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: japradas@correo.udistrital.edu.co

Jenny Paola Vieda Díaz

E-MAIL: jpviedad@correo.udistrital.edu.co

Docente:

Ing. Dora Marcela Martínez Camargo

Tutor empresa:

Jhon Alexander Urrego

Nota de Aceptación

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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

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

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: jpviedad@correo.udistrital.edu.co 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: japradas@correo.udistrital.edu.co 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: energiaverde.sas@outlook.com 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

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

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.

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.

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.

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