Viabilidad para la Implementación de un Sistema de Energía Solar Complementario
para una Unidad Habitacional
Feasibility for the Implementation of a Complementary Solar Energy System for a
Housing Unit
Parra, G.; Serrano, A.1 Monroy, R. 2
Resumen
El propósito de esta investigación fue analizar la viabilidad técnica y económica para la implementación de un sistema de energía solar complementario con el fin de abastecer una unidad habitacional en la ciudad de Cúcuta. En consecuencia, se eligió como muestra una vivienda del barrio Gaitán perteneciente a la comuna 9 de la ciudad, a la cual se le realizaron los estudios para obtener el método de energía mas eficiente teniendo en cuenta la luz solar y basándose en una investigación descriptiva con técnicas especificas en la recolección de información. De esta manera se obtuvo como resultado de dicho análisis la generación de energía solar fotovoltaica como método más factible técnicamente, sin embargo, calculando la relación costo beneficio entre dicho
1 Estudiantes de la especialización en gerencia de proyectos. Universidad Libre Seccional Cúcuta. Correos electrónicos: [email protected]; [email protected]
2 Docente investigador Universidad Libre Seccional Cúcuta. [email protected]
sistema y un sistema de energía eléctrica convencional, se opta por el sistema tradicional. Si bien es cierto que el método FV es inagotable, no contamina y contribuye con el desarrollo sostenible, siendo esto imprescindible para frenar el cambio climático, no resulta viable ni rentable implementarlo en la unidad habitacional evaluada.
Palabras clave: Consumo energético, costos energéticos, luminiscencia, energía convencional, energía fotovoltaica, energía limpia, energía renovable, energía solar.
Abstract
The purpose of this research was to analyze the technical and economic feasibility for the implementation of a complementary solar energy system in order to supply a housing unit in the city of Cúcuta. Consequently, a house in the Gaitán neighborhood belonging to commune 9 of the city was chosen as a sample, in which studies were carried out to obtain the most efficient energy method taking into account sunlight and based on a descriptive research with specific techniques in collecting information. In this way, as a result of said analysis, the generation of photovoltaic solar energy was obtained as the most technically feasible method, however, calculating the cost- benefit relationship between said system and a conventional electrical energy system, the traditional system is chosen. Although it is true that the PV method is inexhaustible, does not pollute and contributes to sustainable development, this being essential to curb climate change, it is not feasible or profitable to implement it in the evaluated housing unit.
Keywords: Energy consumption, energy costs, luminescence, conventional energy, photovoltaic energy, clean energy, renewable energy, solar energy.
Introducción
A la energía radiante del sol recibida en la tierra se le llama energía solar, esto es, una fuente de energía que tiene diferentes ventajas en comparación a otras, aunque, para su aprovechamiento, también presenta ciertos impedimentos. Entre sus distintos beneficios predomina su naturaleza inagotable, renovable y su utilización libre de polución.(Rodríguez Murcia 2008). Para esta investigación se tuvo en cuenta la energía solar fotovoltaica, lo cual es una tecnología que crea corriente continua mediante semiconductores cuando éstos son iluminados por un haz de fotones.
Mientras la luz incide sobre una célula solar, que es el nombre dado al elemento fotovoltaico individual, se genera potencia eléctrica (Alonso et al. n.d.).
La energía fotovoltaica es una de las (ERNC) Energías Renovables No Convencionales con una capacidad superior de generación eléctrica, aunque la desventaja más fuerte es el alto costo de las baterías y los paneles fotovoltaicos. Algunos países europeos (especialmente España y Alemania) llevan años motivando el uso de las ERNC (Zuniga et al. 2013).
El consumo energético en Colombia va de la mano con el cambio climático, particularmente con fenómenos como el de La Niña o El Niño que influyen en el suministro y la generación de la red eléctrica nacional, fundamentalmente en la generación por embalse, filo de agua e hidráulica.(Mendoza et al. 2018). Esto reafirma que en Colombia principalmente la producción de energía proviene de la hidroelectricidad.
En la economía de una familia promedio parte de los ingresos se deben destinar al pago de los servicios públicos básicos, agua, gas y energía eléctrica, por esta razón la implementación de una fuente de abastecimiento de energía solar, contribuiría a la reducción de gastos que apoyarían la
calidad de vida de las personas. En Colombia el requerimiento energético cada vez es mayor, al igual que en el resto del mundo, debido al incremento industrial y poblacional, lo que trae consigo problemas ambientales, sociales y económicos (Gómez-ramírez, Murcia-murcia, & Cabeza-rojas 2018).
Se quiere originar un consumo superior de energía solar, pues se intuye, esto generaría una disminución del uso de las demás fuentes de energía, una inferior demanda de la red y, en consecuencia, un decrecimiento de los precios nacionales en las fuentes tradicionales. Las ventajas de la energía solar FV con respecto a otras fuentes de energía se basan en que esta produce emisiones inferiores de dióxido de carbono (CO2), efecto invernadero, lluvia ácida y óxidos de azufre (Gómez-ramírez et al. 2018).
La finalidad de este estudio es determinar la viabilidad técnica y económica para la implantación de un sistema de energía solar complementario con el fin de abastecer una unidad habitacional en la ciudad de Cúcuta. Para esto, en primer lugar, se realiza la clasificación de los diferentes métodos de generación de energía arrojando como el más viable el método fotovoltaico y cuantificando sus costos de inversión inicial, reinversiones y costos de operación. A continuación, se realiza la relación costo beneficio entre el sistema de energía solar seleccionado (FV) y el sistema de energía eléctrica tradicional.
Materiales y Métodos
Una muestra es una fracción representativa de una cantidad, por ejemplo, una unidad de todos los libros que se imprimen en una edición, o ciertos alumnos que representan a todos los alumnos que integran una institución. Al igual, cuando se intenta estudiar una población demasiado grande
como el caso de los alumnos o profesores de una universidad, se hace indispensable seleccionar una parte. Entonces, una muestra es un fragmento de una población determinada, que se selecciona con el fin de estudiar o medir las propiedades que identifican a la totalidad de dicha población (Niño & Victor 2011).
Se eligió una vivienda del barrio Gaitán como muestra representativa de la población escogida, la cual se conoce como comuna 9 de la ciudad de Cúcuta. Esta se escogió debido a que Cúcuta cuenta con altos niveles de irradiación solar y teniendo en cuenta que la mayor irradiación ocurre en el mes de julio con cifras de 5 a 5.5 KWh/m2 lo que indicó, que en este mes se obtendría la producción más alta de energía del sistema solar elegido, y, el menor nivel de irradiación se obtiene en los meses de noviembre y diciembre con valores promedios de 3.5 a 4 KWh/m2, siendo estos dos meses los de producción menor. Estas condiciones se consideraron al momento de diseñar el sistema (Leal & Hernandez 2013).
En el presente informe se formularon diversas fuentes y técnicas de recolección de datos, acorde a las fases de trabajo, con las que se obtuvo la información necesaria para dar alcance a los objetivos.
Tabla 1. Fases del diseño de investigación
Fase 1: En primer lugar, se definieron las características, ventajas y desventajas de cada uno de los métodos de generación de energía solar a trabajar (métodos de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica), información que sirve de apoyo en la evaluación y elección del método a trabajar.
Descripción Actividad
Determinación y clasificación de los diferentes métodos de generación de energía solar.
Mediante el uso de fuentes secundarias de información las cuales son bases de datos consultadas vía internet del ministerio de minas y energía, bases de datos de la universidad libre, periódicos de la región, entre otras, que contemplan información descriptiva en términos cualitativos y cuantitativos de las características sociales y económicas de los métodos evaluados.
El procesamiento de la información se logró por medio de la experiencia de los profesionales a cargo del proyecto, contemplando una adecuada interpretación y manejo de la información.
