Profitability of the implementation of photovoltaic panels in
relation to the average consumption per home in the 4 natural regions of
Ecuador
David
Ricardo Merchán Sacoto. [1]
Recibido: 05-05-2021 / Revisado: 16-05-2021 /Aceptado: 09-06-2021/
Publicado: 05-07-2021
Abstract.
Introduc=
tion. Technol=
ogical
development is an important part of the global framework of our development=
, in
addition to negatively affecting all ecosystems, we also consume a large pa=
rt
of the resources. Therefore, fundamental measures must be taken to countera=
ct
this reality. One of these actions is the application of more self-sustaina=
ble constructions
in current homes, such as photovoltaic panels. Objective. Evaluate t=
he
profitability of the application of the photovoltaic panel system with a vi=
ew
to the sustainability of the building in an economic way. Methodology.
In the present study, it was based on the elaboration of an Excel book in w=
hich
the different calculation methods of the sustainability system are applied
based on subsequent comparisons of the behavior of the photovoltaic panels,=
as
previously mentioned it was established in 4 different areas of the country
that is Costa; Sierra Oriente and Insular, base=
d on
the solar radiation of each area. Results. Among the results in the
areas where the implementation of photovoltaic energy occurs based on the
average consumption per dwelling, it is not economically feasible, given th=
at
to recover the initial investment, the useful life of the equipment is
exceeded, which is 20 years. which accumulated savings reaches a value of
8,046.36 USD and recovering the investment at 31 years. Conclution.
As for the generation of energy in our country, it is at its peak, so it is=
not
necessary to install photovoltaic panels in places where electricity is
generated in a sustainable way, except for affordable electricity. However,=
the
effectiveness of implementing these systems lies in areas where they cannot=
be
accessed.
Keywords: sustainable building, energy, construction, solar
heaters; photovoltaic panels.
Resumen.
Introducción. El
desarrollo tecnológico es parte importante del marco global de nuestro
desarrollo, además de afectar negativamente a todos los ecosistemas, también
consumimos gran parte de los recursos, Por tanto, se deben tomar medidas
fundamentales para contrarrestar esta realidad. Una de estas acciones es la
aplicación de construcciones más autosustentables en las viviendas actuales,
tales como son los paneles fotovoltaicos. Objetivo. Evaluar la rentabilidad de la aplicación del sistema de panel=
es
fotovoltaicos con miras a la sostenibilidad del edificio de manera económic=
a. Metodología. En el presente estudio, =
se
basó en la elaboración de un libro de Excel en el que se aplica los diferen=
tes
métodos de cálculo del sistema de sostenibilidad en base a posteriores
comparaciones del comportamiento de los paneles fotovoltaicos, como antes
mencionado se estableció en 4 diferentes zonas del país que es Costa; Sierra
Oriente e Insular, en base a la radiación solar de cada zona. Resultados. Entre los resultados en =
las
zonas donde se da la implementación de energía fotovoltaica en base al cons=
umo
promedio por vivienda no es factible económicamente, dado que para recupera=
r la
inversión inicial se supera el tiempo de vida útil de los equipos, que es d=
e 20
ańos el cual el ahorro acumulado llega a un valor de 8046,36 USD y recupera=
ndo
la inversión a los 31 Ańos. Conclusión.
En cuanto a la generación de ener=
gía en
nuestro país, está en su apogeo, por lo que no es necesario instalar paneles
fotovoltaicos en lugares donde se genera electricidad de forma sostenible,
salvo electricidad asequible. Sin embargo, la efectividad de implementar es=
tos
sistemas radica en áreas donde no se puede acceder a ellos.
Palabras claves: edificio sustentable; energía, construcción; calentadores solares;
paneles fotovoltaicos.
Introducción.
Desde
la invención de las herramientas de piedra, la invención de la rueda, el
control del fuego hasta toda la existencia de la humanidad, incluso en la
tecnología, la arquitectura y las innumerables industrias existentes de nue=
stro
tiempo, los logros de la humanidad alguna vez fueron inimaginables. hoy es =
más
obvio que nunca, como la contaminación excesiva, trae consigo el consumo
acelerado de recursos, el cambio climático, el deshielo y el aumento del ni=
vel
del mar, temperaturas extremas y muchas otras consecuencias. La Asamblea
General en 1987 el Informe Nuestro Futuro C=
omún,
aunque es más conocido como Informe Brundtland (IB), afirma (capítulo 2) que
los países No-OCDE no pueden desarrollarse con el modelo de la zona OCDE,
debido a la escasez de recursos naturales (especialmente de la energía, de=
los
materiales, del agua y de tierras), estos límites se manifestarán como co=
stes
crecientes y rendimientos decrecientes, y no como una pérdida repentina de =
una
base de recursos, por ello el IB urge en el sumario a transformar el modelo
económico: Somos unánimes en la convicción de que la seguridad, el bienest=
ar y
la misma supervivencia del planeta dependen de esos cambios ya, que deben
producirse en los viejos enfoque del desarrollo y la protección del medio
ambiente (Bermejo Gomez De Segura, 2014).
En la 21Ş Conferencia en París de 2015,
alcanzaron un acuerdo histórico con el objetivo de combatir el cambio climá=
tico
y acelerar e intensificar las acciones y las inversiones necesarias para un
futuro sostenible con bajas emisiones de carbono (Organización de las Naciones Unidas, 2011).
