajustable para asegurar el óptimo desempeño del sistema de baterías bajo condiciones de carga, descarga y temperatura del banco de baterías.

El subsistema inversor de corriente es el encargado de convertir la energía producida por el panel fotovoltaico o la almacenada en las baterías, que es de tipo continuo (CC), al tipo de energía alterna requerida por la mayoría de las cargas, a nivel residencial, comercial o industrial (AC). Los inversores se pueden clasificar de diferentes formas, entre inversores monofásicos y trifásicos. Con respecto a la configuración del sistema, se suelen distinguir entre: inversores centrales, inversores en cadena (String) e inversores modulares (AC módulos)13.

Una vez identificados y definidos los conceptos básicos de un SSFV, se deben conocer las normas o leyes aplicadas al uso de estos proyectos. Una es la ley 1715 con la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional; y dos, es la metodología para el registro de proyectos de generación e inscripción según requisitos de la UPME.

LEY 1715 DE 201414. la ley decretada por el gobierno de Colombia en el 2014, donde busca regular la integración de las energía renovables no convencionales al sistema energético nacional, tiene como objetivo promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales de energía, principalmente aquellas de

12 CARTA GONZÁLEZ, José A. et al. Centrales de Energías Renovables: Generación Eléctrica con Energías Renovables. Madrid: PEARSON. 2009. p 238.

13 MANRIQUE, Paul A. Sistemas Fotovoltaicos. Componentes Electrónicos. Notas de Clase. Universidad Autónoma de Occidente. Cali, Colombia. Abril 2017.

14 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPUBLICA. Ley 1715 (13, mayo, 2014). Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional. Diario Oficial. Bogotá, D.C., 2014. no. 49.150. p. 1-26.

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carácter renovable, en el sistema 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 a la demanda. Básicamente, tiene como finalidad establecer los instrumentos y la implementación dentro del marco legal para las energías renovables, adicionalmente incluye la fomentación de la inversión, investigación y desarrollo de estas tecnologías para la generación de energía. Esta ley específica aspectos como: • Incentivos a la inversión de proyectos de fuentes no convencionales de energía

• Desarrollo y promoción de las FNCER

• Desarrollo y promoción de la gestión eficiente de la energía

• Desarrollo y promoción de las FNCE y la gestión eficiente de la energía en las ZNI

• Ciencia y tecnología

• Consideraciones varias relacionadas con aspectos medioambientales

• Seguimiento y cumplimiento

El otro aspecto relacionado con la pre-factibilidad de proyectos corresponde a la metodología para el registro de proyectos de generación e inscripción según requisitos de la UPME15. La entidad plantea tres fases para el proceso de registro, en forma general se puede decir que la primera fase corresponde a la etapa de pre-factibilidad del proyecto e incluye dentro de sus requisitos, la solicitud a la autoridad ambiental sobre el impacto que se va a generar. La fase dos comprende la etapa de factibilidad del proyecto, donde se analiza si el proyecto es viable considerando los aspectos: • Técnicos

15 COLOMBIA. UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICA. Resolución 143 (10, marzo, 2016). Por la cual se modifica el artículo quinto y se adicionan artículos anexos a la Resolución UPME 0520 de octubre 9 de 2007 por medio de la cual se establece el Registro de Proyectos de Generación y se toman otras disposiciones Diario Oficial. Bogotá, D.C., 2016. no. 49.815. p. 1-11.

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• Económicos

• Financieros

• Ambientales

Tal como describe GAMMA INGENIEROS S.A16, la metodología para un análisis de factibilidad debe incluir los siguientes temas:

• Análisis de demanda eléctrica (Perfil de consumo y tarifa energía eléctrica)

• Análisis estructural y solar básicos


• Análisis Económico (Producción de energía eléctrica, costos de inversión y mantenimiento, ahorros proyectados y evaluación financiera)

Con el análisis de estos tópicos se establecerán las principales conclusiones acerca de la factibilidad técnica y económica de la instalación de una planta solar fotovoltaica, para un escenario de autoconsumo y/o de entrega de energía al sistema interconectado central (SIC – Interconexión eléctrica de Chile). Según menciona FERNANDEZ17 en su tesis, se debe conocer la normativa administrativa, contable y fiscal. Todo esto antes de realizar el estudio de viabilidad de la instalación. Luego de analizar esta información, se establece bajo la normatividad colombiana que, los proyectos deben ser factibles y convenientes bajo la metodología presentada. Adicionalmente, la vigencia de registro de proyectos tendrá un término de vencimiento, dependiendo de la fase del proyecto. Si, pasado ese término, el promotor no ha solicitado cambio de fase, no ha informado sobre cambios o no ha

16 CHILE. GOBIERNO DE CHILE. Pre-factibilidad técnica y Económica para la Instalación de una Planta FV en Industrial Química. Por encargo de Ministerio Federal de Medio Ambiente, Protección de la Naturaleza, Obras Publicas y Seguridad Nuclear Santiago de Chile 30 de enero de 2015.

17 FERNANDEZ LLOBELL, María José. Energías Renovables: Estudio de Viabilidad de una Instalación Solar Fotovoltaica (Huerto Solar). Trabajo de investigación Administración de Empresas. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia. Facultad de Administración y Dirección de Empresas, 2016. 181 p.

