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PROPUESTA DE DISEÑO PARA LA PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE ENERGÍAS ALTERNATIVAS EN EL ÁMBITO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA USUARIOS COMERCIALES PARA LA EMPRESA HC COMUNICACIONES E INGENIERÍA S.A.S.
Presentado por: LEONARDO STEVEN VALLEJO LESMES
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad Ingeniería Ingeniería Eléctrica
Bogotá D.C. 2018
PROPUESTA DE DISEÑO PARA LA PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE ENERGÍAS ALTERNATIVAS EN EL ÁMBITO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA USUARIOS COMERCIALES PARA LA EMPRESA HC COMUNICACIONES E INGENIERÍA S.A.S.
Presentado por:
LEONARDO STEVEN VALLEJO LESMES
Una Trabajo de grado presentado Para Obtener El Título De: Ingeniero Eléctrico
Directores del Trabajo de Grado:
Director interno: MSc. LAURA MARCELA GIRALDO MONCALEANO
Director externo:
Ing. ALDO ESTEBAN SABOGAL RIVERA
Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de ingeniería
Ingeniería eléctrica Bogotá D.C.
2018
AGRADECIMIENTOS
Mi profundo agradecimiento a los docentes MSc. Laura
Marcela Giraldo Moncaleano e Ing. Aldo Esteban Sabogal
Rivera por acompañarme en el trabajo de grado como
directores, quienes estuvieron guiándome académicamente
con su experiencia, profesionalismo y dedicación a lo largo de
toda la investigación.
De igual manera mis agradecimientos a la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas, la Facultad de Ingeniería, a mis
profesores de Ingeniería Eléctrica quienes con la enseñanza de
sus valiosos conocimientos hicieron que pueda crecer día a día
como profesional, gracias a cada una de ustedes por su
paciencia, dedicación, apoyo incondicional y amistad.
DEDICATORIA
A mis padres Luis Vallejo y Cecilia Lesmes quienes con su amor,
paciencia y esfuerzo me han permitido llegar a cumplir hoy el
sueño de ser profesional, gracias por inculcar en mí el ejemplo
de esfuerzo y apoyo incondicional durante todo este proceso,
por estar conmigo en todo momento gracias. A mi hermana y
compañera de vida porque con sus consejos, ánimo y palabras
de aliento hicieron de mí una mejor persona y de una u otra
forma me acompañan en todos mis sueños y metas.
i
TABLA DE CONTENIDO Pág.
LISTA DE TABLAS .................................................................................................................................. iii
LISTA DE ILUSTRACIONES .................................................................................................................... iv
LISTA DE GRÁFICAS ............................................................................................................................... v
GLOSARIO ............................................................................................................................................. vi
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 1
1.1. CONTEXTO GENERAL ............................................................................................................ 1
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................................... 3
1.2.1. Descripción del problema .............................................................................................. 3
1.2.2. Formulación del problema ............................................................................................ 4
1.3. OBJETIVOS DE LA PASANTÍA................................................................................................. 5
1.3.1. Objetivo general ............................................................................................................ 5
1.3.2. Objetivos específicos ..................................................................................................... 5
1.4. IMPLEMENTACIÓN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ................................................................. 6
1.4.1. Propósitos de la investigación. ...................................................................................... 6
1.4.2. Implicación práctica ....................................................................................................... 7
1.4.3. Aporte teórico ............................................................................................................... 8
2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................................................... 9
2.1. SECTOR ENERGÉTICO COLOMBIANO ................................................................................... 9
2.1.1. Antecedentes Generales ............................................................................................... 9
2.1.2. Generación de energía en Colombia hasta el año 2018.............................................. 10
2.1.3. Factor de emisión (FE) y Emisiones de CO2: ................................................................ 12
2.1.4. Consumo de energía eléctrica Nacional ...................................................................... 13
2.1.5. Proyección de la demanda de energía eléctrica ......................................................... 15
2.2. PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ............................ 18
2.2.1. Conceptos Básicos ....................................................................................................... 18
2.2.2. Eficiencia celdas solares .............................................................................................. 18
2.2.3. Configuración de los sistemas fotovoltaicos ............................................................... 19
2.2.4. Estadísticas nacionales DEL IDEAM de radiación solar ............................................... 20
2.2.5. Parámetros para el modelamiento de la propuesta de diseño ................................... 23
2.2.6. Distribuidores de los equipos en Bogotá D.C. ............................................................. 26
ii
2.2.7. Localización de la propuesta de diseño. ...................................................................... 27
2.2.8. HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. ...................................................................... 27
2.2.9. Ubicación de la empresa HC comunicaciones e Ingeniera S.A.S. ................................ 31
3. PROPUESTA DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ................................................... 32
3.1. SELECCIÓN DE EQUIPOS FOTOVOLTAICOS......................................................................... 32
3.1.1. Proyecto de diseño No. 1 ............................................................................................ 32
3.1.2. Proyecto de diseño No. 2 ............................................................................................ 35
3.1.3. Proyecto de diseño No. 3 ............................................................................................ 37
3.1.4. Proyecto de diseño No. 4 ............................................................................................ 39
3.2. NORMOGRAMA .................................................................................................................. 41
3.2.1. Normas Nacionales. ..................................................................................................... 41
3.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS EVALUACIÓN FINANCIERA PROYECTOS ................................. 44
3.3.1. Aplicación de los beneficios de la ley 1715 del 2014 .................................................. 44
3.3.2. Reducción de costos anuales en la factura eléctrica ................................................... 45
3.3.3. Método para calcular el retorno de inversión de los proyectos ................................. 49
3.3.4. Periodo de retorno de inversión de los proyectos ...................................................... 50
3.3.5. Tasa Interna de retorno de los proyectos ................................................................... 53
3.3.6. Resumen Análisis financiero ........................................................................................ 54
3.4. ANÁLISIS AMBIENTAL ......................................................................................................... 56
3.4.1. Principales Beneficios ambientales ............................................................................. 56
3.4.2. Impacto de las energías renovables ............................................................................ 56
3.4.3. Protocolo de Kioto ....................................................................................................... 57
3.4.4. Impacto ambiental ...................................................................................................... 58
3.4.5. Matrices de identificación y caracterización de impactos .......................................... 59
4. CAPÍTULO .................................................................................................................................... 61
4.1. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS ......................................................... 61
4.1.1. Resultados alcanzados en el desarrollo de la pasantía. .............................................. 61
4.2. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................. 62
4.3. ALCANCES E IMPACTOS ...................................................................................................... 63
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................... 64
ANEXOS ............................................................................................................................................... 65
iii
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Generación de energía eléctrica Colombia marzo 2018. ...................................................... 10
Tabla 2. Histórico de demanda de energía de Colombia .................................................................... 14
Tabla 3. Proyección de la demanda de energía eléctrica hasta el año 2032 (MW) según la UPME ... 15
Tabla 4. Número de proyectos registrados por tecnología y año ....................................................... 16
Tabla 5. Inclinación de los paneles solares ......................................................................................... 25
Tabla 6. Características del panel solar ............................................................................................... 32
Tabla 7. Características microinversor ................................................................................................ 33
Tabla 8. Costos de inversión proyecto 1 ............................................................................................. 33
Tabla 9. Características panel solar ..................................................................................................... 35
Tabla 10. Características microinversor .............................................................................................. 35
Tabla 11. Costos de inversión proyecto 2 ........................................................................................... 36
Tabla 12. Características de equipos ................................................................................................... 37
Tabla 13. Características microinversor .............................................................................................. 37
Tabla 14. Costos de inversión proyecto 3 ........................................................................................... 38
Tabla 15. Característica de equipos. ................................................................................................... 39
Tabla 16. Característica microinversor ............................................................................................... 39
Tabla 17. Costos de inversión proyecto 4. .......................................................................................... 40
Tabla 18. Normatividad que rige las energías renovables en Colombia ............................................. 41
Tabla 19. Costos de los proyectos con los beneficios de ley 1715 del 2014 ....................................... 45
Tabla 20. Reducción de costos por proyecto por beneficios de ley. .................................................. 45
Tabla 21. Reducción de costos en la factura eléctrica por proyecto .................................................. 49
Tabla 22. Flujo de caja proyecto No. 1 ................................................................................................ 50
Tabla 23. Flujo de caja proyecto 12,5 KW ........................................................................................... 51
Tabla 24. Flujo de caja proyecto 7,2 KW ............................................................................................. 51
Tabla 25. Flujo de caja proyecto 1,8 KW ............................................................................................. 52
Tabla 26. Tasa interna de retorno en porcentaje para 10 y 25 años .................................................. 53
Tabla 27. Resumen del estudio financiero de los diseños propuestos ............................................... 54
Tabla 28. Cantidad de dióxido de carbono evitado con la implementación de los proyectos. .......... 59
Tabla 29. Matriz de impacto ambientales de los 4 proyectos diseñados. .......................................... 60
iv
LISTA DE ILUSTRACIONES
Pág.
Ilustración 1. Sistema fotovoltaico conectado a red .......................................................................... 20
Ilustración 2. Sistema fotovoltaico autónomo.................................................................................... 20
Ilustración 3. Estadísticas de Radiación solar por departamentos. .................................................... 21
Ilustración 4. Logotipo Empresa encargada de recibir la propuesta de diseño.................................. 27
Ilustración 5. Ubicación de la empresa HC Comunicaciones e Ingeniera S.A.S. ................................. 31
Ilustración 6. Unifilar sistema 1,2 KW ................................................................................................. 34
Ilustración 7. Unifilar sistema 12,5 KW ............................................................................................... 36
Ilustración 8. Conexión del sistema 7,2 KW ........................................................................................ 38
Ilustración 9. Conexión del sistema 1,8 KW ........................................................................................ 40
v
LISTA DE GRÁFICAS
Pág.
Gráfica 1. Número de proyectos registrados en Colombia ................................................................... 6
Gráfica 2. Participación por tecnología en la matriz eléctrica. ........................................................... 11
Gráfica 3. Evolución de emisiones y de factor de emisión marzo 2018 ............................................. 12
Gráfica 4. Comportamiento de la demanda de energía anual en Colombia- GWh. ........................... 13
Gráfica 5. Evolución de la eficiencia de las diferentes tecnologías de células fotovoltaicas. ............. 19
Gráfica 6. Promedio mensual de radiación solar por capitales de Colombia ..................................... 22
Gráfica 7. Curva de un panel solar Voltaje contra corriente (V·I) ....................................................... 24
Gráfica 8. Crecimiento de la Demanda de Electricidad (Principales Agentes) vs Crecimiento
Actividad Económica (ISE) ................................................................................................................... 55
vi
GLOSARIO
Definición de todos los términos, siglas y abreviaturas necesarios para interpretar apropiadamente
la propuesta de diseño.
AGPE: Auto Generadores de Pequeña Escala
BID: Banco Interamericano de Desarrollo
CREG: Comisión de Regulación de Energía y Gas
FNCER: Fuentes No Convencionales de Energías Renovables
FONADE: Fondo Financiero de Proyectos de Desarrollo
FV: Fotovoltaicos
GCE: Grandes Consumidores Especiales
GD: Generador Distribuido
HSP: Horas de Sol Pico
IP: Grado de Protección
KW: Kilovatio
KW/h: Kilovatio Hora
MPPT: Seguidor Punto de Máxima Potencia
MVA: Mega Voltio Amperio
MW: Mega Vatio
MVAr: Mega Voltio Amperio Reactivo
NTC: Manual del Código Eléctrico Colombiano
OR: Operador de Red
PCH: Pequeñas Centrales Hidroeléctricas
SIN: Sistema Interconectado Nacional
SIEL: Sistema de Información Eléctrico Colombiano
SER: Asociación de Energías Renovables
SI3EA: Sistema de Información de Eficiencia Energética y Energías Alternativas
SIMEC: Sistema de Información Minero Energético Colombiano
STC: Test a condiciones estándar
RETIE: Reglamento Técnico de Instalaciones Electicas
TIR: Tasa Interna de Retorno
TONC: (NOCT) Temperatura de Operación Nominal de la Célula
UPME: Unidad de Planificación Minero Energética
FNC: Flujo de Caja Neto
Glosario 1
1 Unidad de Planeación Minero Energética, glosario- Compañía Expertos en Mercados (XM)
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1. CONTEXTO GENERAL
Las energías renovables están evolucionando con un alto grado de desarrollo puesto que el sector
eléctrico ha experimentado transformaciones importantes como consecuencia de los gases de efecto
invernadero que éstas producen, responsables en gran medida del calentamiento global, la meta del
protocolo de Kioto es reducir tales efectos sobre el planeta, es allí donde las fuentes no
convencionales de energía renovable como la eólica que aprovecha la fuerza del viento como
generación, los sistemas fotovoltaicas que generan a partir de la radiación solar, pequeñas centrales
hidroeléctricas que aprovechan la energía del cauce para producir energía sin alterar su cauce
denominadas también a filo de agua, biomasa aprovechan residuos energéticos de otros procesos
para inyectar energía a la red, geotérmica obtiene mediante el aprovechamiento del calor natural del
interior de la tierra y La energía mareomotriz que se produce por el movimiento generado por las
mareas y olas, todas estas alternativas están diseñadas para aprovechar las fuentes renovables que
se poseen, evitando los hidrocarburos que no son renovables y altamente contaminantes.
Actualmente en Colombia existen diferentes formas de generar energía eléctrica, en gran parte a las
represas hidroeléctrica con una participación del 70 %, seguido de la generación térmica derivada de
gas, carbón y combustóleo con 29%, bagazo de caña de azúcar 0.78 % con menos del 0.2 % con
energías renovables2 principalmente de generación eólica con su parque Jepírachi en La Guajira.
La generación fotovoltaica ha tenido un crecimiento exponencial en los últimos años a nivel mundial,
y Colombia no ha sido la excepción, pues con la caída del petróleo y la escasez del mismo, ha
incentivado a cientos de empresas a invertir en las energías renovables no convencionales, entre
ellos los sistemas fotovoltaicos, éstas al ser una fuente de energía limpia e inagotable dado que su
recurso es la radiación solar no produce gases de efecto invernadero demuestra el paso gigante que
está realizando el mundo por evitar ser dependientes de recursos fósiles y aprovechando al máximo
el recurso del sol.
Por ello las empresas que realicen servicios de instalaciones eléctricas de media y baja tensión deben
abrir su mercado y sus portafolios hacia este tipo de sistemas fotovoltaicos que les ofrece a los
usuarios reducción en sus tarifas de energía con el aprovechamiento de la energía del sol, una
inversión con grandes beneficios pues estos sistemas garantizan una vida útil superiores a 20 años
de prestación con un bajo nivel de mantenimiento. Los sistemas fotovoltaicos producen energía
eléctrica sin ningún tipo de mecanismo móvil que generen desgaste en los materiales por la ficción,
aparte tienen una elevada versatilidad esto quiere decir que los sistemas pueden instalarse en casi
cualquier lugar y pueden ser de cualquier tamaño, por ello pequeñas empresas comerciales deciden
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instalar un sistema fotovoltaico ya sea en su techo o en un patio, es allí donde la empresa HC
Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. debe ampliar su portafolio entrando a este mercado ampliando
su oferta a dichos sistemas.
Con el objetivo generar de incentivar a la empresa HC Comunicaciones e Ingeniera S.A.S. para la
comercialización e implementación de fuentes de energía renovable específicamente fotovoltaicos
se abordará los temas por los cuales es importante desarrollar dichas tecnologías y como la empresa
debe abrir su portafolio de servicios a sus clientes actuales y futuros, por ello se plantean unas serie
de 4 capítulos donde su principal objetivo es incentivar al uso de las energías renovables
específicamente los sistemas fotovoltaicos, para dicha meta se plantea los objetivos específicos y
darán paso a 4 capítulos de la siguiente manera:
capítulo 1: Con el planteamiento y justificación del problema se aborda la necesidad de incentivar a
la empresa HC Comunicaciones e Ingeniera S.A.S. a la comercialización de las energías renovables
específicamente en los sistemas fotovoltaicos.
capítulo 2: En esta sección se desarrollará un marco referencial y teórico donde se observará el
estado actual de la generación de energía eléctrica en el país, igualmente se analiza los diferentes
componentes y variables de los sistemas fotovoltaicos, gestionando un proceso informativo para la
empresa a quien formula la propuesta.
capítulo 3: En respuesta a la iniciativa se planteará 4 diseños de sistemas fotovoltaicos con sus
respectivos elementos que lo conforman, su conexión, diagramas unifilares y costos de inversión, en
una micro localización ya sea en algún edifico, apartamento u hogar, seguido de esto se plantea un
análisis legal implementando los beneficios de ley que se otorga a este tipo de tecnologías
reduciendo el costo de la inversión inicial, un análisis financiero donde evidencia la recuperación de
inversión a lo largo del tiempo, demostrando su rentabilidad y el impacto ambiental que este
generaría.
La empresa a quien va dirigida la propuesta de diseño es HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. una
empresa orientada a solucionar los requerimientos de sus clientes brindando servicios de
infraestructura, comunicaciones, energía e iluminación, conectividad de datos y control y seguridad
electrónica integrado con personal calificado promoviendo la formación permanente acorde a los
requerimientos cambiantes del mercado, aportando al crecimiento del proceso productivo de sus
clientes y empresas, por ello se motiva a la empresa en el presente documento a que ofrezca en su
portafolio de servicios una iniciativa hacia el uso de las energías renovables.
capítulo 4: se lleva a cabo las conclusiones de los análisis técnicos, económicos y ambientales, y se
determina el alcance y las limitaciones encontradas en el proyecto, finalizando la propuesta que
realizo el pasante a la empresa.
3
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1. Descripción del problema
Las energías renovables actualmente en Colombia dependen principalmente de la generación
hidroeléctrica, seguido de las termoeléctricas que consisten a base de carbón y gas, esto implica que
la demanda de energía se vea afectada por los fenómenos ambientales como el niño donde se
presenta una disminución considerable de las lluvias y afluentes, ocasionando una reducción en el
recurso hídrico de los embalses de las represas llevándolas a un nivel crítico produciendo un efecto
directo sobre el abastecimiento de energía, esto se ha visto reflejado en algunos años en la escasez
de energía eléctrica como ocurrió entre el 2 de mayo de 1992 y el 7 de febrero de 1993 produciendo
un apagón a nivel nacional que llevo al gobierno a tomar medidas urgentes, y recientemente en el
año 2016 donde se vivió un racionamiento importante que afecto varias zonas del país, por ello la
inclusión de energías alternativas se hace indispensable para amortiguar este fenómeno ambiental
garantizando la continuidad en el servicio eléctrico en todo el país, fortaleciendo el sistema eléctrico
colombiano que según el Consejo Mundial de Energía Colombia se encuentra en la posición 16 entre
168 países en el mundo reconociendo el sistema como uno de los que brinda mayor competitividad
y confiabilidad, pero se puede demostrar aún más confiable con la integración de las fuentes no
convencionales de energía renovable, separando nuestro sistema eléctrico de los hidrocarburos y
carbón mineral, agentes que afectan el medio ambiente.
Dado que el avance mundial hacia la instalación de energías renovables no convencionales hace
oportuno que la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S es una empresa, que cuenta con
equipo humano con amplia experiencia en cada una de sus líneas de servicio. Que promueve una
formación permanente acorde a los requerimientos cambiantes del mercado, aportando al
crecimiento de su negocio; líder en el sector de instalaciones eléctricas y de comunicaciones, tome
dichas medidas en su entorno, por ello los sistemas fotovoltaicos son una gran solución para el
avance de autogeneración de energía abriendo su portafolio de servicios a sus potenciales clientes
futuros y actuales aumentando así su mercado con ello el aumento de sus utilidades, personal
calificado y evolucionando hacia tecnologías amigables con el medio ambiente.
Se plantean un estudio de diseño con 4 proyectos de sistemas fotovoltaicos con tamaño, capacidad
y costo diferente, supliendo la necesidad que requiera el cliente, con esta propuesta se pretende que
la empresa HC Comunicaciones e Ingeniera S.A.S. entienda la importancia de adecuar sus servicios y
portafolio nuevos y actuales clientes sobre estas energías renovables, mostrando el beneficio que la
ley consigo trae a este tipo de proyectos, y demostrando a la empresa y a sus clientes las decenas de
ventajas, como la facilidad de instalación, dado que no requiere de un tiempo prolongado, es sencillo
y adaptable a cualquier tipo de techo de la construcción, solo requiere de soportes metálicos para
que soporte los paneles, y los inversores pueden ir debajo de los paneles, ya que los fabricantes de
estos elementos me garantizan un grado de protección IP 65 que indica que el equipo es resistente
al polvo o elementos particulados y debe ofrecer protección a salpicaduras en todas las direcciones
y lluvias, con ello se demuestra que cualquier persona natural o jurídica puede acceder a los sistemas
4
fotovoltaicos como alternativa a su consumo de energía eléctrica, y la empresa HC Comunicaciones
e Ingeniería S.A.S. cumple a sus clientas estas necesidades si se adapta a la propuesta de diseño para
la prestación de los sistemas fotovoltaicos.
1.2.2. Formulación del problema
¿Es optimo técnicamente, económico-financiero y ambientalmente para la empresa HC
Comunicaciones e Ingeniera S.A.S. adoptar la propuesta de diseño para la comercialización de los
sistemas fotovoltaicos como nueva alternativa bajo la reglamentación de ley 1415 del 2014?
5
1.3. OBJETIVOS DE LA PASANTÍA
1.3.1. Objetivo general
Diseñar una propuesta de diseño para comercialización y prestación de servicios de energías alternativas con énfasis en los sistemas fotovoltaicos para usuarios comerciales aplicando la reglamentación de ley 1715 del 2014.
1.3.2. Objetivos específicos
I. Investigar y contextualizar el comportamiento de generación y consumo de energía eléctrica en
Colombia y determinar el estado actual de las energías renovables, enfatizado hacia los sistemas
fotovoltaicos, incentivando a la comercialización de estas tecnologías por parte de la empresa
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S.
II. Realizar la propuesta de diseño de 4 proyectos de sistemas fotovoltaicos con tamaño, capacidad
y costo diferente, desarrollando un análisis técnico-estructural y un estudio financiero de costos
de inversión de los proyectos determinando el retorno de inversión a lo largo del tiempo,
definiendo la rentabilidad de los proyectos, para incentivar a la empresa a utilizar las energías
renovables.
III. Identificar el marco legal que rigen las energías renovables en Colombia, apropiando la más
importante, la Ley 1715 del 2014, que otorga distintos beneficios en la reducción de impuestos,
así como la reglamentación de créditos energéticos y remuneraciones por la generación
distribuida y establecer el impacto ambiental que estos proyectos generan, así como sus
beneficios en la reducción de gases de efecto invernadero.
IV. Establecer la viabilidad y factibilidad técnica, financiera y ambiental de la propuesta de diseño
planteada, así como las conclusiones a las cuales se llegó con este tipo de investigación, así como
los alcances y limites alcanzados.
6
1.4. IMPLEMENTACIÓN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
1.4.1. Propósitos de la investigación.
La presente investigación se enfocará en la implementación y comercialización de los sistemas
fotovoltaicos como fuente de generación y autogeneración de energía eléctrica aprovechando el
recurso solar que es una fuente inagotable de energía limpia, que cada vez está más está en
expansión a nivel mundial y en Colombia esta tecnología está en constante crecimiento a nivel
comercial puesto que bastantes empresas han adoptado estos sistemas dado que el estado ha
incentivado con la reglamentación de ley basada en la reducción de impuestos, renta, arancel y
depreciación, reduciendo en gran parte la inversión inicial facilitando el retorno de inversión en
algunos años y generando utilidades en los años posteriores, generando una conciencia en las
empresas que es posible generar su propia energía eléctrica a un bajo costo.
Se debe establecer y precisar como los sistemas fotovoltaicos están en constante desarrollo
actualmente en el país, por ello, se recure al ministerio de minas y energía, delegando a la unidad de
planeación minero energética como departamento de planeación de proyectos de generación de
energía eléctrica como el encargado de suministrar información acerca de los avances del país,
realizando un proceso de seguimiento a los nuevos proyectos FV, se determina la cantidad y el tipo
de proyectos vigentes que se encuentran inscritos actualmente.
Gráfica 1. Número de proyectos registrados en Colombia
Fuente: Informe de registro de proyectos de generación.
Inscripción según requisitos de la resolución No 0520. UPME junio 2018
7
Como se detalla en la gráfica 1 la cantidad total de proyectos vigentes en Colombia es de 544 de
generación con 374 correspondientes a sistemas fotovoltaicos que representa el 68,4 %, estas cifras
son importantes ya que revelan que el mercado se está inclinando hacia las nuevas tecnologías
solares, pues es una forma muy útil y económica de aportar energía para el autoconsumo y para ser
generador y poder vender energía a la red para quien lo necesite, por eso es importante llevar a cabo
un proceso de nuevos mercados hacia los sistemas fotovoltaicos.
Recientemente la mayor cantidad de proyectos iguales o menores a 1 megavatio (MW) representan
el 52, 5 % del total de proyectos registrados ante la unidad de planeación minero energética del país,
esto indica que se está evolucionando hacia la autogeneración de energía, considerando que
cualquier persona jurídica o natural pueda entrar al mercado energético.
Igualmente, se esta toma los sistemas fotovoltaicos como un mecanismo de reducción de costos en
la factura eléctrica y un ingreso adicional al bolsillo dado que se puede generar energía e introducirla
al sistema eléctrico nacional (SIN), volviendo al usuario generador a pequeña escala de energía, algo
beneficioso para el abastecimiento de energía en el país.
Por último, la propuesta de diseño que se realiza en el documento promete la viabilidad de la
implementación de los sistemas fotovoltaicos, puesto que los estudios técnicos, financieros y
ambientales avalan una recuperación de la inversión en poco tiempo además de garantizar una vida
útil del sistema de más de 25 años, y una rentabilidad en los años siguientes a la recuperación de la
inversión.
1.4.2. Implicación práctica
En cuanto a la implicación práctica o/y real hay que establecer que estos sistemas generaran energía
eléctrica diariamente en las horas del día por más de 25 años, puesto que los fabricantes garantizan
dicha vida útil, requiriendo unos mínimos requisitos de mantenimiento como limpieza y revisión
visual de los elementos, esto conlleva a cualquier empresa comercial pueda disfrutar y aprovechar el
uso de los paneles solares.
Igualmente se pretende incentivar hacia las fuentes renovables que no produzcan agentes
contaminantes, así evitando cada vez más la producción de dióxido de carbono, que es una reacción
química producida por los hidrocarburos y el carbón mineral, siendo expulsados a la atmosfera
causando enfermedades pulmonares en los seres vivos, y aumentando el efecto invernadero que
evita que la radiación solar salga de la atmosfera, incrementando la temperatura terrestre
denominado calentamiento global.
La empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. tiene una relevancia importante en el sector
eléctrico y de comunicaciones, gracias a su experiencia ha realizado una gran cantidad de proyectos
a nivel nacional con grandes empresas multinacionales posicionándose en el mercado con un estatus
de calidad y servicio excelente, por esta razón es indispensable que la empresa tome medias en
cuanto al impacto que han venido desarrollando las energías renovables en el mercado nacional, y
adopte estas nuevas tecnologías en su portafolio de servicios, por ello se incentiva a la empresa con
el trabajo de grado “PROPUESTA DE DISEÑO PARA LA PRESTACIÓN DE SERVICIOS DE ENERGÍAS
8
ALTERNATIVAS EN EL ÁMBITO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA USUARIOS COMERCIALES PARA
LA EMPRESA HC COMUNICACIONES E INGENIERÍA S.A.S.” llevando a cabo una serie de diseños de
distintos niveles de potencia y precio, demostrando la rentabilidad de estos sistemas fotovoltaicos
en el mercado, así como los beneficios de ley que otorga el estado por instalar y hacer uso de estos
sistemas a nivel nacional.
1.4.3. Aporte teórico
Se debe interpretar y desarrollar las fuentes no convencionales de energía en Colombia debido a que
la globalización y el avance tecnológico cada vez más acelerado de los países de primer mundo, como
China, Estados Unidos y Alemania, esto implican que la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería
S.A.S. se traslade hasta este mercado de las tecnologías de generación de energía renovable como
son los sistemas fotovoltaicos que generan energía gracias a la radiación solar, una fuente que es
inagotable y no contaminante con el ambiente. El estado colombiano ha realizado políticas para el
aprovechamiento de dichas tecnologías impulsando hacia el desarrollo de ésta en el mercado
energético nacional, dichas iniciativas son beneficios de ley que incentivan al uso de estos sistemas
para el beneficio de miles de usuarios y empresas, proporcionando rebajas en la tarifa de energía
eléctrica, así como rebajas en impuestos.
Con la perdurabilidad y garantía de los sistemas fotovoltaicos en el tiempo, se tiene un retorno de la
inversión inicial entre 5 y 7 años para cada una de las propuestas de diseño planteadas, y un margen
de ganancias de 17 años o más, por ello al aplicar la reglamentación y el buen uso de estos sistemas
llevan a generar un pensamiento positivo en la sociedad avanzando hacia la autogeneración, que
significa que cada usuario es capaz de producir su propia energía evitando grandes pérdidas en el
transporte o incluso ser un generador de energía eléctrica denominada generación distribuida,
donde el usuario entrega energía a la red, con ello recibe retribución económica o créditos
energéticos, por otro lado la utilización de tecnologías limpias que no emiten gases de efecto
invernadero determina un papel fundamental en el impacto ambiental que está causando el hombre,
por ello se motiva al uso y aprovechamiento de este tipo de sistemas, y generar un cambio en la
sociedad colombiana.
9
2. MARCO REFERENCIAL
2.1. SECTOR ENERGÉTICO COLOMBIANO
2.1.1. Antecedentes Generales
Es primordial estudiar el avance a nivel mundial y nacional que ha tenido las energías renovables
convenciones como las no convencionales de energía eléctrica, ya que varios países han realizado
sus investigaciones y aportes a este tipo de tecnologías e implementando estas casi en un cien por
ciento de su energía renovable “El 2015 fue un año notable para la energía renovable, pues contó
con las mayores incorporaciones de capacidad mundial vistas hasta la fecha. Sin embargo, los
desafíos persisten, sobre todo más allá del sector eléctrico. En este año se observaron diversos
avances que influyeron en la energía renovable, incluyendo una dramática disminución en los precios
de los combustibles fósiles a nivel mundial; una serie de anuncios respecto a la disminución más
sustancial en la historia de los precios en contratos a largo plazo de energía renovable; un aumento
significativo de atención en la acumulación de energía; y un acuerdo histórico sobre el clima que
reunió en París a toda la comunidad mundial.” 3
La UPME (Unidad de Planeación Minero Energética) ha realizado estudios sobre el avance de las
energías renovables no convencionales en Colombia, y ha determinado el potencial que tiene el país
para implementar este tipo de tecnologías de generación, en su estudio “Integración de las energías
renovables no convencionales en Colombia” muestra su análisis de las energías renovables a nivel
mundial así como su desarrollo en Colombia dicho estudio habla sobre “La energía solar hoy en día
representa la segunda fuente avanzada de energía renovable de mayor penetración en el mundo,
después de la eólica, con una producción que equivale a entre 0,85% y 1% de la demanda mundial
de electricidad (IEA, 2014c), lograda a través de una capacidad instalada de 139 GW a 2013. En el
año 2013 está tecnología superó por primera vez en términos de crecimiento a la energía eólica con
un incremento en la capacidad instalada de 39 GW (frente a 35 GW de eólica), presentando a la vez
un crecimiento promedio del 55% anual para los últimos 5 años.
Países como Alemania, China e Italia lideran los mercados de la energía solar contando con
capacidades instaladas del orden de 36, 19 y 18 GW, respectivamente (REN21, 2014). Como se
presentó anteriormente, y como lo indican tanto diversas fuentes como los precios reales
evidenciados en el mercado internacional, los costos de producción y los precios de la tecnología
solar FV han decrecido de manera considerable en los últimos 10 años y más drásticamente en los
últimos 4 años.
Entre tanto, para el caso de Colombia, las fuentes disponibles de información de recurso solar indican
que el país cuenta con una irradiación promedio de 4,5 (kWh/m2/d), (UPME, IDEAM, 2005), la cual
3 Energías renovables 2016 reporte de la situación mundial REN 21 Año 2016.
10
supera el promedio mundial de (3,9 kWh/m2/d), y está muy por encima del promedio recibido en
Alemania (3,0 kWh/m2/d) (ArticSun, SF) país que hace mayor uso de la energía solar FV a nivel
mundial, con aprox. 36 GW de capacidad instalada a 2013 (REN21, 2014). Si bien recursos como los
de regiones como África, el Medio Oriente o Australia superan, en términos generales, el recurso
disponible en Sur América, este representa buenos niveles de irradiación solar, ante todo en
comparación con los países nórdicos, y en el caso de Colombia y los países ecuatoriales se cuenta con
la ventaja de tener un buen recurso promedio a lo largo del año al no experimentar el fenómeno de
las estaciones.” 4
2.1.2. Generación de energía en Colombia hasta el año 2018
Es importante conocer el comportamiento y evolución de la generación de energía eléctrica en
Colombia, esto supone conocer la realidad del país en cuando a su producción, con los distintos tipos
de generación existentes en el país, y determinar la capacidad instalada total, así como el porcentaje
de generación de sistemas fotovoltaicos actualmente.
Como se muestra en la tabla 1, muestra la capacidad instalada de generación de energía actualmente
de 16.853 MW que suple a toda la nación, como también para exportar energía hacia Venezuela y
Ecuador, con expansión para exportar a panamá, se observa que la generación hidroeléctrica tiene
la mayor cantidad de generación con un aproximado de 70 % seguido de gas natural con 10 % y
carbón con 8%, con los FV se pretende reducir la producción de energía eléctrica a base de
hidrocarburos y mineral carbón, con ello reducir las emisiones de CO2.
Tabla 1. Generación de energía eléctrica Colombia marzo 2018.
Tecnología/Recursos capacidad efectiva neta [MW]
capacidad efectiva neta [%]
ACPM 1.237 7,34%
AGUA 11.758,8 69,77%
BAGAZO 130,7 0,78%
BIOGÁS 4 0,02%
CARBÓN 1.374 8,15%
COMBUSTÓLEO 314 1,86%
GAS 1.698,3 10,08%
JET-A1 44 0,26%
MEZCLA GAS JET - A1 264 1,57%
RAD SOLAR 9,8 0,06%
VIENTO 18,4 0,11%
TOTAL GENERAL 16.853 100%
Fuente: Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico
colombiano marzo de 2018 – SIEL-UPME
4 Integración de las energías renovables no convencionales en Colombia. UPME unidad de planeación minero energética.
11
Las fuentes no convenciones energía renovable (FNCER) tienen una participación aproximada del 2%,
siendo la energía eólica la principal generadora de energía con el 1.1% correspondiente al parque
eólico Jepírachi, y los sistemas fotovoltaicos aportan 18.4 MW de potencia correspondientes al 0.06%
de la generación.
