Fecha de recepción 18/10/2021
Fecha de aceptación: 03/ 11 /2022
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ARK: https://n2t.net/ark:/87558/tekhne.25.3.4
Estudio de factibilidad técnico-económico para la implementación de celdas
fotovoltaicas como fuente de energía eléctrica alternativa en la UCAB Guayana
Gabriel Márquez Coman
1
, Orlando Gil Rubio
2
gabrielmarquez2909@gmail.com
1
, orgil07@gmail.com
2
Universidad Católica Andrés Bello
12
Economical technical feasibility study for the implementation of photovoltaic cells as
an alternative electric energy source in the UCAB Guayana
Resumen
El presente trabajo tiene como finalidad realizar un estudio de factibilidad técnico - económico para la implementación de celdas
fotovoltaicas como una fuente de energía eléctrica alternativa en casos de emergencia en la UCAB Guayana. La investigación se llevó
a cabo mediante el desarrollo de una evaluación técnica que incluyó: i)un estudio de demanda eléctrica de los edificios de ingeniería
civil, industrial, informática y comunicación social, esto mediante entrevistas no estructuradas en los distintos departamentos de la
universidad y observación directa para obtener datos teóricos sobre el consumo de los edificios; ii)un estudio técnico donde se
definieron los equipos más adecuados para el tipo de instalación según su ubicación geográfica y condiciones climáticas, junto con el
dimensionamiento de la instalación, para que cumpla con la demanda eléctrica, aplicándose un factor de seguridad para compensar
cualquier tipo de pérdidas que se puedan presentar por la instalación o variación en el consumo eléctrico; se plantearon diferentes
propuestas con diferentes estructuras y diferente ubicación de los equipos donde algunas ubicaciones suponen un mejor rendimiento
para la instalación. En lo que respecta al estudio económico o evaluación económica, este tiene como objetivo aportar los valores
necesarios para determinar la viabilidad del proyecto de inversión. Cumpliendo lo mencionado se pudo completar el estado de
resultados, aplicando el marco lógico para definir indicadores que aporten información sobre los beneficios sociales, ambientales y
económicos de la instalación siendo estos los indicadores más preciados para tomar la decisión de invertir o no en el proyecto. En
función de los resultados de este estudio se demuestra que el proyecto es técnicamente factible, no obstante, la decisión en cuanto a
su viabilidad económica debe ser evaluado junto con un ajuste en el servicio y tarifas eléctricas en Venezuela, ya que los indicadores
en cuanto a los beneficios sociales y ambientales demuestran que este proyecto presenta una alta potencialidad.
Palabras clave: celdas, fotovoltaica, demanda, edificios, propuesta, factible, marco lógico, potencialidad
Abstract
The purpose of this project is to make a technical and economic study for the implementation of photovoltaic cells as an alternative
power source in electrical emergencies at UCAB Guyana. The collection of the data in order to carry out the objectives of the
project was carried out through documentary review techniques, unstructured interviews and direct observation. The research was
carried out through the development of a technical evaluation that included: i) a study of electrical demand of the following
buildings: civil engineering, industrial engineering, computing engineering and social communication; ii) a direct observation to
obtain theoretical data on the consumption of the buildings; a technical study where the most suitable equipment for the installation
is formalized according the geographical location and climatic conditions, with the sizing of the installation to fit with the electrical
demand applying a safety factor to compensate any loss that may occur by the installation or variation in electrical consumption;
different proposals were made with different structures and locations of the equipment, where some locations suppose a better
performance for the installation. Regarding the economic study or economic evaluation, this aims to provide necessary values to
determine the viability of this investment project. In compliance with the above, the status of results could be completed, applying
the logical framework to define indicators that provide information on the social, environmental and economic benefits of the
facility being the most precious indicators to make the decision wither to invest in the project or not. Depending on the results
about the study, it shows if is technically feasible, however, the decision about the economic viability of the project must be
evaluated together with an adjustment in the service and electricity rates in Venezuela, since the indicators regarding social and
environmental benefits show that this project has a high potentiality.
Keywords: cells, photovoltaic, demand, buildings, proposal, feasible, logical framework, potentiality
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Estudo de viabilidade técnico-econômica para a implantação de células fotovoltaicas
como fonte alternativa de energia elétrica na UCAB Guayana
i.
INTRODUCCIÓN
El servicio eléctrico en Venezuela
actualmente tiene poca calidad y
confiabilidad, frecuentemente presenta
interrupciones en su suministro afectando
así la operación de las empresas,
instituciones y otros sectores, limitando su
funcionamiento de manera normal y
continua.
