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UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD
TECNOLÓGICA – INGENIERÍA ELÉCTRICA
TRABAJO FINAL Estudio de factibilidad técnica operativa y
económica para la
implementación de un sistema solar fotovoltaico como fuente de
energía eléctrica para el acueducto y la planta de tratamiento de
aguas del municipio de Güepsa, ubicado en el departamento de
Santander.
MODALIDAD: PASANTÍA
Estudiantes:
Jorge Andrés Prada Sierra
E-MAIL: [email protected]
Jenny Paola Vieda Díaz
E-MAIL: [email protected]
Docente:
Ing. Dora Marcela Martínez Camargo
Tutor empresa:
Jhon Alexander Urrego
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Nota de Aceptación
__________________________________
__________________________________
__________________________________
__________________________________
Ing. Dora Marcela Martínez Camargo
Ing. Jhon Alexander Urrego
Bogotá D.C.
-
CONTENIDO 1. TITULO Y AUTOR
........................................................................................................
8 2. Objetivos
.......................................................................................................................
9
2.1. Objetivo general
...................................................................................................
9 2.2. Objetivos específicos
............................................................................................
9
3. Descripción de resultados.
..........................................................................................
10 3.1. Levantamiento de información de los equipos actuales del
acueducto y la planta de tratamiento de aguas del municipio de
Güepsa. .......................................................
10
3.1.1. Información general
....................................................................................
10 3.1.2. Levantamiento de información e inventario de equipos.
............................ 10 3.1.3. Requerimientos del cliente
.........................................................................
12
3.2. Consumo de energía eléctrica de los sistemas de bombeo de
agua, los sistemas de iluminación y los sistemas auxiliares del
acueducto. ................................................ 12
3.2.1. Análisis de cargas, consumo y factor de utilización de
los equipos del acueducto.
..................................................................................................................
13 3.2.2. Análisis y conclusiones respectivas de los equipos.
.................................. 15
3.3. Equipos que pueden ser cambiados para lograr que el consumo
de energía sea menor al actual, haciendo uso eficiente de la
energía eléctrica. .................................... 16 3.4.
Identificar que tecnología de células fotovoltaicas es más adecuada
para ser implementada en el proyecto
.........................................................................................
16
3.4.1. Referencias reglamentarias y normativas técnicas que
aplican al proyecto. 16 3.4.2. Especificaciones técnicas de los
paneles solares e inversor más adecuadas.
.................................................................................................................
17 3.4.3. Información de la radiación solar disponible.
.............................................. 19
3.5. Resultados de las simulaciones.
........................................................................
20 3.5.1. Resultados simulación Estación de bombeo no1.
...................................... 20 3.5.2. Resultados
simulación Estación de bombeo no 2
...................................... 24 3.5.3. Resultados
simulación planta de tratamiento de aguas
............................. 26
3.6. Cuantificación de los costos de los elementos que conforman
el sistema de generación de energía solar fotovoltaico
........................................................................
29
3.6.1. Costos de los elementos del SSFV
............................................................ 29
3.6.2. Proyección del ahorro energético y económico del proyecto.
.................... 31 3.6.3. Curva de retorno de inversión
....................................................................
32
3.7. Evaluación de la factibilidad de la implementación del
sistema de generación solar fotovoltaico en el acueducto y la
planta de tratamiento de aguas del municipio de Güepsa.
..........................................................................................................................
32
3.7.1. Requerimientos técnicos, y estéticos de la instalación.
.............................. 32 3.7.2. Planos eléctricos del
sistema solar fotovoltaico.
........................................ 34 3.7.3. Memorias de
cálculo del sistema solar fotovoltaico.
................................... 37 3.7.4. Viabilidad técnica y
económica del proyecto.
............................................. 37
4. Análisis de resultados, productos, alcances e impactos.
............................................ 38 4.1. Levantamiento
de información general y de los equipos principales del acueducto.
......................................................................................................................
38
4.1.1. Equipos principales y áreas disponibles del acueducto.
............................ 38 4.1.2. Herramientas tecnológicas
utilizadas por la empresa para realizar los diseños tales como:
software, documentos y guías técnicas.
.................................... 38 4.1.3. Requerimientos y
necesidades específicas del cliente. .............................
38 4.1.4. Consumo de energía de los equipos del acueducto
municipal. ................. 40
-
4.1.5. Equipos identificados con el fin de disminuir el consumo
de energía eléctrica. 41
4.2. Diseño del sistema solar fotovoltaico y memorias de
cálculo. ........................... 41 4.2.1. Análisis de la
radiación solar disponible en el municipio de Güepsa. ........ 41
4.2.2. Especificar qué tipo de tecnología de células fotovoltaicas
es más adecuada para ser implementada en el proyecto.
...................................................... 43 4.2.3.
Dimensionar la cantidad y la capacidad de los inversores necesarios
para acondicionar el sistema de generación.
......................................................................
43 4.2.4. Diseño y simulación del sistema de generación solar
fotovoltaico. ............ 44 4.2.5. Planos y esquemas de control,
del sistema solar fotovoltaico. .................. 44
4.3. Presupuesto y viabilidad económica
..................................................................
45 4.3.1. Cantidades de obra y el presupuesto del proyecto
.................................... 45 4.3.2. Costos y gastos de
inversión inicial, de funcionamiento y de mantenimiento del
proyecto.
...............................................................................................................
46 4.3.3. Ahorro energético y económico subsecuente a la
implementación del proyecto. 46 4.3.4. Retorno de inversión y la
viabilidad económica del proyecto. .................... 48
5. Evaluación y cumplimiento de los objetivos de la pasantía
........................................ 49 Bibliografía
.........................................................................................................................
52
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Índice ilustraciones. Ilustración 1 Gráfico del consumo de
energía eléctrica de los equipos principales estación
de bombeo No1
...............................................................................................
14 Ilustración 2 Gráfico del consumo de energía eléctrica de los
equipos principales estación
de bombeo No 2
..............................................................................................
14 Ilustración 3 Gráfico del consumo de energía eléctrica de los
equipos principales planta de
tratamiento.
......................................................................................................
15 Ilustración 4 Datos generales simulación software PvSyst.
............................................... 20 Ilustración 5
Inclinación de los paneles del SSFV de la estación de bombeo No1.
........... 21 Ilustración 6 Configuración del SSFV de la estación
de bombeo No1 para la simulación. 21 Ilustración 7 Cuadro resumen
del resultado de la simulación del SSFV de la estación de
bombeo No1
....................................................................................................
22 Ilustración 8 Proyección mensual de generación de energía
eléctrica del SSFV de la
estación de bombeo No 1
................................................................................
23 Ilustración 9 Proyección diaria de generación de energía
eléctrica del SSFV de la estación
de bombeo No 1
..............................................................................................
23 Ilustración 10 Inclinación de los paneles del SSFV de la
estación de bombeo No2. ......... 24 Ilustración 11 Configuración
del SSFV de la estación de bombeo No 2 para la simulación.
.........................................................................................................................
24 Ilustración 12 Cuadro resumen del resultado de la simulación del
SSFV de la estación de
bombeo No2.
...................................................................................................
25 Ilustración 13 Proyección mensual de generación de energía
eléctrica del SSFV de la
estación de bombeo No 2
................................................................................
26 Ilustración 14 Proyección diaria de generación de energía
eléctrica del SSFV de la
estación de bombeo No 2
................................................................................
26 Ilustración 15 Inclinación de los paneles del SSFV de la planta
de tratamiento de aguas. 27 Ilustración 16 Configuración del SSFV
de la planta de tratamiento para la simulación. .... 27 Ilustración
17 Cuadro resumen del resultado de la simulación del SSFV de la
planta de
tratamiento.
......................................................................................................
28 Ilustración 18 Proyección mensual de generación de energía
eléctrica del SSFV de la
planta de tratamiento de aguas
.......................................................................
29 Ilustración 19 Proyección diaria de generación de energía
eléctrica del SSFV de la planta
de tratamiento de aguas
..................................................................................
29 Ilustración 20 Curva del retorno de la inversión y el ahorro.
.............................................. 32 Ilustración 21
Consumo de energía eléctrica mensual del acueducto
............................... 40 Ilustración 22 Generación de
energía eléctrica mensual en cada una de las zonas del
acueducto.
.......................................................................................................
45 Ilustración 23 Proyección de generación vs demanda de energía
eléctrica. ..................... 47
-
Índice tablas.
Tabla 1 Clasificación áreas del acueducto
.............................................................................
10 Tabla 2 Equipos principales estación de bombeo No1
........................................................... 10
Tabla 3 Equipos principales estación de bombeo No2
........................................................... 11
Tabla 4 Equipos principales planta de tratamiento de aguas.
................................................ 11 Tabla 5 Datos
técnicos de los motores eléctricos de la estación de bombeo No 1
................ 11 Tabla 6 Datos técnicos de los motores
eléctricos de la estación de bombeo No 2 ................ 11 Tabla
7 Datos técnicos de las bombas de agua de la estación de bombeo No
2 .................. 12 Tabla 8 Datos técnicos de los motores
eléctricos de la planta de tratamiento. ...................... 12
Tabla 9 Análisis de las cargas eléctricas de la estación de bombeo
No 1. ............................ 13 Tabla 10 Análisis de las
cargas eléctricas de la estación de bombeo No 2.
.......................... 14 Tabla 11 Análisis de las cargas
eléctricas de la planta de tratamiento de agua. ...................
15 Tabla 12 Ahorro energético por cambio de equipos.
.............................................................. 15
Tabla 13 Recomendaciones técnicas.
....................................................................................
16 Tabla 14 Especificación de los materiales de estación de bombeo
No1 ................................ 17 Tabla 15 Especificación
materiales estación de bombeo No2
............................................... 18 Tabla 16
Especificación de los materiales de la planta de tratamiento de
aguas .................. 19 Tabla 17 Datos ambientales
...................................................................................................
20 Tabla 18 información de localización
......................................................................................
20 Tabla 19 Resultados de la simulación de la estación de bombeo No
1 ................................. 22 Tabla 20 Proyección de
generación de energía eléctrica mensual estacion de bombeo No 1
................................................................................................................................................
22 Tabla 21 Resultados de la simulación de la estación de bombeo No
2 ................................. 25 Tabla 22 Proyección de
generación de energía eléctrica mensual estación de bombeo No 2
................................................................................................................................................
25 Tabla 23 Resultados de la simulación de la planta de tratamiento
de aguas ......................... 28 Tabla 24 Proyección de
generación de energía eléctrica mensual planta de tratamiento de
aguas
......................................................................................................................................
28 Tabla 25 Elementos instalación solar estación de bombeo No1
............................................ 30 Tabla 26 Elementos
instalación solar estación de bombeo no 2
............................................ 30 Tabla 27 Elementos
instalación solar planta de tratamiento de aguas
.................................. 30 Tabla 28 Gastos de la nómina
del personal.
..........................................................................
31 Tabla 29 Gastos generales del personal
................................................................................
31 Tabla 30 Cuadro resumen de los costos de energía eléctrica
mensual. ................................ 31 Tabla 31
Requerimientos técnicos estación de bombeo No 1
................................................ 33 Tabla 32
Requerimientos técnicos estación de bombeo No 2
................................................ 33 Tabla 33
Requerimientos técnicos de la planta de tratamiento de aguas.
............................. 33 Tabla 34 Generación de energía
eléctrica esperada del sistema.
......................................... 37 Tabla 35 Áreas y
potencia instalada de las zonas de acueducto.
.......................................... 38 Tabla 36 Demanda de
energía eléctrica mensual cubierta por el SSFV.
............................... 38 Tabla 37 Planos de la
distribución de los paneles y del detalle de la estructura
.................... 39 Tabla 38 Costo de los equipos de la
instalación solar fotovoltaica
........................................ 39 Tabla 39 Retorno de la
inversión.
...........................................................................................
40 Tabla 40 Consumo de energía eléctrica mensual del acueducto
........................................... 40 Tabla 41 Equipos a
ser cambiados.
........................................................................................
41 Tabla 42 Datos geográficos
....................................................................................................
41 Tabla 43 Datos base de datos global solar altas
....................................................................
41 Tabla 44 Datos base de datos software PvSyst
.....................................................................
42 Tabla 45 Datos base de datos NASA prediction of worldwide energy
resources ................... 42 Tabla 46 Especificaciones paneles
solares.
...........................................................................
43
-
Tabla 47 Inversores a utilizar en los SSFV
.............................................................................
43 Tabla 48 Generación de energía eléctrica mensual en cada una de
las zonas del acueducto.
................................................................................................................................................
44 Tabla 49 Tabla de anexos del proyecto.
.................................................................................
45 Tabla 50 Cuadro resumen elementos sistemas solares fotovoltaicos
acueducto. ................. 45 Tabla 51 Costos totales instalación
solar.
..............................................................................
46 Tabla 52 Proyecnción generación vs consumo de energía eléctrica
mensual ....................... 46 Tabla 53 Tabla de proyección del
retorno de la inversión.
..................................................... 47 Tabla 54
Retorno de la inversión.
...........................................................................................
48
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1. TITULO Y AUTOR Proyecto Curricular: Ingeniería eléctrica por
ciclos propedéuticos Título del Proyecto: Estudio de factibilidad
técnica operativa y económica para la implementación de un sistema
solar fotovoltaico como fuente de energía eléctrica para el
acueducto y la planta de tratamiento de aguas del municipio de
Güepsa, ubicado en el departamento de Santander. Modalidad de
trabajo de grado según Acuerdo N° 038 del 2015, Reglamentación de
trabajos de grado para los estudiantes de pregrado de la
Universidad Distrital Francisco José de Caldas Pasantía: X
Investigación – Innovación: Espacios académicos de posgrado:
Creación o interpretación: Espacios académicos de profundización:
Proyecto de emprendimiento: Monografía: Producción académica:
Autor: Jenny Paola Vieda Díaz C.C:1.024.496.
722 Código: 20161372069
Correo Electrónico: [email protected] Teléfono:
7152789 Dirección Correspondencia: Calle 60 sur No 70-90 Celular:
3133736531 Autor: Jorge Andrés Prada Sierra
C.C:1.030.564.665
Código: 20171372005
Correo Electrónico: [email protected] Teléfono:
3213957985 Dirección Correspondencia: Transversal 78 h bis 42 24
sur
Celular: 3213957985
Tipo de Entidad (seleccione un tipo de Entidad): Universidad
Pública: Universidad Privada Entidad o Instituto Público: ONG:
Centro de Investigación Universidad Distrital: Centro de Desarrollo
Tecnológico: Centro Empresarial o Gremio: X Empresa: Energía Verde
Redes eléctricas y de
comunicaciones S.A.S Entidad: Energía Verde Redes eléctricas y
de comunicaciones S.A.S Dirección: Transversal 70 # 67b 75 sur
Director por parte de la empresa: Jhon Alexander Urrego
Cédula de Ciudadanía: 79.923.324
Dirección: Transversal 70 # 67b 75 sur oficina 739 E-mail:
[email protected] Teléfonos: 3143432674 Fax: 6411952
Ciudad: Bogotá Departamento: Cundinamarca Profesional evaluador por
parte de Energía Verde Redes eléctricas y de comunicaciones S.A.S:
Jhon Alexander Urrego Docente Director: Ing. Dora Marcela Martínez
Camargo Lugar de ejecución del Proyecto: Transversal 70 # 67b 75
sur Ciudad: Bogotá D.C. Departamento: Cundinamarca Universidad
Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica Proyecto
Curricular: Ingeniería eléctrica por ciclos propedéuticos Duración
del Proyecto en Horas: 480 horas en la vigencia del semestre 2019-3
Descripción Palabras clave: Viabilidad, panel solar, suministro
eléctrico, factibilidad
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2. Objetivos
2.1. Objetivo general Realizar el estudio de factibilidad
técnica, operativa y económica para la implementación de un sistema
solar fotovoltaico como fuente de energía eléctrica para el
acueducto y la planta de tratamiento de aguas del municipio de
Güepsa.
2.2. Objetivos específicos Realizar levantamiento de información
de los equipos actuales del acueducto y la planta de tratamiento de
aguas del municipio de Güepsa.
Determinar el consumo de energía eléctrica de los sistemas de
bombeo de agua, los sistemas de iluminación, los sistemas
auxiliares del acueducto y la planta de tratamiento de aguas del
municipio de Güepsa.
Identificar los equipos que pueden ser cambiados para lograr que
el consumo de energía sea menor al actual, haciendo uso eficiente
de la energía eléctrica, estos equipos serán los equipos auxiliares
y de iluminación de la planta de tratamiento.
Identificar que tecnología de células fotovoltaicas es más
adecuada para ser implementada en el proyecto.
Cuantificar los costos de los elementos que conformarían el
sistema de generación de energía solar fotovoltaico.
Evaluar la factibilidad de la implementación del sistema de
generación solar fotovoltaico en el acueducto y la planta de
tratamiento de aguas del municipio de Güepsa, teniendo en cuenta la
tecnología actual, la tecnología propuesta en el diseño, el
mantenimiento, los costos de adquisición, los costos de instalación
y los costos de ahorro de energía
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3. Descripción de resultados.
3.1. Levantamiento de información de los equipos actuales del
acueducto y la planta de tratamiento de aguas del municipio de
Güepsa.
3.1.1. Información general
Las características geográficas del municipio son las
siguientes:
~ Lugar Güepsa ~ Superficie: 33,08 km² ~ Tiempo: 24 °C, viento
del O a 5 km/h, humedad del 69 % ~ Posición geográfica
- 6° 02’ latitud Norte - 73° 35’ de longitud al Oeste - 1400 m
de altura
~ Extensión de 3.308,74 hectáreas (33,08 km²).1
Disposición de la planta: El acueducto se encuentra dividido en
tres partes, estación de bombeo No 1, estación de bombeo No 2 y la
planta de tratamiento de aguas.
La estación No 1 es la encargada de bombear el agua del rio a la
estación No2, en la estación No 2 se bombea el agua a la zona de
tratamiento de aguas del municipio.
En la tabla No 1 se realizó la caracterización de las zonas del
acueducto y sus respectivas áreas.
Tabla 1 Clasificación áreas del acueducto Áreas principales Área
[m2]
Estación de bombeo No1 374 Estación de bombeo No 2 121 Planta de
tratamiento de aguas 89,5 Fuente: Elaboración propia
3.1.2. Levantamiento de información e inventario de equipos.
En la visita realizada a las instalaciones del acueducto se
realizó un inventario de los equipos eléctricos que están operando,
las características de los equipos principales se detallan a
continuación.
o Listado equipos del acueducto.
En la tabla No 2, se listan los dispositivos eléctricos que se
encuentran en la estación de bombeo No 1, y sus cantidades.
Tabla 2 Equipos principales estación de bombeo No1 Equipos
Cantidad Motor eléctrico No 1 1 Motor eléctrico No 2 1 Luminarias
interiores 2 Fuente: Elaboración propia
En la tabla No 3, se listan los dispositivos eléctricos que se
encuentran en la estación de bombeo No 2, y sus cantidades.
1 LOCALIZACIÓN, EXTENSIÓN Y GEOGRAFÍA: Geografía [en línea].
Alcaldía Güepsa Santander. [Consultado: 15 de febrero de 2020].
Disponible en Internet:
http://www.guepsa-santander.gov.co/municipio/nuestro-municipio.
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Tabla 3 Equipos principales estación de bombeo No2 Equipos
Cantidad Motor eléctrico No 1 1 Motor eléctrico No 2 1 Luminarias
interiores 2 Fuente: Elaboración propia
En la tabla No 4, se listan los dispositivos eléctricos que se
encuentran en la planta de tratamiento, y sus cantidades.
Tabla 4 Equipos principales planta de tratamiento de aguas.
Equipos Cantidad Bomba sumergible 1 Computador escritorio 1
Portátil 2 Luminarias interiores 4 Luminarias exteriores 8 Fuente:
Elaboración propia
Los datos técnicos de los motores eléctricos de la estación de
bombeo No 1, se detallan en la tabla No 5, los datos que se
muestran incluyen la potencia de cada uno de los motores
eléctricos, su corriente nominal y su eficiencia.
Tabla 5 Datos técnicos de los motores eléctricos de la estación
de bombeo No 1
Potencia C
Carcasa Par
nominal Tn (Nm)
Corriente con rotor
trabado Il/In Par de
arranque Ta/Tn
Peso (kg)
Nivel de
ruido dB (A)
460 V
RPM
% de la potencia nominal Corriente nominal In (A) HP kW Letra
Ia/In
Rendimiento Factor de potencia
50 75 100 50 75 100
60 45 364/5TS 118 g 6,6 2 374 79 360 91,7 93 93,6 0,81 0,88 0,9
67
Fuente: Elaboración propia
Los datos técnicos de los motores eléctricos de la estación de
bombeo No 2, se detallan en la tabla No 6, los datos que se
muestran incluyen la potencia de cada uno de los motores
eléctricos, su corriente nominal y su eficiencia.
Tabla 6 Datos técnicos de los motores eléctricos de la estación
de bombeo No 2
Velocidad 3600 rpm, 2 polos, 60 Hz
Tipo Frame IEC Tamaño
Potencia
F.S
In Eficiencia Factor de potencia Velocidad nominal
rpm HP kW 220V 440V η
Cos φ A A %
1LA4 206-2YA80 200L 48 35,7 1,15 120 40 91 0,87 3545
Fuente: Elaboración propia
-
Los datos técnicos de bombas de agua de la estación de bombeo No
2, se detallan en la tabla No 7, los datos que se muestran incluyen
el caudal máximo, los diámetros de la succión y de la descarga.