La metodología empleada es de tipo descriptiva ya que se basó en técnicas de recopilación de información utilizando informes y documentos elaborados por diferentes investigadores.
Fase 2: Seguidamente a la categorización de los distintos métodos se realizó la elección del sistema a utilizar evaluando cuál de ellos se ajustaba mas a los requerimientos de una unidad habitacional en condiciones de eficiencia y calidad; estableciendo la capacidad de aprovechamiento de la radiación solar en los sistemas térmicos y fotovoltaicos.
Elección del método de energía más eficiente teniendo en cuenta la luz solar.
Se realizó por medio de la observación y análisis de los resultados obtenidos en la anterior clasificación teniendo en cuenta el criterio de expertos y referencias de otros autores, elaborando también cuadros comparativos, listas y escalas de opinión que permitan deducir de manera más clara los resultados. Se empleó una metodología inductiva ya que esta permite al investigador la toma de decisiones a partir de las informaciones encontradas.
Fase 3: Realizada la elección del sistema y método de energía solar más eficiente, se prosiguió a detallar los costos económicos tanto de inversión inicial para la implementación (aparatos de generación, conversión y almacenamiento de energía, y mano de obra especializada) como de reinversión, operación y mantenimiento a lo largo de su vida útil.
Descripción Actividad
Cuantificación de los costos de la implementación del sistema seleccionado.
Con base en las investigaciones realizadas en las distintas bases de datos acerca del método escogido se realizaron tabulaciones de costos teniendo en cuenta todas las variables que pueden influir en la implementación del sistema, proyecciones de costos a lo largo de la vida útil del sistema y figuras; esto con la finalidad de realizar la compilación total de los costos.
Fase 4:
Finalmente, se evaluaron ventajas y desventajas desde el punto de vista técnico y económico entre el sistema solar escogido vs el sistema de energía convencional para seguidamente realizar la relación costo – beneficio.
Descripción Actividad
Determinación de la relación costo/beneficio entre el sistema de energía solar a implementar y un sistema de energía eléctrica convencional.
Se obtuvieron costos de consumo del sistema energético convencional durante el tiempo de vida útil del método solar a implementar.
Se compararon los costos de consumo energético convencional con la inversión total de la implementación y se define cuál es el más viable.
El método analítico ayuda a desmembrar cada componente del proyecto para analizar en que zonas climáticas se puede aprovechar la energía solar, que limitaciones de área puede tener, limitaciones económicas, analizar pros y contras. Con este se puede llegar a concluir que tan viable puede ser el uso de la energía solar como energía eléctrica.
Fuente: Elaboración propia
Resultados y Discusiones
Determinación y Clasificación de los Diferentes Métodos de Generación de Energía Solar
Se conoce como energía solar a la energía producida por el sol y que llega a la tierra por medio de radiaciones, es una energía 100% renovable, además, es una de las energías renovables más distinguidas y usadas en el mundo en estos momentos en donde la conciencia, compromiso y obligación hacia el medio ambiente y el planeta son fundamentales para la sostenibilidad de este.
En conformidad con Acosta, la energía solar es utilizada de dos formas: una de ellas es la energía solar térmica, donde se utiliza el sol como herramienta para elevar la temperatura de líquidos; otra forma, es el sistema fotovoltaico (mediante paneles solares) donde la electricidad se genera de la radiación solar. Hoy en día en el mundo se encuentra en aumento el uso de estos sistemas (Acosta 2018).
Energía solar térmica. Es una forma de energía renovable y sostenible que consiste en la transformación de energía solar en energía térmica. Se puede utilizar en viviendas e instalaciones pequeñas como también en grandes centrales eléctricas.
Los tipos de energía solar térmica son:
Plantas de alta temperatura: Se utilizan para generar electricidad. Trabajan con temperaturas por encima de los 500 °C.
Plantas de media temperatura: Trabajan con temperaturas entre 100°C y 300°C.
