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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

versión On-line ISSN 2071-0054

Rev Cie Téc Agr vol.30 no.4 San José de las Lajas oct.-dic. 2021  Epub 01-Dic-2021

 

NOTA TECNICA

Dimensionamiento de un parque solar fotovoltaico para el Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA)

Ing. Javier A. León-MartínezI  * 
http://orcid.org/0000-0002-1606-0193

Dr.C. Yanoy Morejón-MesaI 
http://orcid.org/0000-0002-1125-3105

Dra.C Gleiby C. Melchor-OrtaII 
http://orcid.org/0000-0003-1352-3639

Ing. Luis M. Rosabal-PadrónI 
http://orcid.org/0000-0001-6796-9156

MSc. Rolando Quintana-AputI 
http://orcid.org/0000-0003-1017-6512

MSc. Geisy Hernández-CuelloIII 
http://orcid.org/0000-0002-9049-3341

IUniversidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

IIUniversidad Agraria de La Habana, Centro Universitario Municipal de Jaruco, Mayabeque, Cuba.

IIIUniversidad Agraria de La Habana, Centro de Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

Este trabajo aborda la fundamentación y propuesta del dimensionamiento de un parque solar fotovoltaico destinado a satisfacer la demanda de energía eléctrica en las instalaciones del Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA) de la Universidad Agraria de La Habana. Para ello fue realizado un estudio del comportamiento del consumo de energía eléctrica en el CEMA, al ser este considerado un alto consumidor. Se determinó que, para satisfacer la demanda energética, el parque solar fotovoltaico debe contar con 323 paneles solares del modelo BS18055, un sistema de acumulación compuesto de 47 baterías Trojan monoblock, dos reguladores de corriente modelo Victron Energy (corriente de entrada de 2054,28 A y de salida de 1135,09 A), así como un inversor de 1000 kWh. Fue realizado un análisis del impacto económico y medioambiental de la instalación propuesta, el que arrojó que la misma permitirá un ahorro de energía eléctrica no menor de 29421,72 kWh al año. Así mismo se determinó que, por concepto de esta energía no consumida, dejarían de ser emitidos a la atmósfera al menos 33,24 t de CO2 al año. Luego, dejarían de consumirse al menos 7,7 t de combustible fósil en igual período, representando así un ahorro total de al menos 57368,23 CUP, por concepto de energía no consumida anualmente. Para acometer la instalación propuesta se calculó el estimado del costo preliminar de la inversión, el que está en el entorno de 244 583 376 CUP, si se incluye sistema de acumulación de energía y 935 376 CUP, sin incluir sistema de acumulación de energía.

Palabras clave: energía renovable; generación fotovoltaica; eficiencia energética; cargas eléctricas dinámicas

INTRODUCCIÓN

La evolución del hombre, a lo largo de los millones de años que tardó en llegar desde formas primitivas a su forma actual, está íntimamente vinculada con las distintas clases y cantidades de cada una de las energías de las que pudo disponer en cada época. En algún momento, algunos grupos humanos comenzaron a utilizar la energía de ciertos animales que pudieron domesticar, principalmente para acarrear cargas. Esto fue un gran avance en esa época, porque le permitió multiplicar su potencia y su capacidad de desplazarse (Azcón y Talón, 2000). Más adelante, los pueblos que vivían cerca de superficies de agua aprendieron a navegar sobre ellas por medio de canoas a remos, nuevamente utilizando para ese fin su energía física. Posteriormente el hombre aprendió a aplicar la fuerza del viento para empujar velas montadas sobre sus primitivas embarcaciones y así pudo navegar distancias mayores, más rápido y con menor esfuerzo (Derek, 1990). Después de milenios sin novedades técnicas notables, un gran cambio en la vida de los pueblos de Europa Occidental ocurrió a finales del siglo XVIII y principios del XIX, cuando comenzaron a utilizar la energía térmica de los combustibles para algo más que calentarse en el frío, cocinar y obtener y procesar metales. Se trataba de producir potencia mecánica. Sobre la base de la combustión de carbón mineral fundamentalmente (muy abundante en Europa) se comenzó a producir vapor de agua en calderas primitivas, para accionar una planta motriz de tipo alternativo. Con estas máquinas se podía reemplazar en los talleres y fábricas la fuerza de trabajo de muchas personas y/o animales juntos; evitando el agotamiento físico, a un costo muy inferior y con menos conflictos (Derek, 1990).