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confirmado que las condiciones de registro inicial se mantienen, el proyecto saldrá automáticamente del registro y cualquier certificación UPME carecerá de validez18. Finalmente, la etapa tres corresponde al desarrollo y operación del proyecto, donde ya se deben tener diseños definitivos y el cronograma de ejecución. De la misma manera, debe contar con la licencia ambiental expedida o con un documento que respalde que el proyecto no necesita dicha licencia, adicionalmente deben presentarse esquemas de conexión. A continuación, se presenta el cuadro 1, que relaciona la información o normativa necesaria para el registro de proyectos de energía solar FV, todo dentro del marco legal y normatividad Colombiana.

18 COLOMBIA. UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICA. Resolución 143 (10, Marzo, 2016). Por la cual se modifica el artículo quinto y se adicionan artículos anexos a la Resolución UPME 0520 de Octubre 9 de 2007 por medio de la cual se establece el Registro de Proyectos de Generación y se toman otras disposiciones Diario Oficial. Bogotá, D.C., 2016. no. 49.815. 2 p.

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Cuadro 1. Requisitos legales para desarrollo de un proyecto de energía solar FV en Colombia.

Solicitud Ante La CREG Y La SSPD Registro Comercialización De Energía

Registro ante CREG y Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios, como empresa ESP

Solicitud Registro Agente En XM, Sujeto A La Aprobación De Conexión Al SDL ó STR

Solicitud a XM (Experto Mercado de Energía)

Comercialización De Energía Contrato de venta de energía con un agente o cliente

Despacho en el mercado mayorista

CREG 156/11

Solicitud De Tarifa De FNCE Definición de tarifa de FNCE CREG 004/16 - BORRADOR

Beneficios Tributarios (Renta) Descripción técnica y certificado ANLAARTICULO 11 LEY 1715/14 - DEC 2143/15 MINMINAS - RES 045/16 MINAMBIENTE

UPME RES 030/18 MINANMBIENTE

Beneficios Tributarios (Arancelarios) Certificación UPME - Registro previo de proyecto de generación de energíaARTICULO 13 LEY 1715/14 - DEC 2143/15

MINMINAS - RES 045/16 UPME

DECRETO 1076/15

Registro De Proyecto Fase 1, 2 Y 3 UPME Registro de proyectos ante la UPME UPME 143/16

Beneficios Tributarios (IVA)Certificación ANLA y UPME - Registro previo de proyecto de generación de

energía

ARTICULO 12 LEY 1715/14 - DEC 2143/15 MINMINAS - RES 045/16 MINAMBIENTE

UPME RES 030/18 MINANMBIENTE

Solicitud de aprobación y aval ante la UPME

Contrato De Conexión Contrato de conexión con operador de red

Solicitud Ambiental Ante La Comisión De Regulación De Agua Potable

Permiso ambiental Licencia Ambiental

Consecución Del Terreno Contrato de arrendamiento

Solicitud De Punto De Conexión Al Operador De Red Solicitud forma al operador de red especificando potencia y lugar de instalación

CREG 025/95 Y CREG 070/98Estudio De Conexión Por Parte Del Operador De Red Estudio de conexión a 13,2 kV o 34,5 kV Estudio de Conexión a 34,5 kV

Aprobación Del Punto De Conexión Por El Operador De Red

REQUISITOS LEGALES PARA DESARROLLO DE UN PROYECTO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EN COLOMBIA

PASOS / REQUISITOS PLANTA < 10MW 10 MW < PLANTA < 20 MW NORMATIVAS

Generación De Energía Por FNCE LEY 1715 / 2014

6. METODOLOGÍA

Como resultado de la investigación realizada hasta el momento, presentada aquí bajo marco teórico y antecedentes, el desarrollo de la metodología para pre-factibilidad de un proyecto, se resume básicamente en 5 aspectos importantes. • Análisis de demanda eléctrica

• Análisis estructural y solar


• Análisis económico

• Muestra de resultados

Dentro del análisis de demanda eléctrica, se deben evaluar dos factores, el perfil de consumo y la tarifa actual de la energía. La importancia de estimar el perfil de consumo o demanda de energía eléctrica horario, diario y su proyección anual, es información que establecerá la base del proyecto. Al determinar el costo de energía eléctrica según el plan tarifario, se podría estimar la proyección a mediano y largo plazo según los tiempos requeridos por la evaluación económica. En el segundo ítem mencionado, el análisis estructural corresponde a la evaluación de las superficies factibles para la instalación de un sistema solar FV. Esto se obtiene con base a la información arquitectónica que se tenga del lugar, planos o mediante una inspección visual en sitio. Se debe establecer un nivel de adaptabilidad que permita, la instalación mecánica, dirección e inclinación de los paneles solares junto con el punto de conexión al barraje principal del lugar. Estimación de la factibilidad espacial para la instalación de los equipos eléctricos, como elementos de protección (Fusibles, disyuntores, DPS, etc.), inversores, transformador (de ser necesario) y demás. Se debe establecer las horas solares pico de radiación de acuerdo a la ubicación geográfica, para determinar el potencial de generación de energía solar FV anual según los equipos seleccionados. Luego, en el análisis técnico, se debe realizar una revisión de factibilidad técnica de generación solar FV, que permita cubrir la demanda energética del sitio y de ser el caso, permita inyección a la red cumpliendo leyes nacionales establecidas (Ley 1715). En este punto, se deben generar opciones factibles que se ajusten a la potencia, producción y diseño solar de acuerdo al sitio. Con base a los resultados del análisis técnico, se procedería a evaluar el aspecto económico (ítem 4.); el cual, debe considerar factores como: Producción de energía eléctrica, costo de inversión y mantenimiento, ahorros proyectados y evaluación financiera. Se debe establecer