Instalaciones de baja temperatura: Se utilizar principalmente en viviendas. Trabajan con temperaturas menores a 65°C.
Lo anterior se ratifica con la definición otorgada por Piriz Sagahon en su estudio donde se define la energía solar térmica como la energía que resulta de la transformación de la radiación solar para aplicaciones térmicas, esto es, con procesos de diferencias de temperatura. Una instalación solar térmica Está conformada por un grupo de elementos responsables de captar la radiación solar, convertirla directamente en energía térmica dejándola a un fluido de trabajo y, finalmente guardar esa energía térmica eficazmente, ya sea en el fluido de trabajo de los captadores, o trasladarla a otro, para que pueda ser usada posteriormente en los puntos de consumo (Piriz 2013).
La energía solar térmica propone un gran beneficio en relación con otras energías renovables tal como lo confirma Bonilla, Roca, De la calle y Dormido argumentando que esta posibilita un almacenaje eficaz de la energía y por consiguiente la accesibilidad en el momento que se necesite (Bonilla et al. 2017).
Energía solar fotovoltaica. La energía solar fotovoltaica transforma la radiación solar en electricidad. A veces se denomina energía fotovoltaica o energía fotoeléctrica.
Esta transformación se realiza en los paneles solares. Los módulos solares están compuestos por unas fotocélulas con unos materiales semiconductores. Los materiales mas habituales son compuestos de silicio.
Las principales ventajas son:
No genera contaminación ni emisiones de gases de efecto invernadero.
No requiere combustible, únicamente la radiación solar.
Su dimensionamiento es escalable. Es fácil añadir o quitar módulos según la demanda energética.
Existen dos tipos de instalaciones: Aisladas y conectadas a la red. Las instalaciones conectadas a la red suministran electricidad a la red eléctrica. Las instalaciones aisladas generan electricidad para su consumo propio tal como lo corrobora Bello y Paez en su estudio donde se define el sistema fotovoltaico aislado como un método de producción de energía eléctrica desconectado de la red que provee al usuario energía originada por la luz solar. Este generalmente necesita el depósito de la energía en baterías para que pueda usarse a lo largo del día (Bello & Paez 2018).
De igual manera, complementando y utilizando como apoyo el concepto técnico emitido por Perpiñán, el cual dice que el sistema fotovoltaico está compuesto por un grupo de equipos que generan energía eléctrica mediante la radiación solar. Su elemento principal es el módulo fotovoltaico, el cual está conformado por células encargadas de transformar la energía luminosa incidente en energía eléctrica de corriente continua. Los demás elementos integrados en el sistema fotovoltaico varían de gran forma dependiendo del uso al que está dirigido. En gran escala los sistemas fotovoltaicos se categorizan en tres grupos: conectados a red (grid connected), autónomos (off-grid) y de bombeo (Figura 1).
Los sistemas conectados a red generan energía eléctrica para ser inyectada en la red tradicional.
No requieren integrar equipos de acopio de energía. Se pueden clasificar en sistemas instalados sobre suelo y sistemas en edificación.
Figura 1. Categorización de sistemas fotovoltaicos
Fuente: Elaboración propia
Los sistemas autónomos tienen múltiples aplicaciones, todas con la finalidad de saciar una demanda energética especifica. Debido a esto, la mayoría de sistemas autónomos incluyen un dispositivo de acumulación de energía. Estos sistemas se dividen en tres grupos según su uso:
profesionales, electrificación rural y pequeño consumo.
Los sistemas de bombeo utilizan la energía eléctrica que origina el generador fotovoltaico para activar una motobomba que sube y traslada agua desde un acuífero hasta un almacenamiento (Perpiñan 2014).
Figura 2. Comparativo entre sistema solar térmico y sistema solar fotovoltaico
Fuente: Elaboración propia
Elección del Método de Energía más Eficiente Teniendo en Cuenta la Luz Solar
Se escogió el sistema de energía solar fotovoltaica (mediante paneles solares) teniendo en cuenta la radiación solar de la ciudad de Cúcuta ya que esta cuenta con valores de radiación superiores a 600W m-2. Además, debido a la gran problemática mundial del cambio climático y el calentamiento global por el uso de combustibles fósiles, este sistema es una de las mejores alternativas para el abastecimiento energético y, según diferentes estudios, se encuentra por encima de los otros métodos de energía renovable.
Figura 3. Radiación solar global promedio presente en la ciudad de Cúcuta durante un año Fuente: Elaboración propia
Tecnologicamente mas simple Tecnologicamente mas avanzado Produce agua caliente sanitaria Produce electricidad
Almacenamiento en baterías Almacenamiento en depósitos de agua SISTEMA SOLAR TÉRMICO SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO Vida útil aproximada : 15 años Vida útil aproximada : 25 años
Capta energía solar Capta energía térmica
Según la Figura 3 y las informaciones obtenidas en los documentos y bases de datos consultadas, se logró observar que la radiación solar global en la ciudad de Cúcuta permite realizar una explotación energética de este potencial solar a través del aprovechamiento por energía fotovoltaica.(Contreras, Galban, & Sepúlveda 2018). Además de esto teniendo en cuenta el aporte de Acero y Puentes en su investigación, geográficamente Colombia está ubicada en una de las zonas donde la radiación solar tiene mayores niveles. Por consiguiente, la energía fotovoltaica, ayuda a disminuir el gasto de energía fósil y la demanda que este requiere en las unidades habitacionales (Acero & Puentes 2019).
El sistema básicamente consiste en que la corriente producida en los paneles solares fotovoltaicos pasa inmediatamente a un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna.
Se pudo deducir que la potencia eléctrica instalada mediante un sistema solar fotovoltaico suple los requerimientos energéticos de una vivienda aportando innumerables beneficios en rentabilidad económica y bajo impacto ambiental. A continuación en la figura 4 se muestra el ciclo de vida de las diferentes energías en donde se observa que la energía fotovoltaica se encuentra en una etapa continua de crecimiento y en la actualidad es la opción más optima de producción de energía con respecto al cuidado del medio ambiente se refiere (Sanchez & Casas 2019).
En Colombia se han propuesto leyes que incentivan el uso y la implementación de la energía fotovoltaica, aunque aún no se ha popularizado su utilización. Se mencionan a continuación algunas de estas: Ley 697 de octubre 3 del 2001 reglamentada por el decreto nacional 3683 del 2003 y Proyecto de ley numero 096 del 2012 cámara.(Pedroza & Vasquez 2014).
Figura 4. Ciclo de vida de la energía
Fuente: Elaboración propia
Cuantificación de los Costos de la Implementación del Sistema Seleccionado
Para comenzar con la cuantificación de costos de la implementación del sistema de autogeneración de energía eléctrica por medio de paneles fotovoltaicos (sistema elegido), fue necesario en primer lugar identificar, definir y caracterizar los principales elementos que lo componen como mínimo (paneles fotovoltaicos, controlador, inversor y baterías), además, para dimensionar el sistema se estimó el consumo de energía de la vivienda (Wh) y el tiempo de autonomía mínimo.
Los elementos indispensables para la ejecución de dicho sistema según el estudio de viabilidad realizado por Sanchez y Casas son:
Paneles fotovoltaicos. Están conformados por células fotovoltaicas de silicio policristalino de alta eficiencia, capacitadas para generar energía con un 4 o 5% de radiación solar. Lo cual garantiza una generación comprendida desde el amanecer hasta el anochecer, explotando la mayor potencia viable.
Controlador. Es un equipo de tamaño pequeño el cual regula la cantidad de energía eléctrica que llega de los paneles a la planta, impidiendo de esta forma una sobrecarga por excedencia de radiación solar.
Inversor. Se trata de un equipo que transforma la energía eléctrica de los paneles o módulos solares en una forma de energía posible de utilizar en la vivienda. La energía eléctrica que procede de los módulos solares es continua, sin embargo, la mayor parte de los electrodomésticos que se usan en una vivienda trabajan con corriente alterna.
Baterías. Son elementos que cumplen la función de almacenar energía eléctrica cuando la luz solar no se encuentra disponible. El sistema de energía solar fotovoltaica puede operar sin baterías en circunstancias en que no se usa un equipo para alimentar la planta a lo largo de la noche, no obstante, estas son convenientes para usar la energía de la planta solar por las noches (Sanchez and Casas 2019).
Dimensionamiento del sistema. Para la selección y dimensionamiento de los aparatos a utilizar se tuvo en cuenta el consumo promedio de la vivienda base ubicada en la calle 16 A N°
20A-38 del barrio Gaitán de estrato 2 y con una tarifa genérica estudiados en un tiempo de 6 meses calculado en kW/h.
Figura 5. Consumo eléctrico de la vivienda en el barrio Gaitán
Fuente: Elaboración propia
Seguidamente se realizó el desglose del consumo energético promedio por áreas de la vivienda base estudiada.
Tabla 2. Consumo eléctrico desglosado de la vivienda en el barrio Gaitán
Área Ó Zona Horas útiles (Día)
Potencia (W)
Consumo diario (kW/H)
Consumo mensual (kW/H) Entretenimiento
promedio (Tvs, video juegos, computadores)
5 150 1.77 53.1
Luminaria (baños) 1 20 0.09 2.6
Luminaria (cocina) 2 20 0.11 3.2
Luminaria (habitaciones)
3 20 0.13 3.8
Luminaria (sala de estar) 4 20 0.14 4.2
Luminaria (patio) 0.5 20 0.07 2.1
Lavadora 0.5 430 0.35 10.4
Nevera 4 300 2.18 65.3
Plancha 0.4 1200 0.50 15.1
Ventiladores 10 60 1.67 50.2
CONSUMO TOTAL 7.00 210
Fuente: Elaboración propia
Según el análisis de los datos registrados de la radiación solar promedio en la ciudad de Cúcuta (Figura 3) y los datos obtenidos de la vivienda (Figura 5 y Tabla 2) se escogieron los equipos a continuación.
Paneles fotovoltaicos: 6 paneles solares de 150W 12V policristalinos EcoGreen. Datos obtenidos por medio del análisis de la capacidad del panel por la radiación solar en la ciudad de Cúcuta. Este tipo de paneles son muy utilizados para instalaciones de vivienda de uso residencial.
150 W * 8 horas (Mayor radiación en Cúcuta) = 1200 W/día ó 36kW/mes
Teniendo en cuenta el consumo promedio de 210 kW/mes de la vivienda base junto con las pérdidas de eficiencia por temperatura, la cantidad necesaria de paneles fotovoltaicos para satisfacer las necesidades energéticas de esta es de 6 unidades.
Controlador: Se seleccionó un controlador de carga 70A MPPT marca SMART SOLAR. Este controlador tiene una pantalla LCD que presenta información acerca de irregularidades para así identificar de forma rápida y eficiente fallas en el sistema junto con indicadores LED para falla.
Los controladores de carga MPPT, aunque su instalación sea más costosa en comparación con los controladores de carga PWM, permiten el máximo punto de potencia de los paneles solares para optimizar la carga de la batería hasta un 30%.
Inversor: El componente más importante para la instalación del sistema de energía solar en una vivienda es el inversor solar. En Colombia se apostó por equipos de onda senoidal pura, por su versatilidad, calidad, eficiencia y vida útil.
Se eligió un inversor de 2 kW, coordinando la tensión de entrada DC con la tensión de salida DC de los paneles fotovoltaicos. La tensión de salida del inversor es de 208 VAC, onda senoidal pura, 60 Hz.
Baterías: Teniendo en cuenta el consumo diario de la vivienda (Figura 5), se procedió a calcular las baterías necesarias para el sistema de energía solar fotovoltaico.