El desarrollo sostenible es el desarrollo con futuro que garantiza la
satisfacción de las necesidades de las generaciones actuales
y futuras sin comprometer los recursos naturales y humanos, aplicando
tecnologías para disminuir la producción de agentes contaminantes ADDIN CSL_CITAT=
ION
{"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemDa=
ta":{"DOI":"10.4067/S0718-07642013000200013","=
;ISSN":"07168756","abstract":"The
objective of this article is to discuss and clarify the difference in Spani=
sh
between development \"sostenible\" and \"sustentable\",
explaining which describes human development in the social, economic and
environmental areas. This is documented reflection that discusses and analy=
zes
the use of the term \"sustainable\" in the English literature
according to the Brundtland report. Its translation into Spanish as
\"sostenible\" , the incorrect translation into Spanish as
\"sustentable\", the Latin American concept of the terms:
\"desarrollo sostenible\" and \"desarrollo sustentable\"=
; as
two different development streams are analyzed. \"Desarrollo
sustentable\" is the economic growth that does not consider the
environmental and social damage that it causes. \"Desarrollo
sostenible\" is the development with a future that ensures the fulfill=
ment
of the needs of present and future generations without compromising natural=
and
human resources. It is concluded that the Spanish term \"desarrollo so=
stenible\"
is \"sustainable development\", described by the United Nations
Organization for the integral development of the human
beings.","author":[{"dropping-particle":"&quo=
t;,"family":"Fernández","given":"Lilia&q=
uot;,"non-dropping-particle":"","parse-names"=
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Tecnologica","id":"ITEM-1","issue":"=
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social, económico y ambiental para las presentes y futuras
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& Gutiérrez,
2013)","plainTextFormattedCitation":"(Fernández &
Gutiérrez, 2013)","previouslyFormattedCitation":"(Ferná=
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& Gutiérrez, 2013)"},"properties":{"noteIndex"=
:0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/sch=
ema/raw/master/csl-citation.json"}(Fernández & Gutiérrez, 2013)<=
!--[if supportFields]>.
Por
otro lado, si no se considera de antemano el concepto de desarrollo sosteni=
ble,
es imposible resolver el problema de la construcción sostenible, que es un
desarrollo que satisface las necesidades actuales sin comprometer las
capacidades ambientales y no tendrá un impacto negativo en las necesidades =
de
las generaciones futuras. Por lo tanto, las reflexiones aquí presentadas de=
ben
comenzar primero con el significado global del desarrollo sostenible, desde=
su
significado original hasta los planes, acuerdos, compromisos y declaraciones
producidos por las distintas reuniones del organismo de Naciones Unidas des=
de
entonces. 80, 90 y fecha, anteriormente explicados. Posteriormente, el acue=
rdo
del "Programa Hábitat" incluía los siguientes derechos: Obtener u=
na
vivienda adecuada, las consideraciones conceptuales de la construcción
sustentable y los principios de su aplicación e implementación de los
principios arquitectónicos (Delia & López, 2010).
Con
el uso de combustibles fósiles y En Ecuador, representará alrededor del 50%=
de
la generación total de electricidad para 2013, y la energía renovable está =
Se consideran
sostenibles porque sus características les permiten satisfacer la demanda
energética sin reducir futuro (F & Espinoza, 2016).
Sin embargo, estamos apenas iniciando una campańa de uso de energías
sustentable dentro de nuestro país, esto debido a los grandes incentivos qu=
e se
realiza a las grandes empresas por parte del gobierno central, mencionados
incentivos son subsidios a combustibles fósiles que fortalecen el consumo d=
e los
mismos por parte de la población dentro del país.
Sin
embargo, en la última década las políticas públicas que se han formulado
actualmente abren acortan la brecha para fomentar energías limpias, tales c=
omo
vehículos exonerados que contaminan menos, crecimiento de la producción de
electricidad por la construcción de hidroeléctricas, construcción sustentab=
le,
impuestos verdes entre otros. El 82% de la matriz energética de Ecuador obt=
uvo
Petróleo, como diésel, gasolina y gas licuado de petróleo. Sin embargo, Ecu=
ador
es internacionalmente como uno de los países con mayores subsidios al
combustible, el mayor número de registros el porcentaje de estos subsidios
supera el porcentaje de educación y salud. Subsidio de combustible la deman=
da
anual de Ecuador supera los US $ 3.000 millones, lo que equivale al 17% de =
la
demanda total del país. Presupuesto General del Estado (PGE) (Rivera, 2018).
El
derivado del petróleo más subsidiado de Ecuador es el diésel, el precio del
producto en el país es aproximadamente el 50% de su precio en el mercado
internacional, también seńaló los principales problemas relacionados con es=
tos
subsidios. Además del impacto ambiental causado por el aumento de los costos
presupuestarios y del consumo, el bajo precio de venta de los hidrocarburos=
en
comparación con el mercado internacional también ha provocado el traslado de
productos a la frontera, provocando enormes pérdidas económicas para Ecuado=
r (Rivera, 2018).