En la presente investigación se plantea
la búsqueda de un sistema de energía
eléctrica alternativo para la UCAB
Guayana, referido en este caso al uso de
celdas fotovoltaicas para el
aprovechamiento de la energía solar, las
cuales abastecerán en esta primera fase a
los edificios de las escuelas de ingeniería
civil, industrial, informática y comunicación
social. Como parte de este estudio se
valida que las condiciones geográficas y
climatológicas son aptas para implementar
un sistema de energía fotovoltaica, ya que
el campus posee terrenos suficientes para
la distribución de los equipos necesarios
en este tipo de instalación y su clima le
permite a su vez a dichas instalaciones
obtener un buen rendimiento.
Se plantearon diferentes escenarios
con diferentes arreglos o propuestas, y
para cada una de ellas se señalan sus
diferencias y ventajas técnicas,
económicas y de ubicación. Se selecciona
técnicamente la más conveniente para el
caso de estudio, y para el arreglo básico
de esta instalación, se determinan los
equipos más adecuados tomando en
cuenta su ubicación y el dimensionamiento
de esta, recabando la información
Resumo
O objetivo deste trabalho é realizar um estudo de viabilidade técnico-econômica para a implementação de células fotovoltaicas como fonte
alternativa de energia elétrica em casos de emergência na UCAB Guayana. A pesquisa foi realizada através do desenvolvimento de uma
avaliação técnica que incluiu: i) um estudo da demanda elétrica de edifícios de engenharia civil, industrial, informática e comunicação
social, isto através de entrevistas não estruturadas nos diferentes departamentos da universidade e observação direta obter dados teóricos
sobre o consumo dos edifícios; ii) um estudo técnico onde foi definido o equipamento mais adequado para o tipo de instalação de acordo
com sua localização geográfica e condições climáticas, juntamente com o dimensionamento da instalação, de forma que atenda a demanda
elétrica, aplicando um fator de segurança para compensar qualquer tipo de perdas que possam ocorrer devido à instalação ou variação no
consumo elétrico; Diferentes propostas foram levantadas com diferentes estruturas e diferentes localizações dos equipamentos onde
algumas localizações supõem um melhor desempenho para a instalação. No que diz respeito ao estudo económico ou avaliação
económica, este tem como objetivo fornecer os valores necessários para determinar a viabilidade do projeto de investimento. Cumprindo
o referido, a demonstração de resultados poderá ser completada, aplicando-se o quadro lógico para definir indicadores que dêem
informação sobre os benefícios sociais, ambientais e económicos da instalação, sendo estes os indicadores mais preciosos para tomar a
decisão de investir ou não na projeto. Com base nos resultados deste estudo, mostra-se que o projeto é tecnicamente viável, no entanto, a
decisão quanto à sua viabilidade econômica deve ser avaliada em conjunto com um ajuste nas tarifas de serviço e energia elétrica na
Venezuela, uma vez que os indicadores relativos aos aspectos sociais e benefícios ambientais mostram que este projeto tem alto potencial.
Palavras-chave: células, fotovoltaica, demanda, edifícios, proposta, factível, quadro lógico, potencial
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Estudio de factibilidad técnico - económico para la implementación de celdas fotovoltaicas como fuente de energía eléctrica
alternativa en la UCAB Guayana
GABRIEL
MARQUEZ
COMAN,
ORLANDO
GIL
RUBIO
necesaria mediante entrevistas no
estructuradas, análisis documental y
relaciones matemáticas.
El estudio técnico – económico
planteado determina desde el punto de
vista técnico la forma en que la instalación
de celdas fotovoltaicas puede ser una
opción como fuente de energía alternativa
en la UCAB Guayana, y desde el punto de
vista económico la viabilidad del mismo
determinando si es factible o no su
aplicación se considera además de las
técnicas típicas de VPN, TIR, entre otras,
lo correspondiente a la técnica del marco
lógico para definir indicadores que aporten
información sobre los beneficios sociales,
ambientales y económicos de la
instalación. De tal manera de poder
establecer el escenario que a futuro
garantiza la viabilidad del proyecto.
En función de los resultados de este
estudio se demuestra que el proyecto es
técnicamente factible, no obstante, la
decisión en cuanto a su viabilidad
económica, debe ser evaluado junto con
un ajuste en el servicio y tarifas eléctricas
en Venezuela, ya que los indicadores en
cuanto a los beneficios sociales y
ambientales demuestran que este proyecto
presenta una alta potencialidad.
ii.
METODOLOGÍA
La modalidad de investigación en este
estudio es de tipo aplicada [1] ya que tiene
un propósito de utilización inmediata,
mediante una propuesta de acción dirigida
a resolver un problema o necesidad. En
este caso la necesidad de implementar
una fuente de energía eléctrica alternativa
para solventar problemas como la
interrupción de servicio eléctrico y la
reducción del uso de energías
contaminantes para el medio ambiente en
la UCAB Guayana.
