Evaluación del potencial energético, solar fotovoltaico de las cubiertas de los edificios de la sede

ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia, sede Villavicencio

Mauricio Buenaventura Castellanos

Yuvimir Fierro Galindo

Cristhian David Segura Castro

Universidad Cooperativa de Colombia

Facultad de Ingenierías

Programa de Ingeniería Civil

Villavicencio

2019

ii

Evaluación del potencial energético, solar fotovoltaico de las cubiertas de los edificios de la sede

principal de la Universidad Cooperativa de Colombia, sede Villavicencio

Mauricio Buenaventura Castellanos

Yuvimir Fierro Galindo

Cristhian David Segura Castro

Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Asesores Técnico

Jeison Arango Carrillo

Ingeniero Electrónico

Javier Andrés Vargas Guativa

Universidad Cooperativa de Colombia

Facultad de Ingenierías

Programa de Ingeniería Civil

Villavicencio

2019

iii

Autoridades académicas Universidad Cooperativa de Colombia

Dra. Maritza Rondón Rangel

Rectora Nacional

Dr. César Augusto Pérez Londoño

Director de la Sede

Dr. Henry Emiro Vergara Bobadilla

Subdirector Académico de la Sede

Dra. Ruth Edith Muñoz

Directora Administrativa

Dra. Nancy Giovanna Cocunubo Cocunubo

Coordinador del Centro de Investigaciones y Postgrados

Ing. María Lucrecia Ramírez Suárez

Jefe programa de Ingenierías

Ing. Raúl Alarcón Bermúdez

Decano Facultad de Ingeniería Civil

Ing. Nelson Eduardo González Rojas

Coordinador de Investigación del Programa de Ingeniería Civil

iv

Advertencia

La Universidad Cooperativa de Colombia,

Sede Villavicencio, no se hace responsable

Por los conceptos emitidos por los autores.

Nota de aceptación:

vi

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado

vii

Firma del jurado

viii

AGRADECIMIENTOS

Primero que todo le doy gracias a Dios por permitirme llevar a cabo y culminar esta meta

propuesta, con la guía y la fortaleza necesarias para afrontar los altibajos que implican el camino

del aprendizaje.

Le doy gracias a mi madre Aminta Galindo y a mi Hermana Yaneth Fierro Galindo por el apoyo

incondicional en gran parte del desarrollo de mi educación, regalándome un excelente ejemplo

de vida a seguir.

A mi esposa Wendy Johana Sánchez Albarracín por la gran ayuda que siempre me ha brindado,

siendo un pilar muy importante a lo largo de mi carrera, permaneciendo junto a mí en los

momentos más significativos. No fue fácil terminar con este proyecto, pero siempre estuvo allí,

motivando y esperanzando mi sueño y así poder lograrlo satisfactoriamente.

A mis amigos compañeros: Mauricio Buenaventura, Cristhian David Segura, Wilmar Posada

Morales y Juan Camilo Redondo por creer y confiar en mí, y haber hecho de la carrera

universitaria una de las mejores experiencias de aprendizaje de mi vida.

Gracias a mis tutores Yeison Arango y Javier Vargas que con su conocimiento y experiencia fue

la guía y apoyo brindado en el lapso del periodo académico, también por su tiempo dedicado, la

amistad y todo el conocimiento transmitido.

Yuvimir fierro Galindo

ix

Dedico este trabajo primeramente a Dios por darme la sabiduría y entendimiento a través de la

carrera para sobrepasar los obstáculos, además a mis dos ángeles German Segura Rojas

(Q.E.P.D) y Henry Segura Castro (Q.E.P.D.) los cuales fueron mi motivación para cada vez que

me sentí en angustia y sin salida; a mi familia María Nelcy Castro Casallas, German Segura

Castro y Deysee Herminia Segura Castro los cuales siempre estuvieron incondicionalmente para

apoyarme en este nuevo logro y darme los consejos necesarios para culminar este logro además

que son mi base en este proceso de formación que emprendí y no me han dejado desfallecer en

esto ; y para terminar a mis amigos que desde el principio de este proceso siempre me han

brindado una sincera y buena amistad en especial Mauricio, Darwin, Yuvimir, Juan Camilo y

Willmar; éxitos colegas.

Cristhian David Segura Castro

x

Agradecer a la vida por la oportunidad de concretar uno de mis retos personales tan anhelados, es

un logro más que se alcanza, gracias a la sabiduría y la fortaleza encontrada en Dios, en mi

familia y amigos cercanos que creyeron siempre en mí, en mis capacidades y fortalezas. Dar las

gracias eternas a mi señora madre María Inés Castellanos que siempre confió en que esto llegaría

a un buen término, a mis hermanos Jhardany, Fernando y Tatiana Buenaventura, quienes fueron

pilares fundamentales a la hora de buscar ayuda y fortaleza para seguir con este proyecto.

A mis sobrinos Andrés Jhardany Buenaventura, Angie Vargas y David Buenaventura a quienes

aprecio de manera incansable, a mis amigos de curso con quienes compartí la experiencia de

batallar 5 años, hombro a hombro todas los obstáculos y alegrías que nos deja esta gran vivencia,

en especial a mis colegas: Cristhian David Segura, Yuvimir Fierro, Juan Camilo Redondo,

Willmar Posada y Darwin Rodríguez, también a esas personas especiales que me motivaron a

emprender esta empresa de conseguir este título universitario, sin nombrarlas ellas muy bien

saben a quienes hago referencia, aunque ya no estén presentes en mi vida.

A mis tutores Yeison Arango y Javier Vargas, quienes tuvieron la paciencia, el estímulo y la guía

fundamental, para poder llevar a cabo este trabajo basado en el conocimiento compartido por

ellos y el apoyo brindado.

También doy gracias a todas las personas que de una u otra manera con su venía o con su

indiferencia me brindaron las ganas de seguir siempre adelante, realmente muchas gracias.

¡Lo logramos!

Mauricio Buenaventura Castellanos

xi

TABLA DE CONTENIDO

Resumen ..................................................................................................................................................... xvii

Abstract ..................................................................................................................................................... xviii

Introducción ................................................................................................................................................ 19

1. Generalidades de la investigación ....................................................................................................... 21

1.1. Planteamiento del problema .................................................................................................... 21

1.2. Justificación ............................................................................................................................... 23

2. Objetivos ............................................................................................................................................. 26

2.1. Objetivo general ........................................................................................................................ 26

2.2. Objetivos específicos ................................................................................................................. 26

3. Estado del arte ............................................................................................................................... 27

4. Marco referencial ................................................................................................................................ 31

4.1. Marco conceptual ...................................................................................................................... 31

4.1.1. Celdas solares .................................................................................................................... 31

4.1.2. Sistema de baterías............................................................................................................ 32

4.1.3. Paneles solares ................................................................................................................... 37

4.1.4. Tipo de instalaciones solares ............................................................................................ 38

4.1.5. Energía renovable ............................................................................................................. 40

4.1.6. Demanda energética en Colombia ................................................................................... 41

4.1.7. Problemas ambientales a nivel global ............................................................................. 41

4.1.8. Problemas ambientales en Colombia .............................................................................. 41

4.1.9. Efecto invernadero ............................................................................................................ 42

4.1.10. Radiación solar .................................................................................................................. 43

4.1.11. Tipos de energía ................................................................................................................ 43

4.1.11.1. Energía fotovoltaica ...................................................................................................... 43

4.1.11.2. Energía solar .................................................................................................................. 44

4.1.11.3. Energía eólica ................................................................................................................ 44

4.1.11.4. Energía hidráulica......................................................................................................... 45

4.1.11.5. Energía geotérmica ....................................................................................................... 46

4.2. Marco legal ................................................................................................................................ 47

4.3. Línea base .................................................................................................................................. 50

xii

4.3.1. Localización ........................................................................................................................... 50

4.3.2. Hidrografía ........................................................................................................................ 52

4.3.3. Clima .................................................................................................................................. 57

4.4. Marco teórico ............................................................................................................................ 61

4.5. Impacto ambiental .................................................................................................................... 62

4.6. Equipos y herramientas ............................................................................................................ 64

5. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................................................. 69

5.1. Tipo de investigación ................................................................................................................ 69

5.2. Etapas de la investigación......................................................................................................... 69

4.2.1. Primera fase: ..................................................................................................................... 70

4.2.2. Segunda fase: ..................................................................................................................... 70

4.2.3. Tercera fase ....................................................................................................................... 71

4.2.4. Cuarta fase ......................................................................................................................... 71

4.3. Procedimiento ............................................................................................................................ 71

4.3.1. Localización del área a estudiar....................................................................................... 71

4.3.2. Reconocimiento aéreo de la estructura de la sede de la salud ....................................... 72

4.3.3. Ortofoto de la estructura .................................................................................................. 74

4.3.4. Toma de mediciones de forma manual ............................................................................ 77

4.3.5. Diseño de plano en AutoCAD .......................................................................................... 79

4.4. Paneles escogidos para este tipo de cubierta........................................................................... 80

4.4.1. Especificaciones panel solar policristalino inti, ipt – 250 .............................................. 81

4.4.2. Fichas técnicas piezas de instalación ............................................................................... 82

4.5. Distribución de los módulos solares en el área de la cubierta de la estructura ................... 92

5. RESULTADOS ................................................................................................................................... 95

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ....................................................................................................... 153

7. CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 155

8. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 157

xiii

Lista de ilustraciones

Ilustración 1. Batería monoblock ................................................................................................................ 35

Ilustración 2. Batería AGM ......................................................................................................................... 35

Ilustración 3. Baterías estacionarias ............................................................................................................ 36

Ilustración 4. Batería de litio ....................................................................................................................... 37

Ilustración 5. Instalaciones solares FV aisladas .......................................................................................... 39

Ilustración 6. Instalaciones solares FV conectadas a una red ..................................................................... 40

Ilustración 7. Foto satelital universidad cooperativa de Colombia sede clínica. ........................................ 52

Ilustración 8. Cuenca del rio Guatiquia ...................................................................................................... 54

Ilustración 9. Cuenca del rio Ocoa .............................................................................................................. 55

Ilustración 10.Cuenca del rio Guayuriba .................................................................................................... 57

Ilustración 11. Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia ............................................ 60

Ilustración 12. Atlas Climatológico de Colombia ....................................................................................... 61

Ilustración 13. Drone usado en el proyecto ................................................................................................. 65

Ilustración 14. Termómetro visual. (Visual IR Thermometer. VTO4A) .................................................... 65

Ilustración 15. Cinta Métrica ...................................................................................................................... 66

Ilustración 16. Arnés ................................................................................................................................... 67

Ilustración 17. Mosquetón .......................................................................................................................... 67

Ilustración 18. Frenos para guayas .............................................................................................................. 68

Ilustración 19. Línea de vida ....................................................................................................................... 69

Ilustración 20.Georeferenciacion de la Universidad Cooperativa Sede Ciencias de la Salud .................... 72

Ilustración 21. Drones usados para la toma de fotografías, DJI Phantom 4 y DJI Mavic Pro .................... 72

Ilustración 22. Operación del sobrevuelo sobre la estructura de la universidad. ........................................ 73

Ilustración 23. Universidad de cooperativa de Colombia, sede de la salud, parte frontal. ......................... 73

Ilustración 24. Universidad de cooperativa de Colombia, sede de la salud, parte posterior o trasera ........ 74

Ilustración 25. Resultante del modelo 3d realizado mediante el software Argisoft de la estructura de la

sede de la salud. .......................................................................................................................................... 75

Ilustración 26. Modelo en 3D obtenido a partir del software de fotogrametría. ......................................... 75

Ilustración 27. Ortofoto final, mediante el uso de la interpretación de las 69 fotos aéreas tomadas por el

drone, una vez hecho el traslapo de estas. ................................................................................................... 76

Ilustración 28. Área de Incidencia .............................................................................................................. 77

Ilustración 29. Indumentaria y equipos usados para la toma de medidas manuales en la cubierta de la

estructura de la universidad cooperativa de Colombia, sede de la salud. ................................................... 78

Ilustración 30. Toma de mediciones de temperaturas en la cubierta. ......................................................... 78

Ilustración 31. Diseño de plano de la cubierta de la Universidad Cooperativa de Colombia, Sede de la

Salud en la ciudad de Villavicencio ............................................................................................................ 79

Ilustración 32. Panel solar escogido ............................................................................................................ 80

Ilustración 33. Dimensiones del panel solar y plano de ingeniería. ............................................................ 81

xiv

Ilustración 34. Especificaciones técnicas generales .................................................................................... 81

Ilustración 35. Soporte de los módulos ....................................................................................................... 82

Ilustración 36. Losa para piso plano ........................................................................................................... 83

Ilustración 37. Anclajes de la losa para su ensamble .................................................................................. 83

Ilustración 38. Ficha técnica Alurack Trapezoidal ..................................................................................... 84

Ilustración 39. Anclaje a la cubierta ............................................................................................................ 84

Ilustración 40. Tornillo autoperforante y chazo mariposa .......................................................................... 85

Ilustración 41. Instalación del Mrail a la cubierta ....................................................................................... 86

Ilustración 42. Pieza de anclaje eclamp ...................................................................................................... 87

Ilustración 43. Características de la pieza de anclaje eclamp ..................................................................... 88

Ilustración 44. Pieza de anclaje en L........................................................................................................... 88

Ilustración 45. Características del anclaje L ............................................................................................... 89

Ilustración 46. Pieza de anclaje Alurack Mclamp ....................................................................................... 90

Ilustración 47. Características pieza de anclaje Alurack Mclamp .............................................................. 90

Ilustración 48. Pieza de anclaje Mrail ......................................................................................................... 91

Ilustración 49. Características Pieza de anclaje Mrail ................................................................................ 92

Ilustración 50. Plano de la distribución correcta de los paneles en los sitios más adecuados y haciendo el

máximo de aprovechamiento del mismo .................................................................................................... 93

Ilustración 51. Diseño del modelo en 3D de la cubierta de la estructura con los respectivos paneles

instalados .................................................................................................................................................... 93

Ilustración 52. Modelado en 3D de la cubierta de la universidad cooperativa de Colombia, sede de la

salud con los 830 paneles instalados. .......................................................................................................... 94

Ilustración 53. Orientación de la sede ciencias de la salud con respecto a la salida del sol........................ 96

Ilustración 54. Mapa de radiación solar del territorio nacional .................................................................. 97

Ilustración 55. Radiación Solar en Villavicencio ........................................................................................ 97

Ilustración 56. Promedio mensual de radiación global en la ciudad de Villavicencio - Meta .................... 98

Ilustración 57. Recibo consumo de energía eléctrica mes de abril de 2019 para la sede de la salud,

universidad cooperativa de Colombia ....................................................................................................... 101

Ilustración 58. Diagrama de Gannt proyecto de Instalación de Paneles solares ....................................... 117

Ilustración 59. Línea de tiempo de proceso de ejecución del proyecto de paneles solares ....................... 118

Ilustración 60. Simulación de distribución paneles solares en la cubierta de la estructura de la sede de la

salud .......................................................................................................................................................... 123

Ilustración 61. Ubicación estimada de paneles fotovoltaicos ................................................................... 135

xv

Lista de tablas

Tabla 1. Proyectos de inversión fotovoltaicos en 2016............................................................................... 31

Tabla 2. Datos del fabricante para la batería monoblock Power 250 .......................................................... 33

Tabla 3. Coeficientes de temperatura del panel .......................................................................................... 82

Tabla 4. Promedio horario de la radiación en la estación Ica de ubicada en Villavicencio ........................ 98

Tabla 5. Perdidas por orientación e inclinación ........................................................................................ 100

Tabla 6. Características del montaje ......................................................................................................... 102

Tabla 7. Potencial energético de los 830 paneles solares TPI ................................................................... 103

Tabla 8. Comparativo de ahorros .............................................................................................................. 104

Tabla 9. Comparativo entre consumos del mes ........................................................................................ 104

Tabla 10. Detalles del consumo de los últimos nueve (9) meses .............................................................. 106

Tabla 11. Detalles del consumo vs deducible por inyección a red ........................................................... 108

Tabla 12. Suministros e instalación de sistema fotovoltaico para la sede de la Salud .............................. 110

Tabla 13. Área de diferencia por panel sobre la cubierta del edificio ....................................................... 113

Tabla 14. Personal para la instalación de los módulos.............................................................................. 115

Tabla 15. Valores de seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales. ............................... 116

Tabla 16. Presupuesto final ....................................................................................................................... 118

Tabla 17. Datos técnicos y de producción del proyecto ............................................................................ 120

Tabla 18. Análisis financiero años 1 a 6 ................................................................................................... 120

Tabla 19. Análisis financiero para los años 7 a 12 .................................................................................... 121

Tabla 20. Análisis financiero para los años 13 a 18 .................................................................................. 121

Tabla 21. Análisis financiero para los años 19 a 25 .................................................................................. 122

Tabla 22. Tabla de Potencial energético generada por 830 paneles solares ............................................. 124

Tabla 23. Cantidad de baterías requerida .................................................................................................. 124

Tabla 24. Presupuesto del proyecto de paneles más baterías de almacenamiento .................................... 125

Tabla 25. Personal necesario para la ejecución de la obra. ....................................................................... 129

Tabla 26.Costos de seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales del personal de la obra.

.................................................................................................................................................................. 130

Tabla 27. Costo total del proyecto paneles más baterías para almacenamiento. ...................................... 130

Tabla 28. Datos técnicos y de producción ................................................................................................ 131

Tabla 29. Calculo de la inversión necesaria para esta alternativa ............................................................. 132

Tabla 30. Análisis financiero para los primeros 6 años ............................................................................ 133

Tabla 31. Análisis financiero para lapso de 7 – 12 años ........................................................................... 133

Tabla 32. Análisis financiero para el lapso de 13 – 18 años ..................................................................... 134

Tabla 33. Análisis financiero para el lapso 18 – 25 años .......................................................................... 134

Tabla 34. Evaluación Energética .............................................................................................................. 136

Tabla 35. Estimación cantidad de paneles para la tercera propuesta ........................................................ 136

Tabla 36. Potencial energético de los 2275 paneles solares TPI ............................................................... 138

Tabla 37. Comparativo y porcentaje de ahorro ......................................................................................... 138

Tabla 38. Energía requerida ...................................................................................................................... 140

xvi

Tabla 39. Cálculos de baterías según energía producida por el banco de baterías ................................... 140

Tabla 40. Presupuesto del proyecto del 100% de abastecimiento de paneles más baterías de

almacenamiento ........................................................................................................................................ 141

Tabla 41. Personal necesario para la ejecución de la obra. ....................................................................... 144

Tabla 42. Seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales del personal de la obra ............ 144

Tabla 43. Costo total del proyecto paneles más baterías para almacenamiento del 100%. ...................... 145

Tabla 44. Datos técnicos de la producción ............................................................................................... 146

Tabla 45. Inversión cada 20 años .............................................................................................................. 146

Tabla 46. Datos de análisis financiero para los primeros 6 años .............................................................. 147

Tabla 47. Datos de análisis financiero para el lapso 7 – 12 años .............................................................. 148

Tabla 48. Datos de análisis financiero para el lapso 13 – 18 años ............................................................ 148

Tabla 49. Datos de análisis financiero para el lapso 19 – 25 años ............................................................ 149

Tabla 50. Comparativo de las tres propuestas analizadas ......................................................................... 151

Lista de Graficas

Gráfica 1. Vida útil en ciclos y prof. de descarga en baterías estacionarias ............................................... 34

Gráfica 2. Temperatura máxima y mínima promedio de Villavicencio ...................................................... 58

Gráfica 3. Energía solar de onda corta incidente diario promedio en Villavicencio .................................. 59

Gráfica 4. Consumo versus producción por mes de los módulos y la EMSA .......................................... 105

Gráfica 5.consumo eléctrico mensual de la estructura de la sede de la salud ........................................... 107

Gráfica 6. Consumo mensual versus inyección a red. .............................................................................. 109

Gráfica 7. Consumo versus producción por mes de los módulos y la EMSA. ......................................... 139

Resumen

La necesidad de obtener energía eléctrica en Colombia y en el mundo cada vez es

mayor, pues existe un desmesurado crecimiento poblacional e industrial, que cada vez

necesita más consumo energético y trae implícito problemas económicos, sociales y en gran

medida ambientales. Una alternativa para reemplazar esta demanda y disminuir los

problemas causados por la generación eléctrica actual es la energía solar o lo que es lo

mismo la energía fotovoltaica. Dado que Colombia cuenta con un buen nivel de potencial

de radiación solar en todo su territorio, esta alternativa se convierte en una de las más

viables, ya que por medio de diferentes tecnologías, se puede sacar provecho de esta

importante y casi inagotable fuente energética, el sol. Sin embargo, el alto costo inicial,

desde la construcción hasta el mantenimiento de los instrumentos, e inclusive la falta de

conocimiento en el área, hace muy difícil que se quiera invertir en esta alternativa. El

objetivo de este trabajo es evaluar el potencial energético solar de las cubiertas de los

edificios de la sede ciencias de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia de la

ciudad de Villavicencio y evaluar el costo de la implementación del sistema de generación

eléctrica para determinar que tanta energía eléctrica se puede obtener con cada alternativa

evaluada.

Palabras clave: rayos ultravioleta, energía eléctrica, energía solar, energía fotovoltaica,

panel solar.

xviii

Abstract

The need to obtain electricity in Colombia and in the world is increasing, because there

is a disproportionate population and industrial growth, which increasingly needs more

energy consumption and brings implicit economic, social and environmental problems. An

alternative to replace this demand and reduce the problems caused by current electricity

generation is solar energy or what is the same photovoltaic energy. Given that Colombia

has a good level of solar radiation potential throughout its territory, this alternative becomes

one of the most viable, since through different technologies, you can take advantage of this

important and almost inexhaustible energy source ( Sun). However, the high initial cost,

from the construction to the maintenance of the instruments, and even the lack of

knowledge in the area, makes it very difficult to invest in this alternative. The objective of

this work is to evaluate the photovoltaic solar energy potential of the roofs of the buildings

of the health science headquarters of the Cooperativa de Colombia University of the city of

Villavicencio and evaluate the cost of the implementation of the electrical generation

system to determinate how much electrical energy can be obtained with this alternative.

Keywords: ultraviolet rays, electric power, solar energy, photovoltaic energy, solar

panel

19

Introducción

En Colombia no todas las ciudades gozan de los mismos privilegios que tiene la ciudad de

Villavicencio, la cual en su riqueza cuenta con un excelente clima, por ejemplo, los días de sol.

La salida más temprana es a las 5:38, el 25 de octubre, y la salida del sol más tardía es 31

minutos más tarde a las 6:09 el 4 de febrero. La puesta del sol más temprana es a las 17:36 el 9

de noviembre, y la puesta del sol más tardía es 34 minutos más tarde a las 18:10 el 19 de julio;

estos rayos de sol que destellan en total de la ciudad, fácilmente podrían ser aprovechados para la

generación de energía eléctrica.

En Villavicencio, los veranos son largos, La temporada calurosa dura 2,9 meses, del 4 de

enero al 1 de abril, son días muy calientes y despejados, la temperatura máxima promedio diaria

es más de 31 °C. La temporada fresca dura 2,5 meses, del 13 de junio al 29 de agosto, y la

temperatura máxima promedio diaria es menos de 29 °C y los inviernos son cortos, calientes,

mojados y parcialmente nublados. Durante el transcurso del año, la temperatura generalmente

varía de 20 °C a 32 °C y rara vez baja a menos de 16 °C o sube a más de 34 °C. (weatherspark

2016)

Estas Características del clima son favorables para desarrollar proyectos energéticos

autosostenibles, donde se aprovecha el potencial energético de las cubiertas de las edificaciones

de la ciudad y por qué no las de la universidad cooperativa. La energía solar, que fue una vez

vista como una posibilidad remota de desarrollarse, representa un factor de cambio para los

países en desarrollo que adoptan rápidamente esta fuente de energía limpia y renovable para

cerrar las brechas de acceso a la electricidad y lograr los objetivos relacionados con la mitigación

del cambio climático.

20

Por esto se da la necesidad de implementar fuentes de energía renovables, para uso de la

universidad, donde se busca dar respuesta a la pregunta: ¿cuál es el potencial energético solar

fotovoltaico de las cubiertas de los edificios de la sede ciencia de la salud Universidad

Cooperativa de Colombia sede Villavicencio?

21

1. Generalidades de la investigación

1.1. Planteamiento del problema

En la actualidad, la utilización de energías convencionales sigue siendo una prioridad para la

humanidad, esto debido a la falta de tecnologías existentes y a los conceptos erróneos y

prejuicios que la población tiene acerca de los recursos. La energía no renovable es aquella que

proviene de fuentes energéticas como el petróleo el gas, el carbón, entre otras, los mismos que

son usados y empleados en procesos industriales, los cuales generan grandes cantidades de

contaminantes que están siendo vertidos, emitidos o arrojados al medio ambiente causando el

deterioro de este, sumando al incremento de la población, causando el aumento de la demanda

energética, esto hace que el consumo de este tipo de energías y recursos naturales, sea cada vez

mayor, por lo tanto la contaminación sea mayor. Como consecuencia de lo anterior, las energías

renovables, que son las que provienen de fuentes “inagotables” como lo es el sol, el viento, el

agua, o hasta la temperatura, que son en gran medida más limpias que las tradicionales o no

renovables, dan un punto de partida para el problema de la energía y la contaminación que el uso

de esta representa. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

El mundo se encuentra en un periodo de crisis energética, ya que la producción mundial de

combustibles fósiles tales como petróleo, carbón y gas natural se encuentran en decadencia, al

haber alcanzado actualmente el límite de producción. Mientras tanto, la demanda de energía

mundial no deja de aumentar. Durante los últimos años ha sido constante la alerta de

organizaciones ecologistas y Naciones Unidas, basados en informes científicos, acerca de la

escasez de recursos naturales frente al nivel de consumo mundial, la degradación del

medioambiente y la urgente necesidad de abordar un desarrollo sostenible del planeta. Variando

la producción energética, frenando la deforestación, reduciendo nuestra dependencia al petróleo,

22

hacemos más competitiva y sostenible la economía mundial; el objetivo es que, con tecnologías

amigables con el medio ambiente, también conocidas como tecnologías limpias, se puedan

atender las necesidades y el bienestar de la población, tendiendo a un desarrollo equilibrado y

sostenible. La energía solar es una gran alternativa teniendo en consideración que es una fuente

gratuita e inagotable, limpia y amigable con el medio ambiente dado que no genera emisiones

nocivas ni gases contaminantes. Pero, para su utilización, es necesario tener en cuenta su

naturaleza intermitente, su variabilidad fuera del control del hombre y su baja eficiencia de

conversión. En consecuencia a su baja eficiencia, la energía es una fuente extensiva lo cual

significa que para mayor potencia, mayor extensión espacial de equipos de conversión. La

energía solar se transforma en la naturaleza en otras formas de energía, como biomasa y energía

eólica, pero también se puede transformar a otras formas de energía como calor y electricidad.

Las aplicaciones más difundidas en Colombia son el calentamiento de agua (para uso doméstico,

industrial y recreacional) y la generación de electricidad a pequeña escala. Uno de los métodos

para la generación de electricidad, empleando como materia prima la energía solar, son los

sistemas solares fotovoltaicos. En los últimos años, la producción de módulos fotovoltaicos ha

incrementado considerablemente y el precio de estos ha disminuido, por lo cual se está

recurriendo a esta tecnología, sumado a que Colombia tiene un buen potencial energético solar.

De acuerdo a estudios realizados por el IDEAM (Instituto de Hidrología, Meteorología y

Estudios ambientales), se permite analizar la distribución espacial del potencial energético solar

a través de mapas y tablas los cuales establecen el valor promedio diario de radiación solar

global, brillo y radiación ultravioleta solar que incide sobre una superficie plana por metro

cuadrado. (Colegio de Estudios Superiores de Administración, 2017)

23

1.2. Justificación

Ospina, A. et al. (2010) plantea que la demanda de energía está aumentando en todo el

mundo, y actualmente se busca la forma de adquirir algún tipo de energía para satisfacer las

necesidades que cada vez son mayores. Mientras estas necesidades aumentan, los recursos

energéticos más comunes (como el petróleo, carbón, gas natural y uranio), se hacen más escasos.

Se deben desarrollar técnicas para obtener y utilizar energías renovables que permitan suplir

estas necesidades, de manera que su transporte y precio sean asequibles para la sociedad de

consumo. De allí la importancia de tener plantas generadoras de electricidad renovable

fotovoltaica amigables con el medio ambiente, para la ciudad de Villavicencio y el departamento

del Meta.

Ospina, A. et al. (2010) plantea que la generación de energía eléctrica, que usa celdas solares,

ha generado un gran interés a lo largo del tiempo. Una celda solar fotovoltaica es, esencialmente,

un semiconductor que puede generar un potencial eléctrico cuando es ionizado por radiación

solar, siendo amigable con el medio ambiente generando un aporte de la reducción de la

contaminación del medio ambiente, por medio de alternativas energéticas con el

aprovechamiento de los recursos no renovables sin hacerles ningún tipo de daño, como lo es la

energía por radiación solar, que es una energía limpia ya que los sistemas fotovoltaicos no

generan Dióxido de carbono CO2 ni otros gases de tipo invernadero a la Atmosfera y así En la

Universidad Cooperativa de Colombia con el ahorro de energía día a día se traduce en una

reducción de la emisión se CO2 y de este modo luchar contra el cambio climático.

La energía solar fotovoltaica, a diferencia del petróleo es un recurso inagotable y no genera

contaminantes ni por su extracción ni por su utilización, su fuente de captación son los rayos

solares que se transmiten en casi todos los lugares del planeta donde se pueden implementar los

24

paneles solares, sistemas solares fotovoltaicos; siendo la excepción de los polos en los meses de

oscuridad.

Acerca de las ventajas de la energía solar FV., La principal y más importante ventaja consiste

en que la fuente de energía (Radiación Solar) es gratuita, esto puede ser muy significativo a la

hora de invertir en un sistema Solar FV. Se ha argumentado que este tipo de energía contribuye

de forma positiva al bienestar social en la medida que reduce las externalidades negativas sobre

el medio ambiente. Frente a otras fuentes de energía, la fotovoltaica genera menores emisiones

de dióxido de carbono (CO2), el cual genera el efecto invernadero, lluvia ácida y óxidos de

azufre; Este tipo de energía limpia reduce las emisiones por kilovatio hora (KWh) en 0,6 kg/

KWh; teniendo en cuenta las emisiones de CO2 alcanzadas en 2010. Si se supone un costo entre

10 y 20 dólares de la tonelada de CO2, el valor de las externalidades evitadas se calcula entre

0,006 y 0,012 dólares por kilovatio. Otro gran beneficio o ventaja es que cualquier persona u

empresa puede generar energía eléctrica con sistemas FV, aumentando la independencia

energética. Además, el uso de la energía fotovoltaica es menos peligroso, debido a que no

necesita de líneas de alta tensión, las cuales pueden generar catástrofes en cuanto fallo de

estructura y líneas de transporte. De acuerdo al IPSE, Colombia presenta un sistema

Interconectado muy débil el cual no cubre toda la demanda del país, el transporte de energía

resulta costoso y genera pérdidas significativas.

Beneficios Tributarios

El Sector Eléctrico Colombiano (SEC) cuenta con toda clase de oportunidades e incentivos

tributarios para la implementación de la energía fotovoltaica. La Ley 1715 de 2014 concede

grandes beneficios a las personas naturales o jurídicas que fomenten la investigación, desarrollo

25

e inversión en el ámbito de la producción y utilización de energía a partir de las Fuentes no

Convencionales de Energía (FNCE), entre los cuales se encuentran:

- Disminución del 50% en el impuesto de renta, a quienes estén obligados a declarar y hayan

invertido en energías renovables no convencionales.

- Los obligados a declarar renta que realicen directamente inversiones en energía solar FV,

tendrán derecho a reducir anualmente de su renta, el 50% del valor total de la inversión realizada.

Durante los 5 años siguientes al año gravable en el que hayan realizado la inversión.

- Los generadores de energía renovable en pequeña y gran escala, podrán vender a la red

eléctrica, el excedente de energía que ellos no consuman (medición bidireccional), según

disponga la CREG.

- Los equipos, elementos, maquinaria y servicios nacionales o importados que se destinen a la

pre-inversión, inversión, medición y evaluación de las FNCE, estarán excluidos de IVA.

- Las personas naturales o jurídicas que a partir de la vigencia de la presente ley sean titulares

de inversiones en proyectos de FNCE, gozarán de exención del pago de los derechos arancelarios

en: maquinaria, equipos, materiales e insumos que no sean producidos por la industria nacional y

su único medio de adquisición esté sujeto a la importación, está deber ser solicitada a la DIAN,

15 días hábiles antes de la importación. (Universidad Santo Tomas, 2019)

26

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

• Evaluar el potencial energético solar fotovoltaico de las cubiertas de los edificios

de la sede ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia de la ciudad de

Villavicencio.

2.2. Objetivos específicos

• Caracterizar las variables físico-ambientales de radiación solar e intensidad

lumínica de las cubiertas de los edificios de la sede ciencia de la salud de la Universidad

Cooperativa de Colombia sede Villavicencio.

• Realizar aerofotogrametría de las cubiertas de las diferentes edificaciones de la

sede ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia de la ciudad de

Villavicencio.

• Analizar el potencial energético solar de las cubiertas de las edificaciones de la

sede ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia de la ciudad de

Villavicencio.

• Estimar la capacidad de energía solar fotovoltaica de las cubiertas de la sede

ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de Colombia de la ciudad de

Villavicencio.

27

3. Estado del arte

La crisis energética en la que se está introduciendo el planeta, debido al uso acelerado y poco

responsable de las fuentes naturales no renovables, como los combustibles fósiles, y el gas

natural, están creando en la conciencia de las personas y sobre todo en los gobierno y grandes

naciones, la necesidad de desviar nuestra mirada de estas fuentes energéticas y centrarnos en la

producción de energías limpias y de fuentes “inagotables”, es de esta idea que surge la energía

fotovoltaica, (energía eléctrica obtenida del sol), que es considerada como una fuente renovable

de energía, y una manera de obtener energía de manera fácil, debida a su fácil obtención, sin

generar impactos ambientales negativos de gran magnitud, ya que sustituye las fuentes de

energías no renovables que normalmente contaminan el medio ambiente.

Hoy en día, se tiene documentado un gran número de proyectos energéticos en los que se usa

la energía fotovoltaica como fuente principal de obtención de energía eléctrica, como lo es el

proyecto llamado estudio de factibilidad para la implementación de sistemas fotovoltaicos como

fuente de energía en el sector industrial de Colombia, el cual contempla los modelos de negocio

que se pueden aplicar a la implementación de plantas solares para la auto-generación las

empresas privadas a nivel industrial y comercial que posean instalaciones donde exista

factibilidad infraestructural para instalar paneles solares. Adicionalmente, las empresas

enmarcadas dentro de este estudio corresponden a las zonas geográficas de Colombia de Bogotá,

Barranquilla, Medellín, Cali, Popayán, Bucaramanga, Cúcuta, Cartagena, Ibagué y Villavicencio

tomando en cuenta como parámetro de elección su dimensión en población, así como

crecimiento industrial. Dentro de estas ciudades se evaluaron todos los niveles de la industria (1,

2, 3 y 4) que están segmentados de acuerdo a su nivel de tensión. (Colegio de Estudios

Superiores de Administración, 2017)

28

Así mismo, se encuentra documentación de proyectos como el desarrollado en el

departamento del Huila, llamado Elaboración de documento del estudio de factibilidad para la

implementación de energía solar fotovoltaica en la vereda Dindal, el cual consiste en la

elaboración de un documento que contiene los estudios de mercado, técnico, ambiental, social y

financiero con el cual se plantea una solución mediante energía fotovoltaica a través de paneles

solares para suplir el servicio de energía eléctrica en la vereda El Dindal Alto ubicada en el

Municipio de Aipe, departamento del Huila (Universidad Catolica de Colombia, 2017)

El uso de la energía solar como fuente de abastecimiento para obtener energía eléctrica, se

convierte en una herramienta muy útil en zonas donde la energía eléctrica convencional no es de

fácil obtención, en Colombia una de esas zonas es el departamento de la Guajira, donde

estudiantes de la UNAD, desarrollaron un proyecto en el que se analiza una alternativa, de

solución, encontrando la instalación de equipos de suministro energético con celdas solares,

teniendo en cuenta distintos factores técnicos y económicos. El documento busca desarrollar el

análisis y aprovechamiento a la solución, obtenida de la ejecución del proyecto en una pequeña

población alejada, donde se suplan las necesidades de las personas, encontradas en el estudio.

(UNAD, 2013)

Es así como un sin número de proyectos han usado la energía del como como fuente de

abastecimiento, por ejemplo, Sun Supply desarrollo e implemento las estructuras y sistema de

energía solar para dar la electricidad necesaria para que el sistema de sensores e información

realizado por el grupo CEA-IoT pueda operar de forma correcta y así poder monitorear cerca de

20 ríos en el oriente de Antioquia – Colombia. (Sun Supply, 2018)

29

En el municipio de Puerto lleras, Meta se diseñó una planta solar completamente autónoma.

Es capaz de darle energía a una finca en área rural que carece del servicio de energía eléctrica.

(Sun Supply, 2017), así mismo lo hicieron cinco mujeres analfabetas pertenecientes a la tribu

Wayú, que con la ayuda del Gobierno de la India, fueron capacitadas y aprendieron sobre

ingeniería solar, todo para instalar un sistema de energía fotovoltaico brindado por el gobierno

indio en 2013, y así llevar energía eléctrica a cerca de 300 rancherías de la zona (El Tiempo,

2015). Siguiendo la línea de zonas rurales la Institución Educativa Martinica en la zona rural de

Montería, capital del departamento de Córdoba en Colombia, cuenta con una instalación de 16

paneles solares que garantizan luz durante 24 horas. La iniciativa permite que aproximadamente

400 Kilogramos de CO2 se dejen de emitir (La Guia Solar, 2019),

En zona urbana, también se pueden encontrar innumerables proyectos que usan la energía del

sol como fuente de producción energética, como el caso de la Universidad javeriana donde a lo

largo del campus se encuentran distribuidos 5 paneles solares llamados estaciones de carga. Los

cuales permiten a los estudiantes cargar sus celulares. Además de interactuar y directamente con

las energías renovables entrar en contacto con los mensajes de ecología en sus superficies Con

este proyecto se están dejando de emitir hasta 77.5KgCO2 al año (Sun Supply, 2016), otra

institución educativa que implemento un sistema solar fotovoltaico fue Colegio Ramón B.

Jimeno de la Empresa de Acueducto, Alcantarillado y Aseo de Bogotá (EAB) que fue

inaugurado Durante el mes de mayo del 2015. Esta institución cuenta con 100% de iluminación

producida con energía solar gracias a la instalación de 148 paneles solares. La inversión que

realizó la EAB lo convierte en uno de los pioneros (America Fotovoltaica, 2015). También la

Universidad Autónoma de Occidente, implemento un sistema de paneles solares que produce el

5% de la energía requerida por el campus en general, lo que equivale a unos 150kWp pico, lo

30

que lo convierte en el sistema solar fotovoltaico de mayor potencia instalado en una institución

educativa en Colombia, lo que se traduce en dejar de producir 180 toneladas de CO2 al año

(America Fotovoltaica, 2017). Inclusive como idea de negocio, puede ser de gran impacto

positivo, mediante el uso de paneles solares para eventos. Es una oportunidad para generar una

experiencia de conectividad en espacios sostenibles. Al ofrecer conectividad con energía solar.

La marca patrocinadora será asociada por sus usuarios con la sostenibilidad, cuidado al medio

ambiente además de solucionar la necesidad de las personas de cargar sus celulares en los

eventos. (Sun Supply, 2016). Así como se hace en las zonas rurales para brindar energía eléctrica

a los hogares, también se puede instalar y aprovechar en las zonas domesticas urbanas, como lo

es el caso del apartamento en Bogotá D.C., que un sistema de energía solar compuesto por 2

paneles solares de 270W, conectados a la red eléctrica, que durante el día aprovecha la radiación

solar para compensar el 50% del consumo de energía eléctrica de un hogar de 4 personas. (Sun

Supply, 2016)

La tabla 1, muestra una gran cantidad de proyectos en los que se basaron principalmente, en el

uso de la energía fotovoltaica en cuatro departamentos del país, lo que demuestra que este tipo de

energía va en crecimiento exponencial, debido a la facilidad de muchas regiones de Colombia, en

obtener gran cantidad de energía solar, además si hacemos un análisis de las zonas en las que se

desarrollaron este tipo de proyectos, se puede concluir que se usa en mayor medida, en zonas de

difícil acceso, donde no llega la luz eléctrica convencional, y por lo tanto es necesario recurrir a

otro tipo de fuentes no convencionales, como lo es en este caso la energía fotovoltaica.

31

Tabla 1. Proyectos de inversión fotovoltaicos en 2016

Fuente. (Universidad Santo Tomas, 2019)

4. Marco referencial

4.1. Marco conceptual

4.1.1. Celdas solares

Las celdas solares están hechas de semiconductores. Son materiales que pueden comportarse

como conductores o como aislantes de electricidad, según el estado en el que se encuentren. Las

celdas solares están compuestas principalmente de silicio cristalino y arseniuro de galio. Estos

compuestos son materiales muy comunes en la naturaleza, como por ejemplo están en la arena de

32

las playas. Los semiconductores son materiales compuestos por dos junturas, a la primera juntura

le sobran electrones y a la segunda juntura le hace falta electrones. Estos materiales al ser

excitados por una fuente externa (Como los fotones) liberan electrones de una juntura a otra

produciendo corriente eléctrica y así funcionan los paneles solares

Segundo que debemos saber es que hay dos tipos de corriente eléctrica, “corriente directa” o

DC y “corriente alterna” o AC. Los paneles solares generan energía en forma de corriente directa

o DC.

La mayoría de dispositivos electrónicos que usamos como televisores, computadores o

refrigeradores funcionan con corriente alterna o AC. Es por esta razón en necesario conectar los

paneles solares a dispositivos (Inversores) que convierten la corriente directa de los paneles

solares a corriente Alterna. (Sun Supply, 2017)

4.1.2. Sistema de baterías

Las baterías para energía solar o acumuladores son los encargados del almacenamiento

energético, para poder suministrar energía independientemente de la producción eléctrica del

generador fotovoltaico en ese preciso momento (como por ejemplo por la noche y en días

nublados).

¿Cómo es una batería?

Se compone esencialmente de dos electrodos sumergidos en un electrolito donde se producen

reacciones químicas debidas a su carga y su descarga.

33

Unidad de medida de la capacidad de las baterías (Ah)

Se define la capacidad de una batería como la cantidad de electricidad que puede

obtenerse durante una descarga completa de la batería plenamente llena. Esta capacidad se mide

en amperios/hora (Ah), para un determinado tiempo de descarga.

Por ejemplo, cuando nos definen la capacidad de una batería dándonos el dato de capacidad en

C20, nos están diciendo la cantidad de carga que es posible extraer en una batería en 20 horas a

una temperatura de 20ºC hasta que la tensión entre sus terminales llegue a 1,8V por vaso. Si el

tiempo de descarga es muy corto, la capacidad de la batería disminuye, mientras si el tiempo de

descarga aumenta haciéndose más lenta, la capacidad de la batería aumenta. Así si tenemos un

acumulador C100=250Ah, significa que la batería puede darnos 250A durante 100horas.

Los fabricantes suelen dar la capacidad de una misma batería en diferentes tiempos de descarga.

Normalmente para los cálculos se utiliza la capacidad en C100.

Tabla 2. Datos del fabricante para la batería monoblock Power 250

MODELO TENSIÓN C100 (Ah) C20(Ah)

Power 250 12v 250 210

Fuente. Propia

Profundidad de descarga de las baterías para energía solar

Se denomina así al cociente entre la carga extraída de una batería y su capacidad nominal,

en tanto por ciento. Por ejemplo, una batería de 250 Ah que se ha sometido a una descarga de

100Ah, esto significa que la profundidad de descarga que se la sometido es del 40% del total de

la batería.

34

Vida útil de la batería

Cuando se habla de la vida útil de una batería se da el número de ciclos de carga y

descarga que puede ser sometida a una determinada profundidad de descarga. Además, la vida de

la batería es proporcional a la profundidad de descarga habitual. Por ejemplo, una batería

monoblock que tenga una vida útil de 180 ciclos a una profundidad de descarga del 80%, si las

descargas se reducen a un 30% la vida útil de esa misma batería aumentará a más de 1000 ciclos.

Gráfica 1. Vida útil en ciclos y prof. de descarga en baterías estacionarias

Fuente. Propia

35

Tipos de baterías

a) Baterías Monoblock

Ilustración 1. Batería monoblock

Fuente. xxxxx

Estas baterías Monoblock están destinadas a pequeñas instalaciones fotovoltaicas y donde la

relación calidad-precio debe de ser equilibrada. Este tipo de baterías se ajustaría con pequeñas

instalaciones fotovoltaicas aisladas.

b) Baterías AGM

Ilustración 2. Batería AGM

Fuente. XXX

Las baterías de AGM tienen el electrolito inmovilizado y unas válvulas de regulación de

gases para evitar pérdidas, por eso se llaman “sin mantenimiento”. Tienen una duración media

medida en número de ciclos de carga-descarga a una misma profundidad de descarga más

elevada que las baterías monoblock.

36

Está pensada para pequeñas instalaciones fotovoltaicas donde el mantenimiento es muy difícil.

La batería AGM se parece a la batería solar monoblock ya que también utiliza plomo ácido, pero

son baterías selladas que no requieren mantenimiento. La vida útil de las baterías AGM oscila

entre los 6 a los 8 años de vida.

c) Baterías estacionarias

Ilustración 3. Baterías estacionarias

Fuente. XXX

Estas baterías tienen una larga vida útil, son perfectas para instalaciones que requieran un

consumo diario y durante largos períodos de tiempo. Estas baterías están compuestas por 6 vasos

de 2v cada uno, pueden acumular grandes cantidades de energía (las hay en una amplia gama de

diferentes capacidades). Son las baterías más costosas pero a su vez las que tienen mayor vida

útil ya que tienen una duración normal de 20 años.

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d) Baterías litio

Ilustración 4. Batería de litio

Fuente. XXX

Ocupan poco espacio, pesan poco y no emiten gases. También por tanto se pueden poner

en cualquier sitio, el tiempo de carga es el más rápido. Se pueden realizar descargas totales sin

verse su vida intensamente afectada. La desventaja que actualmente tiene este tipo de baterías es

su elevado costo. Sin embargo, en un futuro se cree que los fabricantes lo puedan optimizar.

4.1.3. Paneles solares

Un panel solar, de este modo, es un elemento que permite usar los rayos del sol como energía.

Lo que hacen estos dispositivos es recoger la energía térmica o fotovoltaica del astro y

convertirla en un recurso que puede emplearse para producir electricidad o calentar algo.

Una clase de panel solar, por lo tanto, es el que se emplea para calentar agua. Estos

dispositivos cuentan con una placa que recibe los rayos solares, caños que permiten la

circulación del agua y un depósito que almacena la energía térmica. A través de una bomba, el

agua ya caliente se distribuye mediante la cañería.

Los paneles solares que permiten generar corriente eléctrica cuentan con diversas células o

celdas que aprovechan el denominado efecto fotovoltaico. Este fenómeno consiste en la

38

producción de cargas negativas y positivas en semiconductores de distinta clase, lo que permite

dar lugar a un campo eléctrico.

Las celdas de estos paneles solares pueden estar construidas con silicio o arsenurio de galio.

Para funcionar, deben estar en contacto directo con los rayos del sol. Gracias a la energía

solar producida por este tipo de paneles, es posible desde movilizar un automóvil hasta cocinar

alimentos o iluminar un ambiente. (Porto J., 2015)

4.1.4. Tipo de instalaciones solares

La electricidad ya transformada por el sistema se puede utilizar de don maneras, una de ellas

es almacenarla en baterías para una utilización posterior y la segunda manera es conectándola

directamente a la red de distribución eléctrica. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

4.1.4.1. Instalaciones solares fotovoltaicas aisladas

Estos están casi siempre ubicados en sitios donde no hay la manera de obtener un suministro

de energía eléctrica, para poder almacenar la energía eléctrica generada por el sistema, se debe

usar una fuente de energía y esta debe ser confiable para poder brindar la energía a cualquier

hora del día.

Estos sistemas son usados por todo el mundo para poder brindar electricidad a luces, aparatos

electrónicos, entre otros. Este equipo de instalación se puede utilizar o adecuar a corriente

continua o alterna, según sea su destino final el único cambio es que para corriente alterna se

debe añadir un inversor entre la batería y la carga. (Universidad Tecnológica de Pereira, 2016)

39

Ilustración 5. Instalaciones solares FV aisladas

Fuente. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

4.1.4.2. Instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a una red

Este tipo de instalación a diferencia de la anterior, vierte toda la energía que se genera a una

red de distribución de electricidad, con el fin de que esté disponible para cualquier captador en

cualquier momento. Esta instalación tiene una gran ventaja, la cual es que carece de baterías, ya

que se necesita acumularla, por lo cual es más simple su instalación.

Este sistema conllevara que se necesite: un inversor, contadores y el generador fotovoltaico,

además de que el sistema debe tener ciertos requisitos de seguridad para que no se vea

perjudicada en ningún momento. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

40

Ilustración 6. Instalaciones solares FV conectadas a una red

Fuente. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

4.1.5. Energía renovable

A energía renovable es aquella energía que proviene de fuentes naturales

prácticamente inagotables. Se consideran inagotables o bien por la gran cantidad de

energía que contienen o bien por poderse regenerar de forma natural. Entre las

principales ventajas de las energías renovables destacamos las siguientes:

Las energías renovables son respetuosas con el medioambiente y no contaminan.

En este sentido, son más seguras y suponen menos riesgos para la salud que en otras

fuentes de energía no-renovable.

En la mayoría de casos son sencillas de desmantelar y no es necesario custodiar

sus residuos, como pasa en el caso de la energía nuclear, por ejemplo. Las energías

41

renovables, por definición vienen de fuentes que son inagotables y que permiten

obtener un beneficio energético sin agotar recursos como pasa con las energías

relacionadas con los combustibles fósiles. (Energía solar, 2018)

4.1.6. Demanda energética en Colombia

En Colombia a finales del año 2013 la generación anual de energía eléctrica fue de 62,196

GWh, lo que equivale a un 3.7% por encima de la registrada en el 2012 para este mismo período

(59,988.9 GWh). Esta evolución positiva e incremento de la energía producida en el país se

debió principalmente al incremento en la demanda y en las exportaciones hacia Venezuela y

Ecuador. Durante el año 2013, la generación térmica se incrementó en un 46.3%, pasando de una

participación del 19% en 2012, a un 27% en 2013, mientras la generación hidráulica disminuyó

en un 6.9%. Lo anterior, en parte podría explicarse por la incertidumbre sobre el comportamiento

de la hidrología esperada para los años 2013 y 2014. (Universidad Tecnológica de Pereira, 2016)

4.1.7. Problemas ambientales a nivel global

Los principales problemas del medio ambiente, se expresan en el agotamiento de recursos

naturales renovables y no renovables; en la distribución ecológica desigual del consumo de

energía entre países y en la disminución de la capacidad del sistema ambiental planetario para

asimilar los desechos producidos por la sociedad. Un importante problema ambiental mundial es

el caso del equilibrio en la atmosfera, causado por la producción de gases efecto invernadero,

que empezó a inducir cambios en los patrones del clima global. (Universidad Tecnológica de

Pereira, 2016)

4.1.8. Problemas ambientales en Colombia

Los problemas ambientales en Colombia, como la contaminación atmosférica o la elevada

deforestación, continúan generando costes elevados en materia de salud y deterioro de recursos

42

ambientales. Para el año 2014, según el Atlas Global de Justicia Ambiental, Colombia figuró

como el país con mayores problemas ambientales de América Latina, algo alarmante tratándose

del segundo país en biodiversidad en el mundo tras albergar el 15% de la fauna y flora de la

tierra. Los principales problemas han sido generados por la contaminación antropogénica, de la

cual derivan actividades como la deforestación, el comercio ilegal de fauna y flora, y la caza. No

obstante, han sido las actividades industriales y los fuertes conflictos armados los que a su vez

han contribuido a acrecentar la crisis ambiental.

Para marzo del año 2017, las autoridades locales de la ciudad de Medellín se vieron obligadas

a comunicar alerta roja por la intensa contaminación atmosférica producto de los gases

contaminantes emitidos por los vehículos y las industrias mayoritariamente. Si bien el gobierno

ha implementado diferentes políticas, normativas y estatutos medioambientales con el objetivo

de mejorar la calidad ambiental, diversos problemas continúan presentes. (Lifeder, 2018)

4.1.9. Efecto invernadero

Es un fenómeno natural que ha desarrollado el planeta para permitir que exista la vida. El

planeta está cubierto por una capa de gases llamada atmósfera. Esta capa permite la entrada de

algunos rayos solares que calientan la Tierra, al calentarse, también emite calor pero esta vez la

atmósfera impide que se escape todo hacia el espacio y lo devuelve a la superficie terrestre

evitando que la temperatura del planeta no sea demasiado baja. Estos gases se llaman termo

activos o Gases de Efecto invernadero (GEI). Los más importantes son el Dióxido de Carbono

(CO2), el Metano (CH4), los Óxidos de Nitrógeno (NOx), el Vapor de agua, el Ozono (O3) y los

Clorofluorocarbonos (CFCs). Los CFC son negativos tanto para la capa de ozono como para el

cambio climático. El hombre ha ido aumentando la cantidad de estos gases en la atmosfera lo

43

que ha provocado paulatinamente el cambio en el clima a nivel mundial. Es por esto que es más

conocido como cambio climático y no como efecto invernadero. (Universidad Tecnológica de

Pereira, 2016)

4.1.10. Radiación solar

Es la energía emitida por el sol, que es emitida por todo el espacio por medio de ondas

electromagnéticas, y cuando llega a la tierra es absorbida de dos maneras, de forma directa

cuando los rayos del sol no son obstaculizados llegando directamente y la forma difusa cuando

es atrapada por la atmosfera o las nubes y después enviada a la tierra, estas dos son llamadas

radiación global que equivales a la totalidad de energía que llega a la tierra. Constituye la

principal fuente de energía para el planeta tierra, ya que gracias a esta, la temperatura de la

superficie de la tierra es aproximadamente 250 veces más alta de lo que sería si solo dependiera

de su calor interno. Se puede decir que el sol radia aproximadamente con una potencia de 3.8 x

1023 kW, de los cuales la tierra intercepta alrededor de 1.7 x 1014 kW. (Universidad Pontificia

Bolivariana, 2015)

4.1.11. Tipos de energía

4.1.11.1. Energía fotovoltaica

Esta es la energía que se obtiene del sol por medio de paneles solares o fotovoltaicos, los

cuales contienen células solares, estas están compuestas de un materia semiconductor, que al no

tener sus electrones lo suficientemente ligados son arrancados por la energía entrante de los

fotones, esto genera un campo eléctrico, que permite una libre circulación de electrones

generando así la energía eléctrica requerida, de esta manera se está transformando la energía

solar en energía eléctrica. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

44

4.1.11.2. Energía solar

Es posible decir que es la más importante de todas, debido a que las demás energías

renovables se consideran de origen solar, está fundamentada en el aprovechamiento de la energía

del sol de dos maneras, por el efecto fotovoltaico, y por la obtención de energía térmica. Gracias

a que es obtenida de manera directa y se puede aprovechar en el mismo lugar donde se va a

utilizar, además es de fácil obtención. La energía solar pasiva es la forma de obtener la energía

del sol de manera más fácil, consiste en aprovechar la radiación solar de manera directa por

medio de captación natural, almacenamiento distribución con equipos y dispositivos amigables

con el medio ambiente. (Universidad Pontificia Bolivariana, 2015)

4.1.11.3. Energía eólica

La energía eólica es una energía renovable cuyo origen es el viento. Esta fuente

de energía aprovecha la energía cinética generada por efecto de las corrientes de

aire para transformarla en otras formas útiles para las actividades humanas.

Históricamente la energía del viento ha sido aprovechada desde la antigüedad para

mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos

al mover sus palas.

El uso más habitual de la energía del viento es la generación de electricidad. Los

aerogeneradores son máquinas que permiten convertir la energía cinética del viento

en energía eléctrica.

La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir

las emisiones de gases de efecto invernadero. La instalación de aerogeneradores

permite reducir la dependencia de las centrales termoeléctricas que funcionan

45

con combustibles fósiles, o las centrales nucleares (en ambos casos, fuentes

de energía no renovable). Por este motivo, se considera un tipo de energía verde.

La energía eólica depende de forma indirecta de la energía solar. Cuando el Sol

calienta el aire cambia de densidad. La diferencia de densidad entre diferentes

masas de aire provoca el movimiento y las corrientes de aire. El aire más denso

(frío) pesa más y tiende a bajar. Para poder aprovechar la energía eólica de una

forma eficiente conviene estudiar algunos datos. Es importante conocer las

variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la

velocidad del viento respecto de la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en

breves espacios de tiempo, y valores máximos ocurridos en series históricas de

datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante co nocer la

velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario

que éste tenga una velocidad mínima de 12 km/h, y que no supere los 65 km/h. Los

aerogeneradores tienen una capacidad máxima que si se supera se deben parar por

seguridad. (Energía solar, 2019)

4.1.11.4. Energía hidráulica

La energía hidráulica es una fuente de energía renovable y alternativa.

Esta energía renovable explota la transformación de energía potencial gravitatoria,

poseída por una cierta masa de agua a una cierta elevación, en energía cinética para

superar una cierta diferencia de altura. La energía mecánica obtenida se puede

aprovechar directamente para hacer girar el eje de una turbina o en alguna

aplicación o máquina que funciona en energía hidráulica. Lo más habitual es utilizar

46

esta energía cinética para generar energía eléctrica. En este caso, hablamos

de energía hidroeléctrica.

En la energía hidroeléctrica, la energía cinética se transforma finalmente

en electricidad gracias a un alternador acoplado a una turbina. Este proceso se

realiza en una central hidroeléctrica.

La hidroelectricidad es la aplicación de la energía hidráulica para

generar electricidad. Es el uso primario de la energía hidráulica en la

actualidad. Las centrales hidroeléctricas pueden incluir un reservorio (generalmente

creado por una represa) para explotar la energía de la caída de agua, o pueden usar

la energía cinética del agua como en la hidroelectricidad de la corriente del río. Las

plantas hidroeléctricas pueden variar en tamaño, desde pequeñas plantas de tamaño

comunitario (micro hidroeléctricas) hasta plantas muy grandes que suministran

energía a todo un país. (Energía solar, 2019)

4.1.11.5. Energía geotérmica

La energía geotérmica es un tipo de energía renovable a escala humana que se

obtiene a partir del calor del interior de la Tierra. Esta energía se puede obtener sin

la combustión de materiales específicos, es por tanto, una forma de energía limpia

sin emisiones de dióxido de carbono. Generalmente las capas interiores están más

calientes que la superficie en invierno y más frías en verano. Esto se debe a que las

capas superficiales se calientan y se enfrían con mayor facilidad según las leyes de

la termodinámica.

47

A veces esta energía geotérmica va ligada a otros fenómenos geológicos como la

presencia de géiseres, volcanes o aguas termales. Estos fenómenos facilitan mucho

la posibilidad de extraer energía térmica en instalaciones cerca de estas zonas.

Para aprovechar la energía geotérmica se pasa un fluido por la zona caliente, que

lo calentará suficientemente para convertirlo en vapor. Este vapor, con una

elevada energía interna, se puede aprovechar para transformarlo en energía

mecánica mediante una turbina y posteriormente en energía eléctrica.

El sistema de producción de energía geotérmica se basa en la diferencia de

temperaturas entre el subsuelo y la superficie. La energía se canjea en forma

de calor - energía térmica - a través de dos circuitos cerrados de agua que los

conectan. Para obtener calor en invierno, el agua dentro del circuito captador

geotérmico, que es un circuito de plástico dispuesto en perforaciones verticales que

alcanzan entre 80 y 200 metros de profundidad, recorre, impulsada por una bomba,

el subsuelo hasta calentarse, calienta el agua en el circuito emisor radiante, un

circuito cerrado que cede el calor en el edificio. En verano el funcionamiento es

análogo, pero el calor se desplaza en sentido contrario. La eficiencia de la energía

geotérmica es mayor cuanto más profundo esté el circuito del subsuelo, ya que la

diferencia de temperaturas es mayor. (Energia Solar, 2018)

4.2. Marco legal

El Sector Eléctrico Colombiano ha venido generando estrategias para mejorar las condiciones

de abastecimiento y disponibilidad de la energía eléctrica de carácter renovable. Por medio de

entes reguladores como el Ministerio de Minas y Energía (MME), la Unidad de Planificación

48

Minero Energética (UPME) y la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), los cuales

han trabajado en legislaciones y decretos, entre estos se pueden encontrar los siguientes.

- Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991, para impulsar la investigación en el URE (Uso

Racional de la Energía) a través de Colciencias.

- En 1992, se incluyó un documento llamado ¨Políticas en fuentes alternas de energía,

presente y futuro¨. Encaminado a políticas de orden, en el campo de las fuentes alternas no

convencionales de energía para la población urbana y rural. En el documento se señala las

funciones asignadas por el artículo 63 de la Ley 1 de 1984, correspondientes a: ✓ Promover la

aplicación de fuentes alternas de energía mediante la utilización de recursos energéticos

localmente disponibles, especialmente en áreas donde los servicios públicos son deficientes. ✓

Evaluar y supervisar la ejecución de proyectos en zonas aisladas. ✓ Evaluar el potencial de

FNCE. ✓ Efectuar estudios para el desarrollo de las FNCE con el fin de formular políticas a

nivel nacional.

- Ley 164 de octubre de 1994 y el artículo 1º de la Ley 7ª de 1994. El Congreso de la

República aprobó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de

1992. Encaminado a enfrentar los GEI (Gases de efecto Invernadero) y el cambio climático por

medio de una política global.

- En 1994 se reestructuró la expedición de las Leyes 142 y 143; en la cuales se establecieron

límites en cuanto a actividades de funcionamiento del sector energía eléctrica: generación,

transmisión, distribución y comercialización para las SIN y ZNI. Se le asignó a la UPME

elaborar el Plan Energético Nacional (PEN) y el Plan de Expansión del sector eléctrico.

49

- El INEA elaboró el Plan de Desarrollo de Energías Alternativas 1996 – 1998, publicado en

febrero de 1995. Este trataba acerca de una recopilación de proyectos. - Se creó el Plan

Energético Nacional (PEN) 1997

– 2010 Autosuficiencia Energética Sostenible, el cual es un documento que presenta ideas,

perspectivas, retos, requerimientos y competencias sobre el desarrollo futuro del sector

energético colombiano, en este se ratificó la Convención Marco por parte del Congreso, respecto

a las emisiones del GEI.

- En diciembre del año 2000, se aprobó la Ley 620, la cual trataba acerca del ¨Protocolo de

Kioto de la Convención Marco de las Naciones Unidas Sobre el Cambio Climático¨,

favoreciendo a Colombia en cuanto a uso del Mecanismo Desarrollo Limpio previsto en dicho

Protocolo.

- Colombia se acogió al Protocolo de Kioto, el cual ratificó mediante la Ley 697 del 2000.

Encaminado a disminuir los efectos del cambio climático por la contaminación ambiental.

- Mediante la ley 697 de 2001, se fomentó el uso racional y eficiente (URE) de energía en

Colombia. El cual adoptó normas y estrategias para garantizar la satisfacción de las necesidades

energéticas (eficiencia).

- Para impulsar el uso de fuentes alternas de energía (Solar Fotovoltaica), se creó el Decreto

3652 y 3683 de 2003, los cuales establecen el programa de Uso Racional y Eficiente de Energía

y demás Formas de Energía No Convencionales.

50

- Actualmente existe la Ley 143 de 1994, la cual establece el régimen de las actividades de

generación, interconexión, transmisión, distribución y comercialización de electricidad, de

acuerdo a actividades legales correspondientes al MME (Ministerio de Minas y Energía).

- Mediante la resolución 18 0919 de junio de 2010, se promueve la utilización de energías

alternativas.

- La ley 1715 de 2014, se creó con el fin de reglamentar la integración de las energías

renovable no convencionales al sistema energético nacional, dentro de sus funciones delega a la

CREG establecer tarifas para la energía solar FV, también regula la venta de créditos o

excedentes de energía entregados a la red de distribución y transporte para auto generadores que

produzcan menos de (5 MW), apoya la utilización de fuentes locales para producción de energía

a través del Fondo de Energías no Convencionales y Gestión Eficiente de la Energía (FENOGE).

- Los lineamientos de la política energética general vigente se encuentran en el PEN 2050, el

cual presentar ideas, perspectivas, retos, requerimientos, competencias y panorama del sector

energético. (Universidad Santo Tomas, 2019)

4.3. Línea base

4.3.1. Localización

Villavicencio, "La Bella" Capital del Departamento del Meta, es el mayor núcleo poblacional,

económico, administrativo y cultural de los llanos orientales de allí que se le llame "Puerta del

Llano", está situada al noroccidente del departamento del Meta, en el pie del monte de la

cordillera oriental en la margen izquierda del río Guatiquía, localizado a los 04° 09' 12" de latitud

norte y 73° 38' 06" de longitud oeste y a una altura de 467 msnm, es la ciudad más grande de los

51

llanos orientales y la primera fuente comercial y de abastecimiento para la región, está ubicada

en el centro del país. (Colombia Turismo Web, 2019)

Una Ciudad de gran importancia económica, cultural y turística, limita: Al norte con los

municipios de El Calvario y Restrepo, al sur con San Carlos de Guaroa y Acacías, al oriente con

Puerto López y al occidente con los municipios de Acacías y el departamento de Cundinamarca

En el territorio municipal se distinguen dos regiones: una montañosa, ubicada al occidente y

nororiente del municipio, conformada por el costado de la cordillera oriental; la otra región una

planicie ligeramente inclinada hacia el oriente y nororiente, correspondiente al pie de monte.

Bordeada al norte por el río Guatiquía, al sur por el río Guayuriba; por la parte central de esta

planicie cruzan los ríos Ocoa y Negro, numerosos caños y corrientes menores. (Colombia

Turismo Web, 2019)

El proyecto se realizara en la clínica de la universidad cooperativa, sede Corporación Clínica

Universidad Cooperativa de Colombia, ubicada entre las calles 37 y 36 y las carreras 36 a 35, la

entrada principal se encuentra en la dirección Cll. 36 # 35 - 62, en el barrio el Barzal de la ciudad

de Villavicencio, Meta.

52

Ilustración 7. Foto satelital universidad cooperativa de Colombia sede clínica.

Fuente. (Google Maps, 2019)

La clínica universidad cooperativa de Colombia se puede ubicar en también en Google Earth

con las coordenadas 4° 08´53.40” N – 73° 73°38 '21.37" O. (Google Earth, 2019)

4.3.2. Hidrografía

La red hídrica del Meta es compleja debido a la presencia de la cordillera y la serranía de La

Macarena, a la cantidad y comportamiento estacional de las precipitaciones, factores que

originan numerosos y caudalosos ríos, entre los que se destacan el Meta, Gabarra, Duda,

Manacacías, Yucao, Guatiquía, Guayuriba, Ariari, Guacabía y Guaviare, río que en el sur marca

límite con el departamento de Guaviare. Todos los ríos que se originan en el departamento

drenan hacia el río Orinoco, a excepción del río Macaya que hace parte de la cuenca del río

Amazonas. (Toda Colombia, 2018)

53

En cuanto a Villavicencio específicamente, cuenta con fuentes hídricas de gran relevancia,

que son: al norte con el rio Guatiquía, al sur con el rio Guayuriba, en la parte central cuenta con

los ríos Ocoa y Negro, además de otros caños y quebradas de menos tamaño, como lo es el caño

buque que nace en la parte alta de la vereda del Carmen, empieza atravesando la finca llamada

Hawai, descendiendo poco a poco e introduciéndose en la zona urbana por los barrios Altagracia,

La Esperanza, Comuneros, Alborada, el anillo vial y al final desemboca en el rio Ocoa. (Papa L,

2015)

El rio Guatiquía forma parte de la cuantiosa y diversificada gama hídrica de Colombia, país

reconocido mundialmente como uno de los más ricos en diversidad ecológica. Su caudal se

separa en dos ramales que cambian de nombre a río Negrito y río Guayuriba. Ambos llegan

posteriormente al río Meta, y en su torrente como río Negrito, ya cerca de su desembocadura,

forma una paradisíaca cascada de belleza indescriptible. El río Guatiquía cuenta con dos

corrientes que vierten sus aguas sobre él como afluentes principales, que son el río Frío y el río

La Playa. Estas aguas entran en el embalse de Chingaza, donde se aprecia, por una parte, la

gigantesca cascada y por otra, la laguna rodeada de miradores y misteriosas cuevas, que sin lugar

a dudas son la atracción del lugar. Este embalse surte del preciado líquido a más del ochenta por

ciento de la ciudad capital, Bogotá. En el río Guatiquía se presentan abundantes lluvias, en medio

de un clima típico de páramo y algunas veces muy frío, transformando el ecosistema en selvas y

bosques húmedos, ya que la temperatura del río Guatiquía se presenta entre los 4ºC y 21,5°C.

(Rios del Planeta, 2019)

54

Ilustración 8. Cuenca del rio Guatiquia

Fuente. (SOCIALES G:3° PE:3, 2015)

Es un rio que nace en el páramo de Chingaza con una altitud de 3500 msnm. Desde la

jurisdicción del municipio de Quetame hasta su salida a los Llanos Orientales, recorre 137 km

por un cañón largo y profundo, no solo en territorio cundinamarqués sino también del

departamento del Meta en jurisdicción de Villavicencio. (Papa L, 2015)

El rio Ocoa tiene su nacimiento en San Luis de Ocoa, y abastece los barrios de La Rosita,

Villamelida, San Antonio, Miraflores, El Porvenir y Santa Clara, para finalmente desembocar en

el rio Guatiquia. (Papa L, 2015)

La cuenca del Río Ocoa la cual se ubica geográficamente en la zona Norte del departamento

del Meta y la cual a su vez es subcuenca del Rio Guatiquía, presenta como principal

característica, las múltiples actividades que se desarrollan en su territorio, especialmente por la

presencia de un gran centro urbano como es la ciudad de Villavicencio, que en gran medida

55

habita en la cuenca del Río Ocoa y realiza sus actividades diarias en esta, aparte de poseer este

gran centro urbano en la cuenca se realizan importantes actividades socioeconómicas, como la

industria, actividades de servicio, el turismo y múltiples actividades agropecuarias. El Río Ocoa

transita por el sector sur del centro urbano, en un recorrido aproximado de 17 km, en sentido

Occidente – Oriente en donde su calidad se ve afectada, por múltiples descargas antrópicas. A lo

largo de su recorrido la corriente recibe a través de sus principales efluentes, las descargas de

aguas residuales domesticas e industriales de gran parte de la ciudad que afectan su calidad

ambiental. Dentro de los principales afluentes que pertenecen

Ilustración 9. Cuenca del rio Ocoa

Fuente. (Cormacarena, 2018)

Al Rio Ocoa se encuentran las microcuencas: Caño los Pendejos, Caño Tigre, Caños Negros,

La Unión, Grande, Caño Buque, Cuerera y Maizaro. (Cormacarena, 2018)

Caño Maizaro tiene su nacimiento en Buena Vista, desde donde hace un recorrido en el cual

abastece barrios desde El Buque, Dosmil, hasta llegar a la Reliquia y finalmente desembocar en

el rio Ocoa. (Papa L, 2015)

56

La cuenca del río Guayuriba pertenece a la zona del Alto río Meta en la subregión

biogeográfica del piedemonte andino, conformada por las subcuencas del río Blanco proveniente

del Parque Nacional Natural Sumapaz, el río Negro procedente del Parque Nacional Natural

Chingaza que confluyen como río Guayuriba a la altura del municipio de Guayabetal (MADS et

al., 2012), Sus 760 km2 se recorren en los departamentos de Cundinamarca y Meta, en los

municipios de Guayabetal, Acacias, Villavicencio, San Carlos de Guaroa y Puerto López. Esta

área dentro de la Orinoquia colombiana, es una de las principales fuentes hídricas de la región

que provee servicios ecosistémicos de soporte, de provisión, regulación y culturales, como la

producción y regulación del agua, del clima, abastecimiento de materias primas y alimentos,

refugio de biodiversidad y belleza escénica, entre otros. Diamante, Samaria, Las Blancas, Lomas

de San Juan, Pañuelo, Pradera, San Antonio, Mesa grande, Vanguardia, Sardinata, Buena Vista,

Servitá, Susumuco, Chirajara Alto, Pipiral, Chirajara bajo, San Pablo, La Colonia, Alto

Acaciitas, La Cumbre, Cornetales, Conucos, San Miguel, San Juan de Dios. Esta área es rica en

recurso hídrico y asentamientos humanos, predominan los cultivos de granadilla, tomate de

árbol, ganadería extensiva, granjas avícolas y piscicultura. La cuenca media está conformada por

las veredas La Vigia, Cocuy, Rio Negrito, San José de las Palomas, Vegas del Guayuriba,

Piñuelas, Margaritas, San Cayetano, el Rosario. Gran parte del área de esta zona se dedica a

actividades productivas de agricultura y ganadería extensiva. (Universidad de los LLanos,

Ecopetrol S.A., 2019)

57

Ilustración 10.Cuenca del rio Guayuriba

Fuente. (Universidad de los LLanos, Ecopetrol S.A., 2019)

4.3.3. Clima

En Villavicencio, se puede decir que los veranos son cortos, muy calientes y algo nublados, y

los inviernos también son cortos, calientes, muy mojados y parcialmente nublados. Durante el

transcurso del año, la temperatura generalmente oscila de 20 °C a 32 °C y rara vez baja a menos

de 16 °C o sube a más de 34 °C. La temporada calurosa en la capital del Meta dura 2,9 meses,

del 4 de enero al 1 de abril, y la temperatura máxima promedio diaria es más de 31 °C. El día

más caluroso del año es el 7 de febrero, con una temperatura máxima promedio de 32 °C y una

temperatura mínima promedio de 20 °C. La temporada fresca dura 2,5 meses, del 13 de

junio al 29 de agosto, y la temperatura máxima promedio diaria es menos de 29 °C. El día más

frío del año es el 16 de enero, con una temperatura mínima promedio de 20 °C y máxima

promedio de 31 °C. (Weather Spark, 2016)

58

Gráfica 2. Temperatura máxima y mínima promedio de Villavicencio

Fuente. (Weather Spark, 2016)

Por otro lado de la energía solar, tema principal de esta tesis, en el municipio de Villavicencio

se puede decir que, el período más resplandeciente del año dura 1,5 meses, del 15 de agosto al 30

de septiembre, con una energía de onda corta incidente diaria promedio por metro cuadrado

superior a 5,9 kWh. El día más resplandeciente del año es el 13 de septiembre, con un promedio

de 6,1 kWh.

El periodo más obscuro del año dura 1,5 meses, del 28 de octubre al 10 de diciembre, con una

energía de onda corta incidente diario promedio por metro cuadrado de menos de 5,2 kWh. El

día más obscuro del año es el 15 de noviembre, con un promedio de 5,0 kWh. (Weather Spark,

2016)

59

Gráfica 3. Energía solar de onda corta incidente diario promedio en Villavicencio

Fuente. (Weather Spark, 2016)

Así mismo el IDEAM en sus mapas climatológicos y de radiación solar (imagen xx radiación

solar), muestra un valor similar a la imagen anterior dada por otro autor, de la intensidad de

brillo solar y radiación solar que emite el sol y que es medida en la ciudad de Villavicencio. La

siguiente imagen muestra una radiación solar variable de 4.5 a 5 KwH/m2,

60

Ilustración 11. Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia

Fuente. (IDEAM, 2010)

En cuanto a la precipitación de la zona, la ilustración xx muestra un panorama más amplio del

comportamiento de la precipitación en el departamento del Meta y específicamente en el

municipio de Villavicencio, allí se evidencia que la capital que se muestra con punto negro en la

imagen, cuenta con una precipitación de 4000 a 5000 mm por año.

61

Ilustración 12. Atlas Climatológico de Colombia

Fuente. (IDEAM, 2010)

4.4. Marco teórico

En la actualidad, la tendencia mundial se enfoca al uso de energías renovables, mismas que

son amigables con el medio ambiente, aprovechando los recursos naturales para generarlas

(Vega, 2010). Las fuentes de energías renovables se han convertido en un tema prioritario en las

agendas energéticas, tanto en los países industrializados como en muchas economías en

desarrollo, gracias a sus efectos beneficiosos en las esferas económicas, sociales y ambientales

(Del Sol, 2008). Así, se destaca la importancia de disponer de fuentes alternativas de energía

para satisfacer la demanda de las grandes naciones al proporcionar la expansión del crecimiento

en las fuentes alternativas (Vilela y Araújo, 2006).

De acuerdo con Bertinat (2004), esta tendencia requiere estar fundamentada en los siguientes

pilares, condiciones y criterios: - Seguridad en el abastecimiento de los diversos insumos

energéticos.

Prevenir y revertir los impactos ambientales locales y globales, resultantes del actual

sistema de producción y consumo de energía.

62

Asegurar la cobertura y el acceso equitativo de toda la población a los recursos y servicios

energéticos.

Garantizar la participación democrática de la población en los procesos de decisión sobre

las políticas y proyectos energéticos.

A partir de la gran importancia que ha tomado este tema, las políticas energéticas de los

diferentes países se han enfocado en aumentar gradualmente el suministro de energía

renovable, elaborándose para ello una estrategia de desarrollo que diversas regiones, tales

como la Unión Europea, Sudamérica y Centroamérica busquen un modo de aprovechar los

recursos naturales para la producción de energía, mismos que minimicen el impacto

ambiental de la actividad humana sobre el ambiente natural (Bertinat, 2004).

De lo anterior, el uso de las fuentes alternativas para la generación de energía eléctrica ha

tomado un auge importante; en particular el uso de la energía solar, que mediante su

utilización, se espera satisfaga la demanda de energía de diversas actividades humanas.

4.5. Impacto ambiental

Uso del suelo

Como es de saberse la eficiencia de conversión de energía solar a energía eléctrica de los

paneles fotovoltaicos es baja, por lo tanto para generar una buena cantidad de energía

eléctrica, se requiere de una extensión amplia y una instalación de numerosos sistemas de

paneles, lo que hace que se requiera una extensión de tierra grande, que a su vez por el uso

específico para instalaciones y construcciones civiles, puede ocasionar erosión y

compactación del suelo.

63

Uso del agua

Los paneles fotovoltaicos aparentemente no utilizan agua para la generación de

electricidad. Sin embargo, el agua es necesaria para su mantenimiento, para que los sistemas

mantengan su máximo rendimiento. Específicamente, el agua es necesaria para la limpieza de

los paneles, cuya cantidad varía grandemente dependiendo de la ubicación del sistema y de la

extensión y cantidad de paneles instalados. Además, como con la mayoría de los procesos de

fabricación, el agua es requerida durante la fabricación de paneles fotovoltaicos y otros

componentes que un sistema fotovoltaico requiere. (Emmanouil Fylladitakis Brunel

University, 2019)

Uso de recursos naturales

Aparte de la producción de los paneles fotovoltaicos actuales, siendo un proceso intensivo

de energía, también requiere grandes cantidades de materiales a granel. Cantidades muy

grandes de minerales comunes son necesarias para la producción de paneles fotovoltaicos,

tales como el hierro, cobre y aluminio. El Hierro se utiliza en cantidades relativamente

grandes para todas las estaciones de energía convencional pero todavía se estiman que los

sistemas fotovoltaicos requieren cantidades mucho mayores por kWh producido, frente a

todas las formas convencionales de energía. A pesar de que estos materiales son reciclables,

los números de inmenso agotamiento mineral no deben ser ignorados. Estudios reportan 3,3

gr y 1,2 gr de hierro y aluminio son necesarios por kWh producido. (Emmanouil Fylladitakis

Brunel University, 2019)

64

Materiales peligrosos

El proceso de fabricación de paneles fotovoltaicos y sus componentes asociados (por ejemplo,

inversores) contiene un número de materiales peligrosos. La liberación de estos materiales

peligrosos para el medio ambiente por medio de la emisión de gases, o producción de lixiviados

con contenido de metales pesados, con frecuencia se considera el impacto ambiental negativo

más importante de los grandes y pequeños sistemas fotovoltaicos. La mayoría se utiliza para

limpiar y purificar la superficie de semiconductores de células fotovoltaicas. Estos productos

químicos son similares a los utilizados en la industria de semiconductores general y

generalmente incluyen: Ácido clorhídrico, Ácido sulfúrico, Ácido nítrico, Fluoruro de hidrógeno,

1,1,1-tricloroetano y Acetona. (Emmanouil Fylladitakis Brunel University, 2019)

4.6. Equipos y herramientas

Drone

Pequeños aparatos voladores no tripulados y que pueden ser controlados en forma remota

(Tecnologia & Informatica, 2019)

65

Ilustración 13. Drone usado en el proyecto

Fuente. Propia

Termómetro visual. (Visual IR Thermometer. VTO4A)

El termómetro visual de infrarrojos VT02 es tan cómodo como un termómetro de medición

puntual, y ofrece a la vez las ventajas de las funciones visuales de una cámara termográfica. Así

se da lugar a una nueva categoría de herramientas: una cámara para la localización de problemas

con un mapa calorífico por infrarrojos. (PCE Inst., 2006)

Ilustración 14. Termómetro visual. (Visual IR Thermometer. VTO4A)

Fuente. (PCE Inst., 2006)

66

Cinta métrica.

Las cintas métricas también conocidos como flexómetros o huincha de medir, son

instrumentos de medición, que cuentan con unas líneas marcadas longitudinalmente donde se

pueden observar las unidades de medidas y sus divisiones. (De Maquinas y Herramientas, 2011)

Ilustración 15. Cinta Métrica

Fuente. (De Maquinas y Herramientas, 2011)

Arnés

Es parte de los elementos de protección personal en trabajos de altura, debe ser utilizado

obligatoriamente para evitar graves accidentes. Los arneses de seguridad cuentan con un sistema

anticaído constituidas por un dispositivo de prensión del cuerpo destinado a detener las caídas.

(Lube Seguridad Industrial, 2019)

67

Ilustración 16. Arnés

Fuente. (De Maquinas y Herramientas, 2018)

Mosquetón

Un mosquetón es un utensilio en forma de anilla, de acero o aleaciones ligeras de aluminio, de

formas diversas, que se utiliza en maniobras de seguridad dentro de actividades tales como

rescate, escalada, espeleología, barranquismo, montañismo, etc. (Educalingo, 2006)

Ilustración 17. Mosquetón

Fuente. (Educalingo, 2006)

68

Frenos para guayas

El freno anticaídas es un dispositivo antichoque accionado por leva, que se desliza libremente

hacia arriba y hacia abajo a lo largo de una línea de vida de cable de acero galvanizado o

inoxidable. En caso de un evento de caída el freno se bloquea al instante permitiendo al usuario

reincorporarse y continuar su trayecto o esperar su rescate. (Red Suministros, 2019)

Ilustración 18. Frenos para guayas

Fuente. (Red Suministros, 2019)

Línea de vida

Una Línea de Vida es un sistema de protección contra caídas diseñado para cumplir dos

funciones fundamentales. (INERCO forespro, 2019)

– Restricción: que evita que lleguemos a una zona con riesgo de caída.

– Anticaídas: que detiene con total seguridad, a uno o varios usuarios si se produce una caída

accidental.

69

Ilustración 19. Línea de vida

Fuente. (INERCO forespro, 2019)

5. DISEÑO METODOLÓGICO

5.1. Tipo de investigación

Interactiva: consiste en modificar el sistema estudiado, generando sobre él, una intervención

especialmente diseñada. Implica una participación conjunta de personas que serán beneficiadas

por la investigación y estos llevaran a cabo el diseño, recolección e interpretación de datos.

Línea: auxiliar de investigación aplicada a la ingeniería civil.

Según Suárez (Febrero de 2001), “el investigador controla y manipula deliberadamente

algunas condiciones del objeto o del tema de investigación manteniéndolas bajo su control para

producir modificaciones en la variable independiente; para su desarrollo recurre a diseños

cuantitativos como los experimentos de campo y la investigación expost-facto y sigue un

razonamiento hipotético deductivo” (pág. 120), lo que fundamenta el presente trabajo de

investigación debido a que se pretende realizar una exposición de variables y asi mismo

manipular los resultados que se obtengan de estas.

5.2. Etapas de la investigación

Investigación aplicada, desarrollada por fases:

70

1. Caracterización de las cubiertas.

2. Aerofotogrametría.

3. Análisis estadísticos.

4. Valoración de las cubiertas.

4.2.1. Primera fase:

Se desarrollara la caracterización y toma de datos de las diferentes cubiertas de cada una de la

edificaciones de la sede ciencia de la salud de Villavicencio de la Universidad Cooperativa de

Colombia, donde se realizara un levantamiento de las cubiertas de las edificaciones para detallar

las diferentes medidas que poseen, áreas, formas de las cubiertas, materiales con los cuales están

construidas; así mismo se tomaran lecturas de radiación solar, (mapeo solar del sitio), con el fin

de realizar cálculos del potencial energético solar fotovoltaico que se produce en las cubiertas de

los edificios de esta sede de la Universidad Cooperativa de Colombia.

Una vez realizada la toma de datos, se dispondrá del programa computacional AutoCAD

para hacer los planos que se requieran para sacar cálculos de áreas y modelar los paneles solares

que se pueden instalar sobre cada una de las cubiertas.

4.2.2. Segunda fase:

Por medio de Aerofotogrametría se tomarán fotografías de las cubiertas de las diferentes

edificaciones con que cuenta la sede ciencia de la salud de la Universidad Cooperativa de

Colombia, ya que este medio de toma de datos es un gran aporte al área de la Ingeniería y la

Construcción, donde nos afianzaremos para obtener las diferentes medidas y áreas con las que

cuenta cada cubierta de las edificaciones con una mayor exactitud y confiabilidad.

71

4.2.3. Tercera fase

Análisis estadístico, examinando la factibilidad técnica y económica de la energización solar

fotovoltaica para cada una de las cubiertas de las diferentes edificaciones pertenecientes a la sede

ciencia de la salud de la Universidad.

4.2.4. Cuarta fase

Se realizará la valoración del potencial energético solar fotovoltaico que se produce en las

cubiertas de los edificios de esta sede de la Universidad Cooperativa de Colombia y así

determinar la prefactibilidad para la implementación de un sistema de energización solar

fotovoltaico para cada una de las cubiertas de las diferentes edificaciones pertenecientes a la

Sede.

4.3. Procedimiento

4.3.1. Localización del área a estudiar

Universidad Cooperativa de Colombia – Sede de la Salud, se encuentra ubicada en la

dirección Carrera 35 #36 – 99 Barrio el Barzal, Villavicencio – Meta, Colombia

Las coordenadas geográficas específicas del punto son:

Georreferencia 4°08´53.89” - 73°38´23.27” O basada en Google Earth

72

Ilustración 20.Georeferenciacion de la Universidad Cooperativa Sede Ciencias de la Salud

Fuente. (Google Earth, 2019)

4.3.2. Reconocimiento aéreo de la estructura de la sede de la salud

Haciendo uso de las diferentes tecnologías que existen en la actualidad, se hizo un

reconocimiento aéreo de la estructura, para ver detalladamente cada parte del techo y la

estructura como tal en su parte superior, para después enviar un equipo debidamente entrenado

en trabajo en alturas y hacer mediciones de forma manual.

Ilustración 21. Drones usados para la toma de fotografías, DJI Phantom 4 y DJI Mavic Pro

Fuente propia

73

Ilustración 22. Operación del sobrevuelo sobre la estructura de la universidad.

Fuente. Propia

Ilustración 23. Universidad de cooperativa de Colombia, sede de la salud, parte frontal.

Fuente. Propia

74

Ilustración 24. Universidad de cooperativa de Colombia, sede de la salud, parte posterior o

trasera

Fuente. Propia

4.3.3. Ortofoto de la estructura

Por medio de la fotogrametría aplicada, usando un dron se pudo captar las diferentes fotos que

formaban la figura total de la estructura de la sede la salud de la universidad cooperativa de

Colombia, luego usando un software “Argisoft” de interpretación de imágenes, se hicieron los

traslapos para obtener la ortofoto resultante.

75

Ilustración 25. Resultante del modelo 3d realizado mediante el software Argisoft de la estructura

de la sede de la salud.

Fuente propia.

Ilustración 26. Modelo en 3D obtenido a partir del software de fotogrametría.

Fuente. Propia

En la ilustración 26 se pueden apreciar las alturas, las curvas de nivel y la nube de puntos,

datos necesarios para la obtención de la Ortofoto de la estructura requerida.

76

Ilustración 27. Ortofoto final, mediante el uso de la interpretación de las 69 fotos aéreas tomadas

por el drone, una vez hecho el traslapo de estas.

Fuente. Propia

En la ilustración 27 se pueden observar todos los detalles de la cubierta de la estructura, para

posteriormente sacar medidas a partir de los datos suministrados por la fotogrametría. Una vez se

obtienen los datos necesarios, mediante el uso del Software de fotogrametría se determina el área

de incidencia para la ubicación de los paneles solares, sobre la estructura en estudio, tal como se

muestra en la ilustración 28, que se da a conocer a continuación.

77

Ilustración 28. Área de Incidencia

Fuente. Propia

4.3.4. Toma de mediciones de forma manual

Una vez obtenida la ortofoto y ya con las tomas auras requeridas, se procedió a hacer la toma

de datos de forma manual, tanto de longitudes como de temperaturas, para de esta forma realizar

una comparación con las medidas arrojadas por la fotogrametría, cabe resaltar que para la toma

de datos fue necesario, obtener los permisos para poder subir a la cubierta de la estructura que es

el área de incidencia, el porte obligatorio de los equipos de seguridad, y la obtención obligatorio

certificado de trabajo en alturas, todo para realizar las tareas siguiendo los lineamientos de la

normatividad.

78

Ilustración 29. Indumentaria y equipos usados para la toma de medidas manuales en la cubierta

de la estructura de la universidad cooperativa de Colombia, sede de la salud.

Fuente. Propia

Ilustración 30. Toma de mediciones de temperaturas en la cubierta.

Fuente propia.

Es importante aclarar que la toma de datos y mediciones realizadas en la zona de incidencia,

no se llevó a cabo en la totalidad de la cubierta, debido a la imposibilidad del acceso a algunas

zonas por la inseguridad y el peligro de caída del trabajador, que las maniobras representan aun

teniendo el equipo de seguridad industrial necesario, como se puede observar en la ilustración

anterior.

79

4.3.5. Diseño de plano en AutoCAD

Una vez tomados los datos de las mediciones de las longitudes de la cubierta de la estructura y

comparándolas con las obtenidas por medio de la fotogrametría del drone, se procede a elaborar

el plano de la cubierta para posteriormente poder ubicar la cantidad de paneles que se van a usar

en los espacios que sean convenientes de instalar. (El plano en Autocad y el modelado 3D en

SketchUp se anexarán como soportes).

Ilustración 31. Diseño de plano de la cubierta de la Universidad Cooperativa de Colombia, Sede

de la Salud en la ciudad de Villavicencio

Fuente: propia

Se hace el respectivo acotamiento de la cubierta para conocer las dimensiones de la estructura,

lo que nos arroja un área de cubierta de la estructura de 2319.25 m2, Esta será el área que

tendremos en cuenta a la hora de distribuir los paneles y así obtener la cantidad posible que se

puedan instalar.

80

4.4. Paneles escogidos para este tipo de cubierta

Ilustración 32. Panel solar escogido

Fuente. Poner fuente

Para este tipo de estructura escogimos el de panel INTI, un panel solar policristalino de

referencia IPT – 250, de 250 watts y 24 voltios. Los paneles solares INTI son excelentes

módulos en cuanto a su salida de potencia y confiabilidad a largo plazo. Son módulos probados

independientemente para asegurar la conformidad con estándares y regulaciones. Sus celdas

solares tienen una transmisión elevada y son de fibra texturizada, lo que contribuye a que

entreguen energía de forma altamente eficiente. Además, cuentan con diodos de bypass que

minimizan la caída de potencia causada por sombras. Son paneles cuidadosamente fabricados

con fibra de vidrio templada, resina EVA, película resistente al agua y marco de aluminio, lo que

aseguran ciento por ciento su uso para exteriores. (Scribd, 2019)

81

4.4.1. Especificaciones panel solar policristalino inti, ipt – 250

Ilustración 33. Dimensiones del panel solar y plano de ingeniería.

Fuente. (Colpilas El Futuro De La Energia Solar, 2019)

En la siguiente ilustración se muestran las diferentes especificaciones técnicas del panel

IPT – 250

Ilustración 34. Especificaciones técnicas generales

Fuente. (EnergiayMovilidad, 2019)

82

Tabla 3. Coeficientes de temperatura del panel

Coeficientes de temperatura Panel Policristalino INTI, IPT - 250

Corriente de cortocircuito (Isc) + 0,04 % * °C

Voltaje de circuito abierto (Voc) - 0,35 % * °C

Máxima Potencia + 0,45 % * °C

Corriente de máxima potencia (Imp) + 0,04 % * °C

Voltaje de máxima potencia (Vmp) - 0,35 % * °C

Fuente. (EnergiayMovilidad, 2019)

4.4.2. Fichas técnicas piezas de instalación

Las fichas técnicas son documentos ya construidos, que poseen todas y cada una de las piezas

necesarias para construir un panel solar de manera correcta. La ficha técnica, evidencia cada

pieza por separado y da las especificaciones y los usos más comunes.