Se debe incentivar hacia los sistemas fotovoltaicos como futura generación de energía pues que han
demostrado ser limpia y de una vida útil prolongada de más de 25 años de uso continuos, generando
energía muy cerca al lugar de consumo, ideal para la generación distribuida, que consiste en que los
puntos de generación estén cercanos a los puntos de consumo y así evitar grandes pérdidas de
energía.
Gráfica 2. Participación por tecnología en la matriz eléctrica.
Fuente: Informe mensual de variables de generación y del
mercado eléctrico colombiano marzo del 2018– SIEL-UPME
La matriz tecnológica con la que se genera la energía eléctrica se representa en la gráfica 2, donde se
destaca las hidroeléctricas como la mayor tecnología instalada en Colombia con el 69.77 %, ya que el
potencial hídrico es abundante, y dicho recuso se considera renovable, aunque a gran escala tiene
un impacto ambiental considerablemente perjudicial, seguido está el carbón y gas con el 18.23% y
con menos del 1 % se encientan las fuentes no convencionales de energías renovables, algo que
evanecía que Colombia está en atraso con estas nuevas formas de generación de energía.
12
2.1.3. Factor de emisión (FE) y Emisiones de CO2:
Se presentan los resultados de los cálculos de emisiones de CO2 del SIN para el mes de marzo de
2018. Durante dicho mes, el parque generador colombiano emitió 926,268 TonCO2, producto de la
combustión de Gas Natural, Carbón y Combustibles líquidos. La gráfica 3 presenta la evolución del
agregado de emisiones de CO2 producidas por el parque generador nacional y el Factor de Emisión
mensual. Allí se observa una estrecha relación entre las dos líneas mensuales. La diferencia entre
estas se establece por el cambio de pendiente de las curvas entre los diferentes meses. Está
pendiente es influenciada por el tipo de combustible consumido para la generación, ya que este
afecta directamente los cálculos del FE y del volumen emisiones de CO2, y por el número de días de
cada mes.5
Gráfica 3. Evolución de emisiones y de factor de emisión marzo 2018
Fuente: Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano marzo del 2018–
SIEL-UPME
En la gráfica 3 Evolución de emisiones y de factor de emisión marzo 2018 evidencia la gran cantidad
de CO2 que se está generando mea a mes los diferentes sistemas de generación instalados
actualmente en el país, en marzo del presente año se emitió una cantidad de 926,268 toneladas, algo
que supero el promedio de los meses anteriores, por ello es fundamental inclinar la mirada hacia las
nuevas tecnologías llamadas energías renovables que no emiten estos gases, reduciendo estas cifras
de alta contaminación.
5 Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano marzo del 2018– SIEL-UPME.
13
2.1.4. Consumo de energía eléctrica Nacional
Demanda de energía eléctrica en Colombia:
Se debe comprender la demanda que ha tenido la nación a lo largo de los distintos años transcurridos,
para saber cómo es la evolución energética, así como los distintos tipos de consumidores que existen,
la CREG es la encargada de reglamentar, a través de normas jurídicas, el comportamiento de los
usuarios y las empresas con el objetivo de asegurar la prestación de estos servicios públicos en
condiciones de eficiencia económica con una adecuada cobertura y calidad del servicio.
Regulados: Persona natural o jurídica cuyas compras de electricidad están sujetas a tarifas
establecidas por la Comisión de Regulación de Energía y Gas. Aquí están la mayoría de usuarios
comerciales, oficiales y los residenciales clasificados por estratos socioeconómicos, y algunos
industriales.
No regulados: Persona natural o jurídica que realiza una demanda de energía superior a 2 Mega
vatios (2 MW). Ellos pueden negociar libremente los costos de las actividades relacionadas con la
generación y comercialización de energía. En este nivel de consumo están industriales y comerciales
que son grandes consumidores.
Agentes: Llevan la energía al usuario final (generadores, transportadores, distribuidores,
comercializadores y administradores).6
Gráfica 4. Comportamiento de la demanda de energía anual en Colombia- GWh.
Fuente: Informe de operación del SIN y Administración
del mercado 2017, XM
6 http://www.xm.com.co/Paginas/Consumo/mercados.aspx, consumos y mercados
14
Al detallar el mercado y la demanda en la gráfica 4 se observa el crecimiento y reducción de la
demanda por años, se evidencia que en el año 2016 decreció la demanda de energía eléctrica en
0.2% algo bastante grave si se tiene en cuenta que el país cada vez más demanda energía eléctrica,
en este año
Tabla 2. Histórico de demanda de energía de Colombia
AÑO CRECIMIENTO DE LA DEMANDA (%)
2005 4,1
2006 4,2 2007 4,0 2008 1,5 2009 1,8 2010 2,7 2011 1,5 2012 3,8 2013 2,8 2014 4,4 2015 4,2 2016 -0,2 2017 1,3
Fuente: Informe de operación del SIN y Administración
del mercado 2017, XM
por distintos factores de la economía (caída del petróleo a nivel internacional), factores naturales,
como el fenómeno del niño que denotó una serie de eventos, ejemplo el nivel crítico de embalse de
las represas llevo a que el gobierno nacional anunciara el ahorro en los hogares y comercios con su
plan “APAGAR PAGA”, dando como consecuencia un receso del crecimiento de la demanda, mientras
que en el resto de años se nota el aumento de carga, con ello se lleva a nuevas plantas de generación,
para abastecer la demanda nacional e internacional ante países como Ecuador y Venezuela.
Condiciones climáticas Nacionales: “El fenómeno de El Niño - Oscilación del Sur (ENOS), es uno de los
factores que tienen mayor incidencia en la variabilidad climática sobre el territorio colombiano. El
Niño, y su contraparte La Niña, modulan en gran medida el comportamiento de la precipitación y su
variación espacio temporal, lo que se traduce en un fuerte impacto sobre los recursos hídricos del
país. Por lo tanto, y teniendo en cuenta que en la actualidad en la matriz energética del país el
componente hidráulico representa el mayor porcentaje, es necesario hacer un seguimiento
permanente a la evolución pasada y futura de El Niño, lo cual es crucial para asegurar la seguridad
energética del país.
Para hacer dicho seguimiento, por lo general se utilizan diferentes indicadores climáticos que evalúan
la temperatura del océano pacífico tropical. Uno de los indicadores más populares entre la
comunidad científica es el Índice Oceánico de El Niño (ONI, por su sigla en inglés), el cual se calcula
como el promedio de las anomalías de la temperatura de las aguas superficiales en el Pacífico
ecuatorial central (entre 120W y 170W y entre 5N y 5S). Este índice es utilizado por diferentes
agencias climáticas internacionales para identificar, hacer seguimiento y caracterizar la fortaleza de
cualquiera de los extremos del ENOS, bien sea El Niño (evento cálido) o La Niña (evento frío).
15
De acuerdo con el índice del ONI, valores iguales o superiores a 0.5 indican calentamiento de las
aguas superficiales en el pacífico tropical, en tanto que si ellos son inferiores a -0.5 tendremos
entonces enfriamiento. Si este calentamiento se prolonga por cinco o más períodos consecutivos, se
dice que se ha desarrollado El Niño, y cuando el enfriamiento iguala o excede 5 períodos consecutivos
de se dice que se presenta La Niña.”7
2.1.5. Proyección de la demanda de energía eléctrica
Se debe estudiar la futura demanda del sistema electico colombiano, esto con el fin de tener una
proyección de generación-carga para desarrollar soluciones a corto y mediano plazo, y poder así
satisfacer dicha demanda sin problemas. El encargado de hacer esta proyección es la UPME, y
presenta unos datos en su informe llamado “Proyección de Demanda de Energía Eléctrica y Potencia
Máxima en Colombia Revisión abril de 2018” dichas estadísticas se ven reflejadas en la tabla 3.
Se tiene en cuenta 3 grandes consumidores de energía eléctrica, en primer lugar, el sistema
interconectado nacional donde abarca prácticamente todos los consumidores regulados y no
regulados del territorio nacional, seguido de una proyección del GCE que depende de nuevas
industrias que se abrirán en Colombia, luego se asume un consumo en el país de panamá, ya que se
pretende exportar energía con líneas de 500 KV y con ello se debe analizar el comportamiento del
crecimiento de la demanda sobre el sistema nacional.
Tabla 3. Proyección de la demanda de energía eléctrica hasta el año 2032 (MW) según la UPME
Año SIN SIN + GCE SIN + GCE + Panamá SIN + GCE + Panamá + GD
2018 10.170 10.481 10.481 10.458
2019 10.374 10.743 10.743 10.717
2020 10.582 11.016 11.016 10.984
2021 10.789 11.321 11.321 11.285
2022 11.012 11.615 11.615 11.572
2023 11.232 11.797 12.065 12.014
2024 11.461 12.005 12.273 12.216
2025 11.707 12.221 12.489 12.422
2026 11.955 12.451 12.719 12.642
2027 12.203 12.702 12.970 12.876
2028 12.475 13.004 13.272 13.169
2029 12.739 13.338 13.605 13.490
2030 13.014 13.810 14.078 13.945
2031 13.312 14.189 14.456 14.302
2032 13.607 14.591 14.854 14.674
FUENTE: Proyección de Demanda de Energía Eléctrica y Potencia Máxima en Colombia Revisión abril de 2018- UPME
7 Informe de operación del SIN y Administración del Mercado 2017, Grupo XM
16
Según el crecimiento proyectado en un escenario medio de la UPME en el año 2028 crecerá la
demanda en un 21 % con relación al año actual (2018) y en el año 2032 un crecimiento del 29 %, una
situación donde el país estaría en crisis energética si no implementa nuevos sistemas de generación,
por ello se plantea en este trabajo el incentivo e implementación de las energías renovables no
convencionales, en este caso los sistemas fotovoltaicos que son un gran aporte hacia la generación
distribuida, generando un equilibrio entre la generación y la demanda aprovechando el recurso de
solar, que es una fuente inagotable de energía.
2.1.6. Registro de proyectos de energía eléctrica a nivel nacional
Desde el año 2007 se llevado un registro de todos los proyectos que deseen vincularse al sistema
eléctrico nacional, esto para llevar un debido proceso de seguimiento a las normas que establece el
ministerio de minas y energía, hasta la fecha agosto del 2018, se han registrado más de 2200
proyectos.
Tabla 4. Número de proyectos registrados por tecnología y año
Año BIOMASA EÓLICO GEOTÉRMICO HIDRÁULICO SOLAR TÉRMICO Total
2007 5 2 7
2008 11 26 37
2009 1 20 21
2010 1 52 2 55
2011 1 74 1 25 101
2012 2 1 160 1 5 169
2013 1 1 82 1 5 90
2014 3 5 147 2 19 176
2015 11 1 126 9 33 180
2016 15 7 114 260 19 415
2017 16 14 140 434 12 616
2018 7 20 41 245 15 328
TOTAL 47 59 1 972 953 163 2195
Fuente: Informe de registro de proyectos de generación. Inscripción según requisitos de la resolución No 0520. UPME junio 2018
En la tabla 4 se evidencia todos los proyectos que se han registrado en los últimos 12 años, con un
total de 2195 proyectos de generación, con un porcentaje 44,3 % la generación hidroeléctrica
representa la mayor cantidad de proyectos, seguido de la energía solar con 43,41 %, una tendencia
que aumenta, evidenciando que a lo largo de los años se registran mayores proyectos de fotovoltaica
ya que su accesibilidad y facilidad de instalación incentivan a nuevos usuarios a usar dichas
tecnologías.
Para el registro de proyectos se deben cumplir 3 etapas de acuerdo a la UPME explicado de la
siguiente manera en su informe de registro de proyectos de generación:
17
“El proceso de registro se divide en tres fases las cuales están determinadas por el estado de avance
del proyecto. De manera general, se puede indicar que la fase 1 corresponde a la etapa de
prefactibilidad del proyecto e incluye dentro de sus requisitos, la solicitud a la autoridad ambiental
competente sobre la necesidad de realizar diagnóstico ambiental de alternativas, estudio de impacto
ambiental o si el proyecto no requiere ninguno de éstos. Según la Resolución UPME 143 de 2016, la
vigencia del registro en esta fase es de dos (2) años para todo tipo de proyectos.
La fase 2 hace referencia a la etapa de factibilidad del proyecto “…se define si un proyecto es técnica,
económica, financiera y ambientalmente factible y conveniente, y se establece la estructura
financiera del mismo…”. Respecto al trámite ambiental, el promotor debe presentar ante la UPME el
“Auto o acto administrativo mediante el cual la autoridad ambiental…decide sobre la alternativa
presentada en el diagnóstico ambiental de alternativa o estudio de impacto ambiental o establece
que el proyecto no requiere licencia ambiental”. La vigencia del registro en esta fase es de un (1) año
para todo tipo de proyectos.
Finalmente, la fase 3 hace referencia a que el proyecto ya debe tener diseños definitivos, así como el
cronograma de ejecución. De la misma forma el proyecto debe contar con “Licencia ambiental
expedida o auto o acto administrativo mediante el cual la autoridad ambiental respectiva, decide que
el proyecto no requiere licencia ambiental” entre otros documentos, como el concepto de conexión
del proyecto de generación por parte de la UPME. La vigencia del registro en esta fase es de un (1)
año o hasta el inicio de la construcción (si este ocurre antes de un año de vigencia dentro del registro
en fase 3), para todo tipo de proyectos.”8
8 Informe de registro de proyectos de generación. Inscripción según requisitos de la resolución No 0520, 2. Introducción. UPME junio 2018
18
2.2. PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
2.2.1. Conceptos Básicos
Panel solar definición:
También llamado modulo solar, es un dispositivo capaz de transformar la energía del sol en energía
eléctrica, por medio de un efecto fotovoltaico, este efecto es el conjunto de células fotovoltaicos
fabricada con semiconductores cristalinos produce cargas positiva y negativa en dos
semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar
una corriente.
El principal material con el que se fabrican los paneles es de silicio que al ser transformado el mineral
puede formarse 2 tipos monocristalino y policristalino.
Tipos de módulos:
Células de silicio monocristalino: El silicio es fundido para darle la forma, y al enfriarse que una
única capa fina, luego se dividen en capaz para hacer células
individuales. Las células monocristalinas tienen un color
uniforme, generalmente azul o negro.
Células de silicio policristalinas: Se fabrican de forma similar a las monocristalinas, la diferencia
radica que se utiliza un silicio con mayores impurezas este
reduce su costo con ello el KW/h es menor, pero a su vez la
eficiencia del panel disminuye, pero no en gran medida.
Otros tipos de células: Existen actualmente distintos tipos de cellas solares entre ellas
las de policristalinos de capa delgada amorfo y las de silicio con
galio que aumentan la eficiencia para el caso de este trabajo se
manejara los 2 paneles más utilizados en el mercado
(monocristalino y policristalino).
2.2.2. Eficiencia celdas solares
“La fotovoltaica es un campo sobre el que se sigue investigando y avanzando. El Laboratorio Nacional
de Energías Renovables (NREL en sus siglas en inglés) de Estados Unidos mantiene actualizado el
siguiente gráfico que recoge la evolución de los récords de eficiencia de célula para las diferentes
tecnologías. La eficiencia de una tecnología consolidada como es el silícico cristalino (en azul) o las
células de lámina delgada (en verde) se han mantenido relativamente estables desde 1995. Lo que
ha mejorado sustancialmente es la fabricación de las células, con esa eficiencia, de manera industrial
y a un menor coste.
La figura también muestra la existencia de dos tecnologías alternativas que exhiben una pendiente
mayor, es decir, están mejorando su eficiencia a un ritmo mayor en los últimos años. En la parte alta
del gráfico aparecen (en violeta) las células multiunión cuyo objetivo es alcanzar la mayor eficiencia
19
posible que pueda compensar el mayor coste de producirlas. En la parte baja emergen (en rojo) los
diseños novedosos de células que se basan en obtener menores eficiencias, pero con un coste
menor.”9
Gráfica 5. Evolución de la eficiencia de las diferentes tecnologías de células fotovoltaicas.
Fuente: National Renewable Energy Laboratory (NREL)
Laboratorio nacional de energías renovables EEUU 2015. www.nrel.gov
Se evidencia en la gráfica 5 la eficiencia de los paneles con distintos materiales, por ejemplo, en azul
se evidencia las celdas con materiales de silicio monocristalino y policristalino que son las que se
encuentran más fácilmente y con mayor cantidad en el mercado, este tipo de paneles alcanza un
máximo de 25 % de eficiencia en condiciones de laboratorio, en condiciones ambientales la eficiencia
puede bajar en 5 o 10 % dependiendo de las condiciones del lugar. Algunas pruebas han determinado
una eficiencia máxima 45 % en algunos paneles con pocas impurezas, así como la unión de varios
elementos adicionales como el galio que mejora la eficiencia, pero aumenta considerablemente el
costo del panel solar.
2.2.3. Configuración de los sistemas fotovoltaicos
Sistemas conectados a Red (ON - GRID):
Estos sistemas están diseñados para entregar energía hacia la red, siendo un sistema de distribución
de energía cercanos a la fuente de consumo, así evitando grandes pérdidas de energía eléctrica por
largas distancias, Los componentes que la conforman son los paneles solares, inversores que me
9 https://www.colectivoburbuja.org/juan-carlos-barba/fotovoltaica-pros-y-contras-dos-perspectivas-desde-el-ecologismo/
20
permiten convertir la energía DC a AC lógicamente para poder suministrarlo a los equipos que estén
demandando la energía alterna, así como a la red, en el caso colombiano la frecuencia es de 60 Hz,
por consiguiente los inversores deben funcionar a dicha frecuencia.