Tabla 7 Datos técnicos de las bombas de agua de la estación de
bombeo No 2
Tipo de bomba Acoplamiento Tipo de impulsor Centrífuga
Monobloque Cerrado, balanceado dinámicamente (ISO G6.3)
Etapas Cierre del eje Temperatura máx. líquido 1 Sello mecánico
70°C (158°F) Continua
Características Modelo Ref. Ø Succión Ø Descarga Ø Impulsor H
máx. (mca) * Q máx. (gpm) **
GE 1.5D 600 1B0010 2" NPT 1 1/2" NPT 9,600” 129 450 Fuente:
Elaboración propia
Los datos técnicos del motor eléctrico de la planta de
tratamiento, se detallan en la tabla No 8, los datos que se
muestran incluyen la potencia de cada uno de los motores
eléctricos, su voltaje nominal y su caudal máximo.
Tabla 8 Datos técnicos de los motores eléctricos de la planta de
tratamiento. Modelo Ref. Potencia (HP)
Voltaje (V)
H max. (mca) *
Q max. (GPM ) ** Descarga
Peso (Kg )
NE 6 300-4-220 1C0074 30 220 38 1.700 6” 446 Fuente: Elaboración
propia
3.1.3. Requerimientos del cliente
En la reunión con el personal del acueducto se registraron los
requerimientos que solicitan del sistema solar fotovoltaico, dichos
requerimientos se listan a continuación:
- Instalación solar fotovoltaica que supla del 70% al 100 % de
la energía eléctrica que se consume en el acueducto.
- Los paneles solares deben de ser instalados en el área
proporcionada por el acueducto.
- Se deben de presentar los costos del sistema solar
fotovoltaico.
- Presentar una tabla con los tiempos del retorno de la
inversión.
- De aceptar la propuesta se deberá hacer entrega de las
memorias de cálculo y los planos correspondientes.
3.2. Consumo de energía eléctrica de los sistemas de bombeo de
agua, los sistemas de iluminación y los sistemas auxiliares del
acueducto.
Con la información de las horas de operación suministrada por el
personal del acueducto y con los datos técnicos recolectados en la
visita, se elaboró una tabla con los consumos de energía de los
equipos principales.
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3.2.1. Análisis de cargas, consumo y factor de utilización de
los equipos del acueducto.
En el análisis de cargas se busca determinar de manera
aproximada, mediante mediciones de los parámetros eléctricos y los
tiempos de operación del sistema los consumos de energía eléctrica
de los equipos.
Medición de los parámetros eléctricos: Para la medición de los
parámetros eléctricos se utilizó una pinza amperimetrica la cual
entrega mediciones de corriente, voltaje.
Ciclo de trabajo de los equipos: El ciclo de trabajo de los
equipos del acueducto es de 12 horas. La operación del acueducto
inicia a las 7 am y finaliza a las 7 pm.
La operación de los motores eléctricos de las dos estaciones de
bombeo se realiza de manera manual en forma secuencial, el motor
eléctrico No 1 de cada una de las estaciones de bombeo opera de
(07:00 – 13:00) y el motor eléctrico No 2 de cada una de las
estaciones de bombeo opera de (13:00 – 19:00).
La metodología planteada inicialmente para el análisis de
cargas, sería la medición de parameras sobre los tableros
totalizadores de cada una de las áreas del acueducto, estación de
bombeo No 1, estación de bombeo No 2 y la planta de tratamiento.
Dichas mediciones se realizaron el día de la visita cuando los
equipos estaban operando. Pero para el análisis de la factibilidad
del proyecto se tendrán en cuenta las cargas nominales de los
equipos para determinar el consumo de energía eléctrica y
dimensionar la capacidad de planta de energía solar fotovoltaica.
Al contar con los datos de los consumos nominales de energía
eléctrica de los equipos, se establecerá si la instalación solar
diseñada se adecua al requerimiento de energía y al área
establecida para instalar los paneles solares.
A continuación, se caracterizaron las cargas, los tiempos de
operación y los consumos de energía mensual de los equipos
principales de las estaciones de bombeo y de la planta de
tratamiento de agua.
El análisis de las cargas eléctricas de la estación de bombeo No
1, se detalla en la tabla No 9, en esta se observan las potencias
nominales, así como las horas de uso de cada uno de los
equipos.
Tabla 9 Análisis de las cargas eléctricas de la estación de
bombeo No 1.
Cantidad Potencia
nominal equipo [W]
Horas de uso [h]
Consumo de energía mes
[kWh] Motor eléctrico No 1 1 40.500,0 6,00 7.290,0 Motor
eléctrico No 2 1 40.500,0 6,00 7.290,0 Luminarias interiores 2 32,0
0,33 0,6 Consumo promedio de energía eléctrica mes 14.580,6 Consumo
promedio de energía eléctrica día 486,0 Consumo promedio de energía
eléctrica hora 40,5 Fuente: Elaboración propia
Debido a que la estación de bombeo No1 cuenta con dos motores
eléctricos de 60 HP y con solo 2 luminarias, las distribuciones de
los consumos de energía se concentran en los dos motores, como se
observa en la Ilustriación 1.
El análisis de las cargas eléctricas de la estación de bombeo No
2, ilustración2. se detalla en la tabla No 10, en esta se observan
las potencias nominales, así como las horas de uso de cada uno de
los equipos.
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Ilustración 1 Gráfico del consumo de energía eléctrica de los
equipos principales estación de bombeo No1
Fuente: elaboración propia.
Tabla 10 Análisis de las cargas eléctricas de la estación de
bombeo No 2.
Cantidad
Potencia nominal equipo
[W]
Horas de uso [h]
Consumo de energía mes
[kWh] Motor eléctrico No 1 1 32.487,0 6,00 5.847,7 Motor
eléctrico No 2 1 32.487,0 6,00 5.847,7 Luminarias interiores 2 32,0
0,33 0,6 Consumo promedio de energía eléctrica mes 11.696,0 Consumo
promedio de energía eléctrica día 389,9 Consumo promedio de energía
eléctrica hora 32,5 Fuente: Elaboración propia
Ilustración 2 Gráfico del consumo de energía eléctrica de los
equipos principales estación de
bombeo No 2
Fuente: elaboración propia.
Debido a que la estación de bombeo No2 cuenta con dos motores
eléctricos de 60 HP y con solo 2 luminarias, las distribuciones de
los consumos de energía se concentran en los dos motores.
El análisis de las cargas eléctricas de la planta de
tratamiento, ilustración 3, se detalla en la tabla No 11, en esta
se observan las potencias nominales, así como las horas de uso de
cada uno de los equipos.
Consumo de energía eléctrica de los equipos principales estación
de bombeo No1
Motor eléctrico No 1
Motor eléctrico No 2
Luminarias interiores
Consumo de energía eléctrica de los equipos principales estación
de bombeo No 2
Motor eléctrico No 1
Motor eléctrico No 2
Luminarias interiores
-
Tabla 11 Análisis de las cargas eléctricas de la planta de
tratamiento de agua.
Cantidad
Potencia nominal equipo
[W]
Horas de uso [h]
Consumo de energía mes
[kWh] Bomba sumergible 1 20.357,6 12,00 7.328,7 Computador 1
65,0 12,00 23,4 Portátil 2 45,0 12,00 32,4 Luminarias interiores 4
32,0 12,00 46,1 Luminarias exteriores 8 90,0 12,00 259,2 Consumo
promedio de energía eléctrica mes 7.689,8 Consumo promedio de
energía eléctrica día 256,3 Consumo promedio de energía eléctrica
hora 21,4 Fuente: Elaboración propia
Ilustración 3 Gráfico del consumo de energía eléctrica de los
equipos principales planta de tratamiento.
Fuente: elaboración propia.
Al contar con más equipos en la planta de tratamiento, se puede
observar que las distribuciones de los consumos de energía son más
que en los casos de las estaciones de bombeo.
3.2.2. Análisis y conclusiones respectivas de los equipos.
Al realizar el análisis de la tabla 12, se determinó que algunos
elementos de iluminación pueden ser cambiados para reducir el
consumo de energía eléctrica mensual del acueducto, el ahorro
proyectado al cambiar las luminarias sería del 0,34 % de la energía
eléctrica mensual.
Tabla 12 Ahorro energético por cambio de equipos. Comparación en
el consumo [kWh mes]
Consumo energía habitual 33.946,3 Consumo de energía con cambio
de luminarias 33.830,4 Ahorro energético 0,34% Fuente: Elaboración
propia
Consumo de energía eléctrica de los equipos principales de la
planta de tratamiento de guas
Bomba sumergible
Computador
Portátil
Luminarias interiores
Luminarias exteriores
-
3.3. Equipos que pueden ser cambiados para lograr que el consumo
de energía sea menor al actual, haciendo uso eficiente de la
energía eléctrica.
La recomendación que se realiza, es el cambio de las luminarias,
dichas luminarias pueden ser cambiadas por luminarias tipo led,
como se muestra a continuación en la tabla No 13, en la tabla se
incluyeron las cantidades y las potencias de los equipos a
cambiar.
Tabla 13 Recomendaciones técnicas. Cambio de luminarias
Luminarias existentes Cantidad Potencia equipo [W] Tubo
fluorescente T8 6 32 Luminarias exteriores 8 90 Luminarias para
cambio Cantidad Potencia equipo [W] Costo equipo Tubo LED T8 en
vidrio2 6 18 $7,200.00 Reflector LED streetlight solar3 8 50
$82,000.00 Fuente: Elaboración propia
3.4. Identificar que tecnología de células fotovoltaicas es más
adecuada para ser implementada en el proyecto
3.4.1. Referencias reglamentarias y normativas técnicas que
aplican al proyecto.
3.4.1.1. Normatividad legal.
En Colombia varias instituciones han generado un marco político
legal, que permite la generación de energía eléctrica por medio de
paneles solares fotovoltaicos a usuarios regulados residenciales.
La información fue recolectada de la página web del senado y de la
CREG (comisión de regulación de energía y gas).
~ La ley 143 de 1994, establece el régimen para la generación,
interconexión, transmisión, distribución y comercialización de
electricidad en Colombia y define a un autogenerador como a aquel
generador que produce energía eléctrica para satisfacer su
requerimiento de energía eléctrica.4
~ La Ley 142 de 1994, en el artículo 74 en el literal b, da a la
CREG la facultad de crear las regulaciones para la autogeneración y
cogeneración de electricidad.5
~ La Ley 1715 de 2014, promueve el uso de fuentes de no
convencionales de energía, como las energías renovables, en el
sistema eléctrico. Autoriza la entrega de los excedentes de energía
eléctrica de los autogeneradores a la red.
~ La Ley 1715 también establece que se deben dar incentivos
tributarios, a aquellas empresas que hagan uso de la energía solar,
entre los incentivos está el de ser excluidos del IVA en la compra
de equipos.6
2 bioled. Tubo LED T8 en vidrio. Características generales.
Lugar de publicación: Colombia. 2020. [Consultado: 15 febrero de
2020]. Disponible en:
https://bioled.com.co/producto/tubo-led-t8-vidrio/ . 3 Bioled.
Reflector LED streetlight solar. Características generales. Lugar
de publicación: Colombia. 2020. [Consultado: 15 febrero de 2020].