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una estimación de energía anual generada por el sistema FV con base a los datos de radiación solar, eficiencia y perdidas por producción de energía. Adicionalmente, se deben establecer costos de inversión y mantenimiento según condiciones climáticas. Se debe describir una proyección de ahorro anual con base a la tarifa eléctrica asignada por el operador de red presente en sitio. Punto clave, realizar el cálculo económico teniendo en cuenta las variables mencionadas anteriormente. Se utilizará además el procedimiento desarrollado y validado para proyectos de energía solar según Sonal 19. Finalmente se debe plasmar en un documento los resultados obtenidos, mencionando las principales conclusiones de los análisis realizados en cuanto a la parte técnica y económica. De la mano, se deben conocer los parámetros que establece la Ley 1715 que promueve la integración tecnológica de las energías renovables, adicionalmente tener en cuenta los parámetros y la metodología para el registro de proyectos de generación e inscripción según requisitos de la UPME. Con base en lo mencionado anteriormente, se deben conocer los protocolos de ejecución de los proyectos de la compañía Greendipity S.A.S, esto con el objetivo de integrar las normativas con los estándares de ejecución de proyectos de energía solar.

ETAPAS DEL PROYECTO DE PASANTIA

Se adoptará una metodología lineal, donde básicamente establece una serie de fases que permiten darles solución a los diferentes proyectos e integrarlos con la normatividad y requisitos establecidos por la UPME. Además, considerando la metodología propuesta para pre-factibilidad, que incluye: • 1. Análisis de demanda eléctrica

• 2. Análisis estructural y solar

• 3. Análisis técnico

• 4. Análisis económico

• 5. Muestra de resultados

19 SONAL, Sindhu; VIJAY, Nehra; SUNIL, Luthra. Investigation of feasibility study of solar farms deployment using hybrid AHP-TO

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DESARROLLO DE ACTIVIDAD LABORAL EN GREENDIPITY

Como parte de las actividades regulares de la pasantía institucional, primero se realiza una presentación de la empresa y las funciones como estudiante en pasantía.

Luego, y como parte del aprendizaje, el pasante hace parte del área de ingeniería para conocer el esquema regular de trabajo para estos proyectos. La empresa desarrolla los proyectos de energía solar FV, siguiendo estos pasos, que harán parte de la guía de pre-factibilidad:

Recolección de información: En esta fase se realiza un levantamiento de información tanto de los proyectos, como parte técnica y documentación reglamentaria, ambiental, etc. En esta etapa se incluye la adaptación al marco laboral de una empresa, como parte de una pasantía.

Dimensionamiento de Proyectos: En este paso se identificarán los requerimientos del cliente, se harán análisis de perfiles de carga para la correcta selección de equipos y documentación necesaria. La primera fase se divide en dos puntos, uno en el cual los proyectos ya están en operación y el otro es cuando se realizan desde cero. Se deben realizar los estudios de factibilidad en cuanto a lo técnico y económico, es decir: la normativa administrativa, contable y fiscal, como se mencionó previamente.

Generación de Documentos: Se generan documentos que sirven de soporte tanto para el proyecto, como para el registro del mismo. Independientemente en la etapa que se encuentre, ya sea pre-factibilidad, factibilidad u operación, se debe cumplir con la documentación necesaria para la aprobación del proyecto (Planos eléctricos, simulaciones, análisis técnicos y económicos, reportes, etc.).

Montaje e Instalación: Etapa en la cual luego de realizarse el estudio y el diseño del proyecto, se tienen unas componentes base para iniciar de manera práctica, donde se realizará el montaje y puesta en servicio. Se ha planteado toda la viabilidad para cumplir con las funciones principales y objetivos del proyecto.

Puesta en Marcha y Monitoreo: Se realizan diferentes pruebas de operación que permitan brindar la seguridad en la operación del sistema, adicionalmente se instala

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un sistema de recolección de datos remoto que permitan hacer un seguimiento adecuado al proyecto.

Registro de proyectos de generación e inscripción según requisitos de la UPME. Se reúnen los documentos necesarios para entregar a las entidades gubernamentales: ANLA (DAGMA-CVC), UPME (Según Ley 1715 y UPME), DIAN. Lo anterior para utilizar o aprovechar los incentivos tributarios.

Lanzamiento y Aprobación: Para este punto, el proyecto de energía se encuentra aprobado y en funcionamiento, con todos sus protocolos y guías.

RECOLECCION DE INFORMACION

Es este ítem, se fortalecen los conocimientos procedimentales, recolección de notas, aprender sobre estos procesos con visitas de campo, validando lo que ellos afirman en el proceso de proyectos.

COMPILACION Y ESCRITURA DE GUIA.

Se complementarán los conocimientos teórico-prácticos con los pasos que definen la pre-factibilidad de un proyecto, empezando la elaboración de la GUIA.

ASESORIAS PERMANENTES. EMPRESA – UAO.

Durante la pasantía se planean reuniones periódicas con el DIRECTOR ACADEMICO DEL PROYECTO (UAO), y con el asesor empresarial.

ELABORACION DE GUIA.

El documento se va desarrollando conforme a los pasos para una guía de pre-factibilidad incluyendo los protocolos que regularmente sigue la empresa y agregando las normativas.

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PRESENTACION GUIA.

Una vez finalizada, se realiza una presentación a todo el equipo encargado del desarrollo de proyectos en energía solar y que pueda y deba beneficiarse de la guía de pre-factibilidad. Aquí se recogerán observaciones para mejorarla.

INFORME FINAL DE PANSANTIA.

7. ETAPAS DEL PROYECTO DE PASANTIA

La metodología lineal para el desarrollo de pre-factibilidad se desarrollara en esta sección y describirá los componentes principales a tener en cuenta. Se mostrarán los principales factores para los análisis de demanda eléctrica, estructural, solar, técnica y económica. Donde finalmente, en cada caso se tomará un proyecto en particular, se le aplicarán los respectivos estudios y se mostrarán los resultados, obteniendo así como resultado, una guía memoria para el desarrollo de los proyectos.

En cada proyecto existe una etapa comercial de pre venta, donde la empresa se aproxima al cliente con el ánimo de mostrarle el sistema de ahorro de energía mediante los sistemas fotovoltaicos. Adicionalmente se muestra de manera provisional el montaje de los paneles a través de una renderización o una simulación básica. Adicionalmente se presenta la forma de ahorrar energía obteniendo beneficios tributarios y el costo de inversión de proyecto con su retorno previsto.

ANALISIS DE DEMANDA ELECTRICA

El análisis de demanda eléctrica se determina inicialmente por la factura de energía, donde se toman datos de consumos energéticos mensuales, y que posteriormente permite establecer un punto de conexión para el instrumento de medida. El instrumento de medida es un analizador de redes HT Solar 300N, que registra datos históricos por 8 días calendario. El análisis permite estimar el perfil de consumo horario, diario y determinar una proyección anual con base a los datos recopilados. En la factura de energía los elementos a tener en cuenta son: consumos anteriores y el costo de energía eléctrica según el plan tarifario (Figura 3). Este permite estimar la proyección a mediano y largo plazo, según tiempos requeridos por la evaluación económica.

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Figura 3. Factura de Energía. Consumos Anteriores, componentes del costo y costo

Figura 4. Analizador de Redes Instalado en Barraje de Empresa.

Los datos registrados de tensión, corriente, potencia y energía durante 8 días son consignados en una tabla de Excel (Anexo B), donde se filtran y se tabulan para obtener como resultado un perfil de carga, el cual permite determinar de manera exacta la demanda horaria de energía en planta.

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Dentro de un estudio en particular se toma una muestra aleatoria y se obtiene como resultado el cuadro 2. En el perfil de carga se determina un promedio de potencia máxima, para este caso es de 50kW. Por lo general se realizan tres propuestas comerciales con diferentes niveles de ahorro de energía consumida del OR. Ahorros se estiman entre un 50-60%, 40-50% y 30-40%. De acuerdo a las opciones de ahorro planteadas y a las diversas referencias de paneles, varía la cantidad de módulos a instalar. Las referencias utilizadas de un proveedor a través de una alianza comercial, varían en rangos de 270 a 325 Wp, para realizar las tres propuestas de ahorro se utilizan paneles de 270-275Wp, lo cual permite establecer una cantidad de 202 módulos para la primera propuesta de ahorro, 175 módulos para la segunda y 114 para la tercera opción. Esto significa que se podría instalar una potencia de 54.5kWp que entregaría una energía promedio de 216kW/h por día, para el primer caso de ahorro. El segundo caso plantea instalar una potencia de 47.5kWp que entregaría una energía promedio de 190kW/h por día, y finalmente se realiza una propuesta para instalar una potencia de 30.8kWp la cual entregaría una energía promedio de 123.2kW/h. La energía diaria se determina con 4 horas solares pico calculadas en la ciudad de Cali.

Se toma un día cualquiera de demanda energética de la planta, el cual permitirá realizar el análisis de carga junto con una producción solar promedio, que cumpla con cada uno para los tres casos de ahorro. Los datos recopilados se consignan en la siguiente tabla donde posteriormente se estimará la producción solar y será comparada con el perfil de carga, lo que permitirá comparar la producción de energía con la demanda energética.

Cuadro 2. Datos de Demanda Energética en Planta

Fecha Hora Perfil de Carga (W) Producción Solar (W)

Perfil de Carga con FV

11/09/2017

12:10:00 a. m. 1288 0 1288,0 12:25:00 a. m. 1296 0 1296,0 12:40:00 a. m. 1299 0 1299,0 12:55:00 a. m. 1294 0 1294,0 1:10:00 a. m. 1314 0 1314,0 1:25:00 a. m. 1283 0 1283,0 1:40:00 a. m. 1304 0 1304,0 1:55:00 a. m. 1314 0 1314,0 2:10:00 a. m. 1297 0 1297,0 2:25:00 a. m. 1300 0 1300,0 2:40:00 a. m. 1283 0 1283,0

2:55:00 a. m. 1312 0 1312,0 3:10:00 a. m. 1310 0 1310,0

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Cuadro 3. (Continuación)