Ilustración 1. Sistema fotovoltaico conectado a red
Fuente: Beneficios de un sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica.
https://cceea.mx/blog/energia-solar-fotovoltaica/beneficios-de-un-sistema-fotovoltaico-interconectado-a-la-red-electrica
Sistemas Autónomos (OFF – GRID):
Los sistemas autónomos están diseñados para zonas donde no existe un operador a red que nos
suministre energía eléctrica o también para sistemas que deseen ser independientes de la red, esto
por medio de un banco de baterías, cuya función es acumular la energía producida por los paneles y
entregarla cuando se necesite. Los componentes de este sistema son los paneles solares, baterías,
reguladores de carga que me permitan controlar la carga y descarga de las baterías, y un inversor
para las cargas AC.
Ilustración 2. Sistema fotovoltaico autónomo
Fuente: Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos aislados
https://bester.energy/blog/aplicaciones-sistemas-energia-fotovoltaica-aislados/
Para la propuesta de los diferentes diseños de los sistemas fotovoltaicos se utilizan los sistemas
conectado a la red, debido a su facilidad de implementación, mínimos elementos en el sistema y bajo
mantenimiento reducen notablemente sus costos de inversión e instalación.
2.2.4. Estadísticas nacionales DEL IDEAM de radiación solar
Radiación solar en Colombia hasta el año 2018:
21
Para implementar los sistemas fotovoltaicos se debe estudiar la radiación y brillo solar en el territorio
nacional, para ello se utiliza el sistema de atlas interactivo del IDEAM (Instituto de Hidrología,
Meteorología y Estudios Ambientales) Colombia, cuyos registros se lleva año tras año con su red
amplia de estaciones convencionales con elementos como el actinógrafos y unos piranómetros y otra
de estaciones automáticas satelitales con sus piranómetros instalados desde el 2005 haciendo un
promedio anual, dando como resultado unos datos de radiación solar en kilovatio hora por metro
cuadrado (KWh/m2) como se observa en la ilustración 3, Colombia posea una alta radiación solar ya
que se encuentra en la línea del ecuador, esto indica que siempre recibirá los rayos del sol, sin ser
afectado por estaciones como ocurre en otros países.
El IDEAM permite establecer unas estadísticas de radiación solar según sus registros anuales que ha
llevado a cabo a lo largo del tiempo, por ejemplo se observa que la guajira es la región donde más
radiación solar presenta, sitio ideal para instalar un sistema fotovoltaico, pero lo contradictorio es
que allí en este departamento no se poseen ciudades de alto consumo, por ello lo ideal es observar
las estadísticas en sitios urbanos donde la demanda energética sea alta para establecer allí un posible
caso de estudio con sus factores de rentabilidad del proyecto.
Ilustración 3. Estadísticas de Radiación solar por departamentos.
FUENTE: atlas interactivo IDEAM, atlas de radiación
solar, ultravioleta y ozono de Colombia. IDEAM-UPME 2018.
En la ilustración 3 se observa la estadística por departamentos de la radiación solar de los últimos
años según el IDEAM, donde nos indica que la mayor cantidad de radiación esta presenta en la región
norte de Colombia, una buena zona para implementar los sistemas fotovoltaicos pero la desventaja
22
es que no tiene gran demanda de energía en este sector, en la parte central y oriental se detalla una
radiación
Colombia como es un territorio amplio se desea estudiar solo la radiación solar en la ciudad de Bogotá
D.C. dado que es la ciudad capital, y posee la mayor cantidad de empresas comerciales a nivel
nacional, con ello favoreciendo el interés por los FV en esta ciudad, igualmente se ve que la radiación
solar en la cuidad está en un promedio de 4 KW/m2 que es relativamente bueno para la instalación y
uso de los sistemas FV aprovechando al máximo la autogeneración que consiste en los usuarios
produzcan su propia electricidad así se ahorran perdidas en el sistema, y poder vender los excedentes
a la red, y volverse generadores de energía para los demás usuarios.
Estadística de Radiación solar en Bogotá D.C. :
Se observa las estadísticas para cada uno de los diferentes meses del año respecto a la radiación solar
en Colombia, en la gráfica 6 se evidencia un promedio diferente por cada uno de los meses en la
ciudad de Bogotá D.C., esto es importante para analizar puesto que no siempre se va a conseguir la
misma radiación solar y se debe definir con estas estadísticas promedios de los últimos años, un valor
constante y así poder calcular la energía que el sistema va a entregar.
Gráfica 6. Promedio mensual de radiación solar por capitales de Colombia
FUENTE: Atlas interactivo IDEAM, atlas de radiación solar, ultravioleta y ozono de Colombia. IDEAM-UPME
2018.
Como se observa en la gráfica 6 la ciudad tiene un promedio de 4 KW/m2 con este valor se puede
calcular las horas de brillo solar diario, muestra también el promedio mes a mes de radiación, se
destaca enero y diciembre como los meses con mayor aprovechamiento de este recurso, y los mese
más desfavorables son los de mayo, junio y julio, que son donde la capital entra en un periodo
invierno con gran cantidad de lluvias. Con estos datos estadísticos del IDEAM se establecela cantidad
de horas al día que el sistema puede entregar su potencia máxima, determinando el ahorro
energético que ofrecen esos tipos de sistemas fotovoltaicos
Brillo solar: Se debe comprender un promedio de cuantas horas diarias de sol directo llegan al
lugar donde se desea instalar el sistema, esto quiere decir las horas en las cuales la irradiancia será
aproximadamente 1000 W/m2, Se defino como Horas Solar Pico con sus siglas HSP
Promedio de horas de brillo solar Bogotá D.C. 3 a 4 horas
23
2.2.5. Parámetros para el modelamiento de la propuesta de diseño
Parámetros de los paneles solares:
Corriente de corto circuito (Isc): Es la máxima corriente que se puede obtener el panel solar, con una
tensión de cero voltios en las terminales.
Tensión de circuito abierto (Voc): Máxima tensión que produce en los terminales en circuito abierto,
y lógicamente una corriente de cero amperios.
Potencia máxima (Pmax): La potencia máxima se produce cuando tenemos el máximo voltaje Vmax
y una corriente Imax
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 · 𝐼 𝑚𝑎𝑥 [1]
Factor de forma (FF): Este es un factor clase para determinar la eficacia del panel ya que parámetro
que me define el punto de potencia máximo sobre el voltaje en circuito abierto y la corriente de corto
circuito.
𝐹𝐹 = 𝑃𝑚𝑎𝑥
𝑉𝑜𝑐 ·𝐼𝑠𝑐 [2]
Donde,
0 < 𝐹𝐹 < 1
Eficiencia (ɳ): Expresado en porcentaje es el parámetro que define el funcionamiento del panel solar
ɳ = 𝑉𝑜𝑐 ·𝐼𝑠𝑐 ·𝐹𝐹
𝐴 ·𝑅𝑎𝑑 [3]
A: Área del panel solar
Rad: Radiación solar medida en KW/m2 (el estándar de radiación solar es de 1 KW/m2)
Se observa a continuación gráfica 7 los parámetros que me permiten determinar el punto de máxima
potencia (MPPT) del sistema, esto para saber en qué niveles máximos de voltaje y corriente me
entrega su máxima potencia, según la radiación solar que se esté presentando en el lugar, se debe
tener en cuenta que las fabricantes entregan una potencia máxima por panel en condiciones
estándar (STC).
24
Gráfica 7. Curva de un panel solar Voltaje contra corriente (V·I)
FUENTE: Centrales de energías renovables, generación eléctrica
con energías renovables, José Antonio carta González, PEARSON, capítulo 6.
Analizando la gráfica 7, se tiene que la intensidad de cortocircuito de corriente es de 3,4 amperios y
el voltaje en circuito abierto es de 22 voltios, puesto que con estos valores no es posible determinar
la máxima potencia, pues no es real que un panel solar este en circuito abierto y en cortocircuito
simultáneamente, por ello se debe asignar unos valores de voltaje y potencia máxima “reales” con
los que se pude determinar la potencia máxima, como se ve la corriente máxima es de 3 amperios y
el voltaje de circuito abierto es de 17 voltios con ello determinamos la potencia máxima que me
entrega el panel, con estos valores máximos la potencia es de 51 W ,con esto se hace la selección del
microinversor correspondiente.
Condiciones para prueba estándar (STC): Es el estándar de la industria para las condiciones bajo las
cuales se prueba un panel solar. Mediante el uso de un conjunto fijo de condiciones, todos los paneles
solares se pueden comparar con mayor precisión y clasificar entre sí. Hay tres condiciones de prueba
estándar que son:
▪ Temperatura de la celda de 25°C
▪ Radiación solar de 1KW/m2
▪ Velocidad del viento de 1.5 m/s
25
▪ Inclinación paneles solares: Se debe instalar los paneles solares según nuestra ubicación
geográfica.
Tabla 5. Inclinación de los paneles solares
latitud del lugar Ángulo de inclinación α
0° a 15 ° 15°
15° a 25° Igual latitud
25° a 30° latitud + 5°
30° a 35° latitud + 10°
35° a 40° latitud + 15°
<40° latitud + 20°
Fuente: Ingeniero Esteban Fancovic, 2013. http://estebanfancovic.blogspot.com/2013/11/informe-proyecto-energia-solar-baja.html
Al instalar los paneles solares se debe tener en cuenta una debida elevación de ángulo respecto a la
horizontal, debido a que la inclinación del eje de rotación terrestre que causa el fenómeno de las
estaciones está inclinada unos 23,5° aproximadamente con respecto al plano de la órbita que
describe alrededor del Sol, eso hace que los paneles no deban estar perpendicularmente al sol sino
con una inclinación respecto a la ubicación del espectador o donde se van a instalar los paneles, otro
motivo es que el agua lluvia que cae en los paneles debe ser drenada y no quedarse como obstáculo
entre el sol y las celdas solares pues de ser así perderían eficiencia entre un 5 y 10%
Conexión de los paneles solares:
Paneles en serie: Esta conexión se realiza cuando se quiere un valor superior de tensión al de
los paneles, ejemplo dos paneles de 12 voltios y una corriente de 8 amperios
se conectan en serie, da como resultado 24 V con la misma corriente de 8
amperios
Paneles en paralelo: Esta conexión se utiliza para tener el mismo nivel de tensión, pero con una
corriente mayor, ejemplo dos paneles de 12 voltios con una corriente de 8
amperios conectados en paralelo, dará como resultado de su conexión 12
Voltios, pero una corriente de 16 amperios.
Conexión mixta: Esta es una conexión combinada entre serie y paralelo, se utiliza cuando
quiero aumentar los 2 parámetros de voltaje y corriente.
Factor de corrección por temperatura:
Debido a que el voltaje Voc de los paneles solares son afectados por la temperatura ambiente, se
debe hacer una corrección por temperatura para determinar la salida real de voltaje, generalmente
26
el coeficiente del módulo se encuentra es las especificaciones generales de los paneles solares de
cada uno de los fabricantes.
𝑉𝑜𝑐𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑜𝑐 · {(1 + (𝑇° 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 − 25°) · 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑢𝑑𝑢𝑙𝑜 %/°𝐶} [4]
2.2.6. Distribuidores de los equipos en Bogotá D.C.
Paneles solares: Se debe hacer un estudio de proveedores para determinar un costo de
inversión de un sistema fotovoltaicos, en Colombia existen distintos proveedores entre ellos:
▪ Sun Colombia (www.suncolombia.com)
▪ Panasonic (www.panasonic.com/co/empresas/paneles-solares.html)
▪ Ambiente soluciones (www.ambientesoluciones.com)
▪ DMC Solar (www.dmcsolar.co)
▪ Solar power Group (www.solarpowergroupamerica.com)
▪ Américafotovoltaica (www.americafotovoltaica.com)
▪ Greencol energy (greencolenergy.com/paneles.html)
Distribuidores de micro Inversores y reguladores de carga: Los inversores y reguladores de
carga son indispensables en los diferentes sistemas fotovoltaicos a diseñar, por ello se debe tener en
cuenta algunos de los proveedores:
▪ Ambiente soluciones (www.ambientesoluciones.com)
▪ Sun Colombia (www.suncolombia.com)
▪ Enerteccolombia (www.enerteccolombia.co)
▪ Enfsolar (www.enfsolar.com)
▪ ABB ingenieria (new.abb.com)
▪ DMC Solar (www.dmcsolar.co)
▪ Solar power Group (www.solarpowergroupamerica.com)
▪ Américafotovoltaica (www.americafotovoltaica.com)
▪ Greencol energy (greencolenergy.com/paneles.html)
Distribuidores contadores bidireccionales: Es importante a la hora de instalar los sistemas ON-
GRID tener un contador de energía bidireccional para saber el consumo de energía eléctrica de la
red, así como el aporte a la red de los sistemas fotovoltaicos, algunos proveedores:
Codensa (operador de red ciudad de Bogotá D.C.) (www.codensa.com.co)
ABB (new.abb.com)
General Electric. (www.ge.com/?search=colombia)
27
2.2.7. Localización de la propuesta de diseño.
Con un marco referencial y teórico explicado a profundidad se dio a conocer las principales ventajas
de los sistemas fotovoltaicos actualmente, así como cada uno de los elementos que componen dichos
sistemas, sus recursos y se determinó alguno de los proveedores de los equipos como son los paneles
solares y los microinversores, elementos fundamentales para el funcionamiento de los diseños
propuestas para la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. , en el siguiente capítulo se
evidencia los diferentes diseños que se realizaron para determinar su viabilidad económica, así como
su inversión inicial y el impacto ambiental que genera.
2.2.8. HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S.
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. invita a conocer nuestros servicios, orientados a solucionar
sus requerimientos en sistemas y/o redes de telecomunicaciones, seguridad electrónica (detección
de incendio, intrusión y control de acceso), CCTV, entre otros. Nuestra cobertura y alianzas
estratégicas nos permiten atender su necesidad en todo el territorio nacional.
Ilustración 4. Logotipo Empresa encargada de recibir la propuesta de diseño
Fuente: http://www.hccomunicaciones.com.co
“Servicio Telecomunicaciones: Imagine por un instante que a pesar las múltiples plataformas online
que actualmente disponen los bancos, Ud. debe ir a una oficina bancaria, con sorpresa nota que hay
pocas personas esperando a ser atendidas, pero después de estar esperando por unos minutos, una
persona da un breve pero contundente mensaje “el sistema este caído…”
Este ejemplo nos permite representar la importancia de un sistema o red de telecomunicaciones, en
el caso de un Banco, si bien no se trata de su razón de funcionamiento, si se convierte en el corazón
de su funcionamiento. Una red de telecomunicaciones inadecuada puede generar miles o incluso
millones de pesos en pérdidas para su negocio o empresa.
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. le brinda el diseño, implementación, soporte y mantenimiento
de su red de telecomunicaciones, partiendo desde la infraestructura física, equipos y redes de
interconexión, así como el aprovisionamiento y configuración de equipos necesarios para tal fin.
La experiencia acumulada de nuestro personal, quienes han desarrollado diversos proyectos a lo
largo y ancho de nuestra geografía, nos permite identificar la solución más idónea y a su vez combinar
diversas tecnologías, aportando al crecimiento de su proceso productivo.
28
Servicio de infraestructura: Las redes de datos y en general cualquier sistema de
telecomunicaciones requieren de una infraestructura física para albergar los elementos y equipos de
comunicaciones y eléctricos. Un mantenimiento adecuado, así como inspecciones periódicas a los
mismos, son fundamentales para prevenir eventos que puedan afectar a gran escala la red de
cualquier organización.
Es importante resaltar que muchos de estos elementos están expuestos a condiciones extremas:
lluvia, tormentas eléctricas, cambios constantes de temperatura, radiación solar, polvo, humedad,
ruido electromagnético, fluctuaciones en el fluido eléctrico y un amplio etcétera son necesarios a
considerar.
En este sentido, HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. se encarga de brindar la fabricación,
suministro, instalación y mantenimiento de elementos tales como: torres para telecomunicaciones,
herrajes, soportes, mástiles, trípodes, racks, gabinetes, elementos para cableado estructurado, entre
otros.
Igualmente se implementan sistemas de protección a partir de pararrayos y puesta a tierra. Todos
elementos orientados a permitir la correcta operación y puesta en marcha de los equipos de
comunicación, brindando las garantías operativas y protegiendo su inversión.
Servicio de iluminación: La luz es un elemento esencial de nuestra capacidad de comprender y a
su actuar con relación al entorno, dado que la mayor parte de la información que percibimos es a
través de la vista, sabemos incluso que muchos procesos ópticos son gestionados a partir de sensores
ópticos.
Cualquier entorno, en particular, aquellos que son cerrados o que son de interés al momento de no
disponer de luz solar, debe contar disponer de un sistema de iluminación acorde a las características
de cada sitio; es diferente entonces la iluminación que se debe emplear en un estadio o coliseo, a la
requerida en una bodega con grandes estanterías o a la necesaria en una oficina.
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. le brinda el diseño, implementación, soporte, mantenimiento
y adecuación de su sistema de Iluminación, acorde al entorno requerido (Zonas industriales, bodegas,
estaciones de servicio, recintos refrigerados, entre otros), con el correcto dimensionamiento a su
sistema eléctrico.
Conscientes que nuestros clientes también pueden requerir la operación en ambientes móviles,
brindamos soluciones a partir del uso de energía solar y eólica, que permitan el desarrollo de proceso
productivo.
Servicio de energía: Afortunadamente (o en algunos casos desafortunadamente), absolutamente
todos nuestros sistemas de comunicaciones y en general, todas las actividades industriales y
comerciales sustentan su operación a partir de la electricidad, un elemento que ya hace parte de
29
nuestra cotidianidad. La correcta operación y suministro de la energía eléctrica es vital para la
operación cualquier tipo de organización, independiente de su propósito y tamaño.
