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Introducción
En diciembre del 2015 se celebró en París la Conferencia de las Partes de la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, se aprobaron 17 objetivos de desarrollo sostenible, el número siete enuncia: “garantizar acceso a energía asequible, segura, sostenible y moderna para todos”, reconociendo que la forma de uso de la energía es el factor determinante del cambio climático, esta representa dos tercios del total de las emisiones de gases de efecto invernadero, también se reconoció que las fuentes renovables de energía constituye actualmente un 15 % de la matriz energética global. Cuba no escapa de esta realidad y el estado ha estimulado el uso de las fuentes renovables de energía[1]. El uso de las fuentes alternativas de energía cada día se extiende más en el mundo. Algunos países las desarrollan con el objetivo de alcanzar el autoabastecimiento energético y otros las identifican como parte de la solución para disminuir los efectos del cambio climático a nivel global. Para cumplir los objetivos anteriores se desarrollan tecnologías que aprovechan la energía del viento, del mar, el calor de la tierra, la biomasa y la energía de sol. Esta última se utiliza con diferentes fines: calentadores solares [2], secadores solares [3, 4] y para generar electricidad, conocida esta última como energía solar fotovoltaica. Esta es, a su vez, el método más directo de producir electricidad a partir de la radiación solar, sin producir ruido o emisiones de gases, se han estudiado las potencialidades de los territorios a partir de las condiciones en su ubicación geográfica, haciendo la selección de los sitios por las características de potencial solar, eficiencia de la infraestructura eléctrica y disponibilidad del espacio para la introducción de los sistemas fotovoltaicos [5].
Los sistemas fotovoltaicos se clasifican en: autónomos [6] y conectados a red. Los primeros deben abastecer en su totalidad la demanda energética sin la necesidad de contar con otro tipo de forma de energía. Los segundos deben ser capaces de trabajar con ambos tipos de energía, es decir cuando el sistema fotovoltaico no es capaz de entregar la cantidad de energía que se requiere, la red eléctrica entra en funcionamiento para suplir esta falta. Sin embargo, también son necesarios sistemas fotovoltaicos que entren a funcionar en un horario específico y que alimenten un porciento de la carga o una carga en específico, manteniendo el servicio de la red. Estos tienen como objetivo disminuir la demanda de energía eléctrica en el tiempo seleccionado. Independientemente del tipo de sistema fotovoltaico que se utilice, es necesario escoger la localización donde se emplazaran los paneles solares. Muchas organizaciones solo cuentan para este fin con las fachadas y con la cubierta o techo [7; 8]. El uso de estas superficies es conocido como sistemas fotovoltaicos integrados a edificios, en inglés (BIPV) y cada día incrementan su presencia en los entornos urbanos. De forma particular, las cubiertas ofrecen mayor potencial de integración en términos de producción energética, por ser las superficies mejor situadas, con una mayor extensión, libres de obstáculos y restricciones. Por estas razones, el objetivo de este trabajo es evaluar las potencialidades para la diversificación de la matriz energética del Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado, utilizando la cubierta del centro para la generación de electricidad a partir de paneles fotovoltaicos.
Materiales y métodos
Con el fin de evaluar las potencialidades para diversificar la matriz energética, de forma particular con la generación de electricidad utilizando un sistema fotovoltaico, se diseñó una metodología formada por tres pasos:
Primer paso
Objetivo: Caracterizar el consumo de electricidad
Demanda de la energía eléctrica de la organización. Para conocer la demanda de energía eléctrica se utiliza como fuente de información la factura eléctrica de la organización, de esta se extrae la demanda registrada día y se determina la máxima demanda.
Caracterización de la carga eléctrica de la organización (Se determina si la carga eléctrica es de iluminación o de fuerza).
Segundo paso
Objetivo: Identificar y caracterizar los posibles escenarios para ubicar los emplazamientos de los paneles fotovoltaicos.