3:25:00 a. m. 1279 0 1279,0 3:40:00 a. m. 1299 0 1299,0 3:55:00 a. m. 1292 0 1292,0 4:10:00 a. m. 1308 0 1308,0 4:25:00 a. m. 1295 0 1295,0 4:40:00 a. m. 1278 0 1278,0 4:55:00 a. m. 1307 0 1307,0 5:10:00 a. m. 1291 0 1291,0 5:25:00 a. m. 1287 0 1287,0 5:40:00 a. m. 1294 0 1294,0 5:55:00 a. m. 1288 0 1288,0 6:10:00 a. m. 1303 0 1303,0 6:25:00 a. m. 1938 442,6224 1495,4 6:40:00 a. m. 1707 885,2448 821,8 6:55:00 a. m. 6701 1327,8672 5373,1 7:10:00 a. m. 14910 1770,4896 13139,5 7:25:00 a. m. 25270 2213,112 23056,9 7:40:00 a. m. 27560 3098,3568 24461,6 7:55:00 a. m. 28920 3983,6016 24936,4 8:10:00 a. m. 32510 5311,4688 27198,5 8:25:00 a. m. 25390 6639,336 18750,7 8:40:00 a. m. 24760 7967,2032 16792,8 8:55:00 a. m. 28590 9737,6928 18852,3 9:10:00 a. m. 26410 11065,56 15344,4 9:25:00 a. m. 31310 12393,4272 18916,6 9:40:00 a. m. 37290 14163,9168 23126,1 9:55:00 a. m. 29190 16819,6512 12370,3 10:10:00 a. m. 28340 19918,008 8422,0 10:25:00 a. m. 30330 22131,12 8198,9 10:40:00 a. m. 35540 26557,344 8982,7 10:55:00 a. m. 35780 30098,3232 5681,7 11:10:00 a. m. 35260 36295,0368 -1035,0 11:25:00 a. m. 39280 38950,7712 329,2 11:40:00 a. m. 38150 39393,3936 -1243,4 11:55:00 a. m. 51150 39836,016 11314,0 12:10:00 p. m. 47780 40721,2608 7058,7 12:25:00 p. m. 35850 40721,2608 -4871,3 12:40:00 p. m. 35470 40721,2608 -5251,3 12:55:00 p. m. 30560 40721,2608 -10161,3 1:10:00 p. m. 29940 39836,016 -9896,0 1:25:00 p. m. 36470 39393,3936 -2923,4 1:40:00 p. m. 39390 38950,7712 439,2

44

1:55:00 p. m. 31670 36295,0368 -4625,0 2:10:00 p. m. 34720 30098,3232 4621,7 2:25:00 p. m. 33930 26557,344 7372,7 2:40:00 p. m. 41930 22131,12 19798,9 2:55:00 p. m. 41360 19918,008 21442,0 3:10:00 p. m. 43750 16819,6512 26930,3 3:25:00 p. m. 38900 14163,9168 24736,1 3:40:00 p. m. 41200 12393,4272 28806,6 3:55:00 p. m. 46130 11065,56 35064,4 4:10:00 p. m. 43420 9737,6928 33682,3 4:25:00 p. m. 48570 7967,2032 40602,8 4:40:00 p. m. 45960 6639,336 39320,7 4:55:00 p. m. 13620 5311,4688 8308,5 5:10:00 p. m. 1394 3983,6016 -2589,6 5:25:00 p. m. 1846 3098,3568 -1252,4 5:40:00 p. m. 1838 2213,112 -375,1 5:55:00 p. m. 1841 1770,4896 70,5 6:10:00 p. m. 1795 1327,8672 467,1 6:25:00 p. m. 1823 885,2448 937,8 6:40:00 p. m. 1739 442,6224 1296,4 6:55:00 p. m. 1736 0 1736,0 7:10:00 p. m. 1721 0 1721,0 7:25:00 p. m. 1715 0 1715,0 7:40:00 p. m. 1712 0 1712,0 7:55:00 p. m. 1706 0 1706,0 8:10:00 p. m. 1704 0 1704,0 8:25:00 p. m. 1702 0 1702,0 8:40:00 p. m. 1700 0 1700,0 8:55:00 p. m. 1694 0 1694,0 9:10:00 p. m. 1689 0 1689,0 9:25:00 p. m. 1684 0 1684,0 9:40:00 p. m. 1684 0 1684,0 9:55:00 p. m. 1680 0 1680,0 10:10:00 p. m. 1675 0 1675,0 10:25:00 p. m. 1674 0 1674,0 10:40:00 p. m. 1673 0 1673,0 10:55:00 p. m. 1137 0 1137,0 11:10:00 p. m. 1085 0 1085,0 11:25:00 p. m. 1080 0 1080,0 11:40:00 p. m. 1093 0 1093,0 11:55:00 p. m. 1336 0 1336,0


45

Figura 5. Perfil de Carga

Cuadro 5. Estimación de Producción Solar para ahorro de 50 – 60%

Cantidad de Paneles Área del Panel % de eficiencia del sistema Potencia Instalada HPS 202 1,65 80% 54,5 4,0

Área Campo Solar Eficiencia del Panel Energía (KW/h Día) Energía (KW/h Mes) 333,3 16,6% 216 6483

Cuadro 6. Producción Solar Promedio

Producción Solar Promedio

Hora Radiación Solar (W/m2) Potencia (W) 6:00 0 0,0 6:15 10 442,6 6:30 20 885,2 6:45 30 1327,9 7:00 40 1770,5 7:15 50 2213,1 7:30 70 3098,4

0

10000

20000

30000

40000

50000

6000012

:10:

00 A

. M.

12:5

5:00

A. M

.1:

40:0

0 A.

M.

2:25

:00

A. M

.3:

10:0

0 A.

M.

3:55

:00

A. M

.4:

40:0

0 A.

M.

5:25

:00

A. M

.6:

10:0

0 A.

M.

6:55

:00

A. M

.7:

40:0

0 A.

M.

8:25

:00

A. M

.9:

10:0

0 A.

M.

9:55

:00

A. M

.10

:40:

00 A

. M.

11:2

5:00

A. M

.12

:10:

00 P

. M.

12:5

5:00

P. M

.1:

40:0

0 P.

M.

2:25

:00

P. M

.3:

10:0

0 P.

M.

3:55

:00

P. M

.4:

40:0

0 P.

M.

5:25

:00

P. M

.6:

10:0

0 P.

M.

6:55

:00

P. M

.7:

40:0

0 P.

M.