En cuanto al diseño de la investigación
esta es documental y de campo [2]. La
población en este caso corresponde al
sistema eléctrico comprendido por el
consumo eléctrico de la UCAB Guayana, y
la muestra se limitó a aquellos equipos
prioritarios para el funcionamiento de los
edificios de ingeniería civil, industrial,
informática y comunicación social, tales
como luminaria, sistemas de emergencia y
computadoras
Tabla I. Operacionalización de variables
Fuente: Márquez (2020)
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MARQUEZ
COMAN,
ORLANDO
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Los procedimientos metodológicos para
desarrollar los objetivos planteados en
esta investigación, se presentan y
iii. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Estudio del consumo eléctrico.
El consumo de energía eléctrica tiene un costo
en el tiempo, mientras más energía eléctrica
se consuma en periodos prolongados de
tiempo mayor será su costo y se calcula de la
siguiente manera: Consumo eléctrico (Energía
consumida) = Potencia (W) * Tiempo (h).
El estudio fue realizado solo a los edificios de
las Escuelas de Ingeniería Civil e Informática,
Comunicación Social e Ingeniería Industrial,
correspondiente a la muestra de la población.
Dadas las limitaciones para obtener la
totalidad de planos y manuales de
especificaciones técnicas de los equipos
instalados /conectados en estos edificios, se
procedió a realizar una serie de reuniones y
entrevistas no estructuradas con el personal
de mantenimiento el cual suministró la
información necesaria para poder determinar
el consumo eléctrico en los edificios antes
mencionados, suponiendo un funcionamiento
continuo de los equipos de 9h diarias desde
contextualizan de manera sucinta en la Tabla
1 a continuación [3].
las 8am hasta las 5pm, con una jornada
laboral de 22 días laborales al mes.
El consumo de los edificios considerando o no
el uso de aire acondicionado, se observa en la
Tabla 2 a continuación.
El consumo antes indicado, se considera es la
demanda eléctrica que deberá suplir la futura
estación fotovoltaica.
Rendimiento Global de la instalación
fotovoltaica
El rendimiento global (RG)[4] abarca el
análisis del rendimiento de cada uno de los
componentes del sistema solar fotovoltaico
que se mencionan a continuación: panel
fotovoltaico, regulador, baterías, inversor,
corriente en CA y corriente en CC, y se calcula
con la siguiente ecuación.
RG = 1 – ((1 – Kb – Kc – Kr – Kv) x (Ka x
N)/Pd) – Kb – Kc – Kr – Kv
Donde:
Kb: Coeficiente de pérdidas por rendimiento.
Kc: Perdidas por el rendimiento del inversor.
Kr: Perdidas en el controlador de carga.
Kv: Perdidas no consideradas.
Tabla II. Consumo eléctrico teórico total estimado para los edificios de las escuelas de
Ing. Civil e Informática, Comunicación Social e Ing. Industrial
Consumo teórico
total de los
edificios
kWh kWh
9h
kWh
22dias
Consumo total con
aire acondicionado
316,831
2.851,479 62.732,538
Consumo total sin
aire acondicionado
49,594
446,346 9.819,612
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RUBIO
Ka: Fracción de energía que se pierde por
auto descarga.
N: Número de días de autonomía para
asegurar un servicio de carga.
Pd: Profundidad máxima de descarga
admisible.
Los coeficientes y el cálculo del rendimiento
global de la instalación de los paneles
fotovoltaicos, para los edificios de la UCAB
antes mencionados, se presentan en la Tabla
3.
Tabla III. Coeficientes estimados en paneles fotovoltaicos UCAB Guayana para obtención del rendimiento global
Acumuladores nuevos, sin descargas
intensas
Kb=
0.050
Baterías de baja auto descarga, sin
mantenimiento
Ka=
0.005
Rendimiento inversor 95%
Kc=
0.050
Controlador de carga eficiente
Kr=
0.1
Estudio detallado de pérdidas por cableado
Kv=
0.050
Batería descargada hasta el 60%
Pd=
0.600
Vivienda habitual
N=
2
Fuente: Alvarado (2018)
Considerando el coeficiente de rendimiento
global de la instalación de 0,7375 da como
resultado los nuevos requerimientos de
energía eléctrica que se toman en cuenta para
el dimensionamiento de la instalación
(Consumo/RG), y tal como se indicó
anteriormente estos datos representan la
demanda que debe suplir el sistema
fotovoltaico (Tabla 4).
A. Selección del módulo fotovoltaico
Para las condiciones climáticas de Ciudad
Guayana [5][6][7][8], los paneles más
apropiados son de silicio poli cristalino, ya que
este tipo de paneles son los más adecuados
para los climas cálidos por su rápida absorción
de calor y por su lento efecto de
recalentamiento[9]. Adicionalmente, para esta
instalación se busca que los módulos estén
entre un rango de 300WP – 340WP debido a
que los equipos de la instalación están
pensados para un funcionamiento de 48V o
menor, ya que normalmente en los módulos
poli cristalinos al superarse los 340WP de
potencia el módulo deja de ser de 72 células y
pasa a ser un módulo de 84 células lo cual lo
lleva a dejar de ser un módulo de 48V y se
convierten en módulos de 64V. En función a
esto se consideraron los paneles TP340PP-72
marca Topsky, fabricados por Topsky
Electronics Technology (China)[10]; y los
módulos solares marca AE Solar
(Alemania)[11], específicamente el modelo AE
P6-72 340W, de estos los cuales
se
seleccionó el modelo TP340PP-72
conformados por 72 células dado que los
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costos son menores, además tiene una
garantía del producto de 10 años y una
garantía de producción de energía lineal entre
el 80% y 100% de 25 años, con un costo de
0,158 centavos de $ por cada WP que tengan
los módulos.
