JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
150
Citar como:Terán Aguirre, D.
(2023). Diseño de un sistema
híbrido fotovoltaico – eólico de
suministro de energía eléctrica
a la biblioteca del campus
Tiquipaya de la Universidad
Privada del Valle: Design of
a hybrid photovoltaic - wind
system to supply electricity
to the library of the Tiquipaya
campus of the Universidad
Privada del Valle. Journal
Boliviano De Ciencias,
19(Especial). 150-170 https://
doi.org/10.52428/20758944.
v19i Especial.385
Revisado: 26/10/2022
Aceptado: 16/06/2023
Publicado: 30/06/2023
Declaración: Derechos de
autor 2023 Daneyba Terán
Aguirre
Esta obra está bajo una
licencia internacional Creative
Commons Atribución 4.0.
Los autores/as declaran no tener
en la publicación de este
documento.
Artículo cientíco
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de
suministro de energía eléctrica a la biblioteca del campus
Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
Design of a hybrid photovoltaic - wind system to supply electricity to the library of the Tiquipaya
campus of the Universidad Privada del Valle.
Daneyba Teran Aguirre.
1. Ing. Petróleo Gas y Energías. Univalle. Cochabamba. Bolivia. danitateran13@gmail.com
RESUMEN
El propósito del proyecto es generar energía eléctrica a partir de la evaluación
de la aplicabilidad de dos fuentes de energías renovables tales como la energía
fotovoltaica y eólica, para el uso en la biblioteca del Campus de la Universidad
Privada del Valle, de forma total o parcial por lo tanto crear un ahorro económico
y contribución al medio ambiente.
El análisis de la radiación solar, velocidad de viento y condiciones climáticas, de
la Biblioteca fueron monitoreadas a una altura de 2648 msnm, latitud de -17.3346,
longitud de -66.2159, temperatura 25 ºC, se presentó una radiación promedio de
5.1 Kwh/m
2
y una velocidad promedio de viento de 3 m/s, a una altura de 18
m, siendo esta velocidad baja debido a la presencia de los árboles que se tiene
alrededor de la biblioteca. Estos valores permitieron combinaciones que llegan
a cubrir las dos energías renovables de acuerdo con el comportamiento de cada
una respecto a la demanda 39847 Kwh de la biblioteca llevando a determinar el
tipo de sistema que presenta mayor factibilidad para su aplicación.
La energía fotovoltaica la más adecuada para su implementación debido al
costo que presenta producirla siendo este de 0.55 Bs/Kwh, la energía eólica
teniendo un costo de 1.17 Bs/Kwh lo que representa un valor muy por encima
del costo actual que se cancela de 0.91 Bs/Kwh por lo que posterior a esta fue
desestimado. Con estos resultados el software PVsyst, mostró como resultado
una cobertura del 82 % de la demanda total de 39847 Kwh con un costo de 0.55
Bs/kwh en plano inclinado. La vida útil del sistema es de 25 años basados en
técnicas. La inversión total del sistema es de US$ 38278 con una recuperación
de 6 años, demostrando que el proyecto es factible para su implementación.
Palabras clave: Energías renovables, generación, energía fotovoltaica, energía
eólica.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
151
ABSTRACT
The purpose of the project is to generate electrical energy from the evaluation of
the applicability of two renewable energy sources such as photovoltaic and wind
energy, for use in the library of the Campus of the Universidad Privada del Valle,
thus partially creating economic savings and contribution to the environment.
The analysis of solar radiation, wind speed and weather conditions of the library
were monitored at an altitude of 2648 masl, latitude of -17.3346, longitude of
-66.2159, temperature 25 ºC, presented an average radiation of 5.1 Kwh / m
2
and
an average wind speed of 4 m / s, at a height of 18 meters. These values allowed
combinations that cover the two renewable energies according to the demand
39847 Kwh of the library, leading to determining the type of system that presents
greater feasibility for its application.
The photovoltaic energy is the most suitable for its implementation due to the cost
of producing it being this of 0.55 Bs / Kwh, wind energy having a cost of 1.17
Bs / Kwh which represents a value well above the current cost that is canceled of
0.91 Bs / Kwh so after this was dismissed the wind resource was dismissed. With
these results the PVsyst software, showed as a result a coverage of 82% of the total
demand of 39847 Kwh with a cost of 0.55 Bs / kwh, the useful life of the system
in their technical sheets. The total investment of the system is US$ 38278 with a
recovery of 6 years. Demonstrating that the project is feasible for implementation.
Keywords: Renewable energies, generation, photovoltaic energy, wind energy.
1. INTRODUCCIÓN
Bolivia cuenta con un potencial elevado solar por su posición entre los paralelos
11 ° y 22°, de acuerdo al Atlas de Distribución de la Energía Solar en Bolivia
(Lucano & Fuentes, 2010), la radiación solar existente en las tierras bajas del país
(Santa Cruz, Beni, Pando y norte de La Paz) puede llegar a generar un máximo
de 5,1 kWh/m
2
/día de electricidad por medios fotovoltaicos, en la región de los
valles (Cochabamba, Chuquisaca y Tarija) el potