Alternativa 3: Sistema Panel Solar fotovoltaico

Como tercera alternativa encontramos una fuente de energía que ya está siendo aprovechada en el parque natural Chicaque y es la energía solar. Las celdas fotovoltaicas tienen la capacidad de convertir directamente la luz solar en electricidad, un modúlo solar es un grupo de celdas las cuales están conectadas mediante un circuito y están encapsuladas en un marco. Las celdas solares están fabricadas con materiales semiconductores como el Silicio, estos materiales permiten que cuando la luz emitida por el sol llega a la celda un parte de esta luz es absorbida y transferida al material semiconductor donde interactúa con los electrones generando una corriente electica, a este flujo de electrones se le conduce con una serie de contactos metálicos los que permiten además extraer esta corriente para su uso en forma de corriente directa DC. Para establecer la potencia de un panel se multiplica la corriente o amperaje con el voltaje de las celdas. Es importante aclarar que para poder aprovechar la energía generada por estos paneles la cual está en corriente directa y con un voltaje que varía a lo largo del día se necesitan una serie de elementos adicionales los cuales dependerán del tipo de aprovechamiento que se requiera si es de tipo independiente o conectado directamente al sistema interconectado nacional (SIN). En el caso del parque natural Chicaque para la zona baja se recomienda instalar un sistema que se conecte directamente al SIN ya que al contar con estas fuentes alternativas propias en dado caso que la energía generada sea mayor a la consumida esto representa beneficios para el parque, y por otra parte se cuenta con el respaldo del SIN en dado caso que se requiera más energía que la generada en periodos de altas demandas. Para estos sistemas de generación interconectados a la red se requieren menos aparatos adicionales en el montaje como por ejemplo el uso de baterías que son un elemento importante al momento de costear los sistemas de generación fotovoltaica.

Para un sistema de generación conectado a la red es necesario el panel solar y el inversor; El primero consiste en un grupo de celdas solares conectadas en serie y

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es el responsable de convertir la energía entregada por el sol en energía eléctrica directamente, este debe contar con un buen marco el cual proteja los bordes y la cubierta de las celdas generalmente construido en aluminio, una caja de conexiones la cual está distribuida en todo el panel y consiste básicamente en los circuitos por los cuales será conducida la corriente eléctrica dentro y hacia el exterior del panel es uno de los componentes primordiales pues de la calidad de estas conexiones dependerá la eficiencia del panel y finalmente está el vidrio solar el cual es pre tensado, endurecido y más transparente que el cristal común con un grosor recomendado de entre 3 y 4 mm. Junto con el panel se debe contar además con un dispositivo de gran importancia para el sistema; El inversor de corriente ya que la corriente eléctrica proporcionada por los paneles es corriente continua DC y la corriente que se usa habitualmente en lugares y áreas comunes es alterna debido entre otros factores a la sencillez que existe para transformarla y controlar su tensión.

La corriente eléctrica está definida como el flujo de electrones que se establece en cualquier circuito eléctrico (Andrés, Vandelvira, & Garrigós, 2011), en electricidad podemos encontrar dos tipos de corriente:

La corriente continua (DC) que se caracteriza principalmente por fluir de forma invariable en una dirección a lo largo del tiempo lo que indica que la tensión es constante, generalmente suministrada por baterías, dinamos, módulos fotovoltaicos, etc.

Por otra parte, está la corriente alterna (AC) en la cual la dirección del flujo de electrones es variable formando intervalos regulares o ciclos. La corriente que es entregada en los enchufes de los hogares se denomina corriente alterna senoidal debido a la forma que toma la onda cuyos valores absolutos de la tensión son proporcionales a los que toma la función matemática seno entre 0° y 360° (Andrés et al., 2011).

La gran mayoría de aparatos que utilizan energía eléctrica para funcionar trabajan en corriente alterna (AC), es aquí donde entra el inversor a transformar la corriente directa (DC) generalmente en 12, 24, 48 V en una corriente alterna (AC) en 120 o 240 V. Existen gran variedad de inversores pues estos se utilizan en muchos campos además de la energía solar y con distintas capacidades. Para los sistemas interconectados a la red hay dos tipos principales, los inversores centrales y los micro inversores, los cuales cumplen la misma función de compatibilizar la corriente para que esta pueda ser aprovechada.(Andrés et al., 2011)

Los micro inversores son una tecnología que viene siendo estudiada desde los Años noventa, al identificar que uno de los principales motivos por el cual los sistemas fotovoltaicos no eran muy populares en el sector doméstico era la practicidad de dichos sistemas, por lo que dentro de los objetivos de diseño se pensó en la manera

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de implementar inversores que pudieran estar integrados incluso al módulo fotovoltaico. Estos inversores de tamaño reducido fueron presentados como Micro Inversores (MI) , Módulos Integrados de Conversión MIC o Módulos de corriente alterna MAC.(Sher & Addoweesh, 2012). El principal objetivo de los MI además de la practicidad en su tamaño, es lograr transformar la corriente de bajo voltaje entregada por los paneles solares en DC a un nivel compatible y con la mayor eficiencia posible (superior al 90%) en AC para que pueda ser aprovechada, Además de proporcionar una onda de salida lo más parecido posible a una onda senoidal pura, la cual es similar a la que entrega la red eléctrica. En cuanto al tipo de onda es importante aclarar que se pueden encontrar inversores cuya señal de salida sea pura o modificada. La modificada permite aumentar el espectro de consumo, pero solo funciona para elementos sin motor o poco complejos como lo son Televisores, DVD, Iluminación entre otros mientras que los de onda pura generan una onda similar a la emitida por la red eléctrica (senoidal) y pueden ser utilizados con cualquier tipo de aparato. (Sher & Addoweesh, 2012)

Por otra parte, los micro inversores permiten mantener el nivel de energía estable en el sistema en caso de que uno de los módulos presente algún tipo de falla (averías técnicas, sombras, alta nubosidad, etc.) pues permite desactivarlo individualmente mientras dicha falla es corregida, en el caso de un inversor central el nivel de energía de todo el sistema se ve seriamente afectado en una situación similar. Además de querer aumentar la capacidad de generación de un sistema, si este cuenta con un inversor central y el aumento que se quiere realizar excede su capacidad este deberá ser reemplazado, en el caso contrario los micro inversores permiten ampliar la capacidad agregando con cada panel nuevo un nuevo micro inversor.