Para un consumo eléctrico de una jornada de
22 días laborales por mes a 9h diarias de
funcionamiento continuo, la demanda eléctrica
de los edificios de escuela de ingeniería
industrial, ingeniería civil e informática y
comunicación social, tomando en
consideración el factor de rendimiento global
de la instalación resulta de 87.286,124 kW
mensuales, lo que se traduce en 3.866,409kW
diarios, esto haciendo uso del aire
acondicionado: Sin hacer uso del aire
acondicionado presentan un consumo de
13.314,728kW mes, y 605,214 kW diarios.
Tomando en cuenta que, para Puerto Ordaz,
el mes con menos irradiación solar es junio
presentando un promedio de 3,7 HSP diarias y
que la máxima tensión del módulo es de
38,2V, su corriente máxima 8,91A, se procede
a hacer el cálculo de la cantidad de paneles
necesarios.
M=
𝟔𝟎𝟓,𝟐𝟏𝟒𝒌𝑾
𝟑𝟖,𝟐𝑽∗𝟖,𝟗𝟏𝑨∗𝟑,
𝟕𝑯𝑺𝑷
*1.000 = 480,58 Paneles
M=
𝟑.𝟖𝟔𝟔,𝟒𝟎𝟗𝒌𝑾
𝟑𝟖,𝟐𝑽∗𝟖,𝟗𝟏𝑨∗𝟑,
𝟕𝑯𝑺𝑷
*1.000 = 3.070,18 Paneles
Para un consumo eléctrico sin aire
acondicionado son necesarios ≈ 481 módulos
para satisfacer la demanda eléctrica, mientras
que para un consumo eléctrico con aire
acondicionado son necesarios ≈ 3.071
módulos.
Para este tipo de instalaciones no se toman en
cuenta los aires acondicionados debido al alto
consumo energético que estos requieren, solo
se toman en cuenta cuando son instalaciones
pequeñas o cuando son de uso estrictamente
necesario, por lo tanto, para esta instalación
no serán tomados en cuenta el servicio de aire
acondicionado, ya que estos representan el
86,46% de la demanda eléctrica de los
edificios de escuela de ingeniería civil e
informática, comunicación social e ingeniería
industrial.
Energía eléctrica producida con paneles
fotovoltaicos
La cantidad de kW producida por los paneles
solares en un tiempo determinado se calcula
con la siguiente fórmula:
EP=
𝑷𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒐𝒙𝑵𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒐𝒔𝒙𝑯𝑺𝑷𝒙𝒅𝒊𝒂𝒔
𝟏𝟎𝟎𝟎
EP=
𝑷𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒐𝒙𝑵𝒎𝒐𝒅𝒖𝒍𝒐𝒔𝒙𝑯𝑺𝑷𝒙𝒅𝒊𝒂𝒔
𝟏𝟎𝟎𝟎
Tabla IV. Demanda eléctrica teórica total estimada para los edificios de
escuela aplicando rendimiento global (RG).
Consumo teórico
total de los
edificios
kWh
kWh 9h
kWh
22dias
Consumo total con
aire acondicionado
429,601
3.866,409
87.286,124
Consumo total sin
aire acondicionado
67,246
605,214
13.314,728
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EP=
𝟑𝟒𝟎𝑾𝒙𝟒𝟖𝟏𝒙𝟑,𝟕𝒙𝟐𝟐
𝟏𝟎𝟎𝟎
= 13.312,156 KW
EP en 1 año = 159.745,87 KW
EP en 25 años de vida útil = 3.993.646,8 KW
B. Selección del inversor
Se seleccionó el inversor modelo 40 kVA (3:3)
PF 0,9 off-grid por ser una instalación aislada
de la red eléctrica, Este inversor cuenta con
una potencia máxima de salida de 36kW, con
un rango de frecuencia de 50 – 60 Hz, su
rango de tensión MPPT es de 450 – 750V y
una corriente nominal de 60 A, lo cual permite
una interconexión de 96 paneles solares por
cada uno de ellos, por lo tanto, son necesarios
6 de estos inversores para satisfacer la
dimensión de la instalación.
Figura 1. Arreglo permitido por cada inversor.