Ilustración 35. Soporte de los módulos

Fuente. Ficha técnica Losa Alurack

83

4.4.2.1.Reconocimiento de componentes de la estructura de losa

Marca Alurack para tipo de estructura: Losa (piso plano), tipo de anclaje: con pernos al suelo

y material de la estructura: aluminio 6005 T6.

Ilustración 36. Losa para piso plano

Fuente. Ficha técnica losa alurack

Ilustración 37. Anclajes de la losa para su ensamble

Fuente. Ficha técnica losa Alurack

84

Ilustración 38. Ficha técnica Alurack Trapezoidal

Fuente. Ficha Técnica Alurack Trapezoidal

Lo principal a tener en cuenta es que los Mrail se posicionen de forma perpendicular a las

correas del techo para que el peso de la estructura y módulos se reparta de forma proporcional

sobre ellas y que no queden rieles soportados solo sobre las tejas.

Para la instalación de la estructura Alurack Trapezoidal, es posible hacerlo con lo Mrail fijados

directamente a la teja (ubicarlos sobre la forma plana) como lo muestra la siguiente ilustración:

Ilustración 39. Anclaje a la cubierta

Fuente. Ficha técnica Alurack Trapezoidal

85

La instalación del accesorio Alurack L, también dependerá del tipo de cubierta, si esta es

de tipo transitable, el accesorio Alurack L podrá instalarse adecuadamente con tornillo

autoperforante, de lo contrario, es posible que se requiera la fijación de estas con tornillos o

pernos (en acero inoxidable) directamente a la estructura del techo lo que lleva directamente a un

trabajo de obra civil y será necesaria la revisión del techo para fijar el accesorio adecuadamente.

Algunos ejemplos de tornillo autoperforante y chazo mariposa son los siguientes:

Ilustración 40. Tornillo autoperforante y chazo mariposa

Fuente. Ficha técnica Alurack Trapezoidal

La instalación del Alurack Mrail utilizando la “L” se realiza como lo muestra la

ilustración 41:

86

Ilustración 41. Instalación del Mrail a la cubierta

Fuente. Ficha técnica Alurack Trapezoidal

Para cada Mrail de 6,20 mts se requiere fijar 4 L y para cada Mrail de 4,15 mts se

requieren 3 L. Al utilizar el accesorio Alurack L, observa que el Mrail se posiciona de canto (de

lado).

Ficha Técnica Alurack Eclamp

El Alurack Eclamp se utiliza para sujetar los lados exteriores de los módulos solares con

marco. Disponible en longitud de 37,2 mm y 32,2 mm para módulos de 40 mm Y 35 mm

respectivamente.

87

Ilustración 42. Pieza de anclaje eclamp

Fuente. Ficha Técnica Alurack Eclamp

Característica Técnicas

Cuenta con un sistema de grounding en cobre que permite equipontencializar los arreglos

de módulos sin necesidad de cableado. Cada Alurack Eclamp incluye un (1) tornillo bristol

Inoxidable 304 M8x20 y una (1) tuerca perfil de sujeción en aluminio 6005 T6 Acabado en

aluminio crudo.

88

Ilustración 43. Características de la pieza de anclaje eclamp

Fuente. Ficha Técnica Alurack Eclamp

Ficha Técnica Alurack L

Anclaje en “L” para ser utilizado con el Alurack clamp y/o Alurack Mrail. Permite dar

más altura a la estructura.

Ilustración 44. Pieza de anclaje en L

Fuente. Ficha técnica Alurack L

89

Característica Técnicas

Construido en aleación de aluminio 6005 T6. Cada Alurack incluye un (1) tornillo bristol

M8x25 y una (1) tuerca perfil de sujeción en aluminio 6005 T6 Acabado en aluminio crudo.

Ilustración 45. Características del anclaje L

Fuente. Ficha Técnica Alurack L

Ficha Técnica Alurack Mclamp

El Alurack Mclamp se utiliza para sujetar los lados intermedios al unir los módulos

solares con marco. Compatible con módulos de 40 mm y 35 mm.

90

Ilustración 46. Pieza de anclaje Alurack Mclamp

Fuente. Ficha Técnica Alurack Mclamp

Característica Técnicas

Cuenta con un sistema de grounding en cobre que permite equipontencializar los arreglos

de módulos sin necesidad de cableado. Cada Alurack Mclamp incluye un (1) tornillo bristol

inoxidable 304 M8x45 y una (1) tuerca perfil de sujeción en aluminio 6005 T6 Acabado en

aluminio crudo.

Ilustración 47. Características pieza de anclaje Alurack Mclamp

Fuente. Ficha Técnica Alurack Mclamp

91

Ficha técnica Alurack Mrail

El Mrail de Alurack es un riel de alta versatilidad debido a que se puede utilizar por

cualquiera de sus caras dependiendo de las necesidades de cada montaje y las características de

los diferentes anclajes para cada tipo de teja.

Ilustración 48. Pieza de anclaje Mrail

Fuente. Ficha técnica Alurack Mrail

Característica Técnicas

El Mrail de Alurack está diseñado estructuralmente para soportar cargas en cualquiera de

sus direcciones está construido con aleación de aluminio 6005 T6 y cuenta con canales para el

manejo de cableado.

92

Ilustración 49. Características Pieza de anclaje Mrail

Fuente. Ficha técnica Alurack Mrail

4.5. Distribución de los módulos solares en el área de la cubierta de la estructura

Teniendo todos los datos necesarios, como las dimensiones del panel que se va a utilizar para

este tipo de proyecto, el área de trabajo de la cubierta, también llamada zona de influencia, las

dimensiones de la zona de influencia, y las imágenes de referencia de la cubierta, se recurre al

plano realizado en AutoCAD para distribuir los paneles de manera organizada, teniendo en

cuenta los respectivos espacios para posteriores mantenimientos y accesibilidad a los diferentes

sitios de la cubierta.

La distribución final de los paneles a ubicar en la zona de influencia, se da a conocer en la

ilustración 46, donde se evidencian las medidas de cada uno de los lados de la cubierta, así como

el número de paneles que podrían ir ubicados en cada zona, concluyendo finalmente con un

número total de 830 paneles solares.

93

Ilustración 50. Plano de la distribución correcta de los paneles en los sitios más adecuados y

haciendo el máximo de aprovechamiento del mismo

Fuente. Propia.

Ilustración 51. Diseño del modelo en 3D de la cubierta de la estructura con los respectivos

paneles instalados

Fuente. Propia.

830 Paneles

94

Una vez distribuidos los paneles en el área total de la cubierta, se pudo determinar un

número total de 830 paneles policristalinos IPT 250 que podrán ir instalados alli, considerando la

necesidad de disponer los respectivos espacios para el mantenimiento y movilidad del personal.

Se usa el modelo en 3D realizado en el software SketchUp para simular la instalación de los

paneles y observar su correcta distribución tomando en cuenta las inclinaciones que tiene la

cubierta para el manejo de las aguas lluvias.

Ilustración 52. Modelado en 3D de la cubierta de la universidad cooperativa de Colombia, sede

de la salud con los 830 paneles instalados.

Fuente propia.

Con la instalación de los 830 paneles policristalinos en la parte superior de la estructura

universitaria, se estaría ocupando un área de 1347.59 m2 de los 2319.25 m2 que cuenta la

cubierta, es decir que en el proyecto de instalación de 830 paneles fotovoltaicos, se está

ocupando el 58% del área total de la cubierta o zona de influencia.

95

5. RESULTADOS

A continuación se dan a conocer los resultados que se obtuvieron en el análisis numérico

realizado para hallar el potencial fotovoltaico, y el presupuesto necesario para implementar de

forma completa el sistema que se estudió por medio de las simulaciones a lo largo del proyecto.

Cabe destacar que para aprovechar la máxima radiación solar posible, los módulos solares se

deben orientar con un acimut lo más próximo al sur y con Angulo de inclinación los más

próximo a la latitud, desviado +10° si el consumo es preferente en invierno y -10° si es

preferente en verano.

Para la determinación del potencial fotovoltaico de los modulos que se pretenden instalar, se

deben tener en cuenta ciertos factores de índole técnico como lo son: el potencial máximo, el tipo

de celda disponible, el número de celdas de cada módulo o panel individual, la eficiencia del

módulo, el peso total del módulo que se requiere instalar, la orientación del panel debido a la

ubicación de la estructura con respecto a la salida y puesta del sol, que para el caso de

Villavicencio, el oriente se encuentra hacia Puerto López, el occidente se dirige hacia la

cordillera, el sur se dirige hacia acacias y el norte va dirigido hacia la entrada del rio Guatiquia a

la ciudad de Villavicencio, por otro lado y no menos importante se debe considerar la inclinación

de los módulos y las sombras que se presenten en el área de captación solar.

96

Ilustración 53. Orientación de la sede ciencias de la salud con respecto a la salida del sol

Fuente. (Google Earth, 2019)

Cálculo de la Hora Solar Pico (HSP)

La Hora Solar Pico, es frecuentemente utilizada para realizar cálculos fotovoltaicos. De

forma sencilla se puede decir que la Hora Solar Pico (HSP) es la cantidad de energía solar que

recibe un metro cuadrado de superficie. En resumen, si en este lugar existen 5 HSP, tenemos 5

horas de sol que está trasmitiendo 1000W/m2. La Hora Solar Pico (HSP) es la energía que

recibimos en horas por m2, y esta energía no es la misma dependiendo de la localización (cuanto

más cerca del ecuador mayor será) y por su época del año. No hay el mismo sol en un día de

invierno que de verano. (Efimarket, 2018)

97

Ilustración 54. Mapa de radiación solar del territorio nacional

Fuente. (IDEAM, 2014)

Ilustración 55. Radiación Solar en Villavicencio

Fuente. (IDEAM, 2019)

98

Ilustración 56. Promedio mensual de radiación global en la ciudad de Villavicencio - Meta

(IDEAM, 2019)

Tabla 4. Promedio horario de la radiación en la estación Ica de ubicada en Villavicencio

Fuente. (IDEAM, 2019)

En la tabla 4 se muestra el promedio de radiación solar captado para la ciudad de Villavicencio

en unidades de Watios por hora por metro cuadrado durante todos los meses del año. Para el mes

de mayo se captó una radiación de 4184,6 Wh/m2, siendo esta la menor cantidad de radiación

99

captada, comparada con los demás meses del año, así mismo se obtuvo una cantidad de radiación

solar de 5132,8 Wh/m2 para el mes de septiembre siendo el dato de mayor valor en el año. La

gráfica de radicación solar presentada para Villavicencio (ilustración 55), sugiere que la capital

del Meta se encuentra en una zona de radiación solar que oscilan entre los 4,5 y los 5 Wh/m2,

haciendo un promedio se puede estimar un valor de 4,8 Wh/m2, 4,8 HSP será el dato que

usaremos como Hora solar Pico para el cálculo del potencial energético para los paneles a

instalar en la estructura.

Cálculos de las pérdidas por orientación e inclinación

El objeto de este apartado es determinar los límites en la orientación e inclinación de los

módulos de acuerdo a las perdidas máximas permisibles.

Las pérdidas por este concepto se calcularán en función de:

a) Angulo de inclinación β, definido como el ángulo que forma la superficie de los módulos

con el plano horizontal. Su valor es 0 para módulos horizontales y 90º para verticales.

b) Angulo de acimut α, definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano

horizontal de la norma a la superficie del módulo y el meridiano del lugar. Valores típicos

son 0 para módulos orientados al sur, -90º para módulos orientados al este y +90º para

módulos al oeste.

Los resultados del cálculo de las perdidas por orientación e inclinación se pueden observar en la

tabla 5, que se muestra a continuación.

100

Tabla 5. Perdidas por orientación e inclinación

PERDIDAS POR ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN

Angulo de

acimut Angulo de inclinación Latitud

α 0 Β 20 γ 4

Pérdidas por orientación e inclinación

Pérdidas: 8,112

Pérdidas límite según CTE

General 10% CUMPLE

Superposición 20% CUMPLE

Integración arquitectónica 40% CUMPLE

Fuente. Propia

En la anterior tabla podemos ver el cumplimiento de los límites según El Código Técnico

de la Edificación (CTE), en cuanto a su función general, en la superposición y en la integración

arquitectónica, lo que lo hace factible para aprovechar al máximo la captación de las horas

solares.

Calculo potencial energético

El siguiente análisis, presenta una evaluación del potencial energético de los paneles

elegidos para este proyecto (INTI PTI 250), haciendo uso de los valores suministrados por la

Electrificadora del Meta S.A. E.S.P. (EMSA) y por medio del recibo de la luz generado para el

mes de abril de 2019, sobre el consumo energético de las instalaciones de la Universidad

101

Cooperativa de Colombia sede de la Salud en la ciudad de Villavicencio. Valiéndose de estos

datos se comparó cual sería la variación y la diferencia de energía producida por los módulos

fotovoltaicos y la energía consumida por la planta física de la sede, para de esta manera,

determinar qué cantidad de energía puede suplir el sistema fotovoltaico en kilovatios, a la

universidad.

Ilustración 57. Recibo consumo de energía eléctrica mes de abril de 2019 para la sede de la

salud, universidad cooperativa de Colombia

Fuente. EMSA

En la ilustración 57, se da a conocer el consumo mensual del mes de abril de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Ciencias de la Salud, como se observa para el mes de

abril el consumo de energía de la sede fue de 45.870 kwh/mes, por lo tanto con un valor de costo

unitario del kilovatio de $ 572,30, se determina que el costo del consumo mensual para el mes

de abril fue de $ 26.251.401 pesos.

102

Datos técnicos del panel que se usara en el proyecto

En la tabla 6 se muestran los datos técnicos de los paneles, datos que se tendrán en cuenta

a la hora de hacer los cálculos del potencial energético.

Tabla 6. Características del montaje

PANEL SOLAR POLICRISTALINO IPT - 250 (250 W, 24 V)

POTENCIA MAX 250 W

TIPO DE CELDA

POLICRISTALINO

SEMITRANSPARENTE

NUMERO DE CELDAS 6*10

EFICIENCIA MODULO 15.4 % +/- 3 %

DIMENSION MODULO 1.64 X 0.99 X 0.04

PESO DE MODULO 18.6 KG

PESO DE

ACCESORIOS 3.18 KG

PESO TOTAL

MODULO 21.78 KG

Fuente. Propia

A continuación, se hará un comparativo del total de consumo en KW/mes con los

módulos propuestos (830 paneles) y lo consumido por la Sede (recibo de EMSA), a su vez se

dará a conocer el valor en pesos colombianos de los KW/mes consumidos, la diferencia en el

consumo, que porcentaje en kilovatios es producido por lo paneles solares y que tanto podría

ahorrar esta producción, en el consumo mensual de la universidad.

103

Ecuaciones para el cálculo del potencial energético

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆𝑾𝑯

𝒅𝒊𝒂= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 ∗ 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝑲𝑾.𝑯

𝒅𝒊𝒂= (𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆

𝑾𝑯

𝒅𝒊𝒂)/𝟏𝟎𝟎𝟎

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂(𝑯𝒔𝒑)𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂=

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑲𝒘𝑯

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝑯𝒐𝒓𝒂𝑺𝒐𝒍𝑷𝒊𝒄𝒐

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐𝑲𝒘

𝒎𝒆𝒔=

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝟑𝟔𝟓/𝟏𝟐

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂

𝑲𝒘

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐𝑼𝒏𝒊𝒕𝒂𝒓𝒊𝒐𝑲𝒘(𝑬𝒎𝒔𝒂)

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓

𝑲𝒘

𝒅𝒊𝒂 𝒙 𝟑𝟎

• 𝑫𝒊𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒅𝒆𝒅𝒖𝒄𝒊𝒃𝒍𝒆 = 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔 𝒅𝒆𝒅𝒖𝒄𝒊𝒃𝒍𝒆 −

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔𝑬𝒎𝒔𝒂

Realizando estas ecuaciones nos da como resultado la siguiente tabla:

Tabla 7. Potencial energético de los 830 paneles solares TPI

TOTAL DE

PANELES

(UND.)

POTENCIA MAX.

W

TOTAL W.H/DI

A

TOTAL KW.H/

DIA

HORA SOL PICO (HSP)

TOTAL HORA (HSP)

KW/DIA

TOTAL CONSUMO KW/MES CON

MÓDULO

COSTO UNITARIO SERVICIO DEL MES DE ABRIL

KW (EMSA)

TOTAL VALOR

KW/DIA

TOTAL VALOR KW/MES

(DEDUCIBLE)

830 250

207,500

207.50

4.80

996.00

30,295

$ 572.30

570,010.80

$ 17,100,324

Fuente. Propia

Sabiendo de antemano que la producción de energía eléctrica de los 830 paneles solares

instalados es de 29.800 kw/mes, y comparándolo con la producción mensual de la sede que es de

48.870 Kwh/mes, se puede determinar que, el consumo de energía eléctrica puede suplirse en un

104

65% por medio del uso de los módulos fotovoltaicos, lo que representa un ahorro económico de

$ 17.100.324 pesos colombiano, respecto al valor económico del consumo total de la sede.

Tabla 8. Comparativo de ahorros

Consumo total sin

paneles Kw/mes

Consumo total con

paneles Kw/mes

Diferencia % ahorro

48.870 Kw/mes 29.800 Kw/mes 19.070 Kw/mes 65%

$ 26.251.401 $ 17.100.324 $ 9.151.077 65%

Fuente. Propia

Tabla 9. Comparativo entre consumos del mes

COMPARATIVO

CONSUMO MES DE ABRIL KWh/MES

TOTAL VALOR KW/MES (EMSA)

DIFERENCIA DEL VALOR

DEDUCIBLE

% DE AHORRO

45,870

26,251,401

9,151,077 65%

Fuente. Propia

Las tablas 8 y 9, dan a conocer un comparativo realizado entre el consumo de energía

eléctrica de la universidad por medio de la energía suministrada por la electrificadora del meta, y

la energía asumiendo que ya está instalado el sistema de paneles solares fotovoltaicos, concluye

con el porcentaje de ahorro entre los dos sistemas de consumo de energía eléctrica.

A continuación la gráfica 5, da evidencia de la diferencia entre los consumos de energía

eléctrica con y sin uso del módulo fotovoltaico.

105

Gráfica 4. Consumo versus producción por mes de los módulos y la EMSA

Fuente. Propia

Detalles de consumo

Para hacer un correcto análisis del consumo generado por las instalaciones de la

Universidad Cooperativa de Colombia en su sede Ciencias de la Salud, se tomaron los datos de

los últimos 9 meses basados en las facturas de energía generados por la empresa prestante del

fluido eléctrico (EMSA).

0

10000

20000

30000

40000

50000

1 2 3

CONSUMO MES DE ABRILKWh/MES

45.870

TOTAL CONSUMOKW/MES CON MÓDULO

30.295

KW

H/

MES

CONSUMO VS PRODUCCION POR MES

106

Tabla 10. Detalles del consumo de los últimos nueve (9) meses

ITE

M

FACTURAS MES

AMES

DETALLES DEL CONSUMO LIQUIDACIÓ

N CONSUMO

DE ENERGÍA

$

MESES AÑO CONSUMO EN

kWh

VALOR

VATIO

1 AGOSTO 2018 29.700 541,64 16.086.708

2 SEPTIEMBRE 2018 33.660 547,04 18.413.366

3 OCTUBRE 2018 40.590 551,49 22.384.979

4 NOVIEMBRE 2018 32.010 544,64 17.433.926

5 DICIEMBRE 2018 39.390 546,25 21.516.788

6 ENERO 2019 20.790 549,48 11.423.689

7 FEBRERO 2019 20.460 553,31 11.320.723

8 MARZO 2019 43.230 557,77 24.112.397

9 ABRIL 2019 45.870 572,30 26.251.401

PROMEDIOS 38.212,50 551,55

Fuente. Propia

El promedio de consumo de energía eléctrica en unidades de kilovatios/hora en los

últimos nueve (9) meses fue de 38.212,50 y el valor promedio del vatio presentado por la

empresa electrificadora – EMSA-, se registra como $ 551,55, como se observa en la tabla 10.

107

Gráfica 5.consumo eléctrico mensual de la estructura de la sede de la salud

Fuente. Propia

Teniendo en cuenta los consumos de kilovatios/hora en los diferentes meses del año, que

para este estudio fueron los últimos nueve (9), lapso de tiempo en el que su pico más bajo

registrado fue en el mes de febrero con un consumo de 20.460 kilovatios/hora y su registro más

alto es de 45.870 kilovatios/hora para el mes de abril respectivamente. El pico más alto, que en

este caso es el dato registrado del mes de abril, será tomado en cuenta a la hora de deducir

cuantos paneles podrán suplir toda la energía necesaria para la estructura universitaria.

Detalles del consumo y deducible por inyección a red

Este tipo de instalación busca hacer una inyección directa a la red eléctrica de la

estructura, por lo tanto no es necesario que use baterías para la acumulación de la energía, lo que

se pretende es que el fluido energético proporcionado por los 830 paneles solares instalados, se

inyecte a la red de distribución eléctrica y así ayude a consumir menos energía suministrada por

la empresa electrificadora (EMSA).

A continuación, se presentan los datos del consumo eléctrico y la liquidación del mismo para los

nueve (9) meses que se han estudiado, tanto para el consumo directo de la energía proporcionada

29

.70

0

33

.66

0

40

.59

0

32

.01

0

39

.39

0

20

.79

0

20

.46

0 4

3.2

30

45

.87

0

-

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

DETALLES DEL CONSUMO MENSUAL

108

por EMSA, como para la energía suministrada por los módulos y su respectivo porcentaje de

ahorro económico.

Tabla 11. Detalles del consumo vs deducible por inyección a red

DETALLES DEL CONSUMO DE LOS ULTIMOS NUEVE (9) MESES

ITEM

FACTURAS MES AMES DETALLES DEL CONSUMO

LIQUIDACION CONSUMO DE ENERGIA

MESES AÑO CONSUMO EN kWh VALOR VATIO

1 AGOSTO 2018 29,700 541.64 16,086,708

2 SEPTIEMBRE 2018 33,660 547.04 18,413,366

3 OCTUBRE 2018 40,590 551.49 22,384,979

4 NOVIEMBRE 2018 32,010 544.64 17,433,926

5 DICIEMBRE 2018 39,390 546.25 21,516,788

6 ENERO 2019 20,790 549.48 11,423,689

7 FEBRERO 2019 20,460 553.31 11,320,723

8 MARZO 2019 43,230 557.77 24,112,397

9 ABRIL 2019 45,870 572.30 26,251,401

PROMEDIOS 38,212.50 551.55 Fuente. Propia

En la tabla 11 se evidencia un aprovechamiento promedio de 38212,50 kwh/mes,

implementando el sistema de inyección a la red eléctrica de las instalaciones de la universidad, lo

que representa un porcentaje de ahorro promedio mensual del 90% en la factura del fluido

eléctrico.

109

Gráfica 6. Consumo mensual versus inyección a red.

Fuente. Propia

Como se evidencia en la gráfica 7, el consumo mensual de electricidad ayudado por la

inyección directa de la energía obtenida por los paneles solares, disminuye en gran medida su

valor, lo que quiere decir que es una gran alternativa para ahorrar energía, disminuir el gasto

económico en la sede, y de manera implícita disminuir el impacto ambiental que genera la

producción y consumo eléctrico convencional.

Suministro e instalación de sistema fotovoltaico

Una vez se tienen los datos de la evaluación del potencial energético de los paneles

solares y su porcentaje de ahorro y producción de flujo de energía eléctrica, se determinan los

ítems que se tendrán en cuenta para su implementación e instalación en la cubierta de la

estructura (zona de influencia) de la sede de la salud de la universidad Cooperativa de Colombia.