Aplicación del procedimiento para identificar los escenarios; se utiliza como herramienta una vista aérea, esta permitirá detectar posibles sombras, debido a la cercanía de árboles u otras edificaciones, y con los resultados se calcula el área de cada escenario identificado. Se pueden utilizar fotografías, vista áreas y planos [9].
Para calcular el potencial para la generación de electricidad, por cada escenario identificado, se toma como referencia que: el número de horas de irradiación solar constante es hipotéticamente 1000 kW/m2 [10]. Esto significa que una hora solar pico (HPS, por sus siglas en inglés) equivale a 1 Kwh/m2 o a 3,6 MJ/m2. En Cuba se comercializan paneles solares que generan 150 W/m2, por lo que se utiliza este factor para el cálculo de la potencia por área en cada escenario según la ecuación (1).
Resultados y discusión
La metodología propuesta se aplica al Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado como un estudio de caso.
Primer paso
Para la caracterización del consumo de electricidad del Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA), se utiliza la máxima demanda registrada día, porque en este indicador se unifican, la cantidad de carga (equipos, luminarias, etc.), el factor de coincidencia (equipos conectados simultáneamente) y el régimen de trabajo de los mismos. Para el estudio se utilizó como fuente de información primaria la factura eléctrica, de forma específica el dato relacionado con la demanda máxima registrada día, se calculó el promedio por mes, figura 1, de la misma se observa que la mayor demanda promedio se alcanza en el mes de junio, 52,67kW.
Es necesario señalar que la máxima demanda registrada correspondió al mes de junio del año 2016, con un valor de 59kW. Se pudiera agregar que los máximos valores obtenidos en este gráfico pertenecen a los meses del verano, por lo que este consumo está estrechamente relacionado con la refrigeración y con el desarrollo de las tesis de diploma. Para caracterizar la carga de iluminación y fuerza, se empleó un cartograma de cargas porque a través de este, se informa la estructura de la carga en cada área de la organización de forma rápida y simple. Las cargas se representan en círculos, los cuales se dividen en sectores coincidentes con las cargas de fuerza (color azul) y de iluminación (color rojo), como se muestra en la figura 2.
Como se observa en la figura 2, en el centro analizado predominan las cargas de fuerza, la mayor concentración de estas cargas se localizan en las áreas del taller de mecánica y en los laboratorios de caracterizaciones magnéticas, de servicios ambientales y biotecnología vegetal.
Segundo paso
Para identificar las zonas se utiliza una vista aérea del CNEA, que permitió identificar cinco posibles escenarios, los cuales se muestran en la figura 3.
Se determina el área de cada escenario identificado y se calcula la potencia que se pudiera generar en ellos, tabla 1.
Tabla 1 Potencia en kW por escenario
| Localización | Área (m2) | Potencia (kW) |
|---|---|---|
| 1 | 144 | 21 |
| 2 | 150 | 22,5 |
| 3 | 288 | 43,2 |
| 4 | 216 | 32,4 |
| 5 | 220 | 33 |
| Total | 1018 | 152,1 |
De los escenarios identificados, el uno, dos y cuatro, son los que geográficamente se encuentran más cerca del transformador que alimenta al CNEA; sin embargo, son los que presentan más bajas potencialidades.
Tercer paso
Se comparan los valores de la potencia generada para cada uno de los escenarios identificados con las demandas registrada día mensual, figura 4. Se aprecia que la potencia generada, por los escenarios de forma individual, no satisfacen la demanda día registrada; sin embargo esto se podría lograr utilizando varios escenarios a la vez.
De la figura 4, se aprecia que, la potencia generada por los escenarios de forma individual no satisfacen la demanda día registrada; aunque si se realizan combinaciones de escenario se lograría satisfacer la demanda actual.
Conclusiones
Se presentó una metodología sencilla que permite evaluar las potencialidades para diversificar la matriz energética en una organización e introducir la energía solar fotovoltaica.
La aplicación de la metodología en el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado, permitió identificar cinco escenarios y las potencialidades para cubrir el 100% de la demanda. Se recomienda realizar otros estudios que permitan la materialización de esta propuesta.
