4.2 A Theory of (Coaching) Practice
6.2.1 Illusio and ‘rules of the game’
Para este caso, sí se incluye una segunda rama en el bus DC para alimentar las cargas DC que existen en el diseño del sistema, las cuales están relacionadas principalmente con la iluminación de la casa. En la Figura 6.4 se encuentra el modelo del sistema.
Tal y como se puede observar, este sistema difiere un poco de su homólogo en el primer caso debido a que el dimensionamiento del sistema, expuesto en las siguientes secciones, da como resultado un sistema más pequeño pero con la inclusión de circuitos DC dentro de la casa para la iluminación.
6.2.3 Diseño Básico
Siguiendo la metodología expuesta en la sección 5, se presentan en la Tabla 6.7 los resultados obtenidos para el dimensionamiento del banco de baterías, sistema fotovoltaico, regulador de carga e inversor. De ser necesario, consultar los Anexos 10.3 y 10.5 en donde se desarrolla paso a paso el cálculo de éstos.
6.2.4 Diseño Detallado
6.2.4.1 Selección de equipos
A diferencia del primer caso de estudio, como se puede ver en la Tabla 6.7, los requerimientos y demanda de potencia y corriente son considerablemente menores por lo que para este caso solo es necesario un regulador y un inversor para soportar el consumo de la casa. En el Anexo 10.7 están en detalle las especificaciones técnicas de cada equipo.
Tabla 6.7 Resultados del diseño básico para el caso de estudio #2
Características Valor calculado Unidad Características del sistema
Voltaje Nominal del sistema 48 V
Días de autonomía 1 día
Consumo diario 5.7 kWh/día
Banco de baterías
Dimensionamiento de la carga 129.8 Ah
Capacidad calculada 746.4 Ah
Rango funcional por hora 122.4 h
Capacidad nominal batería 150 Ah
Voltaje nominal batería 12 V
Baterías en serie 4
Cadenas en paralelo 5
Capacidad final 750
Sistema fotovoltaico
Potencia nominal del panel 200 W
Voltaje Nominal del panel 24 V
Paneles en paralelo 8
Paneles en serie 2
Total paneles 16
Regulador Corriente Entrada 56.2 A
Corriente Salida 120.7 A
Inversor Voltaje entrada DC 48 V
Potencia nominal 2697.6 W
Conversor DC-DC Voltaje de entrada 30 – 60 V
6.2.4.2 Presupuesto
Para el presupuesto de este caso de estudio, permanecen todas las suposiciones del primer caso y se aplican las correcciones de precios para los equipos que se modificaron. En la Tabla 6.8 se muestra el costo total en pesos colombianos de todo el sistema de acuerdo a los equipos distribuidos por Solutecnia S.A.S. [28].
6.2.4.3 Análisis financiero
Para este caso, se calcula el costo anual de la energía en COP $ 908.625 y aplicando la misma tasa de descuento del 10%, porcentaje del 0.5% en O&M para un periodo también de 20 años se encuentra que el VPN, aunque menor que en el primer caso, es de COP - $38.300.000. Lo que lleva a descartar la viabilidad del proyecto a nivel económico. La memoria de cálculo se encuentra en el Anexo 10.9.
7 DISCUSIÓN
El proyecto de grado inició con una revisión amplia del estado del arte de los NZEB para conocer los avances en el área, el grado de penetración de este tipo de proyectos en diferentes partes del mundo y su panorama en los próximos años. Adicionalmente, se consultó sobre el potencial energético del país respecto a las diferentes fuentes de energía renovable con el fin de identificar aquellas con mejores perspectivas de implementación en el caso Colombiano, de lo cual resultó la selección de la energía solar como fuente de alimentación del sistema de generación autónomo. Con base en esto, se planteó una metodología que incluye el diagnóstico de consumo energético, dimensionamiento del sistema de generación, control y almacenamiento de energía y un análisis financiero, con el fin de evaluar la viabilidad de la implementación de este tipo de proyectos en Colombia.
Dentro de la búsqueda del método más apropiado para el dimensionamiento de los sistemas previamente nombrados, se encontró con metodologías limitadas que no incluían u omitían parámetros importantes de diseño y que, por tanto, no pueden ser generalizadas
Tabla 6.8 Presupuesto para el sistema eléctrico del caso de estudio #2
Ítem Cantidad Precio Unidad (COP) Precio total (COP)
Paneles 16 $ 570,000.00 $ 9,120,000.00 Baterías 20 $ 623,000.00 $ 12,460,000.00 Controlador 1 $ 674,850.00 $ 674,850.00 Inversor 1 $ 2,413,700.00 $ 2,413,700.00 Conversor DC-DC 1 $ 500,000.00 $ 500,000.00 Subtotal $ 25,168,550.00
Instalación eléctrica y montaje $ 5,033,710.00
Total $ 30,202,260.00
a todos los casos. Sin embargo, dentro de los estándares IEEE se identificaron dos que se tomaron como guía para el dimensionamiento de los sistemas: el IEEE Std 1013 – 2007 Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems y el IEEE Std 1562 – 2007 Guide for Array and Battery Sizing in Stand-Alone Photovoltaic (PV) Systems. Y a partir de este punto, se inició la etapa de diseño del sistema. La primera fase involucró el diagnóstico de consumo ya que es un parámetro de entrada fundamental en la metodología de dimensionamiento tanto del sistema de generación autónomo como del de almacenamiento. A diferencia del estándar, se calculó a partir del consumo diario en kWh, debido a la limitada información de consumo de los electrodomésticos en cuanto a parámetros técnicos muy específicos para cada referencia. Sin embargo, se considera el método empleado como una buena aproximación del diagnóstico.