Por esta razón, la mayoría de negocios y empresas a fin de garantizar su operatividad, han
implementado sistemas eléctricos de respaldo que, en conjunto con la energía eléctrica de su
respectivo proveedor, actúen literalmente sin intervención y a su vez protejan los equipos
interconectados ante eventuales fallas eléctricas.
En este sentido HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. brinda el diseño, implementación y
mantenimiento de redes eléctricas de media y baja tensión, acometidas, y transferencias
automáticas. Igualmente suministramos e instalamos: bancos de baterías, UPS, rectificadores,
tableros de fuerza entre otros. También se implementan sistemas de protección a partir de
pararrayos y puesta a tierra.
Nuestra experiencia nos permite conocer que nuestros clientes también pueden requerir la
operación en ambientes móviles, brindamos soluciones a partir del uso de energía solar y eólica,
adaptando sus necesidades a nuevos entornos y espacios.
Servicio de CCTV, control y seguridad electrónica: Las ventajas y virtudes de los sistemas de
video vigilancia a partir de los circuitos cerrados de televisión – CCTV, son de amplio conocimiento,
en particular en la promoción que se hace a los mismos a través de diversos de comunicación, como
sucede en los noticieros. Se han consolidado entonces, como la principal herramienta para
monitorear, proteger y vigilar la infraestructura de cualquier tipo de negocio o empresa.
Sin embargo, tales ventajas son efectivas cuando el sistema es correctamente diseñado. Dispositivos
de almacenamiento correctamente dimensionados e implementados, una interfaz de monitoreo que
facilite la identificación de los eventos y una correcta ubicación de las cámaras son algunos de
aspectos que permiten sacar provecho del mismo.
Ampliando la cobertura en seguridad electrónica también se disponen de los sistemas de intrusión,
control de acceso peatonal y vehicular, así como el sistema para detección de incendio.
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. le ofrece el diseño, implementación, soporte, mantenimiento
y optimización de su sistema de control electrónico, que sea idóneo a su infraestructura y que cumpla
sus necesidades
Servicio de Transmisión de datos: Colombia y en general los países de la región Andina, poseen
unas características geográficas que ha permitido su privilegiada posición en el mercado del turismo,
por ejemplo. Desde paradisiacas hasta nevados, pasando por grandes urbes a pequeños y pintorescos
poblados, frondosos bosques y selvas en conjunto con majestuosos valles y llanuras.
La implementación de redes para la transmisión de datos, es uno de los aspectos que han apoyado
en gran medida el crecimiento del sector turismo y paralelamente, muchos otros sectores: financiero,
industrial, gubernamental, militar, entre muchos otros.
30
Sin embargo, esas mismas características y en la mayoría de los casos estas características
geográficas, implican hacer uso de distintas estrategias, métodos y tecnologías, para garantizar una
red de transmisión de datos que sea confiable, robusta y versátil, y que a su vez esté acorde al
desarrollo, crecimiento y competitividad de su organización.
En este sentido, HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. le ofrece el diseño, implementación, soporte
y mantenimiento de su red para la trasmisión de datos, incluyendo sistemas cableados – a partir de
Cobre y Fibra Optica – e inalámbricos, como lo son los Radio enlaces (incluyendo cálculo de perfiles
y Site Survey), y satelitales (enlaces SCPC y Vsat). Adicionalmente el suministro e instalación de los
equipos necesarios para tal fin tales como radios, antenas, IDUs, ODUs y demás.
Es importante recordar que estos equipos trabajan sobre protocolo IP lo que facilita la
implementación e interconexión con sus equipos existentes, agilizando los tiempos de instalación y
evitando la compra de nuevos equipos
Servicio de conectividad de datos: Disponer de la información o mejor de los datos, en el
momento y ubicación apropiadas, se ha convertido en uno de los factores que determinan el éxito y
la competitividad de muchas organizaciones en la actualidad, independiente de su campo de acción.
En muchas ocasiones sucede que una empresa implementa sistemas de red y equipos para
Networking sin dimensionar correctamente los mismos, que no permiten un adecuado crecimiento
de la misma e incluso obligando a realizar cambios en la totalidad de la infraestructura para poder
usar nuevos servicios.
HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. le brinda el diseño, implementación, soporte, mantenimiento
y optimización de Redes de datos LAN Y WLAN, cableado estructurado y Datacenters. Adicionalmente
la certificación de dichas redes. Realizamos el suministro y configuración de equipos para Networking
– routers, switch, fraccionadores, entre otros.
Mercado: HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S es un equipo humano, integrado por personal
con amplia experiencia en cada una de nuestras líneas de servicio, consciente de la importancia que
cada empresa o negocio deposita en su sistema de telecomunicaciones y la seguridad de su
infraestructura. Se promueve una formación permanente acorde a los requerimientos cambiantes
del mercado, aportando al crecimiento de su proceso productivo”10
Localización de la propuesta: los diseños planteados en el presente documento estarán enfocados
únicamente en la ciudad de Bogotá D.C. dado que la empresa está actualmente ubicada en esta zona,
y facilita los costos e implementación de los sistemas fotovoltaicos, y los costos son en base corriente
del año 2018.
10 Tomado de la página Web de la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. http://www.hccomunicaciones.com.co
31
2.2.9. Ubicación de la empresa HC comunicaciones e Ingeniera S.A.S.
La empresa a la cual se le dirigirá la propuesta de diseño de los 4 proyectos de sistemas fotovoltaicos
se encuentra ubicada en la ciudad de Bogotá D.C. entre las carreras 69 y 68g y las calles 64a y calle
64c, exactamente en la dirección Cra 69 64A-38, como se muestra en la ilustración 5.
Ilustración 5. Ubicación de la empresa HC Comunicaciones e Ingeniera S.A.S.
Fuente: sitio web Google maps, 2018. https://maps.google.com
Saber la micro localización de la empresa es fundamental para saber dónde esta es más asequible
hacer la propuesta de diseño, ya que el alcance la misma está delimitado por la ubicación de la
empresa, por ello los diseños propuestos en este documento estarán propuestos únicamente en la
ciudad de Bogotá D.C. esto no quiere decir que solo se puede hacer en la capital, se puede realizar
estos mismos diseños propuestas en cualquier otra ciudad de Colombia, pero en este caso
estudiamos solo esta ciudad por los costos de la inversión inicial ya que al estar ubicados en sitios
cercanos la inversión será menor en comparación con otra ciudades.
32
3. PROPUESTA DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
3.1. SELECCIÓN DE EQUIPOS FOTOVOLTAICOS
Como se planteó en el capítulo 1 se ejecuta en esta sección 4 tipos de propuesta de diseño para la
prestación de los sistemas fotovoltaicos, esto con el fin de tener una gama amplia de servicios para
diferentes clientes, así la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. aumente su nivel de
portafolio con estos 4 diseño planteados en este documento.
La implicación técnica de dichas propuestas compromete a la empresa a desarrollar su conocimiento
y habilidades en cuanto a estas tecnologías renovables, así como adquirir personal calificado para
realizar dicho trabajo.
Para realizar las cotizaciones se utilizarán costos corrientes, ya que se evalúan los precios del año
actual, BASE AÑO 2018.
3.1.1. Proyecto de diseño No. 1
Para un proyecto de uno 1,2 kilovatios pico (KWp) Monofásico.
Como primera instancia se debe escoger los paneles solares según su capacidad de potencia pico
para determinar la cantidad de estos.
Panel: Monocristalino 300 W
Modelo: LG300S1W-A5 LG Mono X plus
Fabricante: LG Electronics Inc.
Tabla 6. Características del panel solar
Parámetro Panel solar
Potencia (W) 300
Voc (V) 38,9
Isc (A) 10,07
Vmp (V) 31,7
Imp (A) 9,5
Costo en el Mercado: $ 690.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
33
Inversor: 1200 W
Modelo: maysun-1200W
Fabricante: Dongguan Maywah Electronics Co. Ltd
Tabla 7. Características microinversor
Parámetro Microinversor
Potencia (W) 1200
(300Wx4pcs)
Voc (V) 50
Isc (A) 20
Vmp (V) 25 - 40
Imp (A) 5 - 15
Costo en el Mercado: $ 1’400.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
Ahora después de haber seleccionado los paneles solares y los microinversores por fabricante, se
hace la cotización para el proyecto No 1, donde también se tiene en cuenta el precio de la mano de
obra mostrado en la tabla 8.
Tabla 8. Costos de inversión proyecto 1
COSTOS
Elemento Cantidad Precio Unitario Total
Panel solar 4 $ 690.000,00 $ 2.760.000,00
Micro inversor 1 $ 1.400.000,00 $ 1.400.000,00
Estructura 1 $ 400.000,00 $ 400.000,00
Breaker 2 $ 18.000,00 $ 36.000,00
Otros - $ 300.000,00 $ 300.000,00
Mano de obra - $ 1.500.000,00 $ 1.500.000,00
TOTAL $ 6.396.000,00
Fuente: Precios en el mercado colombiano precios corrientes
34
▪ Topología del sistema 1,2 KW
Se diseña el unifilar del sistema del caso 2 como se muestra en la ilustración 6 donde poseen cuatro
paneles y un solo inversor, esto ya que el inversor tiene 4 entradas independientes para conectar
hasta 4 paneles solares.
Ilustración 6. Unifilar sistema 1,2 KW
Pan
el s
olar
30
0 W
Pan
el s
olar
30
0 W
Pan
el s
olar
30
0 W
Pan
el s
olar
30
0 W
Inversor 1,2 KW4 Entradas
RED 120 VAC 60 Hz
FUENTE: Realizado por el autor basado en sistemas conectados a red 2018,
diseño en Visual Studio.
Área: El área que requiere este sistema es de un promedio de 28 m2 para la instalación de los paneles
solares establecido por las longitudes de los paneles según el fabricante.
Protección: La protección que se debe emplear es un breaker de 20 amperios como máximo para la
línea monofásica de 120 voltios.
35
3.1.2. Proyecto de diseño No. 2
En este caso se implementa un sistema de 12,5 KWp (kilovatios pico) Trifásico
Panel: Policristalino 310 W
Modelo: JC310M- 24 /Abs Virus II module
Fabricante: Renesola
Tabla 9. Características panel solar
Parámetro Panel solar
Potencia (W) 310
Voc (V) 45
Isc (A) 8,8
Vmp (V) 37
Imp (A) 8,38
Costo en el Mercado: $ 589.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos, 2018.
Microinversor: 300 W
Modelo: Fénix solar WVC-300 Micro inverter
Fabricante: Shenzhen Fenix New Energy Co., Ltd.
Tabla 10. Características microinversor
Parámetro Microinversor
Potencia (W) 300
Voc (V) 50
Isc (A) 15
Vmp (V) 22 -50
Imp (A) 5 – 9,8
Costo en el Mercado: $ 510.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
36
Después de haber seleccionado los equipos por fabricante y elementos a utilizar se hace la cotización
para el proyecto, mostrado en la tabla 11.
Tabla 11. Costos de inversión proyecto 2
COSTOS
Elemento Cantidad Precio Unitario Total
Panel solar 42 $ 589.000,00 $ 24.738.000,00
Micro inversor 42 $ 510.000,00 $ 21.420.000,00
Estructura 3 $ 600.000,00 $ 1.800.000,00
Breaker 3 $ 18.000,00 $ 54.000,00
Otros - $ 300.000,00 $ 300.000,00
Mano de obra - $ 9.100.000,00 $ 9.100.000,00
TOTAL $ 57.412.000,00
Fuente: Precios en el mercado colombiano precios corrientes
▪ Topología del sistema 12,5 KW
Se diseña el unifilar del sistema del caso 2 como se muestra en la ilustración 7 donde poseen 42
paneles y los inversores en la misma cantidad, esto ya que el inversor tiene 1 entrada independiente
para conectar un panel solar.
Ilustración 7. Unifilar sistema 12,5 KW
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RED TRIFÁSICA 120 VAC
60 Hz
Fase A
Fase B
Fase C
Micro inversores300 W
FUENTE: Realizado por el autor basado en sistemas conectados a red 2018, diseño en Visual Studio.
Área: El área que requiere este sistema es de un promedio de 112 m2 para la instalación de los paneles solares establecido por las longitudes de los paneles según el fabricante.
Protección: La protección que se debe emplear es un breaker de 630 amperios como máximo para la red trifásica 120 voltios.
37
3.1.3. Proyecto de diseño No. 3
Sistema de 7.2 kilovatios (KWp) Trifásico.
Panel: Policristalino 310 W
Modelo: JC310M- 24 /Abs Virus II module
Fabricante: Renesola
Tabla 12. Características de equipos
Parámetro Panel solar
Potencia (W) 310
Voc (V) 45
Isc (A) 8,8
Vmp (V) 37
Imp (A) 8,38
Costo en el Mercado: $ 589.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
Microinversor: 600 W
Modelo: Fénix solar WVC-600 Micro inverter
Fabricante: Shenzhen Fenix New Energy Co., Ltd.
Tabla 13. Características microinversor
Parámetro Microinversor
Potencia (W) 600
Voc (V) 50
Isc (A) 40
Vmp (V) 22 - 50
Imp (A) 6 – 12,5
Costo en el Mercado: $ 950.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
38
Después de haber seleccionado los equipos por fabricante y elementos a utilizar se hace la cotización
para el proyecto, mostrado en la tabla 14.
Tabla 14. Costos de inversión proyecto 3
Fuente: Precios en el mercado colombiano año 2018
▪ Topología del sistema 7,2 KW
Se diseña el unifilar del sistema del caso 3 como se muestra en la ilustración 8 donde poseen 2
paneles solares para un solo inversor, esto ya que el inversor tiene 2 entradas independientes para
conectar hasta 2 paneles solares.
Ilustración 8. Conexión del sistema 7,2 KW
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Micro Inversor 600 W
2 Entradas
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
2 Entradas
Micro Inversor 600 W
2 Entradas
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Micro Inversor 600 W
2 Entradas
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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RED TRIFÁSICA 120 VAC
60 Hz
Fase A
Fase B
Fase C
FUENTE: Realizado por el autor basado en sistemas conectados a red 2018, diseño en Visual Studio.
Área: El área que requiere este sistema es de un promedio de 52 m2 para la instalación de los paneles
solares establecido por las longitudes de los paneles según el fabricante.
Protección: La protección que se debe emplear es un breaker de 480 amperios como máximo para
la red trifásica 120 voltios.
COSTOS
Elemento Cantidad precio Unitario Total
Panel solar 24 $ 589.000,00 $ 14.136.000,00
Micro inversor 12 $ 950.000,00 $ 11.400.000,00
Estructura 3 $ 600.000,00 $ 1.800.000,00
Breaker 3 $ 18.000,00 $ 54.000,00
Otros - $ 300.000,00 $ 300.000,00
Mano de obra - $5.200.000,00 $ 3.200.000,00
TOTAL $ 30.890.000,00
39
3.1.4. Proyecto de diseño No. 4
Para este caso paneles en serie de 150 W y sistema trifásico. Sistema de 1,8 kilovatios (KWp)
Panel: policristalino 150 W
Modelo: modulo 150 W
Fabricante: Procet Scientific Panel
Tabla 15. Característica de equipos.
Parámetro Panel solar
Potencia (W) 150
Voc (V) 22,68
Isc (A) 8,82
Vmp (V) 18,54
Imp (A) 8,09
Costo en el Mercado: $ 400.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018.
Microinversor: 600 W
Modelo: Fénix solar WVC-600 Micro inverter
Fabricante: Shenzhen Fenix New Energy Co., Ltd.
Tabla 16. Característica microinversor
Parámetro Microinversor
Potencia (W) 600
Voc (V) 50
Isc (A) 40
Vmp (V) 22 - 50
Imp (A) 6 – 12,5
Costo en el Mercado: $ 950.000 COP
Fuente: Datos tomados de los fabricantes de los equipos 2018. Anexos.
40
después de haber seleccionado los equipos por fabricante y elementos a utilizar se hace la cotización
para el proyecto, mostrado en la tabla 17.
Tabla 17. Costos de inversión proyecto 4.
COSTOS
Elemento Cantidad precio Unitario Total
Panel solar 12 $ 400.000,00 $ 4.800.000,00
Micro inversor 3 $ 950.000,00 $ 2.850.000,00
Estructura 3 $ 400.000,00 $ 1.200.000,00
Breaker 3 $ 18.000,00 $ 36.000,00
Otros - $ 500.000,00 $500.000,00
Mano de obra - $ 2.100.000,00 $ 2.500.000,00
TOTAL $ 11.886.000,00
Fuente: Precios en el mercado colombiano año 2018
▪ Topología del sistema 1,8 KW
Se diseña el unifilar del sistema del caso 4 como se muestra en la ilustración 9 se dispone de 2 paneles
en serie por cada entrada del microinversor, para un total de 12 paneles y 3 microinversores que
componen el sistema.
Ilustración 9. Conexión del sistema 1,8 KW
Pane
l sol
ar 1
50
W
Pane
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W
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W
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50
W
Micro Inversor 600 W
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RED TRIFÁSICA 120 VAC
60 Hz
Fase A
Fase B
Fase C
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50
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50
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50
W
Micro Inversor 600 W
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Micro Inversor 600 W
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FUENTE: Realizado por el autor basado en sistemas conectados a red 2018, diseño en Visual Studio.
Área: El área que requiere este sistema es de un promedio de 35 m2 para la instalación de los paneles solares establecido por las longitudes de los paneles según el fabricante.
Protección: La protección que se debe emplear es un breaker de 120 amperios como máximo para la red trifásica 120 voltios.