C. Selección del controlador de carga.
El control de carga seleccionado para esta
instalación es el modelo RF 96-100 de la
marca Garnde Solar Energy[12] de tecnología
MPPT, debido a la poca perdida o casi nulo
desperdicio de la energía,. Por cada
controlador de carga se permite una
interconexión de 32 paneles por lo que son
necesarios 16 de estos para satisfacer la
instalación.
D. Selección del banco de baterías.
En este caso la instalación se hace en base a
la Capacidad nominal de la batería en función
de descarga máxima estacionaria (Cne)
debido a que se busca un sistema de
descarga estacionaria para una cantidad de
días de autonomía. En este sentido, se hacen
dos propuestas distintas para un (1) día de
autonomía y cuatro (4) días de autonomía con
diferentes tipos de baterías para la instalación,
de tal manera que existan dos alternativas
distintas para su selección. La primera
propuesta consiste en baterías de vaso de dos
(2) voltios y tipo OPzV mientras que la
segunda propuesta o alternativa consta de
baterías de litio con una conexión en paralelo
al cual se le incorpora adicionalmente el
Battery Management System (BMS) y la
colocación de las barras necesarias para su
correcta conexión en paralelo.
Para las baterías OPzV se seleccionó el pack
de baterías BAE Secura C100, el cual consta
de 24 vasos de 2V cada uno para así lograr
los 48V de tensión necesarios, para un día de
autonomía son necesarios 72 vasos mientras
que para cuatro días de autonomía son
necesarios 240 vasos.
Para las baterías de Litio se seleccionó el
modelo BYD B-Box LVL Premium 15,4 kWh,
para un día de autonomía son necesarias 15
baterías mientras que para cuatro días de
autonomía se necesitan 59.
E. Cableado de la instalación.
Aunque para este tipo de instalaciones
también se puede usar cableado común, lo
recomendable es usar cableado fotovoltaico el
cual está compuesto por un conductor de
cobre electrolítico estañado, ya que ofrece un
mejor rendimiento por su menor índice de
degradación en el tiempo en comparación al
cableado normal. Los cálculos referentes a
cableado y protección, se formularon
siguiendo las regulaciones establecidas en las
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normas COVENIN[13] y la IDEA (Instituto para
la Diversificación y Ahorro de la Energía) para
los tipos de conductores permitidos y la
máxima caída de tensión permisible por
sección respectivamente, específicamente
para Sistemas Solares Fotovoltaicos.
Los cables recomendados para la instalación
según sus dimensiones son cables unifilares
SOLAR PV ZZ-F Rojo de 6mm
2
y 10mm2 de
sección. Sección de 6mm
2
desde los paneles
hasta el inversor y de 10mm
2
hacia los
edificios debido a las distancias, para así
reducir al mínimo las caídas de tensión.
F. Propuestas para la instalación de los
equipos.
Se plantearon tres propuestas para la
instalación de los equipos en los distintos
terrenos de la Universidad [3], tomando en
cuenta que el área mínima requerida de
terreno para la instalación es de 933,31m
2
.
1) Ubicación en el estacionamiento de
visitantes, donde existe un área total
disponible de 1.791m
2
para la instalación,
haciendo uso de una estructura techada
que tiene doble funcionalidad, servir como
un soporte para la instalación de los
paneles solares y proporcionar sombra a
los vehículos que hagan uso de dicho
estacionamiento, y la construcción una
edificación para el almacenamiento de
inversores, baterías, controladores de
carga y otros equipos. En la figura 2 se
observan las áreas destinadas a la
instalación.
Figura 2. Propuesta uno para la instalación.
2) La ubicación de esta propuesta es la
misma que la propuesta 1, pero en este
caso se selecciona un lugar distinto para la
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construcción de la edificación donde se
almacenan los inversores, baterías,
controladores de carga y otros equipos.
Figura 3. Propuesta dos para la instalación.
3) Esta propuesta se aplica en un área verde
situada frente a la escuela de ingeniería
industrial, a diferencia de las propuestas
anteriores, no se usa una estructura
techada para la instalación de los paneles,
se usa una estructura que permite la
instalación de los paneles en el suelo,
permitiéndoles inclinaciones entre 5° y 45°,
disponiendo así de un área total para la
instalación de 1.465m
2
.
Desde el punto de vista técnico, la
propuesta tres es la mejor debido a la
cercanía de los equipos con los edificios a
los cuales estará destinada la energía
eléctrica producida, ya que a menores
distancias de cableado existen menores
caídas de tensión y menores pérdidas
eléctricas.
Figura 4. Propuesta tres para la instalación.
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GIL
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G. Evaluación económica de las propuestas.
Por la naturaleza del tipo de instalación y los
resultados desde el punto de vista
económico, cuya tendencia esta
decididamente marcada por el costo de la
energía eléctrica en Venezuela, resulta
conveniente considerar otros indicadores que
permitan tener más elementos que permitan
tomar una decisión en cuanto a la realización
de la inversión en este proyecto. Para
obtener estos elementos se aplicó el análisis
de marco lógico, estableciendo indicadores
sociales, ambientales y económicos [3].