La
implementación de impuestos justos sociales y ambientales evitará el abuso =
de
los recursos naturales, los cuales alentará la recolección de recursos que
pueden usarse para financiar programas de los mismos y promover el desarrol=
lo
de tecnologías limpias (Rivera, 2018).
Un
programa de implementación de energías limpias es la construcción el cual h=
ace
referencia a la gran importancia para el
crecimiento de largo plazo. Sin embargo, hay una gran dependencia de recurs=
os
naturales para la industria, el comercio y la construcción lo que demanda
grandes cantidades de energía fósil, además =
de la
notable explosión demográfica global (Antero & Ramírez, 2014).
La
demanda de energía se distribuye por sectore=
s, encabezando
el consumo energético mundial el cual corresponde al industrial, seguido del
transporte y el residencial principalmente con participaciones del 28,9%, 2=
8,8%
y 21,9% respectivamente, debido a esto el abastecimiento de demanda energét=
ica
mundial proporcionada por fuentes primarias no renovables advierte un desce=
nso
para 2040, constituyendo el 75% de la demanda comparado al 81% de ańos
anteriores (Lady & David, 2019).
Por todo ello, es vital que la industria de la construcción tome medidas
drásticas para reducir sus impactos con el fin de reducir su huella ecológi=
ca.
Si bien algunos países han dado el primer paso para implementar medidas que
requieren la instalación de sistemas de protección ambiental, sistemas de
generación de energía limpia y otras medidas. Sin embargo, esto no es sufic=
iente
porque solo representan una pequeńa parte de la energía consumida por estos
países y están en el consumo global de energía. En países en vías de desarr=
ollo
como Ecuador, estas normas son relativamente nuevas y casi no tienen
aplicación, por lo que además de la obvia necesidad de cambiar el pensamien=
to,
la educación y la construcción su socialización también es fundamental y su
aplicación debe ser obligatoria. La
Arquitectura Sostenible reflexiona sobre el impacto ambiental de todos los
procesos implicados en una vivienda desde los materiales de fabricación que=
no
produzca desechos tóxicos y no consuma mucha energía, las técnicas de
construcción que supongan un mínimo deterioro ambiental, la ubicación de la
vivienda y su impacto con el entorno; el consumo de energía de la misma y su
impacto continuando con el reciclado de los materiales cuando la casa ha
cumplido su función (Velepucha, 2014). La generación de energía eléctrica a ba=
se de
fuentes solares y eólicas se ha facultado en el Ecuador a través del organi=
smo
responsable de regular el mercado eléctrico, como alternativa para reducir =
las
emisiones de CO2 y fomentar el uso de fuentes limpias para la generación de
corriente eléctrica, cumpliendo con los parámetros técnicos que le permitan
evacuar energía eléctrica al Sistema Nacional Interconectado (Moncayo Picerno, 2016).
Sin
embargo, en Ecuador se han realizado varios proyectos a pequeńa escala,
particularmente en aplicaciones fotovoltaicas las mismas que piden apoyo por
parte del estado, tanto en la investigación como desarrollo y su aplicación,
por eso el instituto nacional de eficiencia energética y energías renovables
(INER, 2016), está dando los primeros pasos para evaluar el recurso solar y
utilizar esta información como base para futuros proyectos
Un
ejemplo de construcción sustentable es la instalación de paneles fotovoltai=
cos,
pues debido a los altos niveles de radiación de Ecuador (aproximadamente 4.2
kWhm), es rentable considerar el uso de recursos solares, lo que abre una r=
ealidad
para el sector productivo. La energía anima activamente a todos los ciudada=
nos
a participar en la protección del medio ambiente, porque la energía del sol=
no
produce residuos tóxicos ni gases de efecto invernadero y permite que sus
beneficios económicos se distribuyan democráticamente entre toda la poblaci=
ón.
Como en muchos países el desarrollo en Ecuador la popularización y el
desarrollo de sistemas de energía fotovoltaica y/o eólica han sido conectad=
os a
la red aún está en su infancia (Velasco, n.d.).
El desarrollo energético de Ecuador a través de re= cursos renovables aumentará el nivel de producción de energía y aumentará la propo= rción de viviendas que brindan servicios de electricidad. Además, la expansión, desarrollo e innovación tecnológica del sistema de generación de energía brindará una fuente de trabajo para la comunidad y traerá beneficios económ= icos al Ecuador.
Este articulo pretende =
mostrar
la capacidad energética que se podría obtener a través de un sistema
fotovoltaico para abastecer a una edificación en el sur de la ciudad de Cue=
nca.
Módulos fotovoltaico=
s.
Los módulos fotovoltaicos o también llamados
colectores solares fotovoltaicos están formados por un conjunto de celdas
fotovoltaicas interconectadas entre ellas en modo de serie o paralelo,
dependiendo de este tipo de conexiones es que se pueden obtener paneles sol=
ares
de diferentes tensión y corrientes generadas
Las fabricaciones de estos paneles solares son c=
on
materiales como el silicio es uno de los más usados, los cuales derivan de
paneles de silicio monocristalinos y policristalinos, lo cual hace altamente
aplicable su uso.
En las últimas dos décadas los líderes académico=
s y
de opinión pública han publicado artículos interesantes y técnicamente vali=
osos
sobre la aplicación de componentes generadores de energía limpia a las
viviendas. La existencia de toda esta información puede basarse en artículos
científicos. La experiencia y los trabajos académicos han inspirado el anál=
isis
de rentabilidad actual del uso de elementos que generan energía limpia en
Ecuador.
Esta investigación tiene un carácter documental
experimental y se apoya en una extensa consulta bibliográfica sobre el mismo
y/o temas relacionados en el medio. Siguiendo la misma lógica, el experimen=
to
se llevó a cabo en cuatro áreas de la región Sierra, Costa y Zona Amazónica=
e
Insular con el fin de determinar en cual zona es rentable la aplicación del
módulo fotovoltaico.
Aplicaciones.
Los fotovoltaicos aprovechan la radiación solar =
debido
a que es una de las fuentes que nunca se va acabar, además como ya se ha
mencionado con anterioridad es amigable con el ambiente y muy silenciosa pa=
ra
la producción de electricidad
Insta=
laciones
aisladas de la red eléctrica: con sistemas fotovoltaicos autónomos que nos
sirve para electrificación rural, seńalización, bombeo de agua, comunicacio=
nes
y más ejemplos como se muestra en el diagrama
Insta=
laciones
conectadas a la red eléctrica: centrales fotovoltaicas y edificios conectad=
os a
la red
Posición del módulo fotovoltaico.
Las posiciones de los módulos fotovoltaicos están
especificadas mediante dos coordenadas angulares:
Angulo
acimutal: Está formado por la proyección sobre el plano horizontal
perpendicular a la superficie del módulo y el meridiano en esa posición. El
grado del valor del módulo es: Sur 0 °, Oeste 90 °, Norte 180 ° y Este 270 =
°
Angul=
o de
elevación: es el que se forma por la superficie del módulo y el plano
horizontal. Los grados que se toma en posición horizontal es de 0° y en for=
ma
vertical 90°
Funcionamiento de un sistema fotovoltaico
El funcionamiento de un sistema fotovoltaico es
posible gracias al a los paneles solares donde el efecto fotoeléctrico de la
energía solar se convierte en energía eléctrica de corriente directa, la cu=
al
no se puede utilizar de forma convencional si no es transformada en corrien=
te
alterna
Es aquí donde entra en juego la función del inve=
rsor
pieza clave del sistema fotovoltaico, ya que es él quien convierte la corri=
ente
para que sea compatible con cualquier tipo de instalación. Posteriormente,
dependiendo del tipo de sistema fotovoltaico, se pueden tener controladores=
de
cargas que regulan el uso de la energía y un banco de baterías que permita =
el
almacenamiento de la energía; otro elemento importante es el centro de carg=
a,
ya que suele ser el punto de conexión o de distribución de la energía
fotovoltaica (Cárdenas et al=
.,
2019).
Metodología.
En el presente estudio, se basó en la elaboració=
n de
un libro de Excel en el que se aplica los diferentes métodos de cálculo del
sistema de sostenibilidad en base a posteriores comparaciones del
comportamiento de los paneles fotovoltaicos, como antes mencionado se
estableció en 4 diferentes zonas del país que es Costa; Sierra Oriente e In=
sular,
en base a la radiación solar de cada zona.
Con la ayuda de datos presentados en la tabla 1,
podemos evaluar el comportamiento de consumo promedio en una vivienda la cu=
al
es una de las condiciones para las cuales se puedan proyectar la cantidad de
colectores en una vivienda para cada una de las zonas del Ecuador en estudi=
o.
Tabla=
1. Promedio de consumo en una vivienda
|
N° |
Descripción |
Ubicación |
Cantidad |
Potencia |
Tiempo de Operación (h) |
Días de operación |
Consumo semanal |
|
||||
|
&nb=
sp; |
Alumbrado |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
|
||||
|
1 |
Lum=
inaria
led plafón 12w |
Ilu=
minaria |
3 |
12<= o:p> |
1 |
7 |
252=
,00 |
|
||||
|
2 |
Lum=
inaria
de plafón 2 |
1 |
12<= o:p> |
1 |
7 |
84,=
00 |
|
|||||
|
3 |
Bom=
billas
led convencional (11w) |
2 |
11<= o:p> |
0,5=
|
7 |
77,=
00 |
|
|||||
|
4 |
Apl=
ique
lampara led de pared 7w |
2 |
7 |
1 |
4 |
56,=
00 |
|
|||||
|
5 |
Lám=
para
de mesa 42 cm Led |
2 |
7 |
1 |
7 |
98,=
00 |
|
|||||
|
6 |
Ojo=
de
buey giratorio con Led |
4 |
7 |
1 |
7 |
196=
,00 |
|
|||||
|
&nb=
sp; |
Equipos |
|
||||||||||
|
7 |
Ref=
rigeradora |
Coc=
ina
- Comedor |
1 |
400=
|
6,0=
0 |
7 |
168=
00,00 |
|
||||
|
8 |
Mic=
roondas |
1 |
100=
0 |
0,1=
0 |
7 |
700=
,00 |
|
|||||
|
9 |
Lic=
uadora |
1 |
450=
|
0,0=
5 |
7 |
157=
,50 |
|
|||||
|
10<= o:p> |
Caf=
etera |
1 |
720=
|
0,2=
5 |
5 |
900=
,00 |
|
|||||
|
11<= o:p> |
Hor=
no |
1 |
120=
0 |
1,0=
0 |
1 |
120=
0,00 |
|
|||||
|
12<= o:p> |
Tos=
tadora |
1 |
500=
|
0,1=
7 |
7 |
583=
,33 |
|
|||||
|
13<= o:p> |
Coc=
ina
de inducción |
1 |
200=
0 |
0,5=
|
7 |
700=
0,00 |
|
|||||
|
14<= o:p> |
Ext=
ractor
olores |
1 |
90<= o:p> |
0,5=
|
7 |
315=
,00 |
|
|||||
|
15<= o:p> |
Bat=
idora |
1 |
200=
|
0,2=
5 |
2 |
100=
,00 |
|
|||||
|
16<= o:p> |
Tel=
evisión |
Sal=
a |
1 |
200=
|
2 |
7 |
280=
0,00 |
|
||||
|
17<= o:p> |
Com=
putadora
escritorio |
1 |
200=
|
2 |
5 |
200=
0,00 |
|
|||||
|
18<= o:p> |
Imp=
resora |
1 |
27<= o:p> |
0,1=
7 |
3 |
13,=
50 |
|
|||||
|
19<= o:p> |
Dec=
odificador
DIRECTV |
1 |
28<= o:p> |
2 |
7 |
392=
,00 |
|
|||||
|
20<= o:p> |
Equ=
ipo
de sonido |
1 |
120=
|
2 |
7 |
168=
0,00 |
|
|||||
|
21<= o:p> |
Reu=
ter
de internet |
1 |
7 |
24<= o:p> |
7 |
117=
6,00 |
|
|||||
|
22<= o:p> |
Tel=
éfono |
1 |
6 |
24<= o:p> |
7 |
100=
8,00 |
|
|||||
|
23<= o:p> |
Int=
ercomunicador
de voz |
1 |
5 |
24<= o:p> |
7 |
840=
,00 |
|
|||||
|
24<= o:p> |
Tel=
evisión
plasma |
Dor=
mitorio |
1 |
200=
|
2 |
7 |
280=
0,00 |
|
||||
|
25<= o:p> |
Com=
putadora
laptop |
1 |
100=
|
4 |
5 |
200=
0,00 |
|
|||||
|
26<= o:p> |
DVD=
|
1 |
15<= o:p> |
2 |
2 |
60,=
00 |
|
|||||
|
27<= o:p> |
Con=
sola
de juego |
1 |
150=
|
2 |
2 |
600=
,00 |
|
|||||
|
28<= o:p> |
Car=
gador
de celular |
5 |
6 |
1 |
7 |
210=
,00 |
|
|||||
|
29<= o:p> |
Ext=
ractor
de olores |
SS.=
HH. |
2 |
500=
|
0,2=
5 |
7 |
175=
0,00 |
|
||||
|
30<= o:p> |
Sec=
adora
de pelo |
1 |
150=
0 |
0,1=
7 |
4 |
100=
0,00 |
|
|||||
|
31<= o:p> |
Pla=
ncha
de pelo |
1 |
100=
0 |
0,1=
7 |
4 |
666=
,67 |
|
|||||
|
32<= o:p> |
Lav=
adora |
Lav=
andería |
1 |
200=
0 |
2 |
2 |
800=
0,00 |
|
||||
|
33<= o:p> |
Sec=
adora |
1 |
200=
0 |
2 |
2 |
800=
0,00 |
|
|||||
|
34<= o:p> |
Asp=
iradora |
1 |
150=
0 |
1 |
1 |
150=
0,00 |
|
|||||
|
35<= o:p> |
Pla=
ncha |
1 |
150=
0 |
1 |
2 |
300=
0,00 |
|
|||||
|
36<= o:p> |
Bom=
ba |
Máq=
uinas |
1 |
745=
,7 |
0,2=
5 |
3 |
559=
,28 |
|
||||
|
Tot=
al: |
68574,275 |
|||||||||||
|
Pot=
encia
energética: |
184=
25,7 |
w |
&nb=
sp; |
9796,325 |
||||||||
|
Por=
centaje
de simultaneidad: |
50%=
|
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
||||||||
|
Car=
ga
conectada: |
921=
3 |
w |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
||||||||
|
Sup=
erficie
construida: |
96,=
89 |
m |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
||||||||
|
Par=
ámetro
de consumo de energía: |
101,11 |
Wh<=
/span>/dí=
a/m2 |
&nb=
sp; |
&nb=
sp; |
||||||||
Fuente: Autoría propia
Radiación solar zona costa.
En
el gráfico 1, indica que la radiación solar media máxima en la ciudad de Ma=
nta
a una latitud de 0,95 S es 4,39 (KW h / m2), y el valor mínimo de a una lat=
itud
de 1,37 S es de 3,31 (KW h / m2) ubicada en NARANJA -Ciudades JIPIJAPA.
G=
ráfico =
1. Promedio anual de radiación solar en la Costa
Fuente: Autoría propia.
Radiación solar zona sierra.
La
radiación solar media máxima en la ciudad de NAQUITO QUITO a una latitud de 0,13 S es 4,99 (KW h / m2), y el valor mínimo de a una latitud=
de 0,95
S es de 3,41 (KW h / m2) ubicada en SAN
JUAN COTOPAXI, como nos demuestra en el gráfico 2.
G=
ráfico =
2.
Promedio anual de radiación solar en la Sierra
Fuente: Autoría propia
Radiación
zona Oriente.
En el gráfico 3, nos demuestra que el valor máxi=
mo
de radiación solar promedio es de 4,33 (KW h/m2), en la ciudad de NUEVO
ROCAFUERTE ORELLANA con una latitud de 0,92 S, y la mínima lo tenemos con=
un
dato de 3,77 (KW h/m2), una latitud de 0,95 S en la ciudad de la SANGAY
MORONA SANTIAGO.
G=
ráfico =
3. Promedio anual de radiación solar en el Oriente
Fuente: Autoría propia.
Radiación zona Insular.
El gráfico 4, denota que el valor máximo de
radiación solar promedio es de 5,31 (KW h/m2) en la ciudad de PUERTO BAQUER=
IZO
GALAPAGOS con una latitud de 0,9 S, y la mínima lo tenemos con un dato de
4,41 (KW h/m2) a una latitud de 0,9 S en la ciudad de la SANTA CRUZ
GALAPAGOS.
G=
ráfico =
4. Promedio anual de radiación solar en la zona Insular
Fuente: Autoría propia
Cálculo de paneles fotovoltaicos.
Para
establecer el tipo de módulo fotovoltaico utilizado en este caso de estudio,
calculamos la potencia (en vatios) de cada electrodoméstico y el tiempo de
trabajo del día con el valor de mes más desfavorable como unidad; luego
determinamos el mes con las mismas condiciones en Wh.
Consumo diario (ET) para posteriormente determinar la profundidad máxima de
descarga permitida por el acumulador; a continuación, utilizamos la siguien=
te
fórmula para calcular la energía necesaria:
De donde:
Siendo R el rendimiento general de la instalació=
n (Cárdenas et al=
.,
2019).
(Pilco & Jaramillo, 2008) para determinar en amperes hora, es
necesario determinar el voltaje de la instalación lo cual viene dado en la
ficha técnica del fabricante, los siguientes datos:
Potencia del módulo =3D 450W
Voltaje nominal del módulo =3D 36 V
Tensión de operación =3D 72 V
Capacidad de batería =3D 2040Ah
Voltaje de batería =3D 2 V
1.&n=
bsp;
Calculamos la capacidad en Ampe=
r:
En el cual el porcentaje debe ser menor a 10
Resultados y discusión.
Paneles Fotovoltaicos.
Las condiciones iniciales en las que se elaboraron los
ensayos para el cálculo serán las mismas que se presentaron en los modelos
anteriores; modificando únicamente las zonas geográficas y por lo tanto su
nivel de irradiación solar de tal manera que se pueda verificar la zona en =
la
que pueda generar beneficios económicos.
Lo
que manifiesta la tabla 2 es que en la región donde más se requieren panele=
s es
en la zona de la Costa, en Santa Elena para ser exactos debido a que la
Radiación más baja se da en el mes de JULIO de un valor de 2,79 (KWh/m2) y
donde se requiere de menos paneles fotovoltaicos en la zona Insular en Puer=
to
Baquerizo con un valor de 2,41 y una radiación más baja en el ańo en el mes=
de
septiembre de 4,68 (KWh/m2).
Tabla=
2. Paneles requeridos para las zonas más optimas y deficie=
ntes
del Ecuador calculadas con las mismas condiciones en todos los casos. Radia=
ción
en kWh/m2
|
Región |
Provincia |
Zona |
Radiación más baja del ańo (KWh/m2) |
Mes |
Paneles requeridos |
|
COSTA |
MANABI |
MANTA |
4 |
Junio |
2,89 |
|
COSTA |
SANTA ELENA |
SALINAS |
2,79 |
Julio |
4,04 |
|
SIERRA |
PICHINCHA |
QUITO |
4,53 |
Abril |
2,48 |
|
SIERRA |
AZUAY |
CUENCA |
3,56 |
Junio |
2,51 |
|
ORIENTE |
ORELLANA |
ROCAFUERTE |
3,7 |
Junio |
3,01 |
|
ORIENTE |
NAPO |
NAPO/SAN VICENTE |
3,4 |
Septiembre |
3,32 |
|
INSULAR |
GALAPAGOS |
PUERTO BAQUERIZO |
4,68 |
Septiembre |
2,41 |
|
INSULAR |
GALAPAGOS |
SANTA CRUZ |
3,5 |
Agosto |
3,18 |
Fu=
ente: Autoría propia.
Al
variar los datos de radiación se necesitará un mayor o menos número de módu=
los
fotovoltaicos que sean capaces de abastecer los requerimientos para la carg=
a de
los acumuladores.
Por lo tanto, el número de baterías requeri=
das
depende de la carga que se pretenda alimentar; factor constante para todos =
los
diseńos que se presentaron en la tabla 1, el resultado es exactamente igual;
generando la necesidad de incluir 2 unidades promedio en serie para obtener=
los
24 V dc determinados en nuestro diseńo y 4 unid=
ades
conectadas en paralelo para soportar la capacidad requerida. Entonces, el
número total es de 8 baterías de 150 Ah.