En la tabla 12 se muestra el presupuesto requerido para el montaje del sistema fotovoltaico,

distribuido en 3 ítems importantes: los preliminares, equipos y materiales, herramientas, equipos

de trabajo en altura y trámites.

16

.08

6.7

08

18

.41

3.3

66

22

.38

4.9

79

17

.43

3.9

26

21

.51

6.7

88

11

.42

3.6

89

11.3

20.7

23 24

.11

2.3

97

26

.25

1.4

01

16

.40

8.9

84

16

.57

2.5

77

16

.70

7.3

90

16

.49

9.8

69

16

.54

8.6

44

16

.64

6.4

97

16.7

62.5

26

16

.89

7.6

42

17

.33

7.8

29

-

5.000.000

10.000.000

15.000.000

20.000.000

25.000.000

30.000.000

CONSUMO VS INYECCIÓN A RED

Emsa Módulos Solares

110

Tabla 12. Suministros e instalación de sistema fotovoltaico para la sede de la Salud SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA UCC SEDE DE LA

SALUD EN VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CAN

T. V/LOR UNIT.

V/LOR TOTAL.

A PRELIMINARES

$ 9,596,894.7

5

1

LOCALIZACIÓN, TRAZADO Y LEVANTAMIENTO DE LAS CUBIERTAS (INCLUYE PLANOS EN AUTOCAD)

M2

2319.25

$ 2,327.00

$ 5,396,894.75

2 AEROFOTOGRAMETRÍA DE LAS EDIFICACIONES

UND

1 $ 1,200,000.00

$ 1,200,000.00

3 CALCULO DE CARGAS ADICIONAL A LA ESTRUCTURA DE LAS CUBIERTAS (SOFWARE)

UND

1 $

2,000,000.00

$ 2,000,000.00

4 MODULACIÓN DE CUBIERTAS Y PANELES (SKETCHUP) UND

1 $

1,000,000.00

$ 1,000,000.00

B EQUIPO Y MATERIALES

$ 589,186,059.45

1 PANELES SOLARES INTI O JA SOLAR (0.99 X 1.64 X 0.04)

UND

830 $ 400,000.00

$ 332,000,000.00

2 INVERSOR FRONIUS SYMO 10 KVA

UND

7 $ 12,703,833.10

$ 88,926,831.70

3 INVERSOR FRONIUS SYMO 15 KVA

UND

5 $ 13,771,245.25

$ 68,856,226.25

4

FRONIUS SMART METER 63A-1 (MONITOREO DE INYECCIÓN A RED)

UND

5 $ 480,000.00

$ 2,400,000.00

5 CONECTORES MC4

UND

94 $ 4,500.00

$ 423,000.00

6 PERFIL EN ALUMINIO X 6.20 ML

UND

280 $

194,249.65

$ 54,389,902.00

7 TORNILLO CHAZO MARIPOSA

UND

843 $

1,000.00 $ 843,000.00

111

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA UCC SEDE DE LA SALUD EN VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CAN

T. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

8 ALURACK L SEPARADOR

UND

1253 $

6,009.50 $ 7,529,903.50

9 ALURACK ECLAMP ESTERIOR

UND

677 $

6,009.50 $ 4,068,431.50

10 ALURACK MCLAMP INTERMEDIO

UND

1197 $

6,009.50 $ 7,193,371.50

11 CABLE SOLAR NO. 6MM CUADRADO ml 863

$ 5,474.00

$ 4,724,062.00

12 CABLE SOUNDSTREAM REF WR - 0 NO. 0 ml 140

$ 12,000.00

$ 1,680,000.00

13 TUBERÍA EN EMT 2"X 3ML

UND

46 $

52,100.00 $ 2,396,600.00

14 UNIÓN EMT 2"

UND

46 $

2,500.00 $ 115,000.00

15 CONBAINER

UND

25 $

45,000.00 $ 1,125,000.00

16 CURVAS EMT M3 6

$ 9,750.00

$ 58,500.00

17 SIKAFLEX 1A SELLADOR POLIURETANO

POTE

47 $

29,900.00 $ 1,405,300.00

18

CAJA DE INSPECCIÓN CS 274 - INCLUYE MATERIALES, EXCAVACIÓN, RETIRO DE ESCOMBROS, MARCO Y TAPA METÁLICA

UND

2 $

686,508.00 $ 1,373,016.00

19

SISTEMA PUESTA A TIERRA TRIANGULAR DE 3 VARILLAS COPPERWELD

UND

3 $

1,374,305.00 $ 4,122,915.00

20 CHAZO CONCRETO EXPANSIVO 1/2"X4

UND

20 $

8,100.00 $ 162,000.00

21 ABRAZADERA EMT 2"

UND

18 $

3,500.00 $ 63,000.00

22 TABLERO DE PROTECCIÓN und 2

$ 2,000,000.00

$ 4,000,000.00

23 CAJAS DE PASO PARA ATERRIZAJE DE TIERRA und 3

$ 30,000.00

$ 90,000.00

24 CABLE DE ATERRIZAJE A TIERRA NO. 10 MULTIFILAR ml 400

$ 3,100.00

$ 1,240,000.00

C HERRAMIENTA $ 6,089,800.00

1 TALADRO PERCUTOR UND

4 $

400,000.00 $ 1,600,000.00

112

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA UCC SEDE DE LA SALUD EN VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CAN

T. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

2 BROCA TUNGSTENO 3/8" UND

32 $

8,000.00 $ 256,000.00

3 PONCHADORA DE CONECTOR MC4 M3 2 $

400,000.00 $ 800,000.00

4 EXTENSIÓN ENCAUCHETADA 2 X 10 ml 600 $

5,250.00 $ 3,150,000.00

5 PULIDORA 4" UND

2 $

141,900.00 $ 283,800.00

D EQUIPOS DE TRABAJO EN ALTURA $ 17,372,500.00

1 ARNÉS DE SEGURIDAD 5 PUNTOS

UND

15 $

280,000.00 $ 4,200,000.00

2 ESLINGA EN Y

UND

15 $

229,900.00 $ 3,448,500.00

3 MOSQUETÓN UND

15 $

39,000.00 $ 585,000.00

4 LÍNEA DE VIDA ML ML 200 $

10,200.00 $ 2,040,000.00

5 FRENO ARRESTADOR CUERDAS DE 8 MM A 12 MM UND

15 $

167,000.00 $ 2,505,000.00

6 ESLINGA SENCILLA DE TENSIÓN CAÍDAS FIRST 3M

UND

15 $

165,000.00 $ 2,475,000.00

7 ELEVADOR ELECTRICO GRUA 2204 LB

UND

1 $

2,119,000.00 $ 2,119,000.00

E TRAMITES $ 3,605,000.00

1 TRAMITE DE MATRICULA Y LEGALIZACIÓN UND

1 $

3,605,000.00 $ 3,605,000.00

TOTAL COSTO DIRECTO

$ 625,850,254.20

ADMINISTRACIÓN 0.24

$ 150,204,061

IMPREVISTOS 0.02

$ 12,517,005

UTILIDAD 5% $ 31,292,513

COSTO TOTAL AJUSTADO AL PESO $ 819,863,833

Fuente. Propia

113

Los precios usados en la tabla 12 se basan en el precio del mercado para el año 2019.

Aquí se describen todos los procesos, equipos y materiales que se necesitan en el momento de la

instalación y montaje de los paneles solares.

Área de referencia normativa NSR10

La tabla 13, da evidencia del cálculo realizado para el área de aferencia por cada uno de

los paneles solares que se ubicaran sobre la cubierta del edificio Ciencias de la salud, arrojando

como resultado una carga real por m2 adicional sobre la cubierta de 13,41 kg, sin exceder el

factor de seguridad el cual se evidencia en la norma NSR - 10 Titulo B - Cargas, Capitulo B.4 -

Cargas Vivas.

Tabla 13. Área de diferencia por panel sobre la cubierta del edificio

ÁREA DE AFERENCIA POR PANEL SOBRE LA CUBIERTA EDIFICIO SEDE

DE LA SALUD

POTENCIA MAX 250 W

TIPO DE CELDA POLICRISTALINO SEMITRANSPARENTE

NUMERO DE CELDAS 6*10

EFICIENCIA MODULO 15.4 % +/- 3 %

DIMENSION DE UN PANEL (m) 1.64 X 0.99 X 0.04

AREA DE PANEL (M^2) 1,62

PESO DE PANEL (KG) 18,6

PESO DE ACCESORIOS POR

PANEL (KG) 3,18

PESO TOTAL MODULO (KG) 21,78

114

ÁREA DE AFERENCIA POR PANEL SOBRE LA CUBIERTA EDIFICIO

SEDE DE LA SALUD

CARGA M^2 POR MODULO

(KG/M^2) 13,41

AREA TOTAL CUBIERTA

EDIFICIO (M^2)

2.319,25

CARGA TOTAL DE LA

CUBIERTA (KG)

31.111,89

CARGA REAL X M^2 PARA LA

CUBIERTA 13,41

Fuente. Propia

Se deja estipulado cual será el soporte del peso para el montaje de la estructura del

sistema fotovoltaico modular, que irá ubicado en la cubierta de la universidad, basados en

estudios estructurales realizados previamente a la construcción del edificio, esto debido a que

fueron regidos por la misma norma NSR10.

También, se calculan los gastos implicados en la nómina, es decir el personal requerido,

incluyendo personal especialista, para ejecutar dicho proyecto en un tiempo determinado de 105

días, que es el tiempo estimado que se requiere para la total instalación de toda la estructura

fotovoltaica, y de esta manera determinar los costos totales de la obra a ejecutar.

115

Tabla 14. Personal para la instalación de los módulos

ITEM CARGO

CANT

SALARIO

DIAS LAB.

AUXILIO TRANSPORTE

MENSUAL

SAL. MENSUAL

SMLDV SMLMV

1 TÉCNICO ESPECIALIZADO 4 50,000 105 388128 21,000,000

2 AYUDANTE ESPECIALIZADO 8 38,000 105 776256 31,920,000

3 INSPECTOR DE OBRA/ eléctrico 1 38,000 105 97032 3,990,000

4 INSPECTOR SISO 1 60,000 105 0 6,300,000

5 TÉCNICO ELECTRICISTA 2 50,000 105 194064 10,500,000

TOTAL 1455480 73,710,000

Fuente. Propia

Hay que considerar de igual manera, los gastos que implican la contratación del personal

de la obra, esto gastos económicos se desglosan de manera detallada en la tabla 15, y arroja un

valor total, que es el valor económico para los 105 días estimados para la ejecución de la obra.

116

Tabla 15. Valores de seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales.

ÍTEM

SEGURIDAD SOCIAL APORTES

PARAFISCALES PRESTACIONES SOCIALES

SALUD PENSIÓN ARL SENA CAJA

COMPEN ICBF CESANT

ÍAS INTERES

ES. PRIMA

SERVICIO VACACIO

NES

8.5% 12.0% 4.44% 2% 4% 3% 8.33% 1% 8.33% 4.17%

1

1,785,000.00

2,520,000

931,350.00

35,700.00

840,000

630,000

1,781,631.06

213,881.28

1,781,631.06

875,700.00

2

2,713,200.00

3,830,400

1,415,652.00

54,264.00

1,276,800

957,600

2,723,598.12

326,962.56

2,723,598.12

1,331,064.00

3

339,150.00

478,800

176,956.50

6,783.00

159,600

119,700

340,449.77

40,870.32

340,449.77

166,383.00

4

535,500.00

756,000

279,405.00

10,710.00

252,000

189,000

524,790.00

63,000.00

524,790.00

262,710.00

5

892,500.00

1,260,000

465,675.00

17,850.00

420,000

315,000

890,815.53

106,940.64

890,815.53

437,850.00

TOTAL

6,265,350

8,845,200

3,269,039

125,307

2,948,400

2,211,300

6,261,284

751,655

6,261,284

3,073,707

GRAN TOTAL GRAN TOTAL

115,178,006.27

Fuente. Propia

Programación de tiempos de Ejecución del proyecto de paneles solares

Usando el software de cronogramas de procesos “Project” se distribuye en 105 días el

tiempo de desarrollo de ensamble e instalación de las monturas de los paneles solares y sus

respectivas redes de inyección de energía al sistema eléctrico de la universidad. Para esto se

dividen los procesos en tres fases importantes que son:

Fases preliminares: tendrá una duración de 17 días y comprende desde el replanteo del

levantamiento hasta los cálculos del potencial energético de los paneles que se van a usar.

117

Fase montaje de paneles: Con una duración de 50 días, es la más extensa de todas las fases,

comprende desde el trasiego del material hasta el montaje, ensamble y distribución de los

paneles en la cubierta.

Fase Eléctrica: con una duración de 42 días, es la fase más importante del proyecto, ya que es la

fase donde se hace la instalación eléctrica de la captación y traspaso de energía a la red ya

existente de la universidad para su posterior periodo de pruebas.

El tiempo total que se requiere para la implementación e instalación total del proyecto, se estima

con el diagrama de Gant y la línea de tiempo desarrollada en Project, tal como se muestra en la

ilustración 58 y 59, el tiempo determinado para el desarrollo completo del proyecto es de un total

de 105 días aproximadamente.

Ilustración 58. Diagrama de Gannt proyecto de Instalación de Paneles solares

Fuente. Propia

118

Ilustración 59. Línea de tiempo de proceso de ejecución del proyecto de paneles solares

Fuente. Propia

Una vez que se tiene detallado el presupuesto y la nómina requerida para la ejecución del

proyecto, se puede determinar un presupuesto total, como lo muestra la tabla 16.

Tabla 16. Presupuesto final

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

SUMINISTRO E INSTALACIÓN $819,863,833.00

NÓMINA 115,178,006.27

TOTAL $935,041,839.27

Fuente. Propia

Tenemos entonces que el valor total de la implementación de los 830 paneles solares

debidamente instalados con sus accesorios y monturas, sumado al personal requerido y los

diferentes suministros necesarios, tiene un valor promedio de $935.041.839,27 pesos moneda

corriente a la fecha.

119

Retorno de la inversión y justificación del gasto

A continuación se determinara la viabilidad del retorno de la inversión hecha al

implementar el proyecto estudiado a lo largo del documento, se hará un análisis financiero del

mismo y se evaluara el tiempo en el que será posible la recuperación del valor económico

invertido.

Se realizará una proyección de los primeros 25 años una vez hecha la instalación del proyecto

fotovoltaico, en dicha proyección se ira conociendo el valor de la producción eléctrica en

kilovatios para cada mes y año, considerando el incremento del 3% estimado por la

electrificadora del Meta para cada año en curso. Así se estimará qué tanta energía se produce, y

por lo tanto será posible determinar será el ahorro tanto eléctrico como económico, y de esta

manera determinar qué tiempo tarda en recuperar la inversión inicial, y si es posible su

autofinanciación, para un cambio de módulos una vez haya transcurrido su tiempo de vida útil.

Inversión en Proyecto de energía Solar = $935.041.839,27

Datos técnicos y de producción

La tabla 17 muestra un resumen de datos técnicos y de producción obtenidos según el estudio

realizado a lo largo del documento.

120

Tabla 17. Datos técnicos y de producción del proyecto

Radiación solar 4,8 HPS

Producción Kwh/día con módulos solares 207,50

Producción energía sistema inyección a red/día 996,00

Total, Kw inyectado por mes 30295,00

Costo KW actual, según datos de la EMSA $418

Aumento anual energía, según datos de la EMSA 3,00%

Fuente. Propia

Análisis financiero para los primeros 6 años, una vez hecha la inversión e instalación del

proyecto.

Tabla 18. Análisis financiero años 1 a 6

Año 1 2 3 4 5 6

2018 2019 2020 2021 2022 2023

Costo unitario Kw

$418.00 $430.54 $443.46 $456.76 $470.46 $484.58

Costo total x día $416,328 $428,818 $441,682 $454,933 $468,581 $482,638

Costo total x mes

$12,663,310 $13,043,209 $13,434,506 $13,837,541 $14,252,667 $14,680,247

Costo total x año

$151,959,720

$156,518,512

$161,214,067

$166,050,489

$171,032,004

$176,162,964

Retorno inversión

-$783,082,11

9

-$626,563,60

8

-$465,349,54

1

-$299,299,05

2

-$128,267,04

8 $47,895,916

Costo total x año

$151,959,720

$156,518,512

$161,214,067

$166,050,489

$171,032,004

$176,162,964

$151,959,720

$308,478,232

$469,692,299

$635,742,788

$806,774,791

$982,937,755

Fuente. Propia

121

Tabla 19. Análisis financiero para los años 7 a 12

Año 7 8 9 10 11 12

2024 2025 2026 2027 2028 2029

Costo unitario Kw

$499.11 $514.09 $529.51 $545.40 $561.76 $578.61

Costo total x día

$497,117 $512,031 $527,392 $543,214 $559,510 $576,295

Costo total x mes

$15,120,654 $15,574,274 $16,041,502 $16,522,747 $17,018,430 $17,528,983

Costo total x año

$181,447,853

$186,891,288

$192,498,027

$198,272,968

$204,221,157

$210,347,791

Retorno inversión

$229,343,768

$416,235,056

$608,733,083

$807,006,051

$1,011,227,208

$1,221,574,999

Costo total x año

$181,447,853

$186,891,288

$192,498,027

$198,272,968

$204,221,157

$210,347,791

$1,164,385,608

$1,351,276,896

$1,543,774,923

$1,742,047,890

$1,946,269,047

$2,156,616,838

Fuente. Propia

Tabla 20. Análisis financiero para los años 13 a 18

Año 13 14 15 16 17 18

2030 2031 2032 2033 2034 2035

Costo unitario Kw

$595.97 $613.85 $632.26 $651.23 $670.77 $690.89

Costo total x día

$593,584 $611,392 $629,733 $648,625 $668,084 $688,127

Costo total x mes

$18,054,852 $18,596,498 $19,154,393 $19,729,024 $20,320,895 $20,930,522

Costo total x año

$216,658,225

$223,157,972

$229,852,711

$236,748,292

$243,850,741

$251,166,263

Retorno inversión

$1,438,233,224

$1,661,391,196

$1,891,243,907

$2,127,992,200

$2,371,842,941

$2,623,009,204

Costo total x año

$216,658,225

$223,157,972

$229,852,711

$236,748,292

$243,850,741

$251,166,263

$2,373,275,064

$2,596,433,035

$2,826,285,747

$3,063,034,039

$3,306,884,780

$3,558,051,043

Fuente. Propia

122

Tabla 21. Análisis financiero para los años 19 a 25

Año 19 20 21 22 23 24 25

2036 2037 2038 2039 2040 2041 2042

Costo unitario Kw

$711.62 $732.97 $754.95 $777.60 $800.93 $824.96 $849.71

Costo total x día

$708,771 $730,034 $751,935 $774,493 $797,728 $821,659 $846,309

Costo total x mes

$21,558,438

$22,205,191

$22,871,346

$23,557,487

$24,264,211

$24,992,138

$25,741,902

Costo total x año

$258,701,251

$266,462,289

$274,456,158

$282,689,842

$291,170,538

$299,905,654

$308,902,823

Retorno inversión

$2,881,710,456

$3,148,172,744

$3,422,628,902

$3,705,318,744

$3,996,489,282

$4,296,394,935

$4,605,297,758

Costo total x año

$258,701,251

$266,462,289

$274,456,158

$282,689,842

$291,170,538

$299,905,654

$308,902,823

$3,816,752,295

$4,083,214,584

$4,357,670,741

$4,640,360,583

$4,931,531,121

$5,231,436,775

$5,540,339,598

Fuente. Propia

En el análisis financiero de los seis primeros años se puede ver que, en el sexto de año de

haberse implementado el proyecto de los paneles solares, se ha recuperado la inversión inicial

realizada ($935.041.839,27), y comienza a generarse una ganancia de $47.895.916, es decir en

este año, el impacto de la implementación empieza a ser positivo. El periodo de vida de los

paneles aquí usados, está estimado que sea de aproximadamente 25 años, haciendo un análisis

exhaustivo, se puede determinar que en el año 25 ya se ha hecho un ahorro de $4.605.297.758, lo

que salda el valor invertido y genera una ganancia importante en cuanto a ahorro en el consumo

de energía de la red eléctrica de la EMSA, por otro lado es importante mencionar que el proyecto

además de todo se autoabastece, para posteriormente proceder a reemplazar los paneles que ya

han cumplido su vida útil, por unos nuevos módulos asegurando la nueva inversión inicial para

estos.

123

Sistema de paneles solares más baterías (Segunda propuesta)

Ilustración 60. Simulación de distribución paneles solares en la cubierta de la estructura de la

sede de la salud

Fuente. Fuente Propia

El estudio que se realizó en el análisis anterior, se basó en la captación de la radiación

solar e inyección inmediata de esta a la red eléctrica de la universidad, sin ningún sistema de

almacenamiento de la misma, para el posterior uso del fluido eléctrico captado por los paneles

solares ubicados en la superficie del edificio. En este apartado se propone realizar el mismo

sistema de captación de radiación fotovoltaica por medio de paneles solares, y sumarle la

capacidad de almacenar energía por medio de baterías, para que esta energía pueda ser usada

posteriormente cuando sea requerido, por ejemplo en la noche donde no es posible la captación

de energía solar o en el lapso de tiempo que se decida que sea prioritario.

Debido a que ya se realizó el estudio pertinente de la cantidad de paneles necesarios, se

procederá a trabajar con la misma cantidad de paneles resultantes en el análisis anterior, y por lo

tanto ya se conoce también el potencial energético y su capacidad de producción de energía

eléctrica. En la tabla 22 se observa la cantidad de energía necesaria para esta propuesta.

124

Tabla 22. Tabla de Potencial energético generada por 830 paneles solares

Energía generada Energía generada Energía generada Energía

Por 830 módulos

KW/mes módulos W/mes modulo w/día

Necesaria

W/día

30295 30295000 1009833,333 1442619,048

Fuente. Propia

Cálculos para hallar la cantidad de baterías necesarias para este proyecto

Para el cálculo de las baterías se hizo de las siguientes ecuaciones:

• 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑥 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎

• 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 4500 𝐴ℎ =𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑠 𝐻𝑜𝑟𝑎 (𝐴𝐻)

4500

Tabla 23. Cantidad de baterías requerida

Energía Días de

Voltaje

Profundidad Amperios por Cantidad de baterías

Necesaria Autonomía de Descarga Hora (Ah) de 4500 Ah

1442619 6 24 0,6 601091,2698 134

Fuente. Propia

Este sistema dispone de 134 baterías (tabla 23) de 4500 Ah a 24 voltios, 7 inversores de

10 KW y 5 inversores de 15 KW, lo que nos garantiza el correcto almacenamiento de la energía

producido por los 830 paneles solares en las horas pico.

125

Presupuesto para el Sistema de paneles solares con almacenamiento

Se ha realizado un presupuesto detallado de esta alternativa – tabla 24 -, que consta de 5

ítems distribuidos de la siguiente manera: Preliminares, equipo y materiales, herramienta,

equipos de trabajo en altura y tramites

Tabla 24. Presupuesto del proyecto de paneles más baterías de almacenamiento

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CANT

. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

A PRELIMINARES $

9,596,894.75

1 LOCALIZACION, TRAZADO Y LEVANTAMIENTO DE LAS CUBIERTAS (INCLUYE PLANOS EN AUTOCAD)

M2

2319.25

$ 2,327.00

$ 5,396,894.75

2 AEROFOTOGRAMETRIA DE LAS EDIFICACIONES

UND

1 $ 1,200,000.00

$ 1,200,000.00

3 CALCULO DE CARGAS ADICIONAL A LA ESTRUCTURA DE LAS CUBIERTAS (SOFWARE)

UND

1 $

2,000,000.00 $ 2,000,000.00

4 MODULACION DE CUBIERTAS Y PANELES (SKETCHUP)

UND

1 $

1,000,000.00 $ 1,000,000.00

B EQUIPO Y MATERIALES

$ 9,431,019,673.95

1

PANELES SOLARES INTI O JA SOLAR (0.99 X 1.64 X 0.04)

UND

830 $

400,000 $ 332,000,000.00

2 INVERSOR FRONIUS SYMO 10 KVA

UND

7 $ 12,703,833.10

$ 88,926,831.70

3 INVERSOR FRONIUS SYMO 15 KVA

UND

5 $ 13,771,245.25

$ 68,856,226.25

4

FRONIUS SMART METER 63A-1 (MONITOREO DE INYYECCION A RED)

UND

5 $ 480,000.00

$ 2,400,000.00

5 BATERIAS OPzS Solar 4500Ah A 24 VOLTIOS

UND

134 $

66,003,000 $ 8,844,402,000

126

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN UND

CANT.