El agotamiento irreversible de las reservas mundiales de petróleo, el cual es utilizado actualmente como fuente directa de energía, o bien para que a través de él se generen otras energías (eléctrica, por ejemplo), ha sido denominado como “Crisis Energética”. Las razones de este fenómeno son diversas:

  • Aumento del consumo de energía eléctrica debido al constante crecimiento de los sectores residencial, industrial y de servicios;

  • Aumento del parque automotriz;

  • Agotamiento de otros recursos naturales como el agua dulce;

  • Entre otras.

De esta crisis ha surgido la necesidad de un aprovechamiento mejor de los recursos energéticos disponibles. Se han ideado formas de emplear distintos tipos de recursos energéticos renovables con el propósito de convertirlos en energía eléctrica. Dentro de estos se encuentran: la energía solar, eólica, mareomotriz, geotérmica, entre otras (Gasquet, 2004).

Según Bérriz y Álvarez (2008), en Cuba la radiación solar tiene un valor energético equivalente a 0,5 kg de petróleo por metro cuadrado al día, valor que varía muy poco de un lugar a otro del territorio, debido a la forma alargada y a la orientación de Este a Oeste de la Isla. Esta variación es casi despreciable de un mes a otro, lo que posibilita el aprovechamiento energético de esta fuente energética durante todo el año.

La radiación solar es utilizada directamente en transformaciones térmicas y fotovoltaicas, esto es, en forma de calor y electricidad. La conversión térmica es actualmente la forma más eficiente, económica y ventajosa de usar la energía solar. La generalización del uso doméstico del agua caliente solar para el aseo personal, el fregado y la cocción de alimentos, significan ahorros considerables del consumo de combustibles contaminantes. También es muy alto el consumo de combustibles en el calentamiento de agua y otros fluidos en la industria, el comercio, el turismo y en edificaciones sociales como escuelas y hospitales; el mismo pudiera ser satisfecho con instalaciones solares, de forma sostenible y ambientalmente sanas (Bérriz y Álvarez, 2008).

La energía solar fotovoltaica, consiste en la transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltaicas. El material base para la fabricación de paneles fotovoltaicos suele ser el silicio. Cuando la luz del Sol incide en una de las caras de la célula solar genera una corriente eléctrica. Esta electricidad generada se puede aprovechar como fuente de energía, a pesar de que en el mejor de los casos sólo un 25% de la energía luminosa se transforma en eléctrica (Sawin y Martinot, 2011; Sánchez et al., 2017; Perpiñán, 2020; Kaffman, 2021). Para obtener un nivel de intensidad de corriente aceptable, se conectan varias de ellas en serie. Son los llamados módulos o paneles fotovoltaicos. Las células del panel están protegidas por un cristal y se construyen de forma que se pueden unir con otros paneles. Las instalaciones fotovoltaicas han de ir provistas de acumuladores, capaces de almacenar la energía eléctrica no utilizada en forma de energía química. En algunos casos, también puede estar conectado en paralelo con la red, para emplear la energía de la misma cuando falte el Sol (Sánchez et al., 2017; Perpiñán, 2020).

En el caso de los sistemas fotovoltaicos permanentemente conectados a la red eléctrica nacional, en las horas de irradiación solar escasa o nula (cuando el generador fotovoltaico no produce energía suficiente para cubrir la demanda de electricidad), es la red que proporciona la energía necesaria. Considerando el caso contrario, si durante las horas de irradiación solar el sistema fotovoltaico produce más energía eléctrica que la que se gasta, el exceso se transfiere a la red (Prado, 2008; Martin, 2020).

En la actualidad no existe una metodología para el dimensionamiento de un parque solar fotovoltaico, que se ajuste completamente al caso de satisfacer la demanda de un alto consumidor de energía eléctrica, que se caracterice además por poseer cargas dinámicas por lo que los autores consideran que la caracterización de una propuesta de parque solar fotovoltaico podrá ser concebida a partir del dimensionamiento perspectivo del comportamiento del consumo de energía eléctrica en las mismas.

El Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA) se encuentra situado en la carretera a Tapaste, en la autopista nacional, kilómetro 23½, San José de las Lajas, Mayabeque. Posee una parcela de hormigón con un área disponible de 750 m2 . La radiación promedio es de 5,0 kWh/m2 y la humedad relativa es de 70%. Se caracteriza además por poseer predominio de cargas eléctricas dinámicas. Como resultado del estudio del comportamiento del consumo de energía eléctrica en el CEMA se ha podido constatar un consumo equivalente a un promedio mensual de 818,99 kWh. Por lo que constituye el objetivo de este trabajo realizar una propuesta de dimensionamiento de un parque solar fotovoltaico, capaz de satisfacer la demanda de energía eléctrica en el Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA), para así contribuir a la disminución del consumo de energía eléctrica convencional, a partir del aprovechamiento de recursos energéticos disponibles de forma sostenible y ambientalmente sana.

MATERIALES Y MÉTODOS

Estimación del consumo de la instalación

Para el dimensionamiento de la instalación solar fotovoltaica, inicialmente se determinó el consumo medio diario crítico de la carga a la que potencialmente se le ha de suministrar energía. Este parámetro está asociado a los días de mayor consumo de energía. Debido a que en Cuba el comportamiento de la incidencia de radiación solar no varía bruscamente durante los doce meses del año ya que no se reflejan de forma clara las cuatro estaciones del año, el valor medio mensual de la radiación incidente para un ángulo de inclinación de 18°- 25° al sur es de 5,0 kWh/m2 (Bérriz, et al., 2016).

Para determinar la energía que ha de entregar la instalación fotovoltaica, se consideró las pérdidas que involucran las baterías, el inversor y los conductores. Para calcular el consumo medio diario de la instalación se tuvo en cuenta el consumo medio real crítico de la carga y no el consumo medio para cargas constantes ni el número de inventarios, debido a que los equipos con los que se trabaja en el área en la que se desarrolla el estudio se someten a cargas dinámicas como es el caso de los tornos, taladros mecánicos, fresadoras, segueta mecánica, entre otras máquinas herramientas.

Se consideran cargas eléctricas estáticas aquellas que tienen un consumo fijo de energía eléctrica en el tiempo (Prado, 2008; Martin, 2020). Por ejemplo: sistemas de iluminación, sistemas de climatización, televisores, computadoras personales, sistemas de cocción eléctrica, entre otros. Este tipo de cargas es común en consumidores domésticos.

En el caso de estos, el consumo estará dado por el trabajo que realizan y el tipo de material que maquinen, todo lo contrario, a los de carga constante como es el caso de los equipos electrodomésticos (luminarias, televisores, lavadoras, entre otros) cuyo consumo no varía significativamente.

Lmdn=Lmdηbatηinvηcond, kWh (1)

donde:

Lmd:

Consumo medio real crítico de la carga, kWh;

ηbat:

Eficiencia de las baterías;

ηinv:

Eficiencia del inversor;

ηcond:

Eficiencia de los conductores.

Dimensionamiento del generador fotovoltaico

Para la determinación del número de paneles solares requeridos se empleó un criterio basado en la estimación del consumo de Amperes-hora (Ah) de la instalación según lo recomendado por Hernández (2007), siendo el consumo medio de corriente diario requerido:

QAh=LmdnVbat, Ah/día (2)

donde:

Vbat:

Voltaje de las baterías, V.

Así mismo, según Alonso (2011) y Cantos (2016), la corriente que debe generar un campo de captación fotovoltaico en el mes crítico de radiación solar se determina como:

Igfv,mpp= QAhHPScrit, A  (3)

donde:

HPScrit:

horas de sol pico del mes crítico, h.

Luego, siendo Igfv,mpp la corriente generada por el campo de captación fotovoltaico (el total de placas solares instaladas) y dividirla entre la corriente unitaria de cada módulo fotovoltaico, se obtiene el número total de módulos necesarios a conectar en paralelo (Alonso, 2011). De modo que:

Np=Igfv,mppImod (4)

donde:

Imod:

Corriente unitaria específica de cada módulo fotovoltaico, A.

Dimensionamiento del sistema de acumulación

Según Cantos (2016) y Martin (2020),para el cálculo del número de baterías requeridas para una instalación fotovoltaica, se han de considerar:

  • El tiempo de autonomía deseado para la instalación fotovoltaica;

  • La profundidad de descarga máxima estacional de las baterías;

  • La profundidad de descarga máxima diaria de las baterías.