41
3.2. NORMOGRAMA
3.2.1. Normas Nacionales.
Se realiza un normograma con las principales leyes y resoluciones que rigen las energías
renovables en el país, esto es importante a la hora de realizar un proyecto dado que se deben
tener en cuenta los límites y reglamentos que estipula el estado a la hora de realizar algún
tipo de proyecto.
Tabla 18. Normatividad que rige las energías renovables en Colombia
DEPENDENCIA TIPO Y
NUMERO DE LA NORMA
TÍTULO DE LA NORMA FECHA DE
EXPEDICIÓN (dd/mm/aaaa)
UPME LEY 1715 Por medio de la cual se regula la integración
de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional.
13/05/2014
CREG RESOLUCIÓN
030
por la cual se regulan la actividad de autogeneración a pequeña escala y de
generación distribuida en el sistema interconectado nacional.
26/02/2018
UPME DECRETO
2143
Reglamenta los lineamientos para la aplicación de incentivos establecidos en la Ley
1715. 04/11/2015
UPME RESOLUCIÓN
045
Procedimientos y requisitos para emitir la certificación y avalar los proyectos de fuentes
no convencionales de energía (FNCE). 03/02/2016
CONGRESO DE LA
REPÚBLICA DE COLOMBIA
LEY 1665 estatuto de la agencia internacional de
energías renovables (IRENA). 16/07/2013
MINISTERIO DE MINAS Y
ENERGÍA LEY 142
Por la cual se establece el régimen de los servicios públicos domiciliarios y se dictan
otras disposiciones"
11/07/94
UPME RESOLUCIÓN
143
Establece los requerimientos para el registro de proyectos de generación con fuentes no
convencionales de energía. 14/03/2016
42
MINISTERIO DE MINAS Y
ENERGÍA
DECRETO 2469
Por la cual se establecen los lineamientos de política energética en materia de entrega de
excelentes de autogeneración. 02/12/2014
UPME RESOLUCIÓN
0281
Define el límite máximo de potencia de la autoregeneración a pequeña escala en el Sistema Interconectado Nacional (SIN).
05/06/2015
MINISTERIO DE MINAS Y
ENERGÍA
DECRETO 2492
Por el cual se adoptan disposiciones en materia de implementación de respuesta a la
demanda.
03/12/2014
CREG RESOLUCIÓN
175
Por la que se reglamenta la actividad de autogeneración a gran escala en el SIN.
23/12/2014
CREG RESOLUCIÓN
024
Por el cual se regula actividad de autogeneración a gran escala en el SIN.
13/03/2015
MINISTERIO DE MINAS Y
ENERGÍA
DECRETO 1623
Lineamientos de políticas para la expansión de cobertura del servicio de enérgica eléctrica en
el SIN y en las ZNI.
11/08/2015
CONGRESO
DE LA
REPÚBLICA DE
COLOMBIA
LEY 697
Mediante la cual se fomenta el uso racional y
eficiente de La energía, se promueve la
utilización de Energías alternativas y se dictan
otras disposiciones.
03/10/2001
MINTIC LEY 788
por la cual se expiden normas en materia
tributaria y penal del orden nacional y
territorial; y se dictan otras disposiciones.
27/12/2002
MINISTERIO
DE MINAS Y
ENERGÍA
LEY 1215 Por la cual se adoptan medidas en materia de
generación de energía eléctrica. 16/07/2008
MINISTERIO
DE AMBIENTE LEY 2811
Código nacional de los recursos naturales
renovables RNR y no renovables y de
protección al medio ambiente. El ambiente es
patrimonio común, el estado y los particulares
deben participar en su preservación y manejo.
Regula el manejo de los RNR, la defensa del
ambiente y sus elementos.
18/12/1974
43
MINISTERIO
DE AMBIENTE LEY 23
Principios fundamentales sobre prevención y
control de la contaminación del aire, agua y
suelo y otorgó facultades al Presidente de la
República para expedir el Código de los
Recursos Naturales
19/12/1973
MINISTERIO
DE AMBIENTE LEY 99
Crea el Ministerio del Medio Ambiente y
Organiza el Sistema Nacional Ambiental (SINA).
Reforma el sector Público encargado de la
gestión ambiental. Organiza el sistema
Nacional Ambiental y exige la Planificación de
la gestión ambiental de proyectos. Los
principios que se destacan y que están
relacionados con las actividades portuarias
son: La definición de los fundamentos de la
política ambiental, la estructura del SINA en
cabeza del Ministerio del Medio Ambiente, los
procedimientos de licenciamiento ambiental
como requisito para la ejecución de proyectos
o actividades que puedan causar daño al
ambiente y los mecanismos de participación
ciudadana en todas las etapas de desarrollo de
este tipo de proyectos.
22/12/1993
MINISTERIO
DE AMBIENTE
DECRETO
1753
Define la licencia ambiental LA: naturaleza,
modalidad y efectos; contenido,
procedimientos, requisitos y competencias
para el otorgamiento de LA.
03/08/1994
MINISTERIO
DE AMBIENTE DECRETO
2150
Reglamenta la licencia ambiental y otros
permisos. Define los casos en que se debe
presentar Diagnóstico Ambiental de
Alternativas, Plan de Manejo Ambiental y
Estudio de Impacto Ambiental. Suprime la
licencia ambiental ordinaria
05/12/1995
MINISTERIO
DE AMBIENTE LEY 491
Define el seguro ecológico y delitos contra los
recursos naturales y el ambiente y se modifica
el Código Penal
13/01/1991
Fuente: Presidencia de la República de Colombia, normativa, leyes 2018, UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO
ENERGÉTICA UMPE http://es.presidencia.gov.co/normativa/leyes.
http://www.upme.gov.co/guia_ambiental/carbon/gestion/politica/normativ/normativ.htm#BM1__NORMATI
VIDAD_GENERAL
44
3.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS EVALUACIÓN FINANCIERA PROYECTOS
3.3.1. Aplicación de los beneficios de la ley 1715 del 2014
La ley 1715 del 2014 “por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no
convencionales al sistema energético nacional.” Esta ley es la encargada de promover las energías
renovables no convencionales para la integración al mercado eléctrico colombiano, estableciendo un
fomento de la inversión, investigación y desarrollo de las tecnologías limpias, que no produzcan
contaminación de dióxido de carbono CO2 en este caso los sistemas fotovoltaicos son una fuente no
convencional de energía renovable, considerada una energía “limpia” por ello la ley cubre incentivos
para la instalación e implementación a nivel nacional de dichas fuentes de generación de energía.
La ley en su Capítulo 3 ofrece una serie de beneficios tributarios los cuales reducen la inversión inicial
del proyecto fotovoltaico, a continuación, se mencionan:
Artículo 11 como fomento a la inversión e implementación “tendrán derecho a reducir anualmente
de su renta, por los 5 años siguientes al año gravable en que hayan realizado la inversión, el cincuenta
por ciento (50%) del valor total de inversión realizada”, esto aplica a todos los proyectos de sistemas
fotovoltaicos. Artículo 12 ofrece incentivos tributarios a los equipos, elementos, maquinaras y
servicios nacionales o importados que estén destinados a la inversión de FNCER estarán excluidos del
IVA. Artículo 13 ofrece incentivos arancelarios a los a los equipos, elementos, maquinaras e insumos
a nivel de importación, no aplica para industria nacional. Artículo 14 los sistemas fotovoltaicos
gozaran de régimen de depreciación acelerada, la tasa anual de depreciación será no mayor al 20 %
como tasa global anual.
Requisitos para acceder a los beneficios de ley, existen dos ítems fundamentales para acceder a dicho
beneficios de ley, primero tener Certificación de beneficio ambiental expedido por la autoridad
nacional de licencias ambientales ANLA y segundo Certificado de registro y de aval del proyecto
emitidos por la UPME
Registro de proyectos de Generación de energía no convencionales (FNCER) Se deben registrar los
proyectos de generación de energía fotovoltaica ante la unidad de planeación minero energética
(UPME) según la capacidad de potencia según la resolución 143 del 3016 que estable 2 criterios,
primero para proyectos de generación mayores o iguales a 1 MW y segundo para proyectos de
generación menores a 1 MW.
Ahora se aplican los beneficios de la ley 1715 del 2014 hablada anteriormente, sobre los cuatro casos
de diseño que se realizaron, esto con el fin de evidenciar la reducción en la inversión de los proyectos
de fuentes no convencionales de energía renovable, en este caso el beneficio realizado es para
sistemas fotovoltaicos con énfasis en sistemas On-grid.
En la tabla 19 se evidencia el contraste del proyecto con el beneficio de exclusión del IVA del 19% y
eliminación del arancel del 10 % en los equipos eléctricos en este caso los paneles solares y micro
inversores que vienen importados principalmente de china.
45
Tabla 19. Costos de los proyectos con los beneficios de ley 1715 del 2014
Propuesta de diseño
Costo Total proyecto sin
beneficio de ley
Costo Total paneles e inversores
(equipos) Iva (19 %) Arancel (10%)
Costo Total inversión con
beneficios de ley
Proyecto 1 $ 6.396.000,00 $ 4.160.000,00 $ 790.400,00 $ 416.000,00 $ 5.189.600,00
Proyecto 2 $ 57.412.000,00 $ 49.158.000,00 $ 9.340.020,00 $ 4.915.800,00 $ 43.156.180,00
Proyecto 3 $ 30.890.000,00 $ 25.536.000,00 $ 4.851.840,00 $ 2.553.600,00 $ 23.484.560,00
Proyecto 4 $ 11.886.000,00 $ 7.650.000,00 $ 1.453.500,00 $ 765.000,00 $ 9.667.500,00 Fuente: reducción en los proyectos del impuesto de IVA y arancel según norma ley 1715 del 2014.
El porcentaje de reducción de costos gracias la ley se ve reflejado en la tabla 20 donde se observa
que, a mayor cantidad de inversión del proyecto, mayor será el beneficio económico de reducción
de impuestos, generando un aspecto positivo para proyectos de gran inversión.
Tabla 20. Reducción de costos por proyecto por beneficios de ley.
PROPUESTA DE DISEÑO REDUCCIÓN DE COSTOS PORCENTAJE (%)
Proyecto 1 $ 1.206.400,00 18,86
Proyecto 2 $ 14.255.820,00 24,83
Proyecto 3 $ 7.405.440,00 23,97
Proyecto 4 $ 2.218.500,00 18,66 Fuente: tabla 19 reducción de costo por ley 1715. Diseño autor.
En la tabla 20 se observa los beneficios de la ley al momento de realizar la inversión inicial, pues estos
incentivos son de impuesto del IVA y arancel que reducen notablemente el precio de los paneles
solares y de los microinversores.
Otro beneficio de ley es la reducción hasta del 50 % de la renta por los 5 años siguientes a la inversión
realizada esto implica una reducción adicional en los impuestos de la empresa encargada del
proyecto fotovoltaico. Por último, el beneficio de régimen de depreciación acelerada, la tasa anual
de depreciación será no mayor al 20 %, esto indica que al haber mayor depreciación en los equipos
se tendrá menor valorización de capital y por ende pagará menores impuestos al estado.
3.3.2. Reducción de costos anuales en la factura eléctrica
Cuando se instala un sistema fotovoltaico se hace un estudio sobre el promedio de energía que dicho
sistema va a generar a lo largo del día con ello se estima la cantidad de energía en el mes para conocer
cuánto se ahorrará en la factura.
Para saber el ahorro de energía del sistema fotovoltaico se debe observar radiación y el brillo solar
de la zona donde se encuentra instalado los paneles solares, en los casos de estudio se asume que se
ubicaran en Bogotá D.C. la capital de Colombia.
Para la ciudad de Bogotá D.C.
• Radiación solar promedio: 4 KWh / m2
46
• Horas de brillo solar Diario promedio: 4 Horas
Con esto datos se procede a calcular cada uno de los casos de estudio
I. Proyecto de diseño No. 1
Proyecto de 1,2 KW
Para poder calcular la energía diaria promedio producida por el sistema utilizamos la siguiente
formula:
𝐸 = 𝑃𝑝 · 𝐻𝑆𝑃 [4]
E = Energía diaria producida por los paneles solares (KWh/m2)
Pp = potencia pico del sistema (KW)
HPS = Horas de sol pico diario (Horas)
Se tiene que:
𝐸 = 1,2 𝐾𝑊 · 4 h
𝐸 = 4,8 KWh
Ahora se debe hacer el cálculo para la energía producida en un mes multiplicado por los 30 días.
𝐸𝑡 = 4,8 KWh · 30 días
𝐸𝑡 = 144 KWh mes
Para hallar el valor económico correspondiente por cada kilovatio se debe mirar a que valor el
operador de red vende el mismo, en el caso de la capital el operador Codensa vende el kilovatio hora
según el estrato, para el caso a estudiar se escoge un precio promedio de 500 pesos colombianos.
𝐶𝑚 = 144 KWh mes · $500
𝐶𝑚 = $ 72.000
Cm = Reducción de costos mensual
Se proyectó el costo de ahorro de energía anual:
𝐶𝑎 = 4,8 KWh ∗ 365 dias ∗ $500
47
𝐶𝑎 = $ 876.000
Ca = Reducción de Costos Anual
II. Proyecto de diseño No. 2
Proyecto de 12,5 KW
Se utiliza la formula [4] para calcular la energía generada por el sistema
𝐸 = 12,5 𝐾𝑊 · 4 h
𝐸 = 50 KWh
Ahora se debe hacer el cálculo para la energía producida en un mes multiplicado por los 30 días.
𝐸𝑡 = 50 KWh · 30 días
𝐸𝑡 = 1.500 KWh mes
Para hallar el valor económico correspondiente por cada kilovatio se debe mirar a que valor el
operador de red vende el mismo, en el caso de la capital el operador Codensa vende el kilovatio hora
según el estrato, para el caso a estudiar se escoge un precio promedio de 500 pesos colombianos.
𝐶𝑚 = 1500 KWh mes · $500
𝐶𝑚 = $750.000
Cm = Reducción de costos mensual.
Se proyectó el costo de ahorro de energía anual:
𝐶𝑎 = 50 KWh ∗ 365 dias ∗ $500
𝐶𝑎 = $ 9.125.000
Ca = Reducción de costos Anual.
III. Proyecto de diseño No. 3
Proyecto de 7,2 KW
Se utiliza la formula [4] para calcular la energía generada por el sistema
𝐸 = 7,2 𝐾𝑊 · 4 h
𝐸 = 28,8 KWh
Ahora se debe hacer el cálculo para la energía producida en un mes multiplicado por los 30 días.
𝐸𝑡 = 28,8 KWh · 30 días
48
𝐸𝑡 = 864 KWh mes
Para hallar el valor económico correspondiente por cada kilovatio se debe mirar a que valor el
operador de red vende el mismo, en el caso de la capital el operador Codensa vende el kilovatio hora
según el estrato, para el caso a estudiar se escoge un precio promedio de 500 pesos colombianos.
𝐶𝑚 = 864 KWh mes · $500
𝐶𝑚 = $432.000
Cm = Reducción de costos mensual.
Se proyectó el costo de ahorro de energía anual:
𝐶𝑎 = 28,8 KWh ∗ 365 dias ∗ $500
𝐶𝑎 = $ 5.256.000
Ca = Reducción de costos Anual.
IV. Proyecto de diseño No. 4
Proyecto de 1,8 KW
Se utiliza la formula [4] para calcular la energía generada por el sistema
𝐸 = 1,8 𝐾𝑊 · 4 h
𝐸 = 7,2 KWh
Ahora se debe hacer el cálculo para la energía producida en un mes multiplicado por los 30 días.
𝐸𝑡 = 7,2 KWh · 30 días
𝐸𝑡 = 216 KWh mes
Para hallar el valor económico correspondiente por cada kilovatio se debe mirar a que valor el
operador de red vende el mismo, en el caso de la capital el operador Codensa vende el kilovatio hora
según el estrato, para el caso a estudiar se escoge un precio promedio de 500 pesos colombianos.
𝐶𝑚 = 216 KWh mes · $500
𝐶𝑚 = $108.000
Cm = Reducción de costos mensual.
Se proyectó el costo de ahorro de energía anual:
𝐶𝑎 = 7,2 KWh ∗ 365 dias ∗ $500
𝐶𝑎 = $ 1.314.000
49
Ca = Reducción de costos Anual.
Se realiza una tabla donde se resume la reducción en todos los cuatro proyectos mensual y anual
en la factura de energía eléctrica.
Tabla 21. Reducción de costos en la factura eléctrica por proyecto
Caso de estudio Energía diaria
generada Reducción de Costo
mensual Reducción de Costo
Anual
Proyecto 1 (1,2 KW) 4,8 KWh $ 72.000 $ 876.000
Proyecto 2 (12,5 KW) 50 KWh $ 750.000 $ 9.125.000
Proyecto 3 (7,2 KW) 28,8 KWh $ 435.000 $ 5.256.000
Proyecto 4 (1,8 KW) 7,2 KWh $ 108.000 $ 1.314.000 Fuente: Precio promedio de KWh del operador Codensa en Bogotá D.C. año 2018
https://www.codensa.com.co/hogar/valor-del-kilovatio-en-colombia-disminuye. Anexos
La tabla 21 hace referencia al ahorro que cada proyecto generaría en la factura de energía eléctrica
mensualmente y se hace la proyección anual del ahorro, esto para determinar en cuanto tiempo se
recuperaría la inversión y que utilidad me dejaría las propuestas de diseño planteadas anteriormente.