Disponible en:
https://bioled.com.co/producto/reflector-led-streetlight-solar/ 4
COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPÚBLICA. LEY 143 DE 1994 (Julio 11). Por
la cual se establece el régimen para la generación, interconexión,
trasmisión, distribución y comercialización de electricidad en el
territorio nacional, se conceden unas autorizaciones y se dictan
otras disposiciones en materia energética. [en línea]. Diario
Oficial. Bogotá, D.C., 1994. Capítulo 2. [Consultado: junio 20 de
2019]. Disponible en Internet:
https://www.funcionpublica.gov.co/eva/gestornormativo/norma.php?i=4631
5 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPÚBLICA. LEY 142 DE 1994 (Julio 11).
Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos
domiciliarios y se dictan otras disposiciones. [en línea]. Diario
Oficial. Bogotá, D.C., 1994. Artículo 74. [Consultado: junio 20 de
2019]. Disponible en Internet:
https://www.funcionpublica.gov.co/eva/gestornormativo/norma.php?i=2752
6 COLOMBIA. Ministerio de Minas y Energía. COMISIÓN DE REGULACIÓN
DE ENERGÍA Y GAS. RESOLUCIÓN No. 030 DE 2018. Por la cual se
regulan las actividades de autogeneración a pequeña escala y de
generación distribuida en el
-
~ La resolución no. 030 de 2018, regula las actividades de
autogeneración a pequeña escala y la de generación distribuida en
el Sistema Interconectado Nacional. Esta resolución regula aspectos
operativos y comerciales para permitir la integración de la
autogeneración a pequeña escala y de la generación distribuida al
Sistema Interconectado Nacional, SIN.7
3.4.1.2. Normatividad técnica.
Para la elaboración de la propuesta se tuvo en cuenta la
normatividad técnica colombiana, como lo es el reglamento técnico
de instalaciones eléctricas RETIE8 y la norma técnica colombiana
NTC 20509. También se consultó la norma internacional IEC 6254810 y
la norma internacional IEC 61724-111.
El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas establece que
elementos de los sistemas solares fotovoltaicos deben contar con un
certificado de conformidad, y que la instalación eléctrica debe de
realizarse con lo establecido en la sección 690 de la NTC 2050 por
un profesional.
Los estándares internacionales consultados, se usaron como
referencia para el diseño de las cadenas de paneles, las
características eléctricas del sistema y la metodología para la
medición de eficiencia de una instalación solar fotovoltaica.
3.4.2. Especificaciones técnicas de los paneles solares e
inversor más adecuadas.
Las Especificación materiales estación de bombeo No1, se
detallan de la tabla No 14, en esta se listan las características
técnicas de los paneles solares y de los inversores.
Tabla 14 Especificación de los materiales de estación de bombeo
No1 Elementos para la instalación solar
Elemento Descripción
Panel solar JKM345M-72
Cell Type Mono-crystalline 156×156mm (6 inch) No.of cells 72
(6×12) Dimensions 1956×992×40mm (77.01×39.05×1.57 inch) Weight 26.5
kg (58.4 lbs) Front Glass 4.0mm, Anti-Reflection Coating, High
Transmission, Low Iron, Tempered Glass Frame Anodized Aluminium
Alloy Junction Box IP67 Rated Output Cables TÜV 1×4.0mm,
Length:900mm or Customized Length
Inversor CPS SCA50KTL-DO/US-A
Propiedades eléctricas de corriente continua Corriente máxima de
entrada 180A Voltaje de arranque 330V Voltaje de entrada de CC
máximo 1000 V Potencia máxima de seguimiento de voltaje 480V – 850V
Número de MPPTs 3
Sistema Interconectado Nacional. [en línea]. Diario Oficial.
Bogotá, D.C., 01/marzo/2018. [Consultado: junio 10 de 2019].
Disponible en Internet:
http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/1c09d18d2d5ffb5b05256eee00709c02/83b41035c2c4474f05258243005a1191?OpenDocument.
7 COLOMBIA. Ministerio de Minas y Energía. COMISIÓN DE REGULACIÓN
DE ENERGÍA Y GAS. RESOLUCIÓN No. 030 DE 2018. Por la cual se
regulan las actividades de autogeneración a pequeña escala y de
generación distribuida en el Sistema Interconectado Nacional. [en
línea]. Diario Oficial. Bogotá, D.C., 01/marzo/2018. [Consultado:
junio 10 de 2019]. Disponible en Internet:
http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/1c09d18d2d5ffb5b05256eee00709c02/83b41035c2c4474f05258243005a1191?OpenDocument.
8 Ministerio de minas y energía. Reglamento Técnico de
Instalaciones Eléctricas – RETIE. [Consultado: 15 de febrero de
2020]. Disponible en:
https://www.minenergia.gov.co/documents/10180/1179442/Anexo+General+del+RETIE+vigente+actualizado+a+2015-1.pdf/57874c58-e61e-4104-8b8c-b64dbabedb13
. 9 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Código
eléctrico colombiano, NTC-ISO 9001. Bogotá D.C. SECCIÓN 690.
Sistemas solares fotovoltaicos. 10 IEC INTERNATIONAL STARDARD.
Photovoltaic (PV) arrays - desing requirements. IEC 62548. 2017.
Pag 16. [Consultado: 15-de febrero de 2020]. 11 IEC INTERNATIONAL
STARDARD. Photovoltaic (PV) arrays - desing requirements. IEC
61724-1. Edicion 1 2017. Pag 26. [Consultado: 15-de febrero de
2020].
-
Tabla 14 Especificación de los materiales de estación de bombeo
No1 Elementos para la instalación solar
Elemento Descripción Corriente máxima por MPPT 36A Rango de
Voltaje de Operación 200V – 950V Propiedades eléctricas de ca
Potencia nominal de salida 50000W Voltaje de utilidad compatible
480 V Eficiencia máxima 98.8% Eficiencia ponderada 98.5% Corriente
máxima de salida 60.2A
Conectores MC4
Insulation material PPO Rated Voltage TUV 1000 DC/ UL 600V DC
Rated Current 20A-120A Test voltage 6KV(50Hz,1Min) Contact material
copper, tin plated Contact resistance less than 0.5 m ohm Degree of
protection IP67
Pin dimension 4.0 MM Compatible Solar cable 2.5/4.0 /6.0 mm²
(14/12/10 AWG)
Cableado ExZhellent SOLAR
SECCIÓN 1x1,5 mm2 a 1x25 mm RADIO MÍNIMO CURVATURA 32 mm
RESISTENCIA MAX DEL CONDUCTOR 1,96 Ohm/km
Soportes
Fijación de la Estructura: Horizontal Sobre Superficie plana
Material de la Estructura: Aluminio EN AW 6005A T6. Tornillería
Acero Inoxidable Compatibilidad de los Paneles Solares: Para todos
los paneles solares. Adjuntar medidas del panel en el pedido.
Fuente: Elaboración propia
Las Especificación materiales estación de bombeo No2, se
detallan de la tabla No 15, en esta se listan las características
técnicas de los paneles solares y de los inversores.
Tabla 15 Especificación materiales estación de bombeo No2
Elementos para la instalación solar
Elemento Descripción
Panel solar JKM345M-72
Cell Type Mono-crystalline 156×156mm (6 inch) No.of cells 72
(6×12) Dimensions 1956×992×40mm (77.01×39.05×1.57 inch) Weight 26.5
kg (58.4 lbs)
Front Glass 4.0mm, Anti-Reflection Coating, High Transmission,
Low Iron, Tempered Glass
Frame Anodized Aluminium Alloy Junction Box IP67 Rated Output
Cables TÜV 1×4.0mm, Length:900mm or Customized Length
Inversor CPS SCA23 KTL-DO/US
Entrada de CC Potencia fotovoltaica máxima 31kW (15.5kW per
MPPT) Tensión máxima de entrada de CC 1000Vdc Rango operativo de
tensión de entrada de CC 240-950Vdc Tensión/Potencia de arranque de
entrada de CC 900V / 250W Número de MPPTs 2 Rango de tensión de los
MPPTs @ PF>0.991 480-800Vdc Salida de CA Potencia nominal de
salida de CA @ FP>0.99 a ±0.912 23kW Tensión nominal de salida
480Vac Rango de tensión de salida 422 - 528Vac Tipo de conexión de
red 3Φ / PE / N Frecuencia nominal de salida 60Hz
Conectores MC4
Insulation material PPO Rated Voltage TUV 1000 DC/ UL 600V DC
Rated Current 20A-30A Test voltage 6KV(50Hz,1Min) Contact material
copper, tin plated Contact resistance less than 0.5 m ohm Degree of
protection IP67 Pin dimension 4.0 MM Compatible Solar cable 2.5/4.0
/6.0 mm² (14/12/10 AWG)
-
Tabla 15 Especificación materiales estación de bombeo No2
Elementos para la instalación solar
Elemento Descripción
Cableado ExZhellent SOLAR
SECCIÓN 1x1,5 mm2 a 1x25 mm DIÁMETRO EXTERIOR 8,0 mm RADIO
MÍNIMO CURVATURA 32 mm RESISTENCIA MAX DEL CONDUCTOR 1,96
Ohm/km
Soportes
Fijación de la Estructura: Horizontal Sobre Superficie plana
Material de la Estructura: Aluminio EN AW 6005A T6. Tornillería
Acero Inoxidable Compatibilidad de los Paneles Solares: Para todos
los paneles solares. Adjuntar medidas del panel en el pedido.
Fuente: Elaboración propia
Las especificaciones de los materiales de la planta de
tratamiento de aguas, se detallan de la tabla No 16, en esta se
listan las características técnicas de los paneles solares y de los
inversores.
Tabla 16 Especificación de los materiales de la planta de
tratamiento de aguas Elementos para la instalación solar
Elemento Descripción
Panel solar JKM345M-72
Cell Type Mono-crystalline 156×156mm (6 inch) No.of cells 72
(6×12)
Dimensions 1956×992×40mm (77.01×39.05×1.57 inch)
Weight 26.5 kg (58.4 lbs)
Front Glass
4.0mm, Anti-Reflection Coating, High Transmission, Low Iron,
Tempered Glass
Frame Anodized Aluminium Alloy Junction Box IP67 Rated
Output Cables TÜV 1×4.0mm, Length:900mm or Customized Length
Inversor CPS SCA14KTL-DO/US-A 208
Entrada de CC Potencia fotovoltaica máxima 14.6kW Tensión máxima
de entrada de CC 600Vdc Rango operativo de tensión de entrada de CC
180-580Vdc Tensión/Potencia de arranque de entrada de CC 300V /
100W Número de MPPTs 2 Rango de tensión de los MPPTs @ PF>0.991
300-540Vdc Salida de CA Potencia nominal de salida de CA @
FP>0.99 a ±0.912 14kW Tensión nominal de salida 208Vac Rango de
tensión de salida 183-228Vac Tipo de conexión de red 3Φ/ PE/ N
Corriente máxima de salida de CA @ 480Vca 39A Frecuencia nominal de
salida 60Hz
Conectores MC4
Insulation material PPO Rated Voltage TUV 1000 DC/ UL 600V DC
Rated Current 20A-30A Test voltage 6KV(50Hz,1Min) Contact material
copper, tin plated Contact resistance less than 0.5 m ohm Degree of
protection IP67 Pin dimension 4.0 MM Compatible Solar cable 2.5/4.0
/6.0 mm² (14/12/10 AWG)
Cableado ExZhellent SOLAR
SECCIÓN 1x1,5 mm2 a 1x25 mm DIÁMETRO EXTERIOR 8,0 mm RADIO
MÍNIMO CURVATURA 32 mm RESISTENCIA MAX DEL CONDUCTOR 1,96
Ohm/km
Soportes
Fijación de la Estructura: Horizontal Sobre Superficie plana
Material de la Estructura: Aluminio EN AW 6005A T6. Tornillería
Acero Inoxidable Compatibilidad de los Paneles Solares: Para todos
los paneles solares. Adjuntar medidas del panel en el pedido.