Alonso (2011) y Cantos (2016) sostienen que la capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional se determina según:

Cne=LmdnNDAPDmax,eFct, kWh (5)

CneAh=CneVbat, Ah (6)

donde:

NDA:

Número de días de autonomía de la instalación;

PDmax,e:

Profundidad de descarga máxima estacional de las baterías;

Fct:

Factor de carga total de las baterías;

CneAh:

Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional, Ah.

Así mismo, la capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria se determinó según:

Cnd=LmdnPDmax,dFct, kWh (7)

CndAh=CndVbat, Ah  (8)

donde:

PDmax,d:

Profundidad de descarga máxima diaria de las baterías;

CndAh:

Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria, Ah.

Luego de determinada la capacidad nominal de las baterías en función de los valores de descarga máxima estacionaria y diaria, se ha de tomar la de mayor valor y se ha de dividir por la capacidad nominal de corriente de una de las baterías, para obtener el número de estas necesario:

Nbat=CnAhCnAh,bat (9)

Dimensionamiento del regulador y el inversor

Alonso (2011) y Cantos (2016)) sostienen que para hallar la capacidad del regulador, se ha de determinar la corriente a su entrada y a su salida. Prado (2008) establece que:

Ient=1+FsegNPImod,sc, A (10)

donde:

Fseg:

Factor de seguridad para evitar daños ocasionales al regulador;

Np:

Número de ramas en paralelo;

Imod,sc:

Corriente unitaria del módulo fotovoltaico en condiciones de cortocircuito, A.

Así mismo:

Isal=1+FsegLmd,maxηinvTtpcVbat, A (11)

donde:

Lmd,max:

Consumo máximo de la carga, kWh;

Ttpc:

Tiempo de máxima demanda de la carga, h.

Para la determinación de la potencia del inversor requerida para la instalación se procedió según Mascarós (2016) donde:

Pinv=1+FsegPAC,W (12)

En el dimensionamiento del inversor, resultó conveniente considerar el efecto de los picos del arranque de los motores para garantizar un funcionamiento satisfactorio de la instalación. Teniendo en cuenta lo planteado por Alonso (2011) y Alfonso (2016), muchos dispositivos y equipos que incluyen motores eléctricos de mediana y alta potencia, producen picos de corriente en el arranque, lo cual supone que estos dispositivos tendrán una demanda inicial de potencia hasta cuatro o cinco veces mayor que la nominal.

Metodología para la estimación del impacto económico de la instalación

Cuando se utiliza un parque solar fotovoltaico se está aprovechando de manera eficiente una energía limpia, renovable y segura. Se contribuye de manera importante en la reducción de gases de efecto invernadero causantes del cambio climático y se mejora de forma considerable la calidad del aire, ya que disminuye significativamente el uso de combustibles fósiles. Producto a lo antes expuesto resulta necesario conocer cuánto se deja de consumir en energía fósil (número de kWh de electricidad evitados mensual y anualmente) con la implementación de este parque solar fotovoltaico (CanviClimatic, 2011; Alvarado, 2017).

Alvarado (2017) señala que a partir de la utilización de estos parques solares fotovoltaicos se ahorra cierta cantidad de energía eléctrica en un mes por lo cual:

QCM=LmdDm, kWh (13)

donde:

Dm:

Días que tiene un mes.

Siendo la energía ahorrada en un año:

QCA=12QCMDm, kWh  (14)

Para la determinación del costo de la energía ahorrada en un año, fue considerado lo establecido por Bolaños (2021), donde se establecen las tarifas eléctricas en pesos cubanos (CUP) para el cobro del servicio eléctrico. En el caso específico abordado en este trabajo; al tratarse de un centro de investigación, cuyo objeto sociales la formación de profesionales y el desarrollo de maquinarias y tecnologías que respondan a las necesidades del sector agropecuario; se considera el sistema de tarifas de alta tensión con actividad continua, específicamente la que responde a la energía consumida durante el horario del día. Siendo el costo de la energía ahorrada en un día:

Cdía=aK+bQcdía, CUP/día (15)

donde:

a, b:

Coeficientes a aplicar según el tipo de tarifa (1,5282 y 0,7273 respectivamente), CUP/kWh;

K:

Factor de ajuste de variación del precio del combustible;

Qcdía:

Consumo de energía en un día, kWh/día.

