Diseño de un sistema de energía solar fotovoltaico para la reducción de la huella de carbono, en la generación eléctrica de zonas no interconectadas. Caso de estudio Bocas del Pauto Casanare
2023
Castillo Gómez, Johana Marcela | Romero Barrera, Rosa Angelica | Mosquera Beltrán, Yesica Natalia | https://orcid.org/0000-0002-8997-3751 | https://orcid.org/0000-0001-9865-2987 | https://scholar.google.com/citations?hl=es&user=2OBbDGMAAAAJ | https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001428743 | https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000143985 | https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001601400 | Universidad Santo Tomás
La finalidad de este documento fue realizar el diseño de un sistema solar fotovoltaico como una alternativa de generación eléctrica para sustituir las plantas eléctricas diésel en las zonas no interconectadas en Colombia, siendo Bocas del Pauto en Trinidad, Casanare el sitio de estudio. Para lograr este diseño se realizó inicialmente el cálculo y caracterización de la demanda energética requerida, que permitiera suministrar 24 horas de servicio eléctrico continuo por cada una de las 178 viviendas que existen en este sitio. Con esta información se plantearon los escenarios posibles de sustitución tanto off-grid como on-grid, teniendo en cuenta el factor financiero y la huella de carbono emitida por cada solución individual (fotovoltaica, diésel) o por su hibridación. Después de realizados los cálculos y la simulación en el software de Pvsyst, se obtuvo como resultado que el sistema fotovoltaico off-grid por vivienda requiere de 8 paneles solares de 310 Wp, un regulador MPPT 150/60 de 48V, un inversor de 2,7 kW de 48V y 8 baterías de 12V con capacidad de 234 Ah cada una (autonomía de 2 días). El costo total de este arreglo fotovoltaico es de $70.381.077 COP con un margen del 15%. Con respecto a la simulación on-grid se contemplaron 3 escenarios de sustitución (100%, 70% y 30%) teniendo en cuenta un horario de 7:00 am a 5:00 pm (presencia de sol), de lo que se dedujo que la opción viable financiera y ambientalmente es la de sustitución 100%, es decir, el sistema on-grid suple la demanda requerida en el día, y en la noche entra en funcionamiento el generador diésel, lo que permite así un servicio eléctrico continuo. Según la simulación realizada en Pvsyst, el arreglo on-grid requiere de 9 paneles de 310 Wp y un inversor de 2,7 kW, que, de acuerdo al presupuesto hecho, su costo total es de $20.430.812 COP con un margen del 15%. Los otros dos escenarios planteados requieren de 3 paneles solares con potencia de 310 Wp y 490 Wp respectivamente, y sus costos de implementación están por debajo de los $12.000.000 COP. Finalmente, se concluyó que la opción viable financiera y ambientalmente para satisfacer la demanda energética y potencia requerida (2 kW) por los usuarios de Bocas del Pauto, es el diseño híbrido de un SSFV on-grid con capacidad de un 100% durante las horas de sol (7:00 am a 5:00 pm), y en la noche de 05:00 pm a 10:00 pm el generador diésel funcionaria a su capacidad del 100%, y a partir de las 10:00 hasta las 07:00 am del siguiente día trabajaría a una capacidad del 25%. Para una implementación en los 178 hogares de este corregimiento, se necesita una inversión de $3.636.684.536 COP sin IVA, que incluye transporte, instalación, accesorios entre otros, sin incluir el costo a pagar por el combustible diésel necesario para la noche. Con la configuración anterior, se logró una reducción del 99% de la huella de carbono generada por el consumo eléctrico y del 69% referente al consumo de combustible. Siendo la emisión total del sistema híbrido (consumo eléctrico y combustible) de 3,13 tCO2e/año por hogar.
اظهر المزيد [+] اقل [-]The purpose of this document was to design a photovoltaic solar system as an alternative power generation to replace diesel power plants in non-interconnected areas in Colombia, being Bocas del Pauto in Trinidad, Casanare the study site. To achieve this design, the calculation and characterization of the required energy demand was initially carried out, that would allow the supply of 24 hours of continuous electrical service for each of the 178 homes that exist on this site. With this information, possible substitution scenarios were proposed, both off-grid and on-grid, considering the financial factor and the carbon footprint emitted by each individual solution (photovoltaic, diesel) or by their hybridization. After performing the calculations and simulation in the Pvsyst software, it was obtained as a result that the off-grid photovoltaic system per home requires 8 solar panels of 310 Wp, a MPPT 150/60 of 48V regulator, a 2.7 kW 48V inverter and 8 12V batteries with a capacity of 234 Ah each (autonomy of 2 days). The total cost of this photovoltaic arrangement is of $70,381,077 COP with a margin of 15%. Regarding the on-grid simulation, 3 substitution scenarios were considered (100%, 70% and 30%) considering a schedule from 7:00 am to 5:00 pm (presence of sun) from which it was deduced that the financially and environmentally viable option is 100% substitution, that is, the on-grid system supplies the demand required during the day, and at night the diesel generator starts operating, thus allowing continuous electrical service. According to the simulation carried out in Pvsyst, the on-grid arrangement requires 9 panels of 310 Wp and a 2.7 kW inverter, that, according to the budget made, its total cost is $20,430,812 COP with a margin of 15%. The other two scenarios proposed require 3 solar panels with power of 310 Wp and 490 Wp respectively, and its implementation costs are below $12,000,000 COP. Finally, it was concluded that the financially and environmentally viable option to meet the energy demand and power required (2 kW) by the users of Bocas del Pauto, is the hybrid design of an on-grid SSFV with 100% capacity during daylight hours (7:00 am to 5:00 pm) and at night from 05:00 pm to 10:00 pm the diesel generator would work at its 100% capacity, and from 10:00 to 07:00 am the next day it would work at 25% capacity. For an implementation in the 178 homes of this zone an investment of $3,636,684,536 COP without VAT is needed which includes transportation, installation, accessories among others, and not including the cost to pay for the diesel fuel needed for the night. With the above configuration, a 99% reduction in the carbon footprint generated by electricity consumption was achieved and 69% regarding fuel consumption. Being the total emission of the hybrid system (electricity and fuel consumption) of 3,13 tCO2eq/year in each of the homes.
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