Fuente: Elaboración propia
3.4.3. Información de la radiación solar disponible.
Datos ambientales
La información de la irradiación solar fue tomada de la base de
datos del programa PvSyst, en la tabla No 17, se listan por mes los
datos de la radiación solar del municipio de Güepsa.
-
Tabla 17 Datos ambientales Meteo and incident energy GlobHor
DiffHor T Amb WindVel GlobInc DifSInc Alb Inc DifS/Gl kWh/m² kWh/m²
°C m/s kWh/m² kWh/m² kWh/m²
Enero 165.2 53.90 20.60 3.6 190.2 54.87 2.213 0.289 Febrero
150.9 55.40 21.70 3.6 159.1 54.08 2.022 0.340 Marzo 166.2 68.20
21.70 3.6 158.6 63.83 2.227 0.402 Abril 155.1 68.39 21.40 3.5 134.1
61.77 2.078 0.461 Mayo 162.8 66.00 21.00 3.1 126.6 57.43 2.181
0.454 Junio 161.7 60.31 20.90 3.1 117.8 50.91 2.166 0.432 Julio
177.3 60.80 20.00 3.7 130.4 51.21 2.375 0.393 Agosto 177.3 64.80
21.30 3.7 143.1 56.67 2.375 0.396 Septiembre 168.9 64.80 21.10 3.5
153.0 59.44 2.263 0.388 Octubre 158.7 64.50 20.40 3.2 160.8 61.81
2.126 0.384 Noviembre 149.7 56.70 20.20 3.2 166.1 56.48 2.006 0.340
Diciembre 154.4 54.30 20.10 3.2 179.9 55.42 2.069 0.308 Año 1948.2
738.10 20.86 3.4 1819.8 683.93 26.101 0.376 Fuente: Elaboración
propia
3.5. Resultados de las simulaciones.
3.5.1. Resultados simulación Estación de bombeo no1.
Para la realización de la simulación de los tres sistemas de
generación solar fotovoltaica se hizo uso del programa PVsyst, en
la tabla No 18 están los datos que se parametrizaron inicialmente
en el software, como la localización geográfica y la irradiancia
del municipio de Güepsa.
Tabla 18 información de localización Project Güepsa Location
Güepsa, Santander, Colombia Geographical coordinates 6.025848°,
-73.577499° (06°01'33", -73°34'39") Time zone UTC-05,
America/Bogota Elevation 1569 m Fuente: Elaboración propia
Ilustración 4 Datos generales simulación software PvSyst.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
Para la simulación se tuvieron en cuenta aspectos como la
inclinación y el azimut de los paneles solares. Para la
localización geográfica del acueducto la inclinación de los paneles
será de 8°.
-
Ilustración 5 Inclinación de los paneles del SSFV de la estación
de bombeo No1.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
Resultados simulación
En el informe de resultados del software da un resumen del
sistema, como el número de paneles en cada cadena y la
configuración. Como se observa en la ilustración No 6 el sistema se
simulo con 180 paneles distribuidos en 15 cadenas de paneles cada
una de ellas constituida por 12 paneles en serie. Todos los paneles
solares serán conectados a un inversor cuya capacidad es de 50 kW.
Los elementos simulados existen actualmente y se consiguen en el
mercado nacional, por este motivo se eligieron para el desarrollo
de la propuesta.
Ilustración 6 Configuración del SSFV de la estación de bombeo
No1 para la simulación.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
-
Ilustración 7 Cuadro resumen del resultado de la simulación del
SSFV de la estación de bombeo No1
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
En la tabla No 19 se muestran los resultados de la simulación
del sistema solar fotovoltaico, en la tabla se detallan por mes las
características de salida del sistema, en la columna llamada como
E_ Grid podemos observar la energía eléctrica que el sistema
aportara al acueducto mes a mes.
Tabla 19 Resultados de la simulación de la estación de bombeo No
1
Balances and main results; GlobHor T Amb GlobInc GlobEff EArray
E_Grid EffArrR EffSysR kWh/m² °C kWh/m² kWh/m² kWh kWh % %
Enero 165.2 20.60 175.7 170.4 9102 8623 14.83 14.05 Febrero
150.9 21.70 156.4 151.9 8151 7724 14.92 14.14 Marzo 166.2 21.70
167.5 162.3 8699 8243 14.87 14.09 Abril 155.1 21.40 152.4 147.4
7948 7526 14.94 14.14 Mayo 162.8 21.00 156.0 150.5 8241 7811 15.13
14.34 Junio 161.7 20.90 152.6 147.1 8042 7622 15.08 14.30 Julio
177.3 20.00 167.9 162.1 8885 8431 15.15 14.38 Agosto 177.3 21.30
171.5 166.0 8979 8515 14.99 14.21 Septiembre 168.9 21.10 168.0
163.0 8794 8339 14.98 14.21 Octubre 158.7 20.40 162.6 157.7 8549
8113 15.06 14.29 Noviembre 149.7 20.20 157.4 152.7 8228 7814 14.96
14.21 Diciembre 154.4 20.10 164.8 159.8 8710 8259 15.13 14.35 Año
1948.2 20.86 1952.9 1890.9 102328 97020 15.00 14.22 Fuente:
Elaboración propia
En la tabla No 20 es posible ver la proyección de generación de
energía eléctrica del sistema solar de la estación de bombeo No1,
esta energía eléctrica será la que se suministre en el barraje
principal de conexión.
Tabla 20 Proyección de generación de energía eléctrica mensual
estacion de bombeo No 1
Generación de energía eléctrica mensual
E_Grid kWh
Enero 8.623,0 Febrero 7.724,0 Marzo 8.243,0 Abril 7.526,0 Mayo
7.811,0 Junio 7.622,0 Julio 8.431,0 Agosto 8.515,0 Septiembre
8.339,0 Octubre 8.113,0 Noviembre 7.814,0 Diciembre 8.259,0 Año
97.020,0 Fuente: Elaboración propia
-
En la gráfica de la ilustración No 8 es posible observar las
variaciones mensuales en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la estación de bombeo No 1, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área. Ilustración 8 Proyección mensual de
generación de energía eléctrica del SSFV de la estación de bombeo
No 1
Fuente: Elaboración propia
En la gráfica de la ilustración No 9 es posible observar las
variaciones diarias en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la estación de bombeo No 1, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área. Ilustración 9 Proyección diaria de
generación de energía eléctrica del SSFV de la estación de bombeo
No 1
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
8.62
3,0
7.72
4,0 8
.243
,0
7.52
6,0
7.81
1,0
7.62
2,0
8.43
1,0
8.51
5,0
8.33
9,0
8.11
3,0
7.81
4,0 8.
259,
0
6.800,07.000,07.200,07.400,07.600,07.800,08.000,08.200,08.400,08.600,08.800,0
ENER
O
F EBR
ERO
MAR
ZOAB
R IL
MAY
O
JUN I
OJU
L IO
AGOS
TO
S EP T
I EM
BRE
OCTU
BRE
NOV I
EMBR
E
D IC I
EMBR
E
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MENSUAL GRID KWH
-
3.5.2. Resultados simulación Estación de bombeo no 2
Para la simulación se tuvieron en cuenta aspectos como la
inclinación y el azimut de los paneles solares. En la ilustración
No 10 se observa que para la localización geográfica del acueducto
la inclinación de los paneles será de 8°.
Ilustración 10 Inclinación de los paneles del SSFV de la
estación de bombeo No2.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
Resultados simulación
En el informe de resultados del software da un resumen del
sistema, como el número de paneles en cada cadena y la
configuración. Como se observa en la ilustración No 11 el sistema
se simulo con 60 paneles distribuidos en 6 cadenas de paneles cada
una de ellas constituida por 10 paneles en serie. Todos los paneles
solares serán conectados a un inversor cuya capacidad es de 23 kW.
Los elementos simulados existen actualmente y se consiguen en el
mercado nacional, por este motivo se eligieron para el desarrollo
de la propuesta.
Ilustración 11 Configuración del SSFV de la estación de bombeo
No 2 para la simulación.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
-
Ilustración 12 Cuadro resumen del resultado de la simulación del
SSFV de la estación de bombeo
No2.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
En la tabla No 21 se muestran los resultados de la simulación
del sistema solar fotovoltaico, en la tabla se detallan por mes las
características de salida del sistema, en la columna llamada como
E_ Grid podemos observar la energía eléctrica que el sistema
aportara al acueducto mes a mes.
Tabla 21 Resultados de la simulación de la estación de bombeo No
2 Balances y resultados
principales GlobHor DiffHor T Amb GlobInc GlobEff EArray E_Grid
PR kWh/m² kWh/m² °C kWh/m² kWh/m² kWh kWh
Enero 165.2 53.90 20.63 177.0 171.8 3.121,0 3.010,0 0.822
Febrero 150.9 55.40 21.73 157.9 153.1 2.774,0 2.676,0 0.819 Marzo
166.2 68.20 21.71 168.3 162.9 2.950,0 2.844,0 0.816 Abril 155.1
68.40 21.44 152.2 146.9 2.706,0 2.608,0 0.828 Mayo 162.8 66.00
21.04 155.9 150.2 2.779,0 2.680,0 0.831 Junio 161.7 60.30 20.89
152.6 146.7 2.722,0 2.623,0 0.831 Julio 177.3 60.80 20.94 168.0
161.7 2.978,0 2.871,0 0.826
Agosto 177.3 64.80 21.27 172.0 166.1 3.024,0 2.914,0 0.819
Septiembre 168.9 64.80 21.05 169.1 163.9 2.938,0 2.832,0 0.809
Octubre 158.7 64.50 20.42 163.4 158.2 2.886,0 2.785,0 0.823
Noviembre 149.7 56.70 20.19 158.9 153.7 2.832,0 2.734,0 0.831
Diciembre 154.4 54.30 20.10 165.7 160.6 2.930,0 2.826,0 0.824
Año 1948.2 738.10 20.95 1960.7 1895.9 34.640,0 33.403,0 0.823
Fuente: Elaboración propia
En la tabla No 22 es posible ver la proyección de generación de
energía eléctrica del sistema solar de la estación de bombeo No2,
esta energía eléctrica será la que se suministre en el barraje
principal de conexión.