De manera análoga, se puede determinar el costo de la energía ahorrada en un año según:

Caño=aK+bQCA, CUP/año (16)

donde:

QCA:

Consumo de energía en un año, kWh/día.

Metodología para la estimación del impacto medioambiental de la instalación

Con el objetivo de la implementación de estas máquinas de calor fue necesario conocer la cantidad de emisiones evitadas a la atmosfera. La masa de CO2 emitida a la atmósfera por concepto de la quema de combustibles fósiles se puede determinar según Ruisánchez (2018) como:

MCO2=ιQCM,kgmes  (17)

donde:

ι:

Índice de emisión, kg/kWh.

Bérriz, et al.(2016)así como Ruisánchez (2018),plantean que cada kWh producido a nivel de planta de generación, emite a la atmósfera 1,13 kg de CO2. La masa de combustible fósil necesaria para producir una cantidad determinada de energía en un mes se puede determinar según:

MCM=γQCM,kg/mes (18)

donde:

γ:

Índice de consumo de combustible, kg/kWh.

El valor asumido para el índice de consumo es de 0,262 kg/kWh (ICG, 2012; Bolaños, 2021).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Valoración del consumo de energía eléctrica del CEMA

En el CEMA coexisten tanto cargas eléctricas estáticas como dinámicas. Se consideran cargas eléctricas estáticas aquellas que tienen un consumo fijo de energía eléctrica en el tiempo (Prado, 2008; Martin, 2020). Por ejemplo: sistemas de iluminación, sistemas de climatización, televisores, computadoras personales, sistemas de cocción eléctrica, entre otros. Este tipo de cargas es común en consumidores domésticos.

Los sistemas que se dicen que poseen carga dinámica son aquellos en los que su consumo eléctrico depende de manera significativa del estado de carga de los mismos (Prado, 2008; Martin, 2020). Ejemplos de este tipo de sistemas son aquellos que involucran motores eléctricos de mediana o alta potencia. Tal es el caso de máquinas de herramientas, molinos, picadoras de forrajes eléctricas, entre otros. En el caso particular del CEMA una parte significativa del consumo eléctrico está asociado a las labores de maquinado que se efectúan en el taller de prototipos de dicha institución. Por ello es que se puede apreciar la gran variabilidad que tiene el consumo eléctrico de la misma como se muestra en la Figura. 1.

FIGURA 1 Comportamiento del consumo energético diario del CEMA (sept. 2016- abril 2019). 

A partir del análisis se constató que el año 2017 fue el de mayor consumo energético con 12 772 kWh y el mes septiembre de 2017 el de mayor consumo de energía eléctrica con 81,727 kWh/día lo que evidencia que el CEMA es un alto consumidor de energía eléctrica.

Propuesta de un parque solar fotovoltaico para el CEMA

Para la realización de la propuesta de un parque solar fotovoltaico en áreas del CEMA se utilizaron los paneles solares del fabricante Brisban. Los datos técnicos correspondientes se muestran en la Tabla 1.

TABLA 1 Datos técnicos de los paneles solares del fabricante Brisban modelo BS18055 

  • Parameter

  • Parámetro

  • Specification

  • Especificación

  • Module power peak under standard conditions,

  • Potencia pico del módulo en condiciones estándar,

W 180

  • Module maximum voltage,

  • Voltaje máximo del módulo,

V 36,55

  • Module short-circuit current,

  • Corriente de cortocircuito del módulo,

A 5,30

  • Module maximum unitary current,

  • Corriente unitaria máxima del módulo,

A 4,9

  • Inverter efficiency

  • Rendimiento del inversor

0,9

  • Conductors efficiency

  • Rendimiento de los conductores

1

  • Batteries efficiency

  • Rendimiento de las baterías

0,95

Además, se seleccionaron las baterías Trojan, cuyos datos técnicos se muestran en la Tabla 2.

TABLA 2 Datos técnicos de las baterías Trojan monoblock propuestas 

  • Parameter

  • Parámetro

  • Specification

  • Especificación

  • Voltage,

  • Voltaje,

V 12

  • Current capacity,

  • Capacidad de corriente,

A 240

  • Stational maximum discharge depth,

  • Profundidad de Descarga Máxima Estacional,

% 70

  • Diary maximum discharge depth,

  • Profundidad de Descarga Máxima Diaria,

% 15

  • Efficiency

  • Rendimiento

0.9 - 0.95

Para dicha propuesta también se tuvo en cuenta el inversor de marca Victron Energy (Figura 2) con una potencia 20% mayor a la demandada por el equipo, también son distribuidos por SunFields.

FIGURA 2 Inversores de Victron Energy. 

En este caso no se considera el empleo de un regulador de seguimiento del punto de máxima potencia ya que los sistemas fotovoltaicos que lo incluyen, constituyen sistemas que mejoran la eficiencia de la instalación entre 10 y 25%. El problema fundamental de estos reguladores radica en su elevado costo para instalaciones de pequeño y mediano porte. En el caso de la propuesta que los ocupa, por el volumen de energía a generar requeriría un regulador de gran capacidad con capacidad de seguimiento del punto de máxima potencia, que elevaría el costo total de la instalación al menos en 30 y 40% más solo por este concepto (Gasquet, 2004; Acevedo, 2016; Alvarado, 2017).

Dimensionamiento de las partes del parque solar fotovoltaico propuesto

Para el dimensionamiento de las partes del parque solar fotovoltaico propuesto se tuvo en cuenta una serie de aspectos esenciales como se muestran en la Tabla 3. En la misma se resumen los parámetros calculados para el dimensionamiento del parque solar fotovoltaico en áreas del CEMA, a partir de las ecuaciones (4), (9), (10), (11) y (12).

TABLA 3 Resumen de los parámetros a determinar para el dimensionamiento del parque solar fotovoltaico 

  • Parameter

  • Parámetro

  • Symbol

  • Símbolo

  • Value

  • Valor

  • Average diary power consumption

  • Consumo energético medio diario

Lmdn, kWh 94,73684

  • Average diary current consumption

  • Consumo medio de corriente diario

QAh, Ah/day 7 894,73

  • Current to generate for the photovoltaic field in the critical month of solar radiation

  • Corriente a generar por el campo fotovoltaico en el mes crítico de radiación solar

Igfv,mpp, A 1 578,946

  • Quantity of solar panels

  • Total de paneles solares

Np 323

  • Nominal capacity of the battery in function of the stational maximum discharge

  • Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional

Cne, kWh 135 338,5
CneAh, Ah 11 278,21

  • Quantity of

  • Número de batteries

Nbat 47

  • Input current

  • Corriente de entrada

Ient, A 2 054,28

  • Output current

  • Corriente de salida

Isal, A 1 135,09

  • Power of the inverter

  • Potencia del inversor

Pinv, kW 98,0724

Estos resultados son consistentes al ser contrastados a los obtenidos por otros autores Prado (2008); Acevedo (2016); Márquez (2017); San Juan (2017); Martin (2020), que han empleado una metodología similar aplicada al dimensionamiento de instalaciones de diferente índole.

Análisis económico preliminar de la instalación propuesta

Con la utilización de una fuente de energía limpia y sostenible como la solar, se prevé disminuir los costos por concepto de combustibles convencionales para producir electricidad. Tal es el caso del parque solar fotovoltaico propuesto. Para obtener el costo de la energía eléctrica no consumida a partir del uso de la energía generada a partir de la instalación propuesta es de 57368,23 CUP al año. Al igual que Cantos (2016) y Mascarós (2016), los autores consideran que el ahorro de energía, si bien no representa una fuente de energía en sí, se acostumbra a considerarla como tal pues ofrece la posibilidad de satisfacer más servicios energéticos, lo que es equivalente a disponer de más energía. Para la instalación de un parque solar fotovoltaico se hace necesario realizar el estudio de su factibilidad económica. En la Tabla 4 se resumen los costos preliminares de dicho sistema.