8:25

:00

P. M

.9:

10:0

0 P.

M.

9:55

:00

P. M

.10

:40:

00 P

. M.

11:2

5:00

P. M

.

11/09/2017

Perfil de Carga

Perfil de Carga (W)

46

8:00 120 5311,5 8:15 150 6639,3 8:30 180 7967,2 8:45 220 9737,7 9:00 250 11065,6 9:15 280 12393,4 9:30 320 14163,9 9:45 380 16819,7

10:00 450 19918,0 10:15 500 22131,1 10:30 600 26557,3 10:45 680 30098,3 11:00 820 36295,0 11:15 880 38950,8 11:30 890 39393,4 11:45 900 39836,0 12:00 920 40721,3 12:15 920 40721,3 12:30 920 40721,3 12:45 920 40721,3 13:00 900 39836,0 13:15 890 39393,4 13:30 880 38950,8 13:45 820 36295,0 14:00 680 30098,3 14:15 600 26557,3 14:30 500 22131,1 14:45 450 19918,0 15:00 380 16819,7 15:15 320 14163,9 15:30 280 12393,4 15:45 250 11065,6 16:00 220 9737,7 16:15 180 7967,2 16:30 150 6639,3 16:45 120 5311,5 17:00 90 3983,6 17:15 70 3098,4 17:30 50 2213,1


47

17:45 40 1770,5 18:00 30 1327,9 18:15 20 885,2 18:30 10 442,6 18:45 0,0

Figura 6. Producción Solar Promedio.

Bajo el sistema de inyección de 54.5kWp y la producción de energía diaria de 216kW/h, se estimaría un ahorro aproximado entre el 50% y el 60% en los consumos actuales. Se compara el perfil de carga real vs la producción solar estimada, figura 7. Después de comparar los gráficos, se genera un perfil de carga con la generación fotovoltaica. Figura 8.

0,0

5000,0

10000,0

15000,0

20000,0

25000,0

30000,0

35000,0

40000,0

45000,0

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0:45

1:30

2:15

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3:45

4:30

5:15

6:00

6:45

7:30

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9:00

9:45

10:3

011

:15

12:0

012

:45

13:3

014

:15

15:0

015

:45

16:3

017

:15

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018

:45

19:3

020

:15

21:0

021

:45

22:3

023

:15

Potencia (W)


48

Figura 7. Perfil de Carga vs Producción Solar.

Figura 8. Perfil de Carga con FV.

0

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20000

30000

40000

50000

6000012

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00 A

. M.

12:5

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A. M

.1:

40:0

0 A.

M.

2:25

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A. M

.3:

10:0

0 A.

M.

3:55

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A. M

.4:

40:0

0 A.

M.

5:25

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A. M

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10:0

0 A.

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6:55

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A. M

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40:0

0 A.

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8:25

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A. M

.9:

10:0

0 A.

M.

9:55

:00

A. M

.10

:40:

00 A

. M.

11:2

5:00

A. M

.12

:10:

00 P

. M.

12:5

5:00

P. M

.1:

40:0

0 P.

M.

2:25

:00

P. M

.3:

10:0

0 P.

M.

3:55

:00

P. M

.4:

40:0

0 P.

M.

5:25

:00

P. M

.6:

10:0

0 P.

M.

6:55

:00

P. M

.7:

40:0

0 P.

M.

8:25

:00

P. M

.9:

10:0

0 P.

M.

9:55

:00

P. M

.10

:40:

00 P

. M.

11:2

5:00

P. M

.

11/09/2017

Perfil de Carga vs Produccion Solar

Perfil de Carga (W) Producion Solar (W)

-20000,0

-10000,0

0,0

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20000,0

30000,0

40000,0

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12:1

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A. M

.12

:55:

00 A

. M.

1:40

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A. M

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25:0

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55:0

0 A.

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4:40

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A. M

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25:0

0 A.

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6:10

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A. M

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0 A.

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0 A.

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A. M

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A. M

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00 A

. M.

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P. M

.12

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. M.

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P. M

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0 P.

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4:40

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P. M

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0 P.

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P. M

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0 P.

M.

7:40

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P. M

.8:

25:0

0 P.

M.

9:10

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P. M

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0 P.

M.

10:4

0:00

P. M

.11

:25:

00 P

. M.

11/09/2017



49

Con base a la información registrada en el Anexo B y la producción de energía eléctrica para un ahorro del 50-60%, se estima una producción de energía para la semana completa y se registra de la siguiente manera: Cuadro 7. Energía en Semana Medida 40 – 50%

Fecha Energía Consumida (KWh) Energía Generada (KWh) % de Ahorro

viernes, 8 de septiembre de 2017 355,3 216,2 61% sábado, 9 de septiembre de 2017 31,6 216,2 685%

domingo, 10 de septiembre de 2017 37,1 216,2 583% lunes, 11 de septiembre de 2017 368,6 216,2 59%

martes, 12 de septiembre de 2017 453,5 216,2 48% Figura 9. Energía Consumida vs Energía Generada.