Cálculo de ahorro.
Para determinar el cálculo de ahorro se
utilizaron los siguientes parámetros que se determinan en la tabla 3, los
cuales indican el costo que se requiere para la instalación de un panel
fotovoltaico.
Tabla=
3. Parámetros iniciales para instalación de paneles
fotovoltaicos
|
|
|
|
Panel Solar |
0,33 USD/W |
|
Inversor |
0,34 USD/W |
|
Baterías |
1,4 USD/AH |
|
Mano De Obra Especializada |
0,1651 USD/W |
|
Estructura |
0,185 USD/wp |
|
Resto Material |
0,185 USD/wp |
|
Utilidad |
|
|
Costo |
|
|
Área De La Vivienda |
96,89 m2 |
|
Costo Por Metro Cuadrado |
600 USD |
|
Costo De La Obra |
58134 USD |
|
Porcentaje De Instalación Eléctrica |
5% |
|
Costo De La Instalación Convencional |
2906,7 USD |
|
Consumo Diarios De Energía |
9,796325 KWD |
|
Consumo Mensual |
297,9715521 KWD |
|
Consumo Anual |
3575,658625 KWD |
|
Costo Del Kwh |
0,1 USD/KW |
|
Costo Mensual Por Consumo De Energía |
29,79715521 USD |
|
Costo Anual Por Consumo |
357,5658625 USD |
|
Ins=
talación
Fotovoltaica |
|
|
Potencia El Combo Solar Encontrado |
660 |
|
Costo Del Combo Solar |
1890 USD |
|
Costo Del Combo Solar Por Watt |
2,863636364 USD/W |
|
Instalación |
0,17 USD/W |
|
Estructura |
0,22 USD/W |
|
Canalizaciones, Cableados, Otros Materiales |
0,22 USD/W |
|
Potencia Fotovoltaica |
4500 W |
|
Costo Estimado De La Instalación Solar |
15631,36364 USD/W |
|
Cos=
to
Diferencial=3D Costo Inst.Solar- Costo Inst Conv |
|
|
Costos De Mantenimiento Al 2% Anual |
2% |
|
Instalación Convencional |
58,134 |
|
Mantenimiento De La Instalación Solar |
312,6272727 USD |
Fuente: Autoría propia.
El ahorro en porcentaje es de 62,09% anuale=
s,
que representa un valor de 290, 36586 USD anuales, como lo demuestra la
siguiente tabla.
Tabla=
4. Ahorro en la instalación de paneles fotovoltaicos
|
&nb=
sp; |
Ene=
. |
Feb=
. |
Mar=
. |
Abr=
. |
May=
. |
Jun=
. |
Jul=
. |
Ago=
. |
Sep=
. |
Oct=
. |
Nov=
. |
Dic=
. |
Anual |
|
Con=
sumo
Diario En Kwh |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
9,7=
96325 |
|
|
Núm=
ero
De Días Del Mes |
31<= o:p> |
28<= o:p> |
31<= o:p> |
30<= o:p> |
31<= o:p> |
30<= o:p> |
31<= o:p> |
31<= o:p> |
30<= o:p> |
31<= o:p> |
30<= o:p> |
31<= o:p> |
|
|
Con=
sumo
Mensual Wh |
303=
,686075 |
274=
,2971 |
303=
,686075 |
293=
,88975 |
303=
,686075 |
293=
,88975 |
303=
,686075 |
303=
,686075 |
293=
,88975 |
303=
,686075 |
293=
,88975 |
303=
,686075 |
3575,65863 |
|
Cos=
to
En Kwh |
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
0,1=
|
|
|
Cos=
to
De Importe Consumo En El Mes |
30,=
3686075 |
27,=
42971 |
30,=
3686075 |
29,=
388975 |
30,=
3686075 |
29,=
388975 |
30,=
3686075 |
30,=
3686075 |
29,=
388975 |
30,=
3686075 |
29,=
388975 |
30,=
3686075 |
|
|
IVA=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
12%=
|
|
|
Car=
go
Fijo |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
|
Cos=
to
De Consumo De Energía Al Mes |
39,=
6128404 |
36,=
3212752 |
39,=
6128404 |
38,=
515652 |
39,=
6128404 |
38,=
515652 |
39,=
6128404 |
39,=
6128404 |
38,=
515652 |
39,=
6128404 |
38,=
515652 |
39,=
6128404 |
467,673766 |
|
Pot=
encia
Fotovoltaica |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
450=
0 |
|
|
Hor=
as
Sol Pico |
3,4=
9 |
3,4=
8 |
3,8=
1 |
3,9=
8 |
4 |
3,9=
2 |
3,9=
7 |
4,0=
9 |
4,0=
6 |
3,8=
7 |
3,8=
3 |
3,5=
6 |
|
|
Ene=
rgía
Generada |
486=
,855 |
438=
,48 |
531=
,495 |
537=
,3 |
558=
|
529=
,2 |
553=
,815 |
570=
,555 |
548=
,1 |
539=
,865 |
517=
,05 |
496=
,62 |
6307,335 |
|
Ren=
dimiento |
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60%=
|
60% |
|
Ene=
rgía
Útil |
292=
,11 |
263=
,09 |
318=
,90 |
322=
,38 |
334=
,80 |
317=
,52 |
332=
,29 |
342=
,33 |
328=
,86 |
323=
,92 |
310=
,23 |
297=
,97 |
3784,40 |
|
Por=
centaje
De Sustitución % |
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
100=
|
|
|
Déf=
icit
En Kwh |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Imp=
orte
Por Consumo De Energía |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Car=
go
Por Déficit De Energía Y Conexión A Red |
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
5,6=
|
67,2 |
|
Aho=
rro |
24,=
7686075 |
21,=
82971 |
24,=
7686075 |
23,=
788975 |
24,=
7686075 |
23,=
788975 |
24,=
7686075 |
24,=
7686075 |
23,=
788975 |
24,=
7686075 |
23,=
788975 |
24,=
7686075 |
290,365863 |
|
Por=
centaje
De Ahorro |
62,09% |
|
Costo diferencial |
12724,66364 |
|