TABLA 4 Costos preliminares de la inversión 

  • Component

  • Componente

  • Capacity

  • Capacidad

  • Reference rate

  • Índice de referencia

  • Costs,

  • Costos,

CUP

  • Panels

  • Paneles

58140 W 14,4 CUP/W 83 7216,00

  • Batteries

  • Baterías

135,360 kWh 1800 CUP/kWh 243 648 000,00

  • Regulator

  • Regulador

4800 VA 19,2 CUP/VA 92 160,00

  • Inverter

  • Inversor

1000 kWh 6 CUP/kWh 6 000,00

  • Preliminary costs of the investment (with the accumulation system)

  • Costo preliminar de la inversión (con sistema de acumulación)

244 583 376,00

  • Preliminary costs of the investment (without the accumulation system)

  • Costo preliminar de la inversión (sin sistema de acumulación)

935 376,00

  • Time for the investment recovery (with the accumulation system), years

  • Período de recuperación de la inversión (con sistema de acumulación), años

4 263,39

  • Time for the investment recovery (without the accumulation system), years

  • Período de recuperación de la inversión (sin sistema de acumulación) , años

16,3

Como se puede apreciar en la Tabla 4, el costo preliminar de la inversión considerando el sistema de acumulación propuesto es considerablemente mayor que en el caso en que se prescindiese del mismo. Al ser este un estudio preliminar, los autores han empleado índices de referencia del mercado para la estimación de costos. No obstante, corresponde a los decisores con capacidad de acción, orientar un estudio de mercado para la selección de ofertas y proveedores, que permita realizar un estudio de costos definitivo de cara a acometer el proceso inversionista de la instalación propuesta.

El análisis de prefactibilidad económica realizado, aunque tiene un carácter limitado y preliminar, proporciona una idea aproximada acerca del costo de una instalación de estas características. Si se considera tanto el ahorro de portadores energéticos en forma de combustibles fósiles, como el impacto medioambiental por concepto de no emisión de gases contaminantes y efecto invernadero. Se puede afirmar que es viable la construcción de un parque solar fotovoltaico de grandes proporciones para satisfacer la demanda de consumo de la Universidad Agraria de La Habana, lugar donde se encuentra enclavado el CEMA.

Análisis del impacto medioambiental de la instalación propuesta

Los paneles solares al utilizar una fuente de energía limpia para producir energía eléctrica, no consumen ningún tipo de combustible fósil. Así, con la ecuación (13) se determinó la energía eléctrica que se dejaría de consumir con el uso de estos sistemas voltaicos. Además, con estos resultados es posible a través de la expresión (17) saber la masa de CO2 dejada de emitir a la atmósfera. Producto a lo expuesto anterior se determinó la masa de combustible fósil necesaria para producir esta cantidad de electricidad por la ecuación (18) quedando reflejado en la Tabla 5.

TABLA 5 Resultados del impacto medio ambiental como consecuencia de la instalación propuesta 

  • Parameter

  • Parámetro

  • Estimated value

  • Valor estimado

  • Not-consumed electric power, kWh/day

  • Energía eléctrica dejada de consumir, kWh/día

81,72

  • Saved electric power, kWh/year

  • Energía eléctrica ahorrada, kWh/año

29 421,72

  • Mass of CO2 not emitted to the atmosphere, t/year

  • Masa de CO2 dejada de emitir a la atmósfera, t/año

33,24

  • Not-consumed mass of fossil fuel, t/year

  • Masa de combustible fósil no consumido, t/año

7,70

El incremento de la eficiencia energética tiene un beneficio ambiental inmediato y directo, ya que implica una reducción en el uso de recursos naturales y en la emisión de contaminantes, incluido el CO2. Sin lugar a dudas, la energía más limpia es la energía ahorrada.

CONCLUSIONES

  • El emplazamiento seleccionado reúne las características de construcción requeridas para acometer la instalación del parque solar fotovoltaico.

  • Se determinó que, con el montaje de 323 paneles solares, 47 baterías, dos reguladores de corriente y un inversor se podrá cubrir la demanda de energía eléctrica del área donde se acometió el estudio.

  • La instalación propuesta tendría una repercusión positiva hacia el Medio Ambiente, ya que se ahorrarían 29421,72 kWh/año, además se dejaría de emitir a la atmosfera 33,24 t/año de CO2 ahorrándose una masa de combustible fósil de 7,70 t/año.

  • Se concluyó que la instalación del parque solar fotovoltaico es factible económicamente ya que se ahorraría en un año 57 368,23 CUP por concepto de energía no consumida.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido: 16 de Febrero de 2021; Aprobado: 20 de Septiembre de 2021

*Autor para la correspondencia: Javier A. León-Martínez, e-mail: compos@nauta.cu, jleon@unah.edu.cu

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