Analizando la segunda opción que corresponde al ahorro del 40-50% se obtienen los datos para estimación de producción, con potencia instalada de 47,5kWp y producción de energía de 190kW/h.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

500,0

VIERNES, 8 DE SEPTIEMBRE DE

2017

SÁBADO, 9 DE SEPTIEMBRE DE

2017

DOMINGO, 10 DE SEPTIEMBRE DE

2017

LUNES, 11 DE SEPTIEMBRE DE

2017

MARTES, 12 DE SEPTIEMBRE DE

2017

Energia Consumida vs Energia Generada

Energia Consumida (KWh) Energia Generada (KWh)

50

Cuadro 8. Estimación de Producción Solar para Ahorro de 40 – 50% Cantidad de Paneles Área del Panel % de eficiencia Potencia Instalada HPS

176 1,65 80% 47,5 4,0 Área Campo Solar Eficiencia del Panel Energía (KW/h Día) Energía (KW/h Mes)

290,4 16,6% 188 5649 Cuadro 9. Producción Solar Promedio Ahorro 40 – 50%

Producción Solar Promedio

Hora Radiación Solar (W/m2) Potencia (W) 6:00 0 0,0 6:15 10 385,7 6:30 20 771,3 6:45 30 1157,0 7:00 40 1542,6 7:15 50 1928,3 7:30 70 2699,6 7:45 90 3470,9 8:00 120 4627,8 8:15 150 5784,8 8:30 180 6941,7 8:45 220 8484,3 9:00 250 9641,3 9:15 280 10798,2 9:30 320 12340,8 9:45 380 14654,7

10:00 450 17354,3 10:15 500 19282,6 10:30 600 23139,1 10:45 680 26224,3 11:00 820 31623,4 11:15 880 33937,3 11:30 890 34323,0 11:45 900 34708,6 12:00 920 35479,9 12:15 920 35479,9 12:30 920 35479,9 12:45 920 35479,9

51

13:00 900 34708,6

13:30 880 33937,3 13:45 820 31623,4 14:00 680 26224,3 14:15 600 23139,1 14:30 500 19282,6 14:45 450 17354,3 15:00 380 14654,7 15:15 320 12340,8 15:30 280 10798,2 15:45 250 9641,3 16:00 220 8484,3 16:15 180 6941,7 16:30 150 5784,8 16:45 120 4627,8 17:00 90 3470,9 17:15 70 2699,6 17:30 50 1928,3 17:45 40 1542,6 18:00 30 1157,0 18:15 20 771,3 18:30 10 385,7 18:45 0,0


52

Figura 10. Producción Solar Promedio.

Figura 11. Perfil de Carga vs Producción Solar.

0,0

5000,0

10000,0

15000,0

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25000,0

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7:30

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10:3

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:15

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16:3

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018

:45

19:3

020

:15

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Potencia (W)

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11/09/2017



53

Figura 12. Perfil de Carga con FV

Cuadro 10. Energía en Semana Medida 30 – 40%

Fecha Energía Consumida (kWh) Energía Generada (kWh) % de Ahorro viernes, 8 de septiembre de 2017 355,3 188,4 53% sábado, 9 de septiembre de 2017 31,6 188,4 597%


martes, 12 de septiembre de 2017 453,5 188,4 42%

-10000,0

0,0

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. M.

11/09/2017



54

Figura 13. Energía Consumida vs Energía Generada.

Analizando la tercera opción que corresponde al ahorro del 30-40% se obtienen los datos para estimación de producción, con potencia instalada de 30,8kWp y producción de energía de 123kW/h. Cuadro 11. Estimación de Producción Solar para Ahorro de 30 – 40%

Cantidad de Paneles Área del Panel % de eficiencia Potencia Instalada HPS 114 1,65 80% 30,8 4,0

Área Campo Solar Eficiencia del Panel Energía (KW/h Día) Energía (KW/h Mes) 188,1 16,6% 122 3659

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500,0


2017


2017


2017


2017


2017



55

Cuadro 12. Producción Solar Promedio Producción Solar Promedio

Hora Radiación Solar (W/m2) Potencia (W) 6:00 0 0,0 6:15 10 385,7 6:30 20 771,3 6:45 30 1157,0 7:00 40 1542,6 7:15 50 1928,3 7:30 70 2699,6 7:45 90 3470,9 8:00 120 4627,8 8:15 150 5784,8 8:30 180 6941,7 8:45 220 8484,3 9:00 250 9641,3 9:15 280 10798,2 9:30 320 12340,8 9:45 380 14654,7

10:00 450 17354,3 10:15 500 19282,6 10:30 600 23139,1 10:45 680 26224,3 11:00 820 31623,4 11:15 880 33937,3 11:30 890 34323,0 11:45 900 34708,6 12:00 920 35479,9 12:15 920 35479,9 12:30 920 35479,9 12:45 920 35479,9 13:00 900 34708,6 13:15 890 34323,0 13:30 880 33937,3 13:45 820 31623,4 14:00 680 26224,3 14:15 600 23139,1 14:30 500 19282,6 14:45 450 17354,3

56

15:00 380 14654,7 15:15 320 12340,8 15:30 280 10798,2 15:45 250 9641,3 16:00 220 8484,3 16:15 180 6941,7 16:30 150 5784,8 16:45 120 4627,8 17:00 90 3470,9 17:15 70 2699,6 17:30 50 1928,3 17:45 40 1542,6 18:00 30 1157,0 18:15 20 771,3 18:30 10 385,7 18:45 0,0

Figura 14. Producción Solar Promedio

0,0

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018

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Potencia (W)


57

Figura 15. Perfil de Carga vs Producción Solar

Figura 16. Perfil de Carga con FV

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0:00

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:25:

00 P

. M.