H. Costo de los equipos para la instalación
solar.
Se determinaron los costos totales de la
instalación en cada una de las tres
propuestas, teniendo como opción para
seleccionar una instalación con uno (1) o
cuatro (4) días de autonomía y la facilidad de
escoger entre un banco de baterías tipo
OPzV o baterías de Litio. Tal como se indicó
en párrafos anteriores, considerando desde
el punto de vista técnico. la ubicación
geográfica de la instalación y los altos costos,
la mejor opción es la propuesta tres con un
día de autonomía y un banco de baterías
OPzV la cual tiene un costo total de
145.164,93$ (dólares americanos) los
desgloses de los mismos se presentan en la
Tabla
4.
(1) En el presupuesto de la edificación, se
incluyen los costos del estudio de suelo,
preparación del sitio, excavaciones,
fundaciones, construcción propiamente de
la edificación, mampostería, sistemas
sanitarios y los sistemas eléctricos
incluyendo la acometida con la instalación
existente.
Tabla V. Costos totales para la propuesta tres.
4 días de autonomía
1 día de autonomía
Equipos/estructuras
Costos($)
Equipos/estructuras
Costos($)
Panel 340W
25.839,32
Panel 340W
25.839,32
Inversor
24.750
Inversor
24.750
Controlador de carga
6.080
Controlador de
carga
6.080
Baterías OPzV
177.890,05
Baterías OPzV
53.367,15
Baterías de Litio
544.094,46
Baterías de Litio
138.329,1
Estructura paneles
1733.52
Estructura paneles
1.733,52
Cable 6mm2
205,2
Cable 6mm2
205,2
Cable 10mm2
590
Cable 10mm2
590
Estructura techada
0
Estructura techada
0
Mano de obra
0
Mano de obra
0
Edificación
(1)
25.050
Edificación
(1)
25.050
Envío 1
4.575
Envío 1
4.575
Envío 2 OPzV
804,52
Envío 2 OPzV
374,87
Envío 2 Litio
1241,41
Envío 2 Litio
542,49
Envío terrestre
1.500
Envío terrestre
1.500
Mantenimiento
150
Mantenimiento
150
Total/OPzV
269.017,61
Total/OPzV
145.164,93
Total/Litio
635.658,91
Total/Litio
229.194,63
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I. Indicadores sociales del análisis de
marco lógico.
De dimensión social se presenta el indicador
“personas beneficiadas por unidad monetaria”,
haciendo referencia al total de personas que
se benefician por cada unidad monetaria
invertida en la propuesta tres con un banco de
baterías OPzV y un día de autonomía, cuyo
objetivo es la no interrupción de actividades,
donde los beneficiados principales son los
alumnos y profesores pertenecientes a las
escuelas de ingeniería y comunicación social.
Tabla VI. Total de personas beneficiadas.
Alumnos
1.268
Profesores
138
Total
1.406
Personas beneficiadas por unidad monetaria
invertida en la propuesta tres con un (1) día de
autonomía y baterías OPzV
𝐏𝐞𝐫𝐬𝐨𝐧𝐚𝐬 𝐛𝐞𝐧𝐞𝐟𝐢𝐜𝐢𝐚𝐝𝐚𝐬
𝐂𝐨𝐬𝐭𝐨 𝐢𝐧𝐬𝐭𝐚𝐥𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 (𝐔𝐒$)
=
1.406
145.164,93
= 0,0097
J. Indicadores ambientales del análisis de
marco lógico.
De dimensión ambiental el primer indicador se
presenta como toneladas de CO
2
producidas
por kWh, haciendo referencia a la cantidad de
toneladas de CO
2
que se producen en un
periodo de un año para satisfacer la demanda
eléctrica de los edificios mediante la
producción de energía con celdas
fotovoltaicas, cuyo objetivo es reducir las
emisiones de CO
2
. Para hacer la medición de
las emisiones de partículas de dióxido de
carbono se usa la unidad de tonelada
equivalente de petróleo (TEP) ya que es la
más común usada mundialmente, y sus
relaciones según la orden de la convocatoria
de subvenciones de eficiencia energética y
energías renovables de la región de Murcia del
año 2019 [14] son las siguientes: 1 Tep =
41.868.000.000 Jules = 11.630 kWh ; 1 Tep de
central hidroeléctrica = 0,37 toneladas de CO2;
1 Tep de energía fotovoltaica = 0,17 toneladas
de CO2.