Tabla 22 Proyección de generación de energía eléctrica mensual
estación de bombeo No 2
Utilización de Energía y necesidades del Usuario
E_Grid kWh
Enero 3.010,0 Febrero 2.676,0 Marzo 2.844,0 Abril 2.608,0 Mayo
2.680,0 Junio 2.623,0 Julio 2.871,0
Agosto 2.914,0 Septiembre 2.832,0
Octubre 2.785,0 Noviembre 2.734,0 Diciembre 2.826,0
Año 33.403,0 Fuente: Elaboración propia
-
En la gráfica de la ilustración No 13 es posible observar las
variaciones mensuales en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la estación de bombeo No 2, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área.
Ilustración 13 Proyección mensual de generación de energía
eléctrica del SSFV de la estación de bombeo No 2
Fuente: Elaboración propia
En la gráfica de la ilustración No 14 es posible observar las
variaciones diarias en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la estación de bombeo No 2, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área.
Ilustración 14 Proyección diaria de generación de energía
eléctrica del SSFV de la estación de bombeo No 2
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
3.5.3. Resultados simulación planta de tratamiento de aguas
Para la simulación se tuvieron en cuenta aspectos como la
inclinación y el azimut de los paneles solares. En la ilustración
No 15 se observa que para la localización geográfica del acueducto
la inclinación de los paneles será de 25°.
3.01
0,0
2.67
6,0
2.84
4,0
2.60
8,0
2.68
0,0
2.62
3,0
2.87
1,0
2.91
4,0
2.83
2,0
2.78
5,0
2.73
4,0
2.82
6,0
2.400,02.600,02.800,03.000,03.200,0
E NE RO
F EB R
E RO
MAR
ZO
A BR IL
MA YO
J UN IO
J UL IO
AGO S
TO
S EP TI EMB R
E
O CT U
B RE
NOV IEM
B RE
D IC IEM
B RE
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MENSUAL E_GRID KWH
-
Ilustración 15 Inclinación de los paneles del SSFV de la planta
de tratamiento de aguas.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
Resultados simulación
En el informe de resultados del software da un resumen del
sistema, como el número de paneles en cada cadena y la
configuración. Como se observa en la ilustración No 16 el sistema
se simulo con 45 paneles distribuidos en 5 cadenas de paneles cada
una de ellas constituida por 9 paneles en serie. Todos los paneles
solares serán conectados a un inversor cuya capacidad es de 14 kW.
Los elementos simulados existen actualmente y se consiguen en el
mercado nacional, por este motivo se eligieron para el desarrollo
de la propuesta.
Ilustración 16 Configuración del SSFV de la planta de
tratamiento para la simulación.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
-
Ilustración 17 Cuadro resumen del resultado de la simulación del
SSFV de la planta de tratamiento.
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
En la tabla No 23 se muestran los resultados de la simulación
del sistema solar fotovoltaico, en la tabla se detallan por mes las
características de salida del sistema, en la columna llamada como
E_ Grid podemos observar la energía eléctrica que el sistema
aportara al acueducto mes a mes.
Tabla 23 Resultados de la simulación de la planta de tratamiento
de aguas Balances y resultados
principales GlobHor DiffHor T Amb GlobInc GlobEff EArray E_Grid
PR kWh/m² kWh/m² °C kWh/m² kWh/m² kWh kWh
Enero 165.2 53.90 20.63 192.4 187.9 2516 2420 0.810 Febrero
150.9 55.40 21.73 164.2 159.9 2156 2074 0.813 Marzo 166.2 68.20
21.71 164.3 159.0 2168 2085 0.817 Abril 155.1 68.40 21.44 138.6
133.2 1859 1788 0.831 Mayo 162.8 66.00 21.04 133.8 128.0 1803 1733
0.834 Junio 161.7 60.30 20.89 126.3 120.7 1705 1637 0.835 Julio
177.3 60.80 20.94 140.2 134.1 1884 1809 0.832 Agosto 177.3 64.80
21.27 152.1 146.0 2024 1945 0.824 Septiembre 168.9 64.80 21.05
161.0 155.8 2114 2031 0.813 Octubre 158.7 64.50 20.42 165.1 160.3
2181 2098 0.819 Noviembre 149.7 56.70 20.19 170.0 165.4 2255 2171
0.822 Diciembre 154.4 54.30 20.10 180.9 176.6 2358 2268 0.808 Año
1948.2 738.10 20.95 1888.9 1826.9 25022 24058 0.820 Fuente:
Elaboración propia
En la tabla No 24 es posible ver la proyección de generación de
energía eléctrica del sistema solar de la planta de tratamiento de
aguas, esta energía eléctrica será la que se suministre en el
barraje principal de conexión.
Tabla 24 Proyección de generación de energía eléctrica mensual
planta de tratamiento de aguas
Utilización de Energía y necesidades del Usuario
E_Grid kWh
Enero 2.420,0 Febrero 2.074,0 Marzo 2.085,0 Abril 1.788,0 Mayo
1.733,0 Junio 1.637,0 Julio 1.809,0 Agosto 1.945,0 Septiembre
2.031,0 Octubre 2.098,0 Noviembre 2.171,0 Diciembre 2.268,0 Año
24.058,0 Fuente: Elaboración propia
-
En la gráfica de la ilustración No 18 es posible observar las
variaciones mensuales en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la planta de tratamiento, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área.
Ilustración 18 Proyección mensual de generación de energía
eléctrica del SSFV de la planta de tratamiento de aguas
Fuente: Elaboración propia
En la gráfica de la ilustración No 19 es posible observar las
variaciones diarias en la generación de energía eléctrica del
sistema solar fotovoltaico de la planta de tratamiento, estas
variaciones se generarían a consecuencia de las variaciones de la
radiación solar del área.
Ilustración 19 Proyección diaria de generación de energía
eléctrica del SSFV de la planta de tratamiento de aguas
Fuente: Tomado de las simulaciones del software PvSyst.
3.6. Cuantificación de los costos de los elementos que conforman
el sistema de generación de energía solar fotovoltaico
3.6.1. Costos de los elementos del SSFV
Para la instalación solar fotovoltaica se definieron los
siguientes elementos con sus respectivos precios del mercado
actual.
En la tabla No 25 se listan los elementos con sus respectivos
precios, de la instalación solar fotovoltaica de la estación de
bombeo no 1.
0,0
1.000,0
2.000,0
3.000,0
E NE RO
F EB R
E RO
MAR
ZO
A BR IL
MA YO
J UN IO
J UL IO
AGO S
TO
S EP TI EMB R
E
O CT U
B RE
NOV IEM
B RE
D IC IEM
B RE
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA MENSUAL E_GRID KWH
-
Tabla 25 Elementos instalación solar estación de bombeo No1
Elemento Potencia [W] Cantidad Unidad Costo Unidad Costo
total+IVA
PANEL SOLAR JKM345M-72 345 180 und $ 470.000 $ 100.674.000
INVERSOR CPS SCA50KTL-DO/US-A 50.000 1 und $ 20.200.000 $
24.038.000 TARJETA DE COMUNICACIÓN INVERSOR FLEX GATEWAY 1 und $
3.450.000 $ 4.105.500 CONECTORES MC4 SERIE 360 und $ 3.700 $
1.585.080 6MM2 CUSN ENERGYFLEX XLPE 1KV90C HFFR NE 381 m $ 3.638 $
1.649.433 CABLE DE COBRE DESNUDO NO. 4 AWG 50 m $ 7.150 $ 425.425
CABLE 8 AWG THHN/THWN-2 600 V 90°C TC 32 M $ 2.825 $ 107.576
SOPORTES ALUMINIO 677 m $ 56.250 $ 45.316.688 BASE ESTRUCTURA 110
und $ 11.000 $ 1.439.900 RETENEDORES PANELES 72 und $ 5.425 $
464.814 SEPARADORES PANELES 556 und $ 5.425 $ 3.589.397 SPT 1 und $
5.000.000 $ 5.950.000 TORNILLERIA 629 und $ 2.990 $ 2.239.112
TRANSFORMADOR 480 V -220V 1 und $ 452.000 $ 537.880 BREAKER
INDUSTRIAL MONOFASICO 15 AMP 3 und $ 30.000 $ 107.100 BREAKER
INDUSTRIAL TRIFÁSICO CHINT 100 AMP 2 und $ 155.000 $ 368.900
TABLERO ELECTRICO 3 und $ 250.000 $ 892.500 MEDIDOR BIDIRECCIONAL
ISKRA3F/2F/1F 208/120V 60HZ 1 und $ 1.756.990 $ 2.090.818 TUBERIA
IMC 3/4" 7 m $ 36.050 $ 300.297 TUBERIA IMC 1" 3 m $ 52.950 $
189.032 CEMENTO 400 kg $ 510 $ 242.760 VARILLA 3/8" CORRUGADA 230 m
$ 1.600 $ 437.920 ARENA 750 kg $ 600 $ 535.500 ESTACION
METERELOGICA 1 und $ 4.511.000 $ 5.368.090 $ 202.655.721 Fuente:
Elaboración propia En la tabla No 26 se listan los elementos con
sus respectivos precios, de la instalación solar fotovoltaica de la
estación de bombeo no 2.
Tabla 26 Elementos instalación solar estación de bombeo no 2
Elemento Potencia [W] Cantidad Unidad Costo Unidad Costo
total+IVA
PANEL SOLAR JKM345M-72 345 57 und $ 470.000 $ 31.880.100
INVERSOR CPS SCA23 KTL-DO/US 23.000 1 und $ 14.287.000 $ 17.001.530
TARJETA DE COMUNICACIÓN INVERSOR FLEX GATEWAY 1 und $ 3.450.000 $
4.105.500 CONECTORES MC4 SERIE 114 und $ 2.700 $ 366.282 4MM2 CUSN
ENERGYFLEX XLPE 1KV90C HFFR NE 153 m $ 2.962 $ 539.291 CABLE DE
COBRE DESNUDO NO. 4 AWG 50 m $ 7.150 $ 425.425 CABLE 4 AWG
THHN/THWN-2 600 V 90°C TC 32 m $ 6.820 $ 259.706 SOPORTES ALUMINIO
194 m $ 56.250 $ 12.985.875 BASE ESTRUCTURA 50 m $ 11.000 $ 654.500
RETENEDORES PANELES 52 und $ 5.425 $ 335.699 SEPARADORES PANELES
166 und $ 5.425 $ 1.071.655 SPT 1 und $ 2.000.000 $ 2.380.000
TORNILLERIA 219 und $ 2.990 $ 780.291 TRANSFORMADOR 480 V -220V 1
und $ 452.000 $ 537.880 BREAKER INDUSTRIAL MONOFASICO 15 AMP 3 und
$ 30.000 $ 107.100 BREAKER INDUSTRIAL TRIFÁSICO CHINT 40 AMP 2 und
$ 155.000 $ 368.900 TABLERO ELECTRICO 3 und $ 250.000 $ 892.500
MEDIDOR BIDIRECCIONAL ISKRA3F/2F/1F 208/120V 60HZ 1 und $ 1.756.990
$ 2.090.818 TUBERIA IMC 3/4" 4 m $ 36.050 $ 171.598 TUBERIA IMC 1"
3 m $ 52.950 $ 189.032 ESTACION METERELOGICA 1 und $ 4.511.000 $
5.368.090 $ 82.511.771
Fuente: Elaboración propia
En la tabla No 27 se listan los elementos con sus respectivos
precios, de la instalación solar fotovoltaica de la planta de
tratamiento de aguas del acueducto.