La reducción de costos y los beneficios que otorga la ley hace rentable este tipo de propuestas, ya
que la reglamentación de ley reduce hasta en un 30 % la inversión inicial, luego de ello los sistemas
fotovoltaicos al generar energía eléctrica limpia y de un recurso inagotable como lo es el sol, genera
un descuento en la factura de energía por los próximos 25 años que es el tiempo donde el fabricante
nos garantiza la vida útil de paneles, aunque puede ser mucho más tiempo según el cuidado dado
por el usuario, por últimos se debe comparar la inversión inicial que hicimos con los proyectos con el
descuento en la factura que se recibirá a lo largo del tiempo, esto se refleja en el punto siguiente.
3.3.3. Método para calcular el retorno de inversión de los proyectos
Es importante determinar en cuanto tiempo recuperaremos la inversión de un proyecto fotovoltaico,
y definir si es rentable, normalmente los sistemas de estudio que se están realizando en este proyecto
está diseñado con equipos que los fabricantes garantizan una vida útil de 25 años, puesto que los
paneles solares y los inversores no tiene partes móviles o partes a grandes temperaturas que afecten
la vida útil, igualmente su mantenimiento es muy mínimo solo limpieza general y revisión visual.
Para el estudio de retorno de la inversión se hace por el método de selección estático llamado
Payback (plazo de recuperación) es una técnica de las empresas para determinar el tiempo de
recuperación de su inversión inicial en un proyecto, se tiene en cuenta que este método no considera
el paso del tiempo ni el efecto sobre los flujos de caja, en otras palabras, no considera la inflación a
lo largo del tiempo.
Se utiliza la formula Payback:
𝑃𝐵 = 𝐴 + 𝐼𝑜−𝐵
𝐹𝑡 [5]
50
Donde:
PB: Tiempo de Recuperación de la inversión en años.
A: es el número del periodo inmediatamente anterior hasta recuperar el desembolso inicial
Io: es la inversión inicial del proyecto
B: es la suma de los flujos hasta el final del periodo “A”
Ft: es el valor del flujo de caja del año en que se recupera la inversión
3.3.4. Periodo de retorno de inversión de los proyectos
Se realizar un flujo de caja con entradas y salidas de los diferentes tipos de proyecto para evaluar el
último periodo de con flujo acumulativo negativo y así determinar el tiempo de la recuperación de la
inversión.
I. Proyecto 1,2 KW
En el proyecto No. 1 donde la inversión inicial es de $ 5.189.600 COP y el sistema fotovoltaico nos
hace un ingreso anual, llamado flujo generado se determina el tiempo promedio donde se recupera
la inversión.
Tabla 22. Flujo de caja proyecto No. 1
PROYECTO 1 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
INVERSIÓN -5.189.600 0 0 0 0 0 0
Flujos generados
-5.189.600 876.000 800.000 950.000 860.000 997.000 850.000
Flujo acumulativo
-5.189.600 -4.313.600 -3.513.600 -2.563.600 -1.703.600 -706.600 143.400
Fuente: Plazo de recuperación Payback http://economipedia.com/definiciones/payback.html
Aplicando la fórmula [5] se obtiene:
𝑃𝐵 = 5 + 5.189.600−4.483.000
850.000
𝑃𝐵 = 5,8 ≈ 6 𝑎ñ𝑜𝑠
El retorno de inversión del proyecto se recupera en aproximadamente 6 años, como el sistema está
diseñado para una vida útil de 25 años, se tiene un margen de utilidad por los próximos 19 años, en
conclusión, el sistema fotovoltaico es rentable en el tiempo.
51
II. Proyecto 12,5 KW
En el proyecto No. 2 donde la inversión inicial es de $ 43.156.180 COP y el sistema fotovoltaico nos
hace un ingreso anual, llamado flujo generado se determina el tiempo promedio donde se recupera
la inversión.
Tabla 23. Flujo de caja proyecto 12,5 KW
PROYECTO 2 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
INVERSIÓN -43.156.180 0 0 0 0 0 0
Flujos generados
-43.156.180 9.125.000 8.100.000 9.050.000 8.600.000 9.200.000 8.670.000
Flujo acumulativo
-43.156.180 -34.031.180 -25.931.180 -16.881.180 -8.281.180 918.820 9.588.820
Fuente: Plazo de recuperación Payback http://economipedia.com/definiciones/payback.html
Aplicando la formula [5] se obtiene
𝑃𝐵 = 4 + 43.156.180−34,875.000
9.200.000
𝑃𝐵 = 4,9 ≈ 5 𝑎ñ𝑜𝑠
III. Proyecto 7,2 KW
En el proyecto No. 1 donde la inversión inicial es de $ 23.484.560 COP y el sistema fotovoltaico nos
hace un ingreso anual, llamado flujo generado se determina el tiempo promedio donde se recupera
la inversión.
Tabla 24. Flujo de caja proyecto 7,2 KW
PROYECTO 3 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
INVERSIÓN -23.484.560 0 0 0 0 0 0
Flujos generados
-23.484.560 5.256.000 4.890.000 5.100.000 5.300.000 5.450.000 5.200.000
Flujo acumulativo
-23.484.560 -18.228.560 -13.338.560 -8.238.560 -2.938.560 2.511.440 7.711.440
Fuente: Plazo de recuperación Payback http://economipedia.com/definiciones/payback.html
Aplicando la formula [5] se obtiene
𝑃𝐵 = 4 + 23.484.560−20.546.000
5.450.000
𝑃𝐵 = 4,5 ≈ 5 𝑎ñ𝑜𝑠
El retorno de inversión del proyecto se recupera en aproximadamente 5 años, como el sistema está
diseñado para una vida útil de 25 años, se tiene un margen de utilidad por los próximos 20 años, en
conclusión, el sistema fotovoltaico es rentable en el tiempo.
52
IV. Proyecto 1,8 KW
En el proyecto No. 1 donde la inversión inicial es de $ 9.667.500 COP y el sistema fotovoltaico nos
hace un ingreso anual, llamado flujo generado se determina el tiempo promedio donde se recupera
la inversión.
Tabla 25. Flujo de caja proyecto 1,8 KW
PROYECTO 4 2018 2019 2020 2021 2022
INVERSIÓN -9.667.500 0 0 0 0
Flujos generados
-9.667.500 1.314.000 1.500.000 1.200.000 1.400.000
Flujo acumulativo
-9.667.500 -8.353.500 -6.853.500 -5.653.500 -4.253.500
PROYECTO 4 2023 2024 2025 2025
INVERSIÓN 0 0 0 0
Flujos generados
1.150.000 1.487.000 1.300.000 1.420.000
Flujo acumulativo
-3.103.500 -1.616.500 -316.500 1.103.500
Fuente: Plazo de recuperación Payback http://economipedia.com/definiciones/payback.html
Aplicando la formula [5] se obtiene
𝑃𝐵 = 7 + 9.667.500−9.351.000
1.420.000
𝑃𝐵 = 7,2 ≈ 7 𝑎ñ𝑜𝑠
El retorno de inversión del proyecto se recupera en aproximadamente 7 años, como el sistema está
diseñado para una vida útil de 25 años, se tiene un margen de utilidad por los próximos 18 años, en
conclusión, el sistema fotovoltaico es rentable en el tiempo.
53
3.3.5. Tasa Interna de retorno de los proyectos
La Tasa Interna de Retorno (TIR) es la tasa de interés o rentabilidad que ofrece una inversión. Es decir,
es el porcentaje de beneficio o pérdida que tendrá la inversión, en este caso se realiza la TIR de los 4
proyectos de diseño propuestos.
Tabla 26. Tasa interna de retorno en porcentaje para 10 y 25 años
Diseño propuesto Proyecto 1 Proyecto 2 Proyecto 3 Proyecto 4
Inversión inicial (VAN) -5189600,00 -43.156.180 -23.484.560 -9.667.500
Costo de recuperación en la factura de energía eléctrica
anual
2019 876000,00 9.125.000 5.256.000 1.314.000
2020 800000,00 8.100.000 4.890.000 1.500.000
2021 950000,00 9.050.000 5.100.000 1.200.000
2022 860000,00 8.600.000 5.300.000 1.400.000
2023 997000,00 9.200.000 5.450.000 1.150.000
2024 850000,00 8.670.000 5.200.000 1.487.000
2025 876000,00 9.125.000 5.256.000 1.300.000
2026 800000,00 8.100.000 4.890.000 1.420.000
2027 950000,00 9.050.000 5.100.000 1.314.000
2028 860000,00 8.600.000 5.300.000 1.500.000
2029 997000,00 9.200.000 5.450.000 1.200.000
2030 850000,00 8.670.000 5.200.000 1.400.000
2031 876000,00 9.125.000 5.256.000 1.150.000
2032 800000,00 8.100.000 4.890.000 1.487.000
2033 950000,00 9.050.000 5.100.000 1.300.000
2034 860000,00 8.600.000 5.300.000 1.420.000
2035 997000,00 9.200.000 5.450.000 1.314.000
2036 850000,00 8.670.000 5.200.000 1.500.000
2037 850000,00 8.600.000 5.256.000 1.200.000
2038 876000,00 9.200.000 4.890.000 1.400.000
2039 800000,00 8.670.000 5.100.000 1.150.000
2040 950000,00 9.125.000 5.300.000 1.487.000
2041 860000,00 8.100.000 5.450.000 1.300.000
2042 997000,00 9.050.000 5.200.000 1.420.000
2043 850000,00 8.600.000 5.256.000 1.150.000
2044 860000,00 9.200.000 4.890.000 1.487.000
TIR (10 años) 11% 16% 18% 7%
TIR (15 años) 17% 20% 22% 13% Fuente: Recuperación de la inversión por año, herramienta Excel.
Como se observó en la tabla 26 las tasas internas de retorno son positivas, lo que refiere que los
proyectos son rentables en el tiempo en el que estén en operación, pues todos los valores están
realizados bajo la condición que los paneles solares operen los 365 días del año, sin ningún tipo de
restricción.
54
3.3.6. Resumen Análisis financiero
En la tabla 27 se desglosa la información de cada uno de los proyectos, donde se resume la inversión
inicial con los beneficios que plantea la ley 1715 del 2014, y se determina el porcentaje de reducción
de costos por reducción de impuestos ya arancel, seguido de la reducción que se tendría en la factura
de energía eléctrica.
Tabla 27. Resumen del estudio financiero de los diseños propuestos
Propuesta
de diseño
Inversión
inicial sin
beneficios de
ley
Inversión
inicial con
beneficios de
ley
Descuento
con los
beneficios de
ley (%)
Reducción en
la factura
energía
eléctrica
anual
Recuperación
de la inversión
inicial
proyecto 1 $ 6.396.000 $ 5.189.600 18,86 $ 876.000 6 años
proyecto 2 $ 57.412.000 $ 43.156.180 24,83 $ 9.125.000 5 años
proyecto 3 $ 30.890.000 $ 23.484.560 23,97 $ 5.256.000 6 años
proyecto 4 $ 11.886.000 $ 9.667.500 18,66 $ 1.314.000 7 años
Fuente: Precios corrientes, pesos Colombianos COP.
El estudio económico financiero que se realizó da muestra que es muy rentable la utilización de los
sistemas fotovoltaicos en cualquier tipo de diseño planteado, ya que como se mencionaba dichos
sistemas están garantizados para una vida útil de 25 años con un mínimo de mantenimiento, dando
una viabilidad económica favorable para estos tipos de proyectos, recuperando la inversión y
generando utilidades en los años siguientes.
3.3.7. Crecimiento de la actividad económica colombiana.
Por último, es importante comprender como se ha comportado la actividad económica en Colombia
y cada uno de los principales agentes, tales como industria, comercio y los hogares colombianos para
determinar si el agente que se está investigando en este caso el comercial es favorable para la
instalación y le uso de los sistemas fotovoltaicos.
55
Gráfica 8. Crecimiento de la Demanda de Electricidad (Principales Agentes) vs Crecimiento Actividad Económica (ISE)
FUENTE: Informe; proyección de la demanda de energía eléctrica y potencia máxima en Colombia, abril 2018
UPME
Al analizar la gráfica 8 se detalla como la evolución del comercio en Colombia ha mejorado
notablemente respecto al crecimiento general de la actividad económica colombiana, esto quiere
decir que ha crecido en mayor porcentaje que el ISE, algo realmente favorable indudablemente para
que las empresas adopten sus políticas comerciales hacia las energías renovables, específicamente
hacia los sistemas fotovoltaicos, incrementando la producción y generación de energía eléctrica a
nivel nacional, esto conlleva a menos perdidas en el sistemas y a desarrollar una evolución en el
precio del KWh, reduciendo los costos y generando una conciencia hacia las energías limpias.
56
3.4. ANÁLISIS AMBIENTAL
3.4.1. Principales Beneficios ambientales
▪ Suelo: Los paneles solares necesitan una superficie donde la radiación solar llegue directamente
a ellos, sin ninguna clase de elemento entre ellos y los rayos del sol, por ello lo más conveniente
es colocarlos en los techos de los edificios o casas con ello utilizar en gran parte el espacio que
no se utiliza, otra manera de utilizar los parques fotovoltaicos es en zonas desérticas donde no
haya que talar o deforestar árboles o dañar la fauna silvestre, igualmente en os desiertos hacia
bastante sol, algo que beneficia a los paneles para su producción de energía eléctrica.
▪ Agua: Este tipo de sistemas requieren una cantidad mínima de agua, en su instalación y muy
poca agua para su mantenimiento dado que solo se necesita agua para limpiar los paneles
solares únicamente.
▪ Materiales peligrosos: Dado la simplicidad actual de los paneles solares, su componente
principal es el silicio, su impacto ambiental es mínimo sobre el medio ambiente
▪ Emisiones: Los sistemas fotovoltaicos no emiten gases de efecto invernadero, algo que ayuda
realmente a reducir la contaminación por dióxido de carbono que eta amentado el
calentamiento global y con ello el ciclo de la tierra, hay que considerar que la fabricación y el
transporte generan cierta cantidad de CO2 representando una cantidad mínima que no llega
hacer despreciable.
3.4.2. Impacto de las energías renovables
“En cuanto a las acciones correctoras, y en lo que al incremento del CO2 en la atmósfera se refiere (y
del SOx y NOx), una rápida y exigente política mundial de reducción de estos gases vertidos a la
atmósfera tardará muchos años en hacer sentir sus efectos.
Ello significa que los efectos negativos seguirán adelante durante muchos años más, y curiosamente,
muchos más que la duración de las propias reservas de petróleo y gas, lo cual significa que la
disminución de la emisión de gases de efectos invernadero vendrá impuesta no solo por los acuerdos
que a nivel internacional se adopten, sino simplemente por el agotamiento de estas fuentes de
energía.
Consciente de la gravedad de este problema, la Comunidad Internacional inició en 1992 una primera
«Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático», que entró en vigor en marzo
de 1994 y que obligaba a los estados firmantes a establecer programas de reducción de emisiones
de gases de efecto invernadero (GEI) y la obligatoriedad de presentar informes periódicos a la
«Conferencia de las Partes» (que fue el órgano creado para efectuar el seguimiento de la
Convención).
57
También se recomendaba que los estados industrializados estabilizaran sus emisiones al nivel de
1990 (reconociendo así, implícitamente, al ser los responsables directos del efecto invernadero), al
tiempo que pedían a las partes firmantes que colaboraran al desarrollo de los países no
industrializados transfiriéndoles tecnologías, procesos y métodos que redujeran las emisiones
contaminantes.
La Conferencia de las Partes (que se reúne anualmente), adoptó en 1997 un protocolo anexo a la
Convención que vino a denominarse Protocolo de Kioto.”11
3.4.3. Protocolo de Kioto
Protocolo Kioto
“Éste ya establece límites precisos a las emisiones de GEI en los países industrializados, que serán
vinculantes para todos los firmantes, aún cuando se recoge la posibilidad de utilizar mecanismos
flexibles, basados en el mercado, para la consecución del objetivo final, que era que entre 2008 y
2012 los países industrializados deberían reducir sus emisiones totales a un nivel inferior (en no
menos del 5%) al de 1990.
El Protocolo diferencia las exigencias a los países desarrollados de los que están en vías de desarrollo,
en función de la aportación histórica de los primeros al cambio climático, y a la necesidad de los
segundos de realizar inversiones en tecnologías más costosas.
Los mecanismos de flexibilización (tendentes a conseguir una reducción de la contaminación a nivel
planetario, al mínimo coste económico) son tres:
▪ El Comercio de Derechos de Emisión (CDE)
▪ la Implementación Conjunta (IC)
▪ el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL).
El Comercio de Derechos de Emisión parte de la asignación a cada país de unos Derechos de Emisión,
los cuales en la medida en que no sean agotados, permiten la comercialización de los excedentes.
Por el contrario, si se sobrepasan tales derechos, el país infractor deberá pagar la correspondiente
multa.
Con este mecanismo se pretende que los países más contaminantes inviertan en equipos y sistemas
que reduzcan las emisiones, o compren esos derechos a otros países que no alcanzan su tasa de
emisión, con lo cual estos pueden mejorar, o desarrollar, sus propios sistemas energéticos más
eficientes y menos contaminantes.
Así mismo, los países que consigan reducir la emisión de GEI por debajo de su cuota podrán poner a
la venta sus derechos restantes.
11 Centrales de energías renovables, generación eléctrica con energías renovables, José Antonio carta
González, PEARSON, capítulo 4. Sección 4.3.8. Actuaciones correctoras. Protocolo de Kioto.
58
Con todo este mecanismo de multas y compraventas, cada país puede decidir qué prefiere o qué le
conviene, en cada momento, y el resultado final deberá ser una reducción de la contaminación
atmosférica a escala planetaria.
La Implementación Conjunta (IC) está encaminada a que empresas de países industrializados realicen
proyectos de reducción de contaminación en otros países (industrializados o no) en los que sean
menos costosas las inversiones encaminadas a reducir las emisiones.
Estas reducciones en otros países computan créditos adicionales de cara a cumplir los compromisos
del Protocolo de Kioto (aumentar sus créditos asignados).
Como se ve, este mecanismo incentiva la reducción de emisiones a escala planetaria, sin importar
donde se produce tal reducción.
El Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) se diferencia del anterior en que la inversión de los países
industrializados debe hacerse, necesariamente, en los países en vías de desarrollo que no tienen
objetivos en el Protocolo de Kioto. De acuerdo con esto, los países desarrollados que efectúan estas
inversiones (menos contaminantes que las convencionales) en países en desarrollo pueden ver
incrementados sus créditos y compensar así sus elevadas emisiones (no pagando la multa
correspondiente, o pagando menos).
Como se ve, tanto los proyectos IC, como sobre todo los MDL, no solo pretenden disminuir las
emisiones globales, sino alcanzar un desarrollo sostenible en los países de recepción.
Para que el Protocolo de Kioto tenga virtualidad jurídica (para que sea vinculante y exigible a las
partes), es decir, para que entre en vigor, tienen que cumplirse dos condiciones: en primer lugar,
debe ser ratificado por al menos el 55% de los países incluidos en la Convención Marco.En segundo
lugar, entre los firmantes deberá haber un número mínimo de países industrializados responsables
al menos del 55% de las emisiones totales de CO2.
En el año 2003, el Protocolo lo habían firmado 119 países (más del 55% del total), pero los países
industrializados firmantes solo alcanzaban el 44,2% de las emisiones totales de CO2. No lo habían
firmado ni los EEUU, responsable del 30,6%, ni Rusia, responsable del 17,4%. Tampoco Australia y
Mónaco, entre los países más industrializados. Sin embargo, en el año 2004 ha sido firmado por Rusia,
con lo cual el Protocolo ya está en vigor.”12
3.4.4. Impacto ambiental
Con la generación de energía limpia como es la fotovoltaica se evita la producción de energía con
fuentes fósiles que puedan contaminar la atmosfera, puesto que la energía eléctrica se produce en
muchos casos con fuentes de hidrocarburos, gas natural o carbón mineral, que producen gran
cantidad de dióxido de carbono expulsado hacia la atmosfera produciendo gases de efecto
12 Centrales de energías renovables, generación eléctrica con energías renovables, José Antonio carta
González, PEARSON, capítulo 4. Sección 4.3.8. Actuaciones correctoras. Protocolo de Kioto.
59
invernadero y con ello el calentamiento global que se está viviendo actualmente en el planeta, es por
esto que al implementar los sistemas fotovoltaicos se reducen en gran medida todos estos agentes
contaminantes, es importante decir que la energía eléctrica es uno de los sectores que más generan
los gases de efecto invernadero en el mundo.
Para realizar la prevención de CO2 que se generaría gracias a la implementación de cada uno de los
4 proyectos estudiados se aplica la fórmula:
CCO2 = KWh/año * F [6]
CCO2: Cantidad de CO2 evitada en kg
KWh/año: Consumo de electricidad en kWh en un año
F: Factor emisión de CO2 por KWh (0.2 Kg/kWh13)
Tabla 28. Cantidad de dióxido de carbono evitado con la implementación de los proyectos.
CASO DE ESTUDIO Energía generada en 1
año (KWh/año) Factor emisión de CO2
(Kg/KWh) Cantidad de CO2 Evitado
en 1 año (Kg)
Proyecto 1,2 KW 1.752 0,2 350
Proyecto 12,5 KW 18.250 0,2 3.650
Proyecto 7,2 KW 10.512 0,2 2.102
Proyecto 1,8 KW 2.628 0,2 526
Fuente: Factor emisiones tomada de la UPME, Colombia, Año 2015.
La cantidad de CO2 evitada en cada uno de los casos de estudio es considerable, ya que como se
evidencia en la tabla 28 se nota una reducción en toneladas gracias a la instalación de los paneles
solares, algo que evidencia que el futuro son las energías renovables.
3.4.5. Matrices de identificación y caracterización de impactos
Se plantea los posibles impactos ambientales que produciría los proyectos en su etapa de ejecución,
explotación (operación) y clausura, se evidencia en la tabla 29, demostrando que esta propuesta
tiene efectos positivos sobre el medio ambiente, se plantean 6 entornos posibles donde puede haber
alguna afectación de los sistemas fotovoltaicos, como son en el agua, suelo atmosfera, medio biótico
que corresponde a la flora, fauna y ecosistema, seguido de medio perceptual y medio
socioeconómico.
13 Estadística numérica tomada de la UPME http://www.upme.gov.co/calculadora_emisiones/aplicacion/calculadora.html http://files.sma.de/dl/7680/SMix-UES091910.pdf
60
Tabla 29. Matriz de impacto ambientales de los 4 proyectos diseñados.
MATRIZ DE IMPACTOS
SISTEMAS FOTOVOLTAICOS VALORACIÓN DEL
IMPACTO
ELEMENTO DEL
MEDIO DESCRIPCIÓN
FAV
OR
AB
LE
CO
MP
AT
IBLE
MO
DER
AD
O
SEV
ERO
CR
ÍTIC
O
Áreas
protegidas
Debido a que los paneles solares se pueden instalan sobre los
techos de las empresas u hogares, presenta afectación en
áreas de gran importancia ambiental.
Medio abiótico;
aguas y
condiciones
geotécnicas
Las posibles afectaciones se pueden producir en el momento
de la transportación e instalación de los paneles, esto no
afecta el recurso hídrico, ni las aguas subterráneas, en su fase
de operación no tiene ningún impacto negativo en el medio
abiótico.
Medio bioético;
vegetación,
fauna y
corredores
ecológicos
No tiene ninguna afectación sobre la vegetación, fauna o
corredores ecológicos puesto que los diseños propuestas
están diseñados para instalarse sobre los techos, azotea o
cualquier tipo de cubierta, donde no presentan ningún tipo
de afectación por sombra a plantas o animales.
Patrimonio
Al realizar alguno de los diseños fotovoltaicos los bienes
propios de la empresa le aportan un valor económico
positivo, debido a que los paneles solares garantizan una vida
útil de 25 años.
Paisaje
El impacto visual de una instalación fotovoltaica integrada en
edificios puede ser alta, pero también puede ser abordada
con relativa facilidad por parte de las personas. La calidad de
materiales y diseño arquitectónico pueden introducir los
paneles fotovoltaicos como elementos arquitectónicos,
complementando el aspecto del edificio en lugar de lo
degradante, dando un embellecimiento visual al mismo.
Medio
socioeconómico
el valor de los terrenos, estructura y medios de producción,
no se verían afectados por la ejecución y operación de los
sistemas fotovoltaicos
Fuente: Impactos ambientales de los sistemas fotovoltaicos. Diseño autor
61
4. CAPÍTULO
4.1. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS
Con esta investigación se incentivó a la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. a la
comercialización y uso de las fuentes no convencionales de energía renovable enfatizando en los
sistemas fotovoltaicos utilizando los beneficios de la ley 1715 del 2014 los cuales me permiten tener
una exclusión en el IVA y arancel de los equipos, así como una mayor depreciación en los activos y
reducción en la declaración de renta, por ello se realizó un estudio de 4 proyectos de diseño de
sistemas fotovoltaicos con sus respectivos equipos a utilizar, diagrama unifilar y costos de inversión
donde se desarrolló un análisis financiero que demuestra que al utilizar estos beneficio se reduce la
inversión inicial hasta en un 25%, adicional a eso se tiene un retorno de la inversión calculado entre
5 a 7 años según la capacidad tamaño y costo del proyecto demostrando la rentabilidad y ganancia
de los proyectos a largo plazo, seguido de esto se concluye con un impacto ambiental demostrando
la cantidad en toneladas de CO2 que se dejaría de producir gracias a la implementación de los
sistemas fotovoltaicos y una matriz ambiental donde se ven los posibles efectos positivos y negativos
en los sistemas bióticos, abióticos , patrimonio, paisaje y medio socioeconómico.
Igualmente se estimuló a la empresa para ampliar su portafolio de servicios de instalaciones
eléctricas hacia los sistemas fotovoltaicos proporcionando a sus clientes un avance hacia nuevas
tecnologías de generación de energía eléctrica que cada vez más son acogidas por las empresas a
nivel nacional y mundial.
4.1.1. Resultados alcanzados en el desarrollo de la pasantía.
Realice a finalidad las pasantías en la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. ejecutando la
investigación y el estudio de los sistemas fotovoltaicos para su comercialización en el sector eléctrico
gracias a los beneficios de ley que otorga el estado y realizando un análisis técnico, financiero-
económico y ambiental demostrando la rentabilidad y los impactos positivos en el medio ambiente
de las energías renovables para los clientes de la empresa.
En las actividades propuestas por la empresa en diseños eléctricos y supervisión de obras las llevó a
cabo con satisfacción aprendiendo en la práctica como se aplica todo el visto en los distintos campos
de la ingeniería para fortalecer y potenciar las competencias personales.
En la parte profesional aprendí como se ejecuta y opera uno obra de ingeniería eléctrica, aprendiendo
como realizar cotizaciones, análisis financieros y entregar una obra finalizada, incrementando mis
conocimientos en el campo laboral fortaleciendo mis competencias profesionales.
62
4.2. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
▪ Los beneficios de ley que otorga el estado para las energías renovables como son los sistemas
fotovoltaicos reducen considerablemente la inversión inicial en dichos proyectos, alcanzando
un descuento de hasta el 25%, además de que los paneles solares son más económicos,
porque su crecimiento comercial crece a gran escala, además de nuevas tecnologías.
▪ El ahorro energético que se brindará implementando los distintos proyectos con el operador
de red, reducirá el costo en la factura de energía eléctrica por los próximos 25 años de
instalado el proyecto ya que los equipos garantizan una vida útil de 25 años.
▪ Como los proyectos requieren un mantenimiento mínimo a lo largo de su vida útil, la
rentabilidad que ofrecen es bastante altas, la recuperación de la inversión de los proyectos
se alcanza en un plazo de 5 a 7 años teniendo utilidades en los siguientes años.
▪ Energía solar es una fuente inagotable de energía eléctrica por ello incentivar hacia los
sistemas que utilicen este recurso es primordial para la reducción de los gases de efecto
invernadero, que cada vez más causa calentamiento global, por ello en cada caso de estudio
que se propuso, se demostró una reducción de miles de kilos de CO2, ayudando a reducir el
impacto ambiental.
▪ Se sugiere a la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería S.A.S. que adopte la
comercialización de los sistemas fotovoltaicos en su portafolio de servicios de instalaciones
eléctricas para sus clientes debido a los grandes beneficios que este tipo de tecnologías traen
en su fase de ejecución y operación ya que promueven la autogeneración y generación
distribuida en el sistema eléctrico nacional.
63
4.3. ALCANCES E IMPACTOS
4.3.1. Alcances
El presente estudio se realizó para analizar el efecto de la implementación de los sistemas
fotovoltaicos a nivel comercial, con distintos niveles de potencia y diferentes configuraciones,
determinando una aproximada evaluación de costos, para determinar la inversión y su recuperación
de ésta en el tiempo determinando si los proyectos son rentables.
El estado colombiano incentiva a la generación de energía eléctrica con fuentes de energía renovable
aplicando beneficios d ley, como la reducción de IVA, renta, arancel y depreciación aplicándolos a los
casos de estudio planteados.
Se calculó en cada de los estudios el ahorro de energía diario, mensual y anual que conlleva la
instalación de los sistemas fotovoltaicos y un impacto ambiental en la reducción de dióxido de
carbono.
4.3.2. Límites
Se considera únicamente la cuidad de Bogotá D.C. Colombia, en los casos de estudio propuestos,
debido a que esta zona es de alta influencia comercial a nivel nacional, incrementando el auge de las
energías renovables como fuentes alternativas de generación de energía Eléctrica.
Los casos de estudio planteados son únicamente con inyección a red (ON GRID), ya que los sistemas
autónomos o mixtos son demasiado costosos para tan pocos beneficios que ofrece a nivel comercial
debido al alto costo las baterías actualmente y realizar un proyecto a gran escala necesitaría de una
cantidad considerable más el espacio que se requeriría para la instalación, haciendo el proyecto
inviable.
Se estudiaron sistemas fotovoltaicos con potencia máximo de 12,5 KW, pues con proyectos de mayor
potencia la inversión inicial seria demasiada alta, y el retorno de inversión seria a más de 10 años
haciendo que el proyecto no se considere a mediano plazo rentable.
4.3.3. Impacto del trabajo de grado
La propuesta de investigación se basó en los beneficios técnicos, financiero-económicos y
ambientales que ofrecen los sistemas fotovoltaicos a la empresa HC Comunicaciones e Ingeniería
S.A.S. para la comercialización y uso eficiente de esta tecnología aprovechando los recursos naturales
renovables que posee el país, evolucionando hacia la generación distribuida que permite el uso
inteligente de la energía en beneficio de los usuarios y del sistema eléctrico colombiano.
64
BIBLIOGRAFÍA
- Asociación REN 21, (2016). Energías renovables 2016 reporte de la situación mundial REN 21
- UPME, (2017). Informe mensual de variables de generación y del mercado eléctrico colombiano –
diciembre de 2017 subdirección de energía eléctrica – grupo de generación
- XM, (2017). Informe de operación del SIN y Administración del mercado 2017.
- UPME; (2018). Proyección de Demanda de Energía Eléctrica y Potencia Máxima en Colombia Revisión
abril.
- José Antonio Carta González, Roque Calero Pérez, Antonio Colmenar Santos, Manuel-Alonso Castro
Gil, (2009). Centrales de energías renovables generación eléctrica con energías renovables, Universidad
de Las Palmas de Gran Canaria, Universidad Nacional de Educación a Distancia.
- Universidad Distrital Francisco José de Caldas, facultad de ingeniería, ingeniería eléctrica.
- Rodríguez Murcia, Humberto, “Manual de entrenamiento en sistemas fotovoltaicos para electrificación
rural”, PNUD, OLADE, JUNAC, Bogotá, 1995
- “The future for Renewable Energy (Published by the European Renevable Energy Centree EUREC
Agency, 2002).
WEBGRAFÍA
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http://www.xm.com.co/Paginas/Consumo/mercados.aspx
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IDEAM-UPME http://atlas.ideam.gov.co/visorAtlasRadiacion.html
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- Mathias Aarre Maehlum, (2013). Grid-Tied, Off-Grid and Hybrid Solar Systems
http://energyinformative.org/grid-tied-off-grid-and-hybrid-solar-systems/
- Ministerio de minas y energía, (2018) Ley 1714 del 2014. Por medio de la cual se regula la integración
de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional.
http://servicios.minminas.gov.co/compilacionnormativa/docs/ley_1715_2014.htm
- Comisión de Regulación de Energía y Gas – CREG (2018). Autogeneración a pequeña escala y
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- CODENSA, (2018). LIkinormas. http://likinormas.micodensa.com
- Estadística numérica tomada de la UPME (2018), Calculadora emisiones CO2
http://www.upme.gov.co/calculadora_emisiones/aplicacion/calculadora.html
65
ANEXOS
66
CATÁLOGOS FABRICANTES
1. Matriz de impacto ambiental desglosada en su fase de ejecución, operación y clausura.
2. Cronograma de actividades en el desarrollo del trabajo de grado dentro de las pasantías
realizadas.
3. Modelo: LG Electronics Inc. Panel LG300S1W-A5 LG Mono X plus
4. Fabricante: Renesola Panel JC310M- 24 /Abs Virus II module
5. Procet Scientific Panel modulo 150 W policristalino
6. Fabricante: Shenzhen Fenix New Energy Co., Ltd. Fénix solar WVC-300 Micro inverter
7. Fabricante: Shenzhen Fenix New Energy Co., Ltd. Fénix solar WVC-600 Micro inverter
8. Dongguan Maywah Electronics Co. Ltd maysun-1200W Micro inverter
9. Tarifa de energía eléctrica ($/KWh) reguladas por la comisión de regulación de energía y gas
(CREG) AGOSTO DEL 2018
MATRZ DE IMPACTO AMBIENTAL
Fuente: Impactos ambientales de las energías renovables. Diseño autor
FASE
CLAUSURA
Calidad
sonoraX X X X
Calidad fisio-
químicaX X X X X X
Propiedades
físicasX X X X X X X X
Propiedades
químicasX X X X
Superficiales X X X X X
Subterráneas X X
Vegetación X X X
Fauna X X
Procesos
ecológicosX X X
Incidencia
visualX X X X X X X X x X
Elementos
singularesX X X X X X
Economía X X X X
Calidad de
vidaX X X X X
FASE DE EJECUCIÓN FASE DE OPERACIÓN DEL SISTEMA
ENTORNOFACTOR
AMBIENTAL
Tráfico de
vehículos
Excavación y
movimientos
de tierras
Despegue y
desbroce
Acopios
materiales
Restauración
del medio
ATMÓSFERA
instalación
de
estructuras
prefabricada
Retirada
instalaciones
Construcción
de
estructuras
Funcionamiento
sistema
fotovoltaico
Funcionamiento
red eléctrica
Mantenimiento
instalaciones
MEDIO
PERCEPTUAL
MEDIO
SOCIO
ECONÓMICO
MEDIO
BIÓTICO
SUELO
AGUAS
CRONOGRAMA
Cronograma de actividades.
Fuente: Diseño realizado por el estudiante de la pasantía, basado en cronograma tipo GANTT