Mantenimiento diferencial |
254,4932727 |
|
Ahorro |
290,3658625 |
|
t =3D |
43,82286377 |
|
i =3D Tasa inflación =3D |
0,0017 |
|
c =3D incremento en el costo de los combustib=
les =3D |
5% |
|
e=
=3D interés financiero para pequeńo capital =3D |
4,90% |
|
Interés bancario |
9% |
Fuente: Autoría propia
Con la misma lógica esto se aplica al cuadro de
resultados de ahorros por ańos en la cual se aplica en la siguiente gráfica
donde los valores más representativos se encuentran marcados. En las zonas
donde se da la implementación de energía fotovoltaica en base al consumo
promedio por vivienda no es factible económicamente, dado que para
recuperar la inversión inicial se supera el tiempo de vida útil de los equi=
pos,
que es de 20 ańos el cual el ahorro acumulado llega a un valor de 8046,36
USD y recuperando la inversión a los 31 Ańos.
G=
ráfico =
5. Ahorro acumulado vs ańos
Fuente: Autoría propia.
Conclusión.
ˇ&nb=
sp;
En
el Ecuador se está implementando acciones eco-sustentables como es en el ca=
so
de la eco- construcción, que va desarrollándose de manera exponencial en el
país más de ser un resultado de conciencia ambiental implantada por medio de
infinitas fuentes de información que nos inculcan a la educación ambiental,=
por
lo cual es más económico y eficiente que algunos combustibles fósiles. Sin
embargo, los subsidios que se da a estos en el país impiden que la disminuc=
ión
de la huella de carbono se ejecute de manera macro; los costos para impleme=
ntar
equipos y sistemas generadores de energía limpia son muy elevados por el mo=
mento.
Es importante implementar cambios sistemáticos que contribuyan al desarrollo
sustentable de la edificación y que satisfagan las necesidades del sector
mediante la sensibilización y comprensión del sector energético ambientalme=
nte
amigable.
ˇ&nb=
sp;
Utilizando
eficazmente la energía de los materiales para el desarrollo de estructuras
fotovoltaicas e implementando un diseńo utilizado por el sol pasivo-activo,
basado en las variables de la geometría solar permiten realizar construccio=
nes
que pueden alcanzar valor calorífico sin que exista la necesidad de impleme=
ntar
procedimientos adicionales. Sin embargo, no resulta económicamente factible=
en
el medio local, dado que para recuperar la inversión inicial se supera el
tiempo de vida útil de los equipos. Aparte de que existe una extensa
infraestructura para generación de energías limpias tales como son las
centrales hidroeléctricas que se encuentran a lo largo del país generando un
total de 7146 MW, según la Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC, por lo
tanto, no se recomienda la instalación de estos sistemas en lugares donde la
red central de electricidad es constante y sustentable. Por otro lado, la
ventaja más clara en la implementación de métodos fotovoltaicos para vivien=
das
unifamiliares, es únicamente en sectores en el cual su ubicación sea compli=
cada
o inaccesible para la red pública y/o transporte.
ˇ&nb=
sp;
Finalmente
concluimos que con respecto a la generación eléctrica en nuestro país se
encuentra en su pico, por lo tanto, no existe la necesidad de implementar
paneles fotovoltaicos en lugares donde la electricidad es generada de manera
sustentable y además de ser muy asequible. Sin embargo, la efectividad de la
implementación de estos sistemas recae en zonas donde su ubicación sea
inaccesible.
Agradecimientos.
El presente artículo es p=
arte
del trabajo de investigación y titulación del Programa de Maestría en
Construcción con Mención en Administración de la construcción Sustentable d=
e la
Universidad Católica de Cuenca, por ello agradecemos a todos y cada uno de =
los
instructores por los conocimientos e información brindados parala elaboraci=
ón
del trabajo.
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ital.v4i3.1762
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Conciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de la
revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene =
que
ser autorizado por el director de la Revista
Conciencia Digital.
[1] Universidad Católica de Cu=
enca,
Maestría en Construcción con Mención en Gestión de Construcción Sostenible,=
Azuay,
Ecuador, david.merchan@es=
t.ucacue.edu.ec,
https://orcid.org/0000-0002-4871-004X
www.concienciadigital.org =
Vol. 4, N°3, p. 22-39, ju=
lio -
septiembre, 20