Tabla 27 Elementos instalación solar planta de tratamiento de
aguas Elemento Potencia [W] Cantidad Unidad Costo Unidad Costo
total+IVA
PANEL SOLAR JKM345M-72 345 45 und $ 470.000 $ 25.168.500
INVERSOR CPS SCA14KTL-DO/US-A 208 14.000 1 und $ 14.040.000 $
16.707.600 TARJETA DE COMUNICACIÓN INVERSOR FLEX GATEWAY 1 und $
3.450.000 $ 4.105.500 CONECTORES MC4 SERIE 90 und $ 2.700 $ 289.170
4MM2 CUSN ENERGYFLEX XLPE 1KV90C HFFR NE 140 m $ 2.962 $ 491.707
CABLE DE COBRE DESNUDO NO. 4 AWG 50 m $ 7.150 $ 425.425 CABLE 8 AWG
THHN/THWN-2 600 V 90°C TC 32 m $ 2.825 $ 107.576 SOPORTES ALUMINIO
184 m $ 56.250 $ 12.329.888 BASE ESTRUCTURA 77 und $ 11.000 $
1.007.930 RETENEDORES PANELES 24 und $ 5.425 $ 154.938
-
Tabla 27 Elementos instalación solar planta de tratamiento de
aguas Elemento Potencia [W] Cantidad Unidad Costo Unidad Costo
total+IVA
SEPARADORES PANELES 72 und $ 5.425 $ 464.814 SPT 1 und $
2.500.000 $ 2.975.000 TORNILLERIA 97 und $ 2.990 $ 346.203 BREAKER
INDUSTRIAL MONOFASICO 15 AMP 3 und $ 30.000 $ 107.100 BREAKER
INDUSTRIAL TRIFÁSICO CHINT 50 AMP 2 und $ 155.000 $ 368.900 TABLERO
ELECTRICO 3 und $ 250.000 $ 892.500 MEDIDOR BIDIRECCIONAL
ISKRA3F/2F/1F 208/120V 60HZ 1 und $ 1.756.990 $ 2.090.818 TUBERIA
IMC 3/4" 17 m $ 36.050 $ 729.292 TUBERIA IMC 1" 7 m $ 52.950 $
441.074 CEMENTO 600 kg $ 510 $ 364.140 VARILLA 3/8" CORRUGADA 250 m
$ 1.600 $ 476.000 ARENA 770 kg $ 600 $ 549.780 ESTACION
METERELOGICA 1 und $ 4.511.000 $ 5.368.090 $ 75.961.944
Fuente: Elaboración propia
También se definió el costo de la mano de obra que requeriría el
proyecto de ejecutarse, como se detalla en la tabla No 28, el
proyecto requeriría de un supervisor y cuatro técnicos.
Tabla 28 Gastos de la nómina del personal. Personal contratado
por la empresa
Cargo Cantidad Salario mensual Prestaciones Meses Total
Supervisor 1 $3.900.000 $1.716.000 4 $22.464.000 Técnico eléctrico
4 $1.900.000 $836.000 4 $43.776.000 Total $66.240.000 Fuente:
Elaboración propia
En la tabla No 29 se incluyeron los gastos de alojamiento y de
alimentación del personal que realizaría la instalación solar foto
voltaica.
Tabla 29 Gastos generales del personal Gastos personal
contratado por la empresa
Cargo Cantidad Gastos de alimentación Gastos de alojamiento
Meses Total Supervisor 1 $1.500.000 $1.800.000 4 $13.200.000
Técnico eléctrico 4 $1.500.000 $1.800.000 4 $13.200.000 Total
$26.400.000 Fuente: Elaboración propia
3.6.2. Proyección del ahorro energético y económico del
proyecto.
Para el cálculo del retorno de la inversión que tendría el
acueducto, se tomó en cuenta el costo de la energía eléctrica, el
consumo de energía eléctrica mensual y los costos y gastos del
proyecto, para finalmente calcular cual sería el periodo de tiempo
en el cual se recuperaría la inversión, estos datos se detallan en
la tabla No 30, de forma mensual.
Tabla 30 Cuadro resumen de los costos de energía eléctrica
mensual.
Consumo de energía eléctrica mensual
Proyección generación eléctrica
mensual. Diferencia
Pago por concepto de energía eléctrica
mensual con paneles
Pago por concepto de energía eléctrica mensual sin paneles
Ahorro
[kWh mes] [kWh mes] [kWh mes] COP COP COP Enero 33.966,4
14.053,0 19.913,4 $ 11.613.191,68 $ 19.808.679,24 $ 8.195.487,56
Febrero 33.966,4 12.474,0 21.492,4 $ 12.534.039,53 $ 19.808.679,24
$ 7.274.639,71 Marzo 33.966,4 13.172,0 20.794,4 $ 12.126.976,96 $
19.808.679,24 $ 7.681.702,28 Abril 33.966,4 11.922,0 22.044,4 $
12.855.957,21 $ 19.808.679,24 $ 6.952.722,03 Mayo 33.966,4 12.224,0
21.742,4 $ 12.679.835,58 $ 19.808.679,24 $ 7.128.843,66 Junio
33.966,4 11.882,0 22.084,4 $ 12.879.284,58 $ 19.808.679,24 $
6.929.394,66 Julio 33.966,4 13.111,0 20.855,4 $ 12.162.551,20 $
19.808.679,24 $ 7.646.128,05 Agosto 33.966,4 13.374,0 20.592,4 $
12.009.173,75 $ 19.808.679,24 $ 7.799.505,49 Septiembre 33.966,4
13.202,0 20.764,4 $ 12.109.481,43 $ 19.808.679,24 $ 7.699.197,81
Octubre 33.966,4 12.996,0 20.970,4 $ 12.229.617,38 $ 19.808.679,24
$ 7.579.061,86 Noviembre 33.966,4 12.719,0 21.247,4 $ 12.391.159,40
$ 19.808.679,24 $ 7.417.519,84 Diciembre 33.966,4 13.353,0 20.613,4
$ 12.021.420,62 $ 19.808.679,24 $ 7.787.258,62 407.597,0 154.482,0
253.115,0 $ 147.612.689,31 $ 237.704.150,90 $ 90.091.461,58 Nota:
Precio KWh en el municipio: 583,1842 COP
-
Tabla 30 Cuadro resumen de los costos de energía eléctrica
mensual.
Consumo de energía eléctrica mensual
Proyección generación eléctrica
mensual. Diferencia
Pago por concepto de energía eléctrica
mensual con paneles
Pago por concepto de energía eléctrica mensual sin paneles
Ahorro
[kWh mes] [kWh mes] [kWh mes] COP COP COP Fuente: Elaboración
propia
3.6.3. Curva de retorno de inversión
En la gráfica de la ilustración No 20 es posible observar que
los cuatro primeros años corresponden al pago del proyecto, y los
siguientes años se esperaría un ahorro acumulado de 1.697.953.77
COP. Este escenario no contempla los gastos de operación y
mantenimiento del sistema.
Ilustración 20 Curva del retorno de la inversión y el
ahorro.
Fuente: Elaboración propia
3.7. Evaluación de la factibilidad de la implementación del
sistema de generación solar fotovoltaico en el acueducto y la
planta de tratamiento de aguas del municipio de Güepsa.
3.7.1. Requerimientos técnicos, y estéticos de la
instalación.
Los elementos principales de la instalación solar de la estación
de bombeo No 1 se describen en la tabla No 31, con las
características de los elementos se realizó la simulación del
sistema y se obtuvieron las cantidades de energía que el sistema
sería capaz de generar.
$(5
00,0
0)
$-
$50
0,00
$1.
000,
00
$1.
500,
00
$2.
000,
00
$2.
500,
00
123456789
1011121314151617181920
Millones
Recuperación de la inversión
Recuperacion de la inversion Ahorro acumulado
-
Tabla 31 Requerimientos técnicos estación de bombeo No 1
Fuente: Elaboración propia
Los elementos principales de la instalación solar de la estación
de bombeo No 2 se describen en la tabla No 32, con las
características de los elementos se realizó la simulación del
sistema y se obtuvieron las cantidades de energía que el sistema
sería capaz de generar.
Tabla 32 Requerimientos técnicos estación de bombeo No 2
Fuente: Elaboración propia
Los elementos principales de la instalación solar de la planta
de tratamiento de aguas se describen en la tabla No 33, con las
características de los elementos se realizó la simulación del
sistema y se obtuvieron las cantidades de energía que el sistema
sería capaz de generar. Tabla 33 Requerimientos técnicos de la
planta de tratamiento de aguas.
Fuente: Elaboración propia
-
3.7.2. Planos eléctricos del sistema solar fotovoltaico.
Diagrama unifilar estación de bombeo No 1
-
Diagrama unifilar estación de bombeo No 2.
-
Diagrama unifilar planta de tratamiento.
-
3.7.3. Memorias de cálculo del sistema solar fotovoltaico.
Para el cálculo de la instalación solar se tuvo en cuenta el
consumo de los equipos principales del acueducto, los equipos sus
consumos y sus horas de uso se detallas a continuación.
En la tabla No 34 se muestra la proyección de generación de
energía eléctrica que se espera de la instalación solar, de la
estación de bombeo No 1 (segunda columna), la estación de bombeo No
2 (columna No 3) y de la planta de tratamiento de aguas (columna No
4).
Tabla 34 Generación de energía eléctrica esperada del sistema.
Estación de bombeo 1 Estación de bombeo 2 Planta de tratamiento
Generación de energía eléctrica mensual
E_Grid kWh
E_Grid kWh
E_Grid kWh
Enero 8.623,0 3.010,0 2.420,0 Febrero 7.724,0 2.676,0 2.074,0
Marzo 8.243,0 2.844,0 2.085,0 Abril 7.526,0 2.608,0 1.788,0 Mayo
7.811,0 2.680,0 1.733,0 Junio 7.622,0 2.623,0 1.637,0 Julio 8.431,0
2.871,0 1.809,0 Agosto 8.515,0 2.914,0 1.945,0 Septiembre 8.339,0
2.832,0 2.031,0 Octubre 8.113,0 2.785,0 2.098,0 Noviembre 7.814,0
2.734,0 2.171,0 Diciembre 8.259,0 2.826,0 2.268,0 Año 97.020,0
33.403,0 24.058,0 Fuente: Elaboración propia
3.7.4. Viabilidad técnica y económica del proyecto.
La evaluación de la propuesta contempla el tiempo de retorno de
la inversión realizada en el proyecto solar fotovoltaico y en el
porcentaje de ahorro en el costo de la factura de energía eléctrica
mensual del acueducto.