Emisiones de CO
2
anuales por producción de
energía eléctrica mediante celdas fotovoltaicas
para satisfacer la demanda anual de los
edificios:
𝐂𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐠𝐞𝐧𝐞𝐫𝐚𝐝𝐚 (
𝐊𝐖
𝐡
)
𝟏𝟏.𝟔𝟑𝟎 𝐊𝐖/𝐡
𝐱 𝐂𝐎𝟐 𝐄𝐦𝐢𝐭𝐢𝐝𝐨 (𝐓𝐨𝐧)
𝐏𝐞𝐫𝐢𝐨𝐝𝐨 𝐝𝐞 𝐭𝐢𝐞𝐦𝐩𝐨 (𝐀ñ𝐨𝐬).
𝟑.𝟗𝟗𝟑.𝟔𝟒𝟔,𝟖 (
𝐤𝐖
𝐡
)
𝟏𝟏.𝟔𝟑𝟎 𝐤𝐖/𝐡
𝐱 𝟎, 𝟏𝟕 𝐭 𝐂𝐎
𝟐
𝟐𝟓 𝐚ñ𝐨𝐬.
= 𝟐, 𝟑𝟑 𝐭 𝐂𝐎
𝟐
Comparando las toneladas de emisión de CO
2
para satisfacer la demanda eléctrica
aproximada los edificios de escuelas durante
el periodo de vida útil de la instalación
fotovoltaica (25 años), se destaca el hecho
que la energía fotovoltaica es la que produce
menos cantidades de CO2, tal como se
presenta en la Tabla 6.
Tabla VII. CO
2
emitido según el método de generación
de energía.
Fuente: Márquez (2020).
Método de
generación de
energía
CO
2
emitido durante
la vida útil de la
instalación (25 años)
Fotovoltaica
2,33 toneladas de CO
2
Hidroeléctrica
5,08 toneladas de CO
2
Gasoil
39,83 toneladas de CO
2
Gas natural
28,85 toneladas de CO
2
Carbón
52,19 toneladas de CO
2
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El segundo indicador de dimensión ambiental
se presenta como Porcentaje (%) de CO
2
emitido por la demanda requerida de los
edificios de escuela, el cual hace referencia al
porcentaje de CO
2
producido por la demanda
energética requerida por los edificios con
respecto al total de emisiones totales de CO
2
en Venezuela en el año 2018 (120.211.000
toneladas de CO
2
) [14].
Cálculo de porcentaje de CO
2
que representa
la demanda de los edificios de la UCAB
Guayana en Venezuela si se produce con
energía solar fotovoltaica:
𝐂𝐎𝟐 𝐩𝐫𝐨𝐝𝐮𝐜𝐢𝐝𝐨 𝐩𝐨𝐫 𝐥𝐚 𝐝𝐞𝐦𝐚𝐧𝐝𝐚 (𝐓𝐨𝐧)
𝐂𝐎𝟐 𝐞𝐦𝐢𝐭𝐢𝐝𝐨 𝐞𝐧 𝐕𝐞𝐧𝐞𝐳𝐮𝐞𝐥𝐚 𝟐𝟎𝟏𝟖 (𝐓𝐨𝐧)
𝐱 𝟏𝟎𝟎
=
𝟐, 𝟑𝟑 𝐭 𝐂𝐎
𝟐
𝟏𝟐𝟎. 𝟐𝟏𝟏. 𝟎𝟎𝟎 𝐭 𝐂𝐎
𝟐
𝐱 𝟏𝟎𝟎
= 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟏𝟗𝟑𝟖%
K. Indicadores económicos del análisis de
marco lógico.
De dimensión económica se presenta el
indicador inversión monetaria por cada
beneficiario, haciendo referencia a la inversión
anual que se debe hacer por cada beneficiario
del proyecto hasta cumplir la vida útil de la
instalación (25 años), cuyo objetivo es el
aumento de inversión en infraestructura y
alumnos.
Para la propuesta tres, con un (1) día de
autonomía baterías OPzV, resulta el siguiente
valor para el indicador económico del marco
lógico [3]:
𝐂𝐨𝐬𝐭𝐨 𝐢𝐧𝐬𝐭𝐚𝐥𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 (𝐔𝐒$)
𝐏𝐞𝐫𝐬𝐨𝐧𝐚𝐬 𝐛𝐞𝐧𝐞𝐟𝐢𝐜𝐢𝐚𝐝𝐚𝐬
𝐕𝐢𝐝𝐚 𝐮𝐭𝐢𝐥 (𝐚ñ𝐨𝐬)
=
𝟏𝟒𝟓.𝟏𝟔𝟒,𝟗𝟑$
𝟏.𝟒𝟎𝟔
𝟐𝟓
= 𝟒, 𝟏𝟑$
Este indicador permite al inversor de manera
más objetiva, saber el monto de inversión
aproximado que debe hacer por cada uno de
los beneficiados del proyecto anualmente, de
tal manera que puede ser de suma
importancia al momento de tomar la decisión
de implementación o no del proyecto.
iv.