Potencia = 7000 W/día * 2 (días de autonomía) = 14000 W
Entonces para saber qué capacidad de baterías necesitamos dividiremos esa potencia total entre la tensión en la que se está trabajando el sistema
Cap batería = 14000 W / 12 V = 1166 Ah para un sistema de 12 V
Cant de baterías = 1166 Ah / 150 Ah = 7.8 ≈ 8 Baterías de 150 Ah
Se escogieron baterías de ciclo profundo AGM de 12V y 150 Ah marca Tensite ya que según Zuñiga, Álvarez, Santander y Serrano estas baterías resisten los ciclos de carga-descarga de una mejor manera y alcanzan a suministrar energía durante 20 horas continuas (Zuniga et al. 2013).
Costos iniciales. Equipos: En la siguiente tabla (Tabla 3) se detallan los valores de los principales equipos requeridos para la implementación del sistema mencionados anteriormente incluyendo el impuesto al valor agregado (IVA).
Tabla 3. Costos (equipos)
Equipos Cantidad Precio unitario Valor total
Panel solar 6 $ 231,000.00 $ 1,386,000.00
Controlador 1 $ 624,000.00 $ 624,000.00
Inversor 1 $ 1,287,000.00 $ 1,287,000.00
Batería 8 $ 737,800.00 $ 5,902,400.00
TOTAL EQUIPOS $ 9,199,400.00
Fuente: Elaboración propia
Con el fin de conocer la inversión inicial total del método fotovoltaico se debe saber también el valor de los dispositivos eléctricos (cableado, cajas de paso, estructura, etc.), además de los precios de mano de obra por la instalación (Banda 2017), teniendo en cuenta que estos no se han tomado en cuenta.
Instalación: En la tabla 4 se detallan los valores de la instalación del sistema entre los cuales están comprendidos el cableado, la estructura, la mano de obra, entre otros.
Tabla 4. Costos (instalación)
Instalación Cantidad Precio unitario Valor total
Cableado y otros 1 $ 250,000.00 $ 585,000.00
Estructura de soporte 8 $ 80,000.00 $ 640,000.00
Mano de obra 1 $ 1,000,000.00 $ 1,000,000.00
Imprevistos (5%) 1 $ 571,220.00 $ 571,220.00
Total instalación $ 2,796,220.00
Fuente: Elaboración propia
Costo total: Los costos totales de la implementación del sistema fotovoltaico ascienden a:
$11,995,620.00.
Determinación de la Relación Costo/Beneficio entre el Sistema de Energía Solar a Implementar y un Sistema de Energía Eléctrica Convencional
Para determinar la relación costo/beneficio se tuvo en cuenta los costos totales del sistema mencionados anteriormente más unos costos anuales por mantenimiento equivalentes al 2% de la inversión inicial y la vida útil promedio de este tipo de proyectos la cual es aproximadamente 25 años (Sanchez & Casas 2019). Se realizó una comparación tomando como referente las condiciones de costo actuales del kW/h en la ciudad de Cúcuta, específicamente en el barrio Gaitán de estrato 2 y el consumo mensual promedio de la vivienda evaluada; asumiendo que estos valores se mantienen a lo largo de la vida útil del sistema.
En el país la estratificación socioeconómica está a cargo del departamento administrativo nacional de estadística (DANE), el cual categoriza las unidades habitacionales según su infraestructura física y su medio en seis estratos, esta categorización es empleada con el fin de fijar diferencialmente el costo por los servicios públicos (Vargas 2018).
En vista de que estos sistemas de instalaciones para suplir las necesidades de energía eléctrica en una vivienda poseen inversiones altas al inicio del proyecto, cuan más grande es la vida útil de sus componentes, existe más probabilidad de que este sea viable económicamente (Gastelbondo 2019).
Tabla 5. Valor del consumo promedio anual en un sistema energético tradicional
Sistema energético
Consumo promedio mensual
(kW/h)
Valor del Kw/h (COP)
Valor promedio mensual total
(COP)
Valor promedio anual total
(COP)
Tradicional 210 $ 604.84 $ 127,016.40 $ 1,524,196.80 Fuente: Elaboración propia
Tabla 6. Costos de mantenimiento del sistema fotovoltaico
Sistema energético Vida util Costos de mantenimiento totales
Fotovoltaico 25 $ 5,997,810.00
Fuente: Elaboración propia
Tabla 7. Análisis de costos del sistema tradicional y fotovoltaico en un periodo de 25 años
Sistema energético Costos del sistema
(periodo 25 años)
Tradicional $ 38,104,920.00
Fotovoltaico $ 17,993,430.00
Fuente: Elaboración propia
La relación costo beneficio se puede expresar de la siguiente manera:
La inversión del sistema fotovoltaico a implementar se recuperaría a partir del año 12.
En base a los cálculos anteriores y en vista de los elevados costos de inversión inicial y el largo tiempo de recuperación de la inversión se infiere que es posible que esta alternativa no sea atractiva para el sector en el cual se realizó el estudio; siendo lo anterior avalado en el estudio realizado por Florez y Mesa donde se plantea que el mayor obstáculo encontrado según encuestas realizadas a posibles interesados independientemente de su nivel de información de este sistema fueron los costos elevados que implican la implementación y el traslado a un nuevo sistema de producción energética en la vivienda (Flórez & Mesa 2018).
Conclusiones
El sistema de energía solar fotovoltaico resulta ser el más completo en comparación con el sistema de energía solar térmico, ya que logra satisfacer la totalidad de necesidades energéticas de la vivienda ubicada en el barrio Gaitán, además de ser una excelente alternativa de energía limpia que no genera daños al medio ambiente y tiene una gran proyección a futuro. La ciudad de Cúcuta es privilegiada con respecto a la radiación solar ya que debido a sus altos niveles se vuelve una ciudad muy llamativa para dichos sistemas fotovoltaicos.
El análisis de costos del sistema elegido (sistema fotovoltaico) arrojó que para una vivienda unifamiliar estrato 2 ubicada en el barrio Gaitán de la ciudad de Cúcuta se necesita una inversión inicial de equipos igual a $ 9,199,400 mas costos de instalación igual a $ 2,796,220. Sumando un total de $ 11,995,620. Adicionalmente a esto se requieren unos gastos de mantenimiento del sistema estimados en un 2% anual de los costos iniciales los cuales dan un valor de $ 5,997,810 proyectados a 25 años (vida útil del sistema). Los costos totales de la implementación y mantenimiento del sistema de energía solar fotovoltaica ascienden a una suma de $17,993,430.
La inversión total del sistema elegido se recupera desde el año 12. A partir de esto se determinó que no existe viabilidad económica en la implementación de paneles solares fotovoltaicos para una vivienda de estrato 2, ya que el estudio socioeconómico del sector indica que aunque el proyecto presenta una rentabilidad atractiva a lo largo de 25 años y brinda innumerables beneficios con respecto al cuidado del medio ambiente y la calidad de vida a futuro, la inversión inicial para ejecutarlo es demasiado elevada con respecto a los ingresos de las personas que habitan en dicho sector, lo que conlleva a que aunque la propuesta sea tentativa no compita directamente con el sistema de energía tradicional que por ser estratificado, emite un subsidio mensual sobre el consumo en estratos inferiores a 3.
Agradecimientos
El presente trabajo lo dedicamos principalmente a Dios, por ser luz y guía en nuestro proceso de crecimiento profesional, por ser la fuerza para lograr cumplir los objetivos en momentos de dificultad.
A nuestros padres y familia, por confiar y creer en nuestras capacidades, por el amor, el apoyo, la entrega y por darnos las bases necesarias para convertirnos en las mujeres que hoy en día somos.
A nuestros maestros y a la especialización de gerencia de proyectos de la Universidad Libre de Cúcuta por fundar los conocimientos y guiar nuestro proceso de formación.
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