V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

6 CONECTORES MC4

UND

80 $ 4,500.00

$ 360,000.00

7 PERFIL EN ALUMINIO X 6.20 ML

UND

240

$ 194,249.65

$ 46,619,916.00

8 TORNILLO CHAZO MARIPOSA

UND

720

$ 1,000.00

$ 720,000.00

9 ALURACK L SEPARADOR

UND

1070

$ 6,009.50

$ 6,430,165.00

10 ALURACK ECLAMP ESTERIOR

UND

578

$ 6,009.50

$ 3,473,491.00

11 ALURACK MCLAMP INTERMEDIO

UND

1022

$ 6,009.50

$ 6,141,709.00

12 CABLE SOLAR NO. 6MM CUADRADO

ml 737

$ 5,474.00

$ 4,034,338.00

13 CABLE SOUNDSTREAM REF WR - 0 NO. 0

ml 115

$ 12,000.00

$ 1,380,000.00

14 TUBERIA EN EMT 2"X 3ML

UND

40 $

52,100.00 $ 2,084,000.00

15 UNION EMT 2"

UND

40 $

2,500.00 $ 100,000.00

16 CONBAINER

UND

22 $

45,000.00 $ 990,000.00

17 CURVAS EMT M3 4

$ 9,750.00

$ 39,000.00

18 SIKAFLEX 1A SELLADOR POLIUBRETANO

POTE

40 $

29,900.00 $ 1,196,000.00

127

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CANT.

V/LOR UNIT.

V/LOR TOTAL.

19

CAJA DE INSPECCION CS 274 - INCLUYE MATERIALES, EXCAVACIÓN, RETIRO DE ESCOMBROS, MARCO Y TAPA METALICA

UND

4 $

686,508.00

$ 2,746,032.00

20

SISTEMA PUESTA A TIERRA TRIANGULAR DE 3 VARILLAS COPPERWELD

UND

3 $

1,374,305.00

$ 4,122,915.00

21

CHAZO CONCRETO EXPANSIVO 1/2"X4

UND

30 $

8,100.00 $ 243,000.00

22 ABRAZADERA EMT 2"

UND

25 $

3,500.00 $ 87,500.00

23

TABLERO DE PROTECCION

und

1 $

2,000,000.00

$ 2,000,000.00

24

CAJAS DE PASO PARA ATERRIZAJE DE TIERRA

und

3 $

30,000.00 $ 90,000.00

25

CABLE DE ATERRIZAJE A TIERRA NO. 10 MULTIFILAR

ml

250

$ 3,100.00

$ 775,000.00

26 MAMPOSTERIA

M2

40 $

188,765.00

$ 7,550,600.00

27 PINTURA

M2

80 $

26,331.00 $ 2,106,480.00

28 CUBIERTA TERMACUSTICA

M2

15 $

76,298.00 $ 1,144,470.00

C HERRAMIENTA $ 4,975,800.00

1 TALADRO PERCUTOR UND

4 $

400,000.00

$ 1,600,000.00

2 BROCA TUNGSTENO 3/8"

UND

24 $

8,000.00 $ 192,000.00

128

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CANT.

V/LOR UNIT.

V/LOR TOTAL.

3 PONCHADORA DE CONECTOR MC4

M3

2 $

400,000.00

$ 800,000.00

4 EXTENCION ENCAUCHETADA 2 X 10

ml

400

$ 5,250.00

$ 2,100,000.00

5 PULIDORA 4" UND

2 $

141,900.00

$ 283,800.00

D EQUIPOS DE TRABAJO EN ALTURA $ 17,372,500.00

1 ARNES DE SEGURIDAD 5 PUNTOS

UND

15 $

280,000.00

$ 4,200,000.00

2 SLINGA EN Y

UND

15 $

229,900.00

$ 3,448,500.00

3 MOSQUETON UND

15 $

39,000.00 $ 585,000.00

4 LINEA DE VIDA ML ML

200

$ 10,200.00

$ 2,040,000.00

5 FRENO ARRESTADOR CUERDAS DE 8 MM A 12 MM

UND

15 $

167,000.00

$ 2,505,000.00

6 SLINGA SENCILLA DE TENSION CAIDAS FIRST 3M

UND

15 $

165,000.00

$ 2,475,000.00

7 ELEVADOR ELECTRICO GRUA 2204 LB

UND

1 $

2,119,000.00

$ 2,119,000.00

129

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA - VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN UND CANT. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

E TRAMITES $ 3,605,000.00

1

TRAMITE DE MATRICULAY LEGALIZACION

UND 1 $

3,605,000.00 $ 3,605,000.00

TOTAL COSTO DIRECTO $ 9,466,569,868.70

ADMINISTRACIÓN 0.24 $ 2,271,976,768

IMPREVISTOS 0.02 $ 189,331,397

UTILIDAD 5% $ 473,328,493

COSTO TOTAL AJUSTADO AL PESO $ 12,401,206,528

Fuente. Propia

A su vez, se planeó una nómina para el desarrollo del proyecto con baterías para un tiempo de

ejecución de 150 días, el personal idóneo consta de: técnicos especializados, ayudantes,

inspectores de obra (eléctrico), inspector físico y un técnico electricista.

Tabla 25. Personal necesario para la ejecución de la obra.

ITEM CARGO

CANT

SALARIO

DIAS LAB.

AUXILIO TRANSPORTE

MENSUAL

SAL. MENSUAL

SMLDV SMLMV

1 TECNICO ESPECIALIZADO 4 50,000 150 388128

30,000,000

2 AYUDANTE ESPECIALIZADO 8 38,000 150 776256

45,600,000

3 INSPECTOR DE OBRA/ eléctrico 1 38,000 150 97032

5,700,000

4 INSPECTOR SISO 1 60,000 150 0

9,000,000

5 TECNICO ELECTRICISTA 2 50,000 150 194064

15,000,000

TOTAL 1455480 105,300,000

GRAN TOTAL

Fuente. Propia

130

Tabla 26.Costos de seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales del personal de

la obra.

SEGURIDAD SOCIAL APORTES PARAFISCALES PRESTACIONES SOCIALES

SALUD PENSION ARL SENA

CAJA

COMPEN ICBF

CESANT

IAS

INTERES.

CES.

PRIMA

SERVICIO

VACACIO

NES

8.5% 12.0% 4.44% 2% 4% 3% 8.33% 1% 8.33% 4.17%

2,550,000

.00

3,600,000

1,330,500

.00

51,000.0

0

1,200,000

900,000

2,531,331

.06

303,881.28

2,531,331.06

1,251,000.0

0

3,876,000

.00

5,472,000

2,022,360

.00

77,520.0

0

1,824,000

1,368,0

00

3,863,142

.12

463,762.56

3,863,142.12

1,901,520.0

0

484,500.0

0

684,000

252,795.0

0

9,690.00

228,000

171,000

482,892.7

7

57,970.32

482,892.77

237,690.00

765,000.0

0

1,080,000

399,150.0

0

15,300.0

0

360,000

270,000

749,700.0

0

90,000.00

749,700.00

375,300.00

1,275,000

.00

1,800,000

665,250.0

0

25,500.0

0

600,000

450,000

1,265,665

.53

151,940.64

1,265,665.53

625,500.00

8,950,500

12,636,000

4,670,055

179,010

4,212,000

3,159,0

00

8,892,731

1,067,555

8,892,731

4,391,010

GRAN TOTAL

163,806,07

2.77

Fuente. Propia

En la tabla 27 se puede conocer la relación del costo total del proyecto una vez hecho el

montaje y la instalación de los paneles, el cuarto de baterías y su red de cableado.

Tabla 27. Costo total del proyecto paneles más baterías para almacenamiento.

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

SUMINISTRO E INSTALACIÓN $12.401.206.528,00

NÓMINA $163.806.072,77

TOTAL $12.565.012.600,77

Fuente. Propia

131

Análisis financiero Y Retorno de inversión

En las siguientes tablas, determinaremos si implementando el proyecto de los paneles

solares con el sistema de almacenamiento con baterías es viable el retorno de la inversión, así

como un análisis financiero y el tiempo de recuperación del presupuesto invertido.

Inversión en Proyecto de energía Solar incluyendo baterías = $12.565.012.601

Datos técnicos y de producción

La tabla 28 arroja los valores que se necesitan y los datos técnicos y de producción que se

requieren para el cálculo de las variables que se usaran en el análisis de esta alternativa.

Tabla 28. Datos técnicos y de producción

Radiación solar 4,8 HPS

Producción Kwh/día con módulos solares 207,50

Producción energía sistema inyección a red/día 996,00

Total, Kw inyectado por mes 30295,00

Costo KW actual, según datos de la Emsa $418

Aumento anual energía, según datos de la EMSA 3,00%

Fuente. Propia

Sistema de baterías

El sistema de baterías usado para este proyecto es de 4500 Ah con un voltaje de 24

voltios, el número de baterías necesarias son 134 y tienen un precio $ 66.003.000, se debe tener

en cuenta que la vida útil de cada batería es de 20 años aproximadamente en su trato normal.

132

Tabla 29. Calculo de la inversión necesaria para esta alternativa

Cantidad de

baterías a

utilizar

Precio por las

baterías

Inversión cada 20

años

Baterías 4500

W a 24 voltios

134

$

66.003.000

-$ 8.844.402.000

Fuente. Propia

Se hace de nuevo una proyección de los primeros 25 años, una vez hecha la instalación

del proyecto fotovoltaico con el sistema de almacenamiento, donde se ira conociendo el valor de

la producción de los kilovatios en el mes y año según el incremento del 3% generado por la

electrificadora del meta para cada nuevo año. Así se estimará que tanta energía se produce y cuál

es el ahorro tanto en kilovatios como económico, también se ira teniendo en cuenta la inversión

del cambio de baterías cada 20 años. Por este medio se determina el tiempo estimado en el que se

recuperara la inversión inicial, y si se autofinanciara, para el posible cambio de módulos una vez

hayan transcurrido el tiempo de vida útil.

De este modo en las tablas 30, 31, 32 y 33, se muestran los datos resultantes del análisis

financiero para el periodo de diseño que es de 25 años.

133

Tabla 30. Análisis financiero para los primeros 6 años

Año 1 2 3 4 5 6

2019 2020 2021 2022 2023 2024

Costo unitario Kw

$418.00 $430.54 $443.46 $456.76 $470.46 $484.58

Costo total x día

$416,328 $428,818 $441,682 $454,933 $468,581 $482,638

Costo total x mes

$12,663,310 $13,043,209 $13,434,506 $13,837,541 $14,252,667 $14,680,247

Costo total x año

$151,959,720

$156,518,512

$161,214,067

$166,050,489

$171,032,004

$176,162,964

Retorno inversión

-$12,413,052,

881

-$12,256,534,

369

-$12,095,320,

302

-$11,929,269,

813

-$11,758,237,

810

-$11,582,074,

846

Fuente. Propia

Tabla 31. Análisis financiero para lapso de 7 – 12 años

Año 7 8 9 10 11 12

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Costo unitario Kw

$499.11 $514.09 $529.51 $545.40 $561.76 $578.61

Costo total x día

$497,117 $512,031 $527,392 $543,214 $559,510 $576,295

Costo total x mes

$15,120,654 $15,574,274 $16,041,502 $16,522,747 $17,018,430 $17,528,983

Costo total x año

$181,447,853

$186,891,288

$192,498,027

$198,272,968

$204,221,157

$210,347,791

Retorno inversión

-$11,400,626,

993

-$11,213,735,

705

-$11,021,237,

678

-$10,822,964,

710

-$10,618,743,

554

-$10,408,395,

762

Fuente. Propia

Se observa en las tablas 30 y 31 que un después de pasados doce años de haber

implementado el proyecto que se evaluando en este apartado, aun no se ha logrado recuperar la

inversión inicial requerida para la puesta en marcha del proyecto.

134

Tabla 32. Análisis financiero para el lapso de 13 – 18 años

Año 13 14 15 16 17 18

2031 2032 2033 2034 2035 2036

Costo unitario Kw

$595.97 $613.85 $632.26 $651.23 $670.77 $690.89

Costo total x día

$593,584 $611,392 $629,733 $648,625 $668,084 $688,127

Costo total x mes

$18,054,852 $18,596,498 $19,154,393 $19,729,024 $20,320,895 $20,930,522

Costo total x año

$216,658,225 $223,157,97

2 $229,852,71

1 $236,748,29

2 $243,850,74

1 $251,166,26

3

Retorno inversión

-$10,191,737,

537

-$9,968,579,5

65

-$9,738,726,8

54

-$9,501,978,5

62

-$9,258,127,8

21

-$9,006,961,5

57

Fuente. Propia

Tabla 33. Análisis financiero para el lapso 18 – 25 años

Año 19 20 21 22 23 24 25

2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043

Costo unitario Kw

$711.62 $732.97 $754.95 $777.60 $800.93 $824.96 $849.71

Costo total x día

$708,771 $730,034 $751,935 $774,493 $797,728 $821,659 $846,309

Costo total x mes

$21,558,438

$22,205,191

$22,871,346

$23,557,487

$24,264,211

$24,992,138

$25,741,902

Costo total x año

$258,701,251

$266,462,289

$274,456,158

$282,689,842

$291,170,538

$299,905,654

$308,902,823

Retorno inversión

-$8,748,26

0,306

-$8,481,79

8,017

-$17,051,74

3,860

-$16,769,05

4,017

-$16,477,88

3,480

-$16,177,97

7,826

-$15,869,07

5,003

Fuente. Propia

Podemos ver en las tablas de los análisis financieros comprendida entre el año 19 y 25,

que en el año 20 todavía hay un saldo pendiente de $ 8481.798.017, lo que nos indica que no es

posible recuperar la inversión hecha antes de los 20 años que es la vida útil aproximada del

banco de baterías.

135

Sistemas de paneles y baterías al 100% de la capacidad (tercera propuesta)

Ilustración 61. Ubicación estimada de paneles fotovoltaicos

Fuente. Propia

Una de las propuestas de mayor relevancia es la poder suplir el 100% del fluido eléctrico

que actualmente consume el edificio de la universidad cooperativa de Colombia sede de la Salud,

para este sistema se necesita calcular cuántos paneles pueden llegar a generar esta cantidad de

kilovatios, y a su vez cuantas baterías se necesitarían para el almacenamiento de la energía

eléctrica producida.

Calculo de paneles solares para el 100% de abastecimiento.

Basándonos en el pico más alto de consumo de los nueve meses anteriores a la fecha de

estudio, y como se pudo evidenciar anteriormente, el mes mayo genera valor de producción de

energía fotovoltaica relevante, con base en este dato, se hallara la cantidad de paneles que se

necesitaran para suplir el 100% de la energía requerida, para así no depender en absoluto de la

red eléctrica pública. El consumo máximo presentado en el mes de abril fue de 45870 Kw/mes.

136

Ecuaciones usadas para los cálculos:

• 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜𝑤

𝑚𝑒𝑠= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐾𝑊𝑚𝑒𝑠 𝑥 1000

• 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜𝑊

𝑑í𝑎=

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑤/𝑚𝑒𝑠

30

• 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑊

𝑑𝑖𝑎=

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑊/𝑑í𝑎

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛

• 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑊/𝑑í𝑎

𝐻𝑆𝑃 𝑥 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 (𝑊) 𝑥 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

• 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0,7

Tabla 34. Evaluación Energética

Consumo Máximo

Consumo

Máximo

Consumo

Máximo

Energía

kW/mes (abril) W/mes W/día Necesaria W/día

45.870 45.870.000 1.529.000 2.184.286

Fuente. Propia

La tabla 34 muestra un estimado de energía necesaria de 2184.286, esta es la cantidad de energía

eléctrica que se requiere para esta propuesta.

Tabla 35. Estimación cantidad de paneles para la tercera propuesta

Hora Pico

Solar

Potencia Pico Rendimiento Cantidad

HSP del Módulo (W) de Trabajo de Paneles

4,8 250 0,8 2.275

Fuente. Propia

137

Como se determinó en la tabla 35, según el estimado de hora pico solar, la potenica pico

del módulo que es de 250W, y el rendimiento de trabajo, se pudo calcular un total de 2275

paneles.

A continuación, se hará un comparativo total de consumo en KW/mes con los módulos

calculados (2275 paneles) y lo consumido por le EMSA, a su vez se estimara el valor en pesos

colombianos de ambas partes (consumo con y sin implementación del módulo solar

fotovoltaico), su diferencia y que porcentaje de estos kilovatios es producido por los paneles y

que tanto podría ahorrar en su porcentaje de consumo.

Ecuaciones para el cálculo del potencial energético

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆𝑾𝑯

𝒅𝒊𝒂= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒏𝒆𝒍𝒆𝒔 ∗ 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝑲𝑾.𝑯

𝒅𝒊𝒂= (𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆

𝑾𝑯

𝒅𝒊𝒂)/𝟏𝟎𝟎𝟎

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂(𝑯𝒔𝒑)𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂=

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑲𝒘𝑯

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝑯𝒐𝒓𝒂𝑺𝒐𝒍𝑷𝒊𝒄𝒐

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑪𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐𝑲𝒘

𝒎𝒆𝒔=

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝟑𝟔𝟓/𝟏𝟐

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒅𝒊𝒂= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑯𝒐𝒓𝒂

𝑲𝒘

𝒅𝒊𝒂𝒙 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐𝑼𝒏𝒊𝒕𝒂𝒓𝒊𝒐𝑲𝒘(𝑬𝒎𝒔𝒂)

• 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔= 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓

𝑲𝒘

𝒅𝒊𝒂 𝒙 𝟑𝟎

• 𝑫𝒊𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒅𝒆𝒅𝒖𝒄𝒊𝒃𝒍𝒆 = 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔 𝒅𝒆𝒅𝒖𝒄𝒊𝒃𝒍𝒆 −

𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝑽𝒂𝒍𝒐𝒓𝑲𝑾

𝒎𝒆𝒔𝑬𝒎𝒔𝒂

Una vez realizado el análisis matemático se obtuvieron resultados que se dan a conocer en las

siguientes tablas:

138

Tabla 36. Potencial energético de los 2275 paneles solares TPI

PANELES

A UTILIZAR

TOTAL DE

PANELES (UND.)

POTENCIA MAX.

W

TOTAL

W.H/DIA

TOTAL KW.H/DI

A

HORA SOL PICO (HSP)

TOTAL HORA (HSP)

KW/DIA

TOTAL CONSU

MO KW/MES CON

MÓDULO

COSTO UNITARI

O SERVICIO DEL

MES DE ABRIL

KW (EMSA)

TOTAL VALOR

KW/DIA

TOTAL VALOR KW/ME

S (DEDUCI

BLE)

2275 2275 250

568,750

568.75

4.80

2,730.

00

83,037.5

0

$ 572.30

1,562,379

$ 46,871,3

70

Fuente. Propia

Se puede ver en la tabla 36, que los 2275 paneles instalados generan un consumo total de

83037,50 kw/mes, que representa un valor económico de $ 46.871.370. Realizando una

comparación con el valor estimado por la EMSA, se obtienen los datos de la tabla 37, como esta

lo indica este valor sería un 179% del valor registrado ($ 26.251.401) en pesos colombianos por

la EMSA.

Tabla 37. Comparativo y porcentaje de ahorro

COMPARATIVO

CONSUMO

MES DE ABRIL

KWh/MES

VALOR

TOTAL

KW/MES

(EMSA)

DIFERENCIA

DEL VALOR

DEDUCIBLE

% DE

AHORRO

45.870 26.251.401

-

20.619.969

179%

Fuente. Propia

139

Gráfica 7. Consumo versus producción por mes de los módulos y la EMSA.

Fuente. Propia

Una vez conocida la cantidad de paneles que se van a usar para cumplir con la demanda

de la energía en la estructura, se procede a calcular el número de baterías, capaces de almacenar

dicho fluido eléctrico para ser usado en los tiempos requeridos.

Cálculos para hallar la cantidad de baterías necesarias para este proyecto

Los 2275 paneles solares son capaces de generar 83038 kw/mes, con este valor hallara la

cantidad de baterías de OPzS Solar de 4500Ah a 24 voltios.

Para el cálculo de las baterías se hizo necesario las siguientes ecuaciones:

• 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜𝑤

𝑚𝑒𝑠= 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐾𝑊𝑚𝑒𝑠 𝑥 1000

• 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜𝑊

𝑑í𝑎=

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑤/𝑚𝑒𝑠

30

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

1 2 3

CONSUMO MES DE ABRILKWh/MES

45.870

TOTAL CONSUMO KW/MES CONMÓDULO

83.037,50

KW

H/

MES

CONSUMO VS PRODUCCION POR MES

140

• 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑁𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑊

𝑑𝑖𝑎=

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜𝑊

𝑑í𝑎

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛

• 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0,7

• 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑥 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚𝑖𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 𝑥 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎

• 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 4500 𝐴ℎ =𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑠 𝐻𝑜𝑟𝑎 (𝐴ℎ)

4500

Tabla 38. Energía requerida

Energía generada Energía generada Energía generada Energía

Por 2275 modulo

KW/mes módulos W/mes modulo w/día necesaria

83038 83037500 2767916,667 3954166,667

Fuente. Propia

Tabla 39. Cálculos de baterías según energía producida por el banco de baterías

Energía Días de

Voltaje

Profundidad Amperios por Cantidad de baterías

Necesaria Autonomía de Descarga Hora (Ah) de 4500 Ah

3954167 6 24 0,6 1647569,444 366

Fuente. Propia

Una vez se obtienen los datos de la cantidad de energía necesaria (tabla 38) y la cantidad

de baterías requerida para esta energía (tabla 39) se procede a calcular el presupuesto necesario

para poner en marcha el proyecto. Este sistema del 100% de abastecimiento dispone de 366

baterías de 4500 Ah a 24 voltios, 23 inversores de 10 KW y 15 inversores de 15 KW, lo que nos

garantiza el correcto almacenamiento de la energía producido por los 2275 paneles solares en las

horas pico.

141

Presupuesto para el Sistema de paneles solares con almacenamiento

Se ha realizado un presupuesto detallado de esta alternativa como lo deja ver la tabla 40,

que consta de 5 ítems distribuidos de la siguiente manera: Preliminares, equipo y materiales,

herramienta, equipos de trabajo en altura y tramites.

Tabla 40. Presupuesto del proyecto del 100% de abastecimiento de paneles más baterías de

almacenamiento

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN

UND

CANT

. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

A PRELIMINARES $

9,596,894.75

1 LOCALIZACION, TRAZADO Y LEVANTAMIENTO DE LAS CUBIERTAS (INCLUYE PLANOS EN AUTOCAD)

M2 2319.