11/09/2017



58

Cuadro 13. Energía en Semana Medida 20 – 30%

Fecha Energía Consumida (KWh) Energía Generada (KWh) % de Ahorro viernes, 8 de septiembre de 2017 355,3 122,0 34% sábado, 9 de septiembre de 2017 31,6 122,0 387%


martes, 12 de septiembre de 2017 453,5 122,0 27% Figura 17. Energía Consumida vs Energía Generada

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59

ANALISIS ESTRUCTURAL Y SOLAR La evaluación de las superficies factibles para la instalación de un sistema solar FV, se obtiene con base a la información arquitectónica, planos o inspección visual del sitio. A nivel nacional y debido a la diversidad industrial del sector Vallecaucano, existen diferentes tipos de techos (Figura 18) ya sean edificios comerciales, edificaciones agrícolas y ganaderas, industria farmacéutica, etc. Por tal motivo, cada uno tiene un tipo de cubierta diferente, los más comunes pueden ser:

• Fibrocemento (Eternit)

• Galvatecho (Espuma Poliuretano)

• Zinc

• Grafada

• Trapezoidal

Dependiendo el tipo y el material de la cubierta, se debe establecer un nivel de adaptabilidad que permita, la instalación mecánica, dirección e inclinación de los paneles solares, como el anclaje mecánico de las bandejas porta cables y demás. Al definir el tipo de cubierta y el material, se procede a realizar una simulación para determinar disponibilidad espacial

60

Figura 18. Arquitectura de Cubiertas.

FUENTE: PAREDES, Carlos. Comparativa de los distintos tipos de cubiertas [Figura]. Buenos Aires. 17 de marzo 2015, Párrafo 7. [Consultado: 19 Abril de 2018]. Disponible en internet: http://www.paredestudio.com.ar/comparativa-de-los-distintos-tipos-de-cubiertas/#.WwMmVSBOntQ

Luego de verificar el tipo de cubierta, se hace el análisis de cálculos estructurales para las cubiertas a intervenir, este documento se le puede solicitar al cliente, en caso de no tenerlo se debe realizar un estudio de capacidad de cargas aportantes, tal como se muestra en la siguiente figura.

http://www.paredestudio.com.ar/comparativa-de-los-distintos-tipos-de-cubiertas/#.WwMmVSBOntQhttp://www.paredestudio.com.ar/comparativa-de-los-distintos-tipos-de-cubiertas/#.WwMmVSBOntQ

61

Figura 19. Análisis Estructura de Cliente A

Una vez evaluado la disponibilidad estructural, se debe definir la ubicación del cuarto eléctrico o cuarto de equipos, donde se instalará el tablero principal con elementos de protección, maniobra, inversor, transformador y demás. En este caso de la simulación de los paneles solares, se utiliza el software Google SketchUp, para analizar el montaje y sombras en todo el año. Para este análisis se toma

BODEGA CLIENTE A

62

principalmente cuatro puntos del año, equinoccios y solsticios. Las fechas de los equinoccios son el 20 de marzo y el 22 de septiembre, los solsticios ocurren el 21 de junio y el 22 de diciembre. A continuación, un cuadro que registra desde el 2004 las fechas y horas de estos eventos. Adicionalmente, se evalúan los datos climáticos de la zona mediante “NASA Surface meteorology and Solar Energy” para calcular la producción energética estimada. Figura 22. Cuadro 14. Tiempo Universal Coordinado de Solsticios y Equinoccios

FUENTE: WIKIPEDIA. Solsticio [Figura]. (22 de Septiembre de 2017). [Consultado: 19 de Abril de 2018]. Disponible en internet: https://es.wikipedia.org/wiki/Solsticio Una vez se conocen las fechas donde la irradiancia solar cambia de posicion, se establece un punto de geolocalización según figura 20, que permitirá establecer las coordenadas del sitio de instalacion y analizar las sombras en ese punto en especifico. En el punto se realiza un extrusión de las areas a ocupar y sombras aledañas que puedan afectar la produccioón de energía. Se realiza el montaje de los modulos solares correspondientes a la potencia estimada u ofertada.

63

Figura 20. Geolocalización. Google Maps

Figura 21. Montaje 3D áreas a ocupar y proyección de sombras. Google Sketchup.

64

Figura 22.(continuación)

Figura 23. NASA Surface Meteorology and Solar Energy.

FUENTE: NASA Surface Meteorology and Solar Energy. Disponible en internet: https://power.larc.nasa.gov/

ANALISIS TÉCNICO Mediante ayudas computaciones se realiza la integración del sistema solar con la cantidad de módulos, configuración de cadenas, conexión a inversores y estimaciones de producción y pérdidas. La herramienta PVSol permite determinar estos análisis y tener una estimación más acertada del sistema. Al tener los resultados se realizan los cálculos de dimensionamiento del sistema gracias al análisis de demanda energética y verificación de disponibilidad de área adecuada para la implementación optima del sistema, se procede a realizar el diseño eléctrico del proyecto. 7.3.1 Calculo de inversores Una vez se tiene define la potencia a instalar se calcula la cantidad de inversores y la configuración de las cadenas. Para este cálculo se utiliza la herramienta Web llamada String Sizer de ABB. Se deben ingresar parámetros básicos de ubicación (Figura 23), temperatura (Figura 24), seleccionar el tipo de panel según fabricante y potencia (Figura 25), seleccionar inversor según modelo o potencia a instalar(Figura 26). Como resultado, la herramienta permite determinar a través de una matriz las opciones en paralelo o independientes para la configuración de cadenas en serie y paralelo con su MPPT (Maximum Power Point Tracker) correspondiente. (Figura 27). Figura 24. Datos de ubicación String Sizer.

FUENTE: Elaboración Propia.

67

Figura 25. Datos de Temperat

DISEÑO DE UN INSTRUMENTO PARA EL ANALISIS DE PRE-FACTIBILIDAD DE...

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