Para la evaluación del proyecto se tomó un periodo de tiempo de
20 años, que es el periodo de vida de los paneles, el periodo de
evaluación arrojo que en 5,5 años se recuperaría el valor de la
inversión y los siguientes años se tendría un ahorro aproximado de
1.697.953.187 COP.
Se espera que, con la generación de energía eléctrica de la
instalación solar fotovoltaica, el acueducto sea capaz de ahorrar
un 62,10% en el costo de la factura de energía eléctrica
mensual.
Teniendo en cuenta los dos aspectos descritos, el proyecto es
viable económicamente.
Evaluando la viabilidad técnica del proyecto, no se cumple con
el requerimiento de generar entre el 80 y el 100 % de la energía
eléctrica mensual, solamente se cubriría el 38 % de demanda de
energía eléctrica, esto se debe a que en el área disponible
solamente es posible instalar un sistema con las características
simuladas.
Otro aspecto a considerar es el hecho de que la instalación
solar fotovoltaica no requerirá de una operación constante, ya que
el monitoreo, la operación y mantenimiento del sistema solar lo
podrán realizar los trabajadores del acueducto, evitando gastos de
operación y mantenimiento del sistema y evitando gatos de
supervisión remota del sistema.
-
4. Análisis de resultados, productos, alcances e impactos. 4.1.
Levantamiento de información general y de los equipos principales
del
acueducto.
4.1.1. Equipos principales y áreas disponibles del
acueducto.
Con la información recolectada de las áreas disponibles en cada
una de las zonas del acueducto, fue posible determinar que la zona
de la estación de bombeo No 1 sería la zona en la cual se podrían
instalar más paneles solares, ya que cuenta con 372 m2 de área
disponible, ver tabla No 35. Por ende, sería la zona en la cual se
podría obtener más energía del sistema solar fotovoltaico. Y al
conocer que los equipos principales del acueducto son los motores
eléctricos, los cuales están presentes en cada uno de los
emplazamientos del acueducto, y que los motores de mayor potencia
se encontraban instalados en la estación de bombeo No 1, fue
posible determinar que esta zona es la que demanda más energía
eléctrica de la red.
Tabla 35 Áreas y potencia instalada de las zonas de acueducto.
Áreas principales Área [m2] Potencia instalada [W]
Estación de bombeo No1 374 81.032,0 Estación de bombeo No 2 121
65.006,0
Planta de tratamiento de aguas 89,5 22.603,0 Fuente: Elaboración
propia
4.1.2. Herramientas tecnológicas utilizadas por la empresa para
realizar los diseños tales como: software, documentos y guías
técnicas.
Dentro de la ejecución de la propuesta, el personal de la
empresa Energía Verde Redes eléctricas y de comunicaciones S.A.S,
suministro toda la ayuda posible para el desarrollo de cada uno de
los objetivos planteados. Inicialmente la empresa indico cual era
la metodología usada en el desarrollo de proyectos de generación de
energía eléctrica por medio de sistemas solares fotovoltaicos, y
puso a disposición toda la documentación de proyectos que ya se
habían diseñado y ejecutado. Con esta información inicial comenzó
el desarrollo de la propuesta. Como herramientas de diseño se
utilizaron dos programas, los cuales son usados por la empresa, el
primero de estos era el software AutoCAD, en el cual se elaboraron
los diagramas unifilares de la planta, la distribución de los
paneles solares y el detalle de la estructura solar, el segundo
programa usado fue el software PvSyst, en el cual se realizaron las
simulaciones de los sistemas solares fotovoltaicos y se tomaron las
proyecciones de generación de energía eléctrica.
4.1.3. Requerimientos y necesidades específicas del cliente.
En la reunión realizada con el cliente, el primer requerimiento
fue el de contar con un sistema solar fotovoltaico que le
permitiera suplir más de un 70% de su demanda de energía eléctrica,
este requerimiento no es posible de asegurar dado que, con las
simulaciones realizadas de los tres sistemas de generación solar
fotovoltaicos, solo es posible generar entre un 37 y un 41 % de la
energía eléctrica mensual que demanda el acueducto, como se observa
en la tabla No 36.
Tabla 36 Demanda de energía eléctrica mensual cubierta por el
SSFV. Demanda cubierta por el SSFV
[%] Enero 41,37% Febrero 36,72% Marzo 38,78% Abril 35,10%
-
Tabla 36 Demanda de energía eléctrica mensual cubierta por el
SSFV. Demanda cubierta por el SSFV
[%] Mayo 35,99% Junio 34,98% Julio 38,60% Agosto 39,37%
Septiembre 38,87% Octubre 38,26% Noviembre 37,45% Diciembre 39,31%
Promedio 37,90%
Fuente: Elaboración propia
El segundo requerimiento del cliente, establecía que los paneles
solares deberían de ser instalados en el área proporcionada por el
acueducto, esto con el fin de incurrir en gastos de compra de
predios cercanos o en gatos de arrendamiento de predios para la
instalación de un sistema solar. Para asegurar esto, las
simulaciones del sistema se realizaron con base en las áreas
disponibles y no en la potencia instalada. Para evidenciar este
requerimiento se realizaron diferentes planos en los cuales se
detallaban la distribución que tendrían los paneles en las áreas
disponibles, dichos planos se encontraran en los anexos del
proyecto, como se detalla en la tabla No 37.
Tabla 37 Planos de la distribución de los paneles y del detalle
de la estructura Descripción Ubicación Detalle estructura estación
de bombeo No 1 Anexo 7 Detalle estructura estación de bombeo No 2
Anexo 8 Detalle estructura planta de tratamiento Anexo 9
Distribución paneles estación de bombeo No 1 Anexo 10 Distribución
paneles estación de bombeo No 2 Anexo 11 Distribución paneles
planta de tratamiento Anexo 12 Fuente: Elaboración propia
El tercer requerimiento del cliente, demandaba presentar los
costos del sistema solar fotovoltaico, para esto fue necesario
partir de las simulaciones realizadas, en la cuales se definió el
número de paneles requeridos y el tipo de inversor, después con el
detalle de la distribución de paneles y de la estructura se definió
la cantidad de elementos necesarios para soportar los paneles
solares y finalmente con los diseños eléctricos se definieron los
elementos necesarios para la instalación eléctrica de los SSFV. Con
la caracterización de los sistemas de generación solar fotovoltaica
de cada una de las zonas del acueducto, fue posible calcular el
costo de la de cada una, dichos costos se presentan resumidos en la
tabla No 38.
Tabla 38 Costo de los equipos de la instalación solar
fotovoltaica Descripción Costos [COP]
Costo de los equipos de la instalación solar fotovoltaica de la
estación de bombeo No 1 $ 202.655.721 Costo de los equipos de la
instalación solar fotovoltaica de la estación de bombeo No 2 $
82.511.771 Costo de los equipos de la instalación solar
fotovoltaica de la planta de tratamiento $ 75.961.944 Costo de la
mano de obra $ 92.640.000 Fuente: Elaboración propia
El cuarto requerimiento del cliente, era el de presentar los
tiempos del retorno de la inversión del sistema solar fotovoltaico,
para ello se tomaron los costos totales de la implementación de los
sistemas y los pagos por concepto de energía del acueducto, para
realizar una proyección del retorno de la inversión. En la tabla No
39 se resumen los costos de la instalación solar fotovoltaica, el
costo del consumo de la energía eléctrica del
-
acueducto, el ahorro que podría tener en la factura de energía
eléctrica si se instalara el sistema y los tiempos de retorno de la
inversión.
Tabla 39 Retorno de la inversión. Retorno de la inversión
Costo Valor Facturación anual por consumo de energía eléctrica $
237.704.150,90 COP Ahorro en la facturación de energía eléctrica,
con instalación solar $ 90.091.461,58 COP Costo de los equipos de
la instalación solar fotovoltaica $ 361.129.435,66 COP Costo de la
mano de obra $ 92.640.000,00 COP Años necesarios para cubrir el
costo de la inversión 5,04 Años Meses necesarios para cubrir el
costo de la inversión 60,44 Meses Fuente: Elaboración propia
4.1.4. Consumo de energía de los equipos del acueducto
municipal.
Al detallar los consumos de energía de las áreas que componen el
acueducto se pudo establecer que la estación de bombeo No 1 es el
área que demanda más energía eléctrica de la red del
comercializador, seguida por la estación de bombeo No2 y finalmente
el área que presenta el menor consumo de energía es la planta de
tratamiento de agua. El alto consumo de energía de la estación de
bombeo No 1 se debe a que tiene instalados los equipos de mayor
potencia del acueducto, ya que estos son los encargados de realizar
la primera etapa de bombeo del agua del rio, la cual debe ser
suministrada a la estación de bombeo No2.
En la tabla No 40 se detallan los consumos de energía eléctrica
de cada una de las zonas del acueducto.
Tabla 40 Consumo de energía eléctrica mensual del acueducto
Consumo de energía eléctrica mensual del acueducto Consumo de
energía mes [kWh] Aporte
Consumo de energía de los equipos principales estación de bombeo
No1 14.580,6 42,927% Consumo de energía de los equipos principales
estación de bombeo No2 11.696,0 34,434% Consumo de energía de los
equipos principales planta de tratamiento de aguas 7.689,8 22,639%
Consumo promedio de energía eléctrica mes 33.966,4
Consumo promedio de energía eléctrica día 1.132,2 Consumo
promedio de energía eléctrica hora 94,4 Fuente: Elaboración
propia
Ilustración 21 Consumo de energía eléctrica mensual del
acueducto
Fuente: Elaboración propia
14.580,6
11.696,0
7.689,8
Consumo de energía eléctrica mensual del acueducto [kWh]
Consumo de energía de los equiposprincipales estación de bombeo
No1
Consumo de energía de los equiposprincipales estación de bombeo
No2
Consumo de energía de los equiposprincipales planta de
tratamiento deaguas
-
4.1.5. Equipos identificados con el fin de disminuir el consumo
de energía eléctrica.
En la tabla No 41, se listan los equipos que pueden ser
reemplazados para disminuir el consumo de energía del acueducto, se
adiciona información de las cantidades, la potencia nominal de los
equipos con menores consumos, y el consumo de energía de cada uno
de estos.
Tabla 41 Equipos a ser cambiados.
Equipos Cantidad Potencia nominal
equipo [W]
Horas de uso [h]
Consumo de energía mes [kWh]
Luminarias interiores estación de bombeo No 1 2 18,0 0,33
0,4
Luminarias interiores estación de bombeo No 1 2 18,0 0,33
0,4
Luminarias interiores planta de tratamiento 4 18,0 12,00
25,9
Luminarias exteriores planta de tratamiento 8 50,0 12,00
144,0
Fuente: Elaboración propia 4.2. Diseño del sistema solar
fotovoltaico y memorias de cálculo.
4.2.1. Análisis de la radiación solar disponible en el municipio
de Güepsa.
Para el análisis de la radiación solar disponible, se realizó
primero la búsqueda en diferentes bases de datos, como en la base
de datos de global solar atlas12, la base de datos de