Otro tema de gran importancia es la regulación que existe frente a la autogeneración de energía, establecida por el estado Colombiano desde el año de 1994 y reformada en el 2014 con la ley 1715, donde se definen a los auto-generadores como personas que buscan fuentes alternativas para generar energía eléctrica con el fin de suplir sus propias necesidades, el límite establecido por la UPME en la resolución 281 de 2015 para autogeneración a pequeña escala es de 1MW pero que en alguno casos pueden generar excedentes y transferirlos a la red del SIN. En la resolución 121 del 28 de agosto de 2017 de la Comisión de Regulación de Energía y Gas del Ministerio de Minas y Energía en la cual se regulan las actividades de autogeneración a pequeña escala y de generación distribuida en el sistema interconectado nacional, se describen las condiciones y leyes que rigen la correcta entrega de excedentes de energía por parte de los autogeneradores. Uno de los puntos más importantes y de acuerdo con lo establecido en el decreto 348 de 2017 se expresa que los excedentes que sean entregados a la red por parte de autogeneradores con fuentes no convencionales de energía serán reconocidos

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como créditos de energía, mediante el uso de medidores bidireccionales. Por otra parte, están las condiciones para la integración y los estándares técnicos pues se requiere conocer unas condiciones técnicas de disponibilidad del sistema, establecidas en el artículo 5 de la Resolución dicha información deberá ser proporcionada por el operador de la red en la región en este caso CODENSA SA. Además de esto deberá proporcionar por medios digitales los trámites para que Montañas de Chicaque SAS. Como auto generador de pequeña escala pueda solicitar conexión, recibir notificaciones y hacer requerimientos.

Al revisar la disponibilidad de la red y las condiciones técnicas establecidas en la resolución, el Auto generador deberá proporcionar un estudio de factibilidad Técnica donde presentará una serie de análisis a su sistema de autogeneración El contenido del estudio será publicado por el Operador de red, dicho estudio de factibilidad técnica puede ser solicitado al Operador o ser realizado por cuenta propia.

9.3.1 Valoración de la Alternativa

1. Eficiencia: En cuanto a la eficiencia de los paneles solares hoy en día existen paneles que ofrecen hasta 30 % de eficiencia en cuanto a la radiación solar que reciben, los modelos comerciales que se encuentran en la actualidad se

encuentran en el rango de entre 15% y 20%. Para aumentar el rendimiento de esta alternativa una empresa norteamericana ofrece paneles solares refrigerados con agua la que además de mantener la eficiencia del panel controlando el calor que este genera, se convierte en un calentador de agua solar. (-1)

2. Requisitos de Instalación: En cuanto a los requisitos de instalación para un panel solar se requiere un espacio abierto donde no haya mucha vegetación que genere sombra, por otra parte, debe ser un lugar estable geológicamente que garantice la seguridad de la instalación y los circuitos. (1)

3. Requerimientos Ambientales: El principal requerimiento ambiental al

momento de aprovechar la energía solar es la cantidad de radiación que reciban los paneles a lo largo del día, en este caso serán necesarias mínimo dos horas de sol. (-1)

4. Inversión Inicial: A continuación, se presentan los costos de adquisición de esta alternativa para el sistema completo que permitirá la generación de 3KW h con los respectivos accesorios, aparte de esto se encuentran las obras civiles que consisten en las conexiones eléctricas y el sistema de bombeo de agua. (-1)

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No. Descripción Cantidad Precio COP$

1 Toma de Tierra completa (Materiales de

Instalación) 1 $5´130.500

2

Kit Completo GRID TIE 3 KW-H 44 módulos FV 240 W

Cableado

Caja breaker DC/ AC Medidor en AC de Energía

Protección contra sobre tensiones SPD

1

$33´800.000 $14´000.000

3 Inversor Corriente Onda Pura 10kw 1 $15´000.000

4 Micro Inversor 500 w 22 $13.200.000

5 Instalación y Puesta en Marcha 1 $5´499.000 A Instalación Inversor Central TOTAL $ 73´429.500 B Instalación Micro Inversores TOTAL $ 71´629.500

C Costo por KW-h Instalado $24.476.500

Tabla 15. Costos Estimados Montaje Fotovoltaico 3 KW H

5. Costos de operación y mantenimiento: Este dispositivo no tiene costos de operación asociados a un operario especifico pues puede ser utilizado de manera normal después de su instalación. En cuanto a mantenimiento no exige un mantenimiento diferente al de limpieza general del equipo pues al

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no contar con ningún tipo de partes móviles no requiere cambio de piezas ni mantenimiento periódico. (1)

6. Procedimiento de operación: De la misma manera los paneles solares no requieren de un operario para su funcionamiento pues son completamente autónomos. Además del mantenimiento preventivo (limpieza de las celdas). (1)