25 $ 2,327.00

$ 5,396,894.75

2 AEROFOTOGRAMETRIA DE LAS EDIFICACIONES

UND

1 $ 1,200,000.00

$ 1,200,000.00

3 CALCULO DE CARGAS ADICIONAL A LA ESTRUCTURA DE LAS CUBIERTAS (SOFWARE)

UND

1 $

2,000,000.00 $ 2,000,000.00

4 MODULACION DE CUBIERTAS Y PANELES (SKETCHUP)

UND

1 $

1,000,000.00 $ 1,000,000.00

B EQUIPO Y MATERIALES

$ 25,679,567,018.67

1 PANELES SOLARES INTI O JA SOLAR (0.99 X 1.64 X 0.04)

UND

2275 $ 400,000.00

$ 910,119,047.62

2 INVERSOR FRONIUS SYMO 10 KVA

UND

23 $ 12,703,833.10

$ 292,188,161.30

3 INVERSOR FRONIUS SYMO 15 KVA

UND

15 $ 13,771,245.25

$ 206,568,678.75

4 FRONIUS SMART METER 63A-1 (MONITOREO DE INYYECCION A RED)

UND

4 $ 480,000.00

$ 1,920,000.00

5 BATERIAS OPzS Solar 4500Ah a 24 VOLTIOS

UND

366 $

66,003,000 $ 24,157,098,000

6 CONECTORES MC4

UND

80 $ 4,500.00

$ 360,000.00

7 PERFIL EN ALUMINIO X 6.20 ML UN 240 $ $

142

D 194,249.65 46,619,916.00

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN UND CANT. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

8 TORNILLO CHAZO MARIPOSA UND 720

$ 1,000.00

$ 720,000.00

9 ALURACK L SEPARADOR UND 1070

$ 6,009.50

$ 6,430,165.00

10 ALURACK ECLAMP ESTERIOR UND 578

$ 6,009.50

$ 3,473,491.00

11 ALURACK MCLAMP INTERMEDIO UND 1022

$ 6,009.50

$ 6,141,709.00

12 CABLE SOLAR NO. 6MM CUADRADO ml 737

$ 5,474.00

$ 4,034,338.00

13 CABLE SOUNDSTREAM REF WR - 0 NO. 0

ml 115 $

12,000.00 $ 1,380,000.00

14 TUBERIA EN EMT 2"X 3ML UND 40

$ 52,100.00

$ 2,084,000.00

15 UNION EMT 2" UND 40

$ 2,500.00

$ 100,000.00

16 CONBAINER UND 22

$ 45,000.00

$ 990,000.00

17 CURVAS EMT M3 4

$ 9,750.00

$ 39,000.00

18 SIKAFLEX 1A SELLADOR POLIUBRETANO

POTE

40 $

29,900.00 $ 1,196,000.00

19

CAJA DE INSPECCION CS 274 - INCLUYE MATERIALES, EXCAVACIÓN, RETIRO DE ESCOMBROS, MARCO Y TAPA METALICA

UND 4 $

686,508.00 $ 2,746,032.00

20

SISTEMA PUESTA A TIERRA TRIANGULAR DE 3 VARILLAS COPPERWELD

UND 3 $

1,374,305.00 $ 4,122,915.00

21 CHAZO CONCRETO EXPANSIVO 1/2"X4

UND 30 $

8,100.00 $ 243,000.00

22 ABRAZADERA EMT 2" UND 25

$ 3,500.00

$ 87,500.00

23 TABLERO DE PROTECCIÓN und 1

$ 2,000,000.00

$ 2,000,000.00

24 CAJAS DE PASO PARA ATERRIZAJE DE TIERRA

und 3 $

30,000.00 $ 90,000.00

143

SUMINISTRO E INSTALACIÓN DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA CUBIERTA DE LA SEDE DE LA SALUD, UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA – VILLAVICENCIO

ITEM DESCRIPCIÓN UND CANT. V/LOR UNIT. V/LOR TOTAL.

25 CABLE DE ATERRIZAJE A TIERRA NO. 10 MULTIFILAR ml 250 $ 3,100.00 $ 775,000.00

26 MAMPOSTERIA M2 95 $ 188,765.00 $ 17,932,675.00

27 PINTURA M2 210 $ 26,331.00 $ 5,529,510.00

28 CUBIERTA TERMACUSTICA M2 60 $ 76,298.00 $ 4,577,880.00

C HERRAMIENTA $ 4,975,800.00

1 TALADRO PERCUTOR UND 4 $ 400,000.00 $ 1,600,000.00

2 BROCA TUNGSTENO 3/8" UND 24 $ 8,000.00 $ 192,000.00

3 PONCHADORA DE CONECTOR MC4 M3 2 $ 400,000.00 $ 800,000.00

4 EXTENCION ENCAUCHETADA 2 X 10 ml 400 $ 5,250.00 $ 2,100,000.00

5 PULIDORA 4" UND 2 $ 141,900.00 $ 283,800.00

D EQUIPOS DE TRABAJO EN ALTURA $ 17,372,500.00

1 ARNES DE SEGURIDAD 5 PUNTOS UND 15 $ 280,000.00 $ 4,200,000.00

2 SLINGA EN Y UND 15 $ 229,900.00 $ 3,448,500.00

3 MOSQUETON UND 15 $ 39,000.00 $ 585,000.00

4 LINEA DE VIDA ML ML 200 $ 10,200.00 $ 2,040,000.00

5 FRENO ARRESTADOR CUERDAS DE 8 MM A 12 MM UND 15 $ 167,000.00 $ 2,505,000.00

6 SLINGA SENCILLA DE TENSION CAIDAS FIRST 3M UND 15 $ 165,000.00 $ 2,475,000.00

7 ELEVADOR ELECTRICO GRUA 2204 LB UND 1 $ 2,119,000.00 $ 2,119,000.00

E TRAMITES $ 3,605,000.00

1 TRAMITE DE MATRICULA Y LEGALIZACION UND 1 $ 3,605,000.00 $ 3,605,000.00

TOTAL COSTO DIRECTO $ 25,715,117,213.42

ADMINISTRACIÓN 0.24 $ 6,171,628,131

IMPREVISTOS 0.02 $ 514,302,344

UTILIDAD 5% $ 1,285,755,861

COSTO TOTAL AJUSTADO AL PESO $ 33,686,803,550

Fuente. Propia

Se desarrolló una nómina para el desarrollo del proyecto que busca suplir el 100% de la

energía requerida (tabla 41), en las instalaciones universitarias con baterías, para un tiempo de

144

ejecución de 250 días. El personal idóneo consta de: técnicos especializados, ayudantes,

inspectores de obra (eléctrico), inspector físico y un técnico electricista.

Tabla 41. Personal necesario para la ejecución de la obra.

ITEM CARGO

CANT

SALARIO

DIAS LAB.

AUXILIO TRANSPORTE

MENSUAL

SAL. MENSUAL

SMLDV SMLMV

1 TECNICO ESPECIALIZADO 4 50,000 250 388128 50,000,000

2 AYUDANTE ESPECIALIZADO 8 38,000 250 776256 76,000,000

3 INSPECTOR DE OBRA/ ELECTRICO 1 38,000 250 97032 9,500,000

4 INSPECTOR SISO 1 60,000 250 0 15,000,000

5 TECNICO ELECTRICISTA 2 50,000 250 194064 25,000,000

TOTAL 1455480 175,500,000

GRAN TOTAL

Fuente. Propia

Tabla 42. Seguridad social, aportes parafiscales y prestaciones sociales del personal de la obra

SEGURIDAD SOCIAL APORTES PARAFISCALES PRESTACIONES SOCIALES

SALUD PENSIÓN ARL SENA CAJA

COMPEN ICBF CESANT

ÍAS INTERÉ

CES. PRIMA

SERVICIO VACACIO

NES

8.5% 12.0% 4.44% 2% 4% 3% 8.33% 1% 8.33% 4.17%

4,250,000.00

6,000,000

2,217,500.00

85,000.00

2,000,000

1,500,000

4,197,331.06

503,881.28

4,197,331.06

2,085,000.00

6,460,000.00

9,120,000

3,370,600.00

129,200.00

3,040,000

2,280,000

6,395,462.12

767,762.56

6,395,462.12

3,169,200.00

807,500.00

1,140,000

421,325.00

16,150.00

380,000

285,000

799,432.77

95,970.32

799,432.77

396,150.00

1,275,000.00

1,800,000

665,250.00

25,500.00

600,000

450,000

1,249,500.00

150,000.00

1,249,500.00

625,500.00

2,125,000.00

3,000,000

1,108,750.00

42,500.00

1,000,000

750,000

2,098,665.53

251,940.64

2,098,665.53

1,042,500.00

14,917,

21,060,00

7,783,42

298,35

7,020,00

5,265,

14,740,

1,769,55

14,740,39

7,318,350

145 500 0 5 0 0 000 391 5 1

GRAN TOTAL

271,868,442.77

Fuente. Propia

La tabla 42 arroja un valor total de $271´868.424,77, que sería el costo total del personal

requerido para realizar el proyecto durante los 250 días que se estimó la duración del mismo, hay

que resaltar que este valor incluyen todos los costos que la ley exige en la contratación del

personal.

En la siguiente tabla (tabla 43), se relaciona el costo total del proyecto una vez hecho el montaje

y la instalación de los paneles, el cuarto de baterías y su red de cableado.

Tabla 43. Costo total del proyecto paneles más baterías para almacenamiento del 100%.

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

SUMINISTRO E

INSTALACIÓN $33.686.803.549,58

NÓMINA $271.868.442,77

TOTAL $33.958.671.992,35

Fuente. Propia

Como lo evidencia la tabla anterior, la inversión para realizar el proyecto de energía Solar

incluyendo baterías es de $33.958.671.992,35.

Análisis financiero y Retorno de inversión

146

A continuación se hará el análisis financiero de la implementación de la tercera propuesta

del proyecto, se determinará si la implementación del proyecto de paneles solares con sistema de

almacenamiento con baterías al 100% de abastecimiento, es viable considerando el retorno de la

inversión.

Datos técnicos y de producción

Tabla 44. Datos técnicos de la producción

Radiación solar 4,8 HPS

Producción Kwh/día con módulos solares 568,75

Producción energía sistema inyección a red/día 2730

Total, Kw inyectado por mes 83037,50

Costo KW actual, según datos de la Emsa $418

Aumento anual energía, según datos de la EMSA 3,00%

Fuente. Propia

Sistema de baterías

El sistema de baterías usado para este proyecto es de 4500 Ah con un voltaje de 24

voltios, el número de baterías necesarias son 366 y tienen un precio $ 24´157.098.000, se debe

tener en cuenta que la vida útil de cada batería es de 20 años.

Tabla 45. Inversión cada 20 años

147

Cantidad de

baterías a

utilizar

Precio unitario

por batería

Inversión cada 20

años

Baterías 4500

Ah a 24 voltios

366

$

66.003.000

-$

24.157.098.000

Fuente. Propia

Se realiza la proyección de los primeros 25 años una vez hecha la instalación del proyecto

fotovoltaico con el sistema de almacenamiento con el abastecimiento del 100% de energía,

donde se ira conociendo el valor de la producción de los kilovatios en el mes y año según el

incremento del 3% generado por la electrificadora del meta para cada nuevo año. Así se estimará

que tanta energía se produce y cuál es el ahorro tanto en kilovatios como monetario. También se

tendrá en cuenta la inversión del cambio de baterías cada 20 años. Así se determinara en qué

tiempo se recupera la inversión inicial, y si se autofinancia para el cambio de módulos una vez

haya transcurrido su tiempo de vida útil.

Tabla 46. Datos de análisis financiero para los primeros 6 años

Año 1 2 3 4 5 6

2019 2020 2021 2022 2023 2024

Costo unitario Kw

$418.00 $430.54 $443.46 $456.76 $470.46 $484.58

Costo total x día

$1,141,140 $1,175,374 $1,210,635 $1,246,954 $1,284,363 $1,322,894

Costo total x mes

$34,709,675 $35,750,965 $36,823,494 $37,928,199 $39,066,045 $40,238,026

Costo total x año

$416,516,100

$429,011,583

$441,881,930

$455,138,388

$468,792,540

$482,856,316

Retorno inversión

-$33,542,155,

892

-$33,113,144,

309

-$32,671,262,

379

-$32,216,123,

990

-$31,747,331,

450

-$31,264,475,

134

148

Costo total x año

$277,677,400

$429,011,583

$441,881,930

$455,138,388

$468,792,540

$482,856,316

Acumulado $277,677,40

0 $706,688,98

3 $1,148,570,9

13 $1,603,709,3

02 $2,072,501,8

42 $2,555,358,1

58

Fuente. Propia

Tabla 47. Datos de análisis financiero para el lapso 7 – 12 años

Año 7 8 9 10 11 12

2025 2026 2027 2028 2029 2030

Costo unitario Kw

$499.11 $514.09 $529.51 $545.40 $561.76 $578.61

Costo total x día

$1,362,581 $1,403,458 $1,445,562 $1,488,929 $1,533,597 $1,579,605

Costo total x mes

$41,445,167 $42,688,522 $43,969,178 $45,288,253 $46,646,901 $48,046,308

Costo total x año

$497,342,006

$512,262,266

$527,630,134

$543,459,038

$559,762,809

$576,555,693

Retorno inversión

-$30,767,133,

128

-$30,254,870,

862

-$29,727,240,

729

-$29,183,781,

691

-$28,624,018,

882

-$28,047,463,

188

Costo total x año

$497,342,006

$512,262,266

$527,630,134

$543,459,038

$559,762,809

$576,555,693

Acumulado $3,052,700,1

64 $3,564,962,4

30 $4,092,592,5

64 $4,636,051,6

02 $5,195,814,4

11 $5,772,370,1

04

Fuente. Propia

Tabla 48. Datos de análisis financiero para el lapso 13 – 18 años

Año 13 14 15 16 17 18

2031 2032 2033 2034 2035 2036

Costo $595.97 $613.85 $632.26 $651.23 $670.77 $690.89

149 unitario Kw

Costo total x día

$1,626,993 $1,675,803 $1,726,077 $1,777,859 $1,831,195 $1,886,131

Costo total x mes

$49,487,697 $50,972,328 $52,501,498 $54,076,543 $55,698,839 $57,369,804

Costo total x año

$593,852,364

$611,667,935

$630,017,973

$648,918,512

$668,386,068

$688,437,650

Retorno inversión

-$27,453,610,

824

-$26,841,942,

889

-$26,211,924,

916

-$25,563,006,

404

-$24,894,620,

336

-$24,206,182,

686

Costo total x año

$593,852,364

$611,667,935

$630,017,973

$648,918,512

$668,386,068

$688,437,650

Acumulado $6,366,222,4

68 $6,977,890,4

03 $7,607,908,3

76 $8,256,826,8

89 $8,925,212,9

56 $9,613,650,6

06

Fuente. Propia

Tabla 49. Datos de análisis financiero para el lapso 19 – 25 años

Año 19 20 21 22 23 24 25

2037 2038 2039 2040 2041 2042 2043

Costo unitario Kw

$711.62 $732.97 $754.95 $777.60 $800.93 $824.96 $849.71

Costo total x día

$1,942,714 $2,000,996 $2,061,026 $2,122,857 $2,186,542 $2,252,139 $2,319,703

Costo total x mes

$59,090,898

$60,863,625

$62,689,534

$64,570,220

$66,507,327

$68,502,546

$70,557,623

Costo total x año

$709,090,779

$730,363,503

$752,274,408

$774,842,640

$798,087,919

$822,030,557

$846,691,473

Retorno inversión

-$23,497,09

1,907

-$22,766,72

8,405

-$22,014,45

3,997

-$21,239,61

1,357

-$20,441,52

3,438

-$19,619,49

2,881

-$18,772,80

1,408

Costo total x año

$709,090,779

$730,363,503

$752,274,408

$774,842,640

$798,087,919

$822,030,557

$846,691,473

Acumulado $10,322,74

1,385 $11,053,10

4,888 $11,805,37

9,295 $12,580,22

1,935 $13,378,30

9,854 $14,200,34

0,411 $15,047,03

1,884

Fuente. Propia

Las tablas 46 a 49 presentan los análisis financieros realizados en la implementacion de la tercera

propuesta del proyecto, en estas se determinó que el retorno de inversión nunca siempre fue

negativo para los años considerados dentro de la vida útil de los modulos, y el periodo de diseño

150

de los mismos, esto debido a que el costo de las baterías al cambiarlas cada 20 años es

demasiado elevado, en el año 20 se presenta un saldo de $ 23.497.091.907 lo que a su vez

tampoco permite el auto financiamiento de los paneles que tienen una vida útil promedio de 25

años, por lo tanto, este sistema fotovoltaico no resulta rentable para implementar en dicha

estructura.

Una vez consideradas y analizadas las tres propuestas del proyecto en su totalidad, se

realiza un análisis comparativo de las tres propuestas, y de esta manera comparar los valores

económicos de cada propuesta, así como el porcentaje de ahorro de cada una, y evaluar de

manera concreta la más eficiente y viable.

151

Tabla 50. Comparativo de las tres propuestas analizadas

COMPARATIVO DE LOS TRES (3) SISTEMAS ANALIZADOS, CUBIERTA SEDE DE LA SALUD UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

VARIABLES CANTIDAD DE

PANELES TOTAL PRODUCCIÓN

KW.H/DÍA TOTAL PRODUCCIÓN

KW/MES

BANCO DE BATERÍAS INVERSIÓN

AHORRO

MENSUAL

RETORNO DE LA INVERSI

ÓN SISTEMA

SI/NO

CANTIDAD

PRESUPUESTO MANO DE

OBRA

INYECCIÓN A RED PUBLICA

830

207.50

30,295.00 NO 0

$819,863,833.00

$115,178,006.27

65% 6 AÑOS

INYECCIÓN A RED Y

ALMACENAMIENTO

830

207.50

30,295.00 SI 134

$12,401,206,528.00

$163,806,072.77

65% NO

INYECCIÓN A RED Y

ALMACENAMIENTO AL 100%

2275

568.75

83,037.50 SI 366

$33,686,803,549.58

$271,868,442.77

100% NO

Fuente. Propia

152

Analizando los tres sistemas presentados, vemos que cuando se trata de solo inyección a

red, el sistema es totalmente efectivo debido a que no se necesita almacenar ningún tipo de

energía y no se presenta la compra de baterías, que para una carga tan grande como la que

generan los paneles para proveer de la energía necesaria a la estructura, resulta ser muy costosa.

Con el tiempo y las nuevas tecnologías tal vez los precios y la capacidad de estas unidades

almacenadores reduzcan su tamaño y a la vez sus precios, dejando una viabilidad del montaje de

un sistema tan grande que sea totalmente autosostenible.

El primer sistema propuesto de los 830 paneles resulta ser un 36% de la producción del tercer

sistema que abarca la totalidad de la energía requerida para suplir al 100% la red eléctrica de la

universidad cooperativa de Colombia en su sede de las ciencias de la salud en la ciudad de

Villavicencio, Meta.

153

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para la recolección de datos se realizó un análisis del consumo de energía eléctrica de la

Universidad Cooperativa de Colombia sede Ciencias de la Salud, mediante el uso de los datos

de consumo obtenidos en la factura del suministro de energía brindada por la empresa prestadora

de este servicio EMSA, en la cual se pudo evidenciar que mensualmente, el edificio genera un

consumo aproximado de 45.870 de Kws, para el funcionamiento de las instalaciones, lo que

genera un gasto económico de $26.251.401 para el mismo periodo de tiempo, es importante

mencionar que el dato nombrado anteriormente, se tomó del mes con el consumo más alto del

año.

El objetivo de esta investigación es validar el ahorro de dicho consumo mediante la utilización

de una fuente alternativa de energía, en este caso la instalación e implementación de paneles

solares fotovoltaicos, los cuales serían ubicados en las cubiertas de estas instalaciones, teniendo

en cuenta que Villavicencio es un municipio ubicado geográficamente en una región donde los

veranos son extensos y las horas de luminosidad del sol son mayores en comparación a otras

regiones del país, lo que es una ventaja geográfica que se puede aprovechar tal como se pretende

hacer a lo largo del proyecto.

Se realizó la comparación de tres mecanismos de implementación diferentes de los paneles

solares teniendo en cuenta siempre la inversión requerida para cada uno de estos. El primero se

trata de la inyección de energía de 830 paneles solares directamente a la red eléctrica, sin ningun

tipo de dispositivo que permia su almacenamiento, lo que permitiría una reducción del consumo

del 65% aproximadamente del total del suministro mensual. El segundo método es la

adecuación de los mismo 830 paneles pero con la utilización dispositivos tipo baterías que

154

permitirán el almacenamiento de dicha energía eléctrica producida por los paneles y de esta

manera, ser suministrada a la red eléctrica cuando sea requerida. El tercer y último método es la

implementación de aproximadamente 2.250 paneles, que permitirán una obtención de energía

eléctrica mucho mayor que los dos métodos anteriores y que irán también apoyados con baterías

los cuales ahorrarían el total de la energía utilizada para el consumo del edificio.

En el primer método aunque no se ahorre el 100% de la energía, se logra un beneficio

considerable en comparación a la inversión que debe hacerse para ponerse en marcha, en el

segundo método la inversión es elevada en comparación al beneficio obtenido y aunque las

baterías permitirían el uso de energía en momentos determinados del día, esto no compensa su

costo con el ahorro obtenido, por ultimo para suplir el 100% de la energía total es inviable la

implementación del tercer método, ya que se tendría que realizar una inversión demasiado alta y

la instalación de un número muy grande de paneles solares, esto conlleva a que dichos paneles

ocuparían un espacio casi tres veces más grande en comparación a los dos métodos anteriores.

De los tres métodos estudiados el primero es el más recomendable para su ejecución, ya que

permite que la inversión inicial que es de $935.041.839 (incluyendo la compra de materiales y

mano de obra), se recupere en un lapso de 5 años y continúe generando ahorro por más de 20

años, debido a la vida útil de esta instalación ya que el ahorro mensual promedio sería de

$17.100.324 en el pago del este servicio de energía eléctrica.

155

7. CONCLUSIONES

El sistema de módulos fotovoltaicos, es una muy buena alternativa para sustituir el uso de la

energía eléctrica convencional, a pesar de su alto costo de inversión inicial, representa una

inversión que a futuro se verá reintegrada, debido a la disminución del consumo de energía

eléctrica convencional, además de mitigar los impactos ambientales, ya que disminuye la

cantidad de emisiones atmosféricas realizadas en el proceso de obtención de la energía por

cualquier otro método convencional.

El potencial fotovoltaico generado por los 830 paneles solares e implementándolos con inyección

directa al sistema de redes eléctricas de la Universidad Cooperativa de Colombia Sede Ciencias

de la Salud, genera un ahorro en el consumo de energía de aproximadamente el 65%, por lo tanto

también genera un ahorro económico por el mismo factor.

Analizando los tres sistemas propuestos, vemos que cuando se trata de solo inyección a red, el

sistema es totalmente efectivo debido a que no se necesita almacenar la de energía producida y

por lo tanto existe un ahorro que implica la compra de baterías, que, para una carga tan grande

como la que generan los paneles para proveer de la energía necesaria a la estructura, resulta ser

muy costosa.

De las tres propuestas presentadas, la única que presenta un retorno en la inversión, antes de

cumplir la vida útil de los paneles fotovoltaicos y por lo tanto el periodo de diseño de los

mismos, es la propuesta de inyección directa a red eléctrica, el cual presenta un periodo de

retorno a los seis (6) años de implementado el proyecto

156

La propuesta que requiere mayor inversión económica inicial es la de producción y

almacenamiento del 100% de la energía producida, la cual requiere una inversión de

$271,868,442.77 millones, y según el análisis financiero, el periodo de retorno de la inversión

para esa propuesta es de más de 25 años, esto hace que esta propuesta sea inviable.

157

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