Una vez caracterizada la carga de la casa dentro del rango de consumo calculado, se implementó la metodología basada en las recomendaciones de los estándares de la IEEE. Inicialmente se planteó un solo caso de estudio para evaluar la metodología; sin embargo, al dimensionar el sistema para la carga de 8.11kWh/día se determinó que era necesario bajar el consumo para que el tamaño del sistema fuera menor y así mismo más fácil de implementar y de financiar. Con esto mente, se identificaron dos puntos clave para disminuir el consumo: la acogida de nuevas patrones de consumo en la casa y/o el cambio de electrodomésticos a unos más eficientes; razón por la cual se evaluó un segundo caso de estudio de menor consumo, 5.7kWh/día.
A partir de los sistemas diseñados se entró a evaluar la viabilidad financiera de los proyectos, pues es un parámetro fundamental a la hora de medir su potencial de difusión, para este caso, en Colombia. No obstante, los resultados obtenidos no son muy favorecedores; con una inversión anual mucho mayor al ahorro que obtiene el usuario por no estar conectado a la red eléctrica, este tipo de proyectos no solo no son rentables a menos que se generen incentivos por parte del gobierno que permitan contrarrestar los costos de O&M anuales o el costo de la inversión inicial. Así como lo hacen países como Alemania y Estados Unidos. Por ejemplo, en el primer caso dependiendo de la capacidad de generación nominal de la edificación se da al usuario un incentivo de ct.11.02/kWh a ct.15.92/kWh. Y, en el segundo caso, se dan subsidios de USD ct.1.1/kWh a ct.2.3/kWh, entre otros [33].
En cuanto a los objetivos propuestos en el proyecto se considera que fueron alcanzados en la medida en que se realizó una búsqueda completa del estado del arte de este tipo de construcciones, se hizo un diagnóstico del consumo energético de una casa en Colombia para así identificar parámetros de cambios para tener casas mucho más eficientes y dimensionar un sistema de generación autónomo basado en el concepto de Energía Neta Cero y finalmente evaluar el potencial de difusión y la viabilidad financiera de este tipo de proyectos en un país como Colombia.
8 CONCLUSIONES
En este trabajo se presentó y desarrolló una metodología para el diseño y dimensionamiento de un sistema eléctrico autónomo basado en el concepto de Energía Neta Cero o NZEB, enfocado principalmente a la parte eléctrica, y en el aprovechamiento del recurso solar. Para lo anterior, se tomó como caso de estudio una casa en Anapoima, Cundinamarca para la que se dimensionaron dos sistemas de generación de diferente tamaño correspondientes a un consumo energético alto y moderado de energía, este último obtenido a partir de la selección de electrodomésticos más eficientes y pensando en nuevas políticas de ahorro de energía.
Se identificó la necesidad de modificar la cultura de consumo energético actual para la implementación de un sistema de eléctrico a partir de energías renovables, pues las limitantes tecnológicas de los equipos no permiten aprovechar al 100% el potencial de estas energías y así mismo suplir el 100% de consumo energético de un usuario como el de los casos de estudio, dentro de un diseño que sea sostenible, viable y realizable.
A nivel técnico, aunque hay disponibilidad de equipos para suplir los requerimientos de un sistema fotovoltaico pequeño, son notorias las limitaciones al querer implementar un sistema de mayor tamaño no solo por los valores nominales de operación de los equipos sino también por los altos costos de adquisición e implementación, al menos en el caso Colombiano.
A nivel económico, es importante resaltar que es necesario un incentivo económico por parte del gobierno, como se hace en Alemania, Estados Unidos y otros países del mundo, para lograr que este tipo de proyectos sean viables en el país, ya que el costo de O&M resulta ser considerablemente mayor al ahorro que se obtiene de no ser un usuario conectado a la red eléctrica. Este incentivo debería cubrir el porcentaje de los costos de mantenimiento y operación mencionados o contribuir considerablemente en la disminución de la inversión inicial a través de la reducción de los precios de los equipos y otras medidas políticas y económicas que puedan aplicarse para el caso.
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