CONCLUSIONES
El consumo eléctrico teórico aproximado, del
conjunto de edificios de la Escuela de
Ingeniería Civil e Informática, Ingeniería
Industrial y Comunicación Social, así como el
funcionamiento simultáneo de todos los
equipos, sin tomar en cuenta el consumo de
los aires acondicionados es de 446,35 kWh
por jornada diaria laborable (9 h), este valor
cuando se considera las pérdidas involucradas
en el rendimiento global (RG) asciende a
605,21 kWh por día (9hr), este último valor se
considera la demanda a suplir por la
instalación del sistema fotovoltaico.
Mediante análisis documental y relaciones
matemáticas, se logró determinar el arreglo
más adecuado en cuanto a la selección de
equipos y su dimensionamiento para el
consumo teórico presentado para los edificios
de las Escuela de Ingeniería Civil e
Informática, Ingeniería Industrial y
Comunicación Social. La instalación consta de
481 paneles solares de 340WP, 16
reguladores de carga, 6 inversores off-grid y
72 o 240 baterías OPzV para uno (1) o cuatro
(4) días de autonomía, y 15 o 59 baterías de
litio para uno (1) o cuatro (4) días de
autonomía.
Se determinaron tres posibles propuestas para
la ubicación e instalación de todos los equipos,
en los espacios cercanos a los edificios de las
escuelas, que cuentan con las dimensiones
necesarias para su instalación, seleccionando
la propuesta tres en el área verde frente a la
escuela de ingeniería industrial, ya que
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presenta las menores distancias de cableado,
lo que se traduce en menores pérdidas de
tensión.
La instalación fotovoltaica puede llegar a
reducir la emisión de CO
2
en el proceso de
producción de energía requerido por la
demanda eléctrica anual de los edificios
seleccionados para el proyecto, de 5,08
toneladas de CO
2
a 2,33 toneladas de CO
2
,
representando una reducción en las emisiones
de dióxido de carbono del 45,87%, llevando
así la representación de emisiones de CO
2
de
los edificios de escuela de un 0,000004226% a
un 0,000001938% tomando como referencia
las 120.211.000 toneladas de CO
2
emitidas en
Venezuela en el año 2018 a nivel general.
Considerando que este proyecto es de alto
impacto ambiental y social, y vistos los
resultados del estudio económico, se realizó
un análisis de marco lógico y se determinó que
el proyecto beneficiario directamente un total
de 1268 alumnos y 138 profesores, de los
cuales 380 alumnos y 19 profesores podrían
ver clase de manera simultánea en las
diferentes aulas y laboratorios de las
diferentes escuelas, sin interrupción del
suministro del servicio eléctrico. Tomando
como ejemplo la propuesta tres (3) con un (1)
día de autonomía y un banco de baterías
OPzV por ser la más económica y más
adecuada técnicamente, se debe invertir
anualmente un total de 4,13 $ americanos, por
cada uno de los beneficiados directos para
que puedan tener acceso a este beneficio.
v.
RECOMENDACIONES
Continuar con esta línea investigación
considerando un sistema fotovoltaico
conectado directamente a la red eléctrica, el
cual por su naturaleza y por el tamaño de la
instalación tendrá más beneficios y una
reducción considerable en los costos. Para
esto se debe tomar en cuenta que no será
necesario un banco de baterías, los inversores
deben cambiarse por inversores “on-grid”y los
reguladores de carga ya no serán obligatorios,
serán a decisión.
El tema de la energía por celdas fotovoltaicas
es un campo abundante que se encuentra en
una exploración continua, en el cual se aplican
constantemente nuevas tecnologías con la
intención de disminuir costos y aumentar el
rendimiento en cuanto a paneles, seria
innovador realizar un estudio de factibilidad
con celdas solares amorfas aplicando el
sistema conocido como “rapid roll portable
solar power” ya que es mucho menos costoso
y se podría colocar prácticamente en
cualquier superficie irregular.
Estudiar la posibilidad para que en este tipo de
instalaciones se aplique la automatización o
domótica de la edificación, de tal manera que
el propio edificio pueda hacer el servicio de
gestión de energía eléctrica automáticamente,
también aplicando sistemas de seguridad
automatizados para que, ante cualquier
cambio en los valores establecidos o
deseados del sistema, este se corrija
automáticamente.
Considerar aplicar un estudio enfocado en
energía solar, pero con una tecnología
diferente como lo son paneles solares térmicos
o alguna tecnología que produzca energía
mediante calor, ya que hablando desde el
punto de vista ambiental debido a los
materiales de los cuales se componen o están
hechos estas tecnologías y sus procesos de
fabricación, la emisión de CO
2
o gases que
contribuyen con el efecto invernadero es
mucho menor al compararla con la energía
solar fotovoltaica.
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proyecto de investigación de Fidias Arias -2012 –
6ta edición (slideshare.net)
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económico para la implementación de celdas
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maestría). Universidad Politécnica de Madrid,
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Universidad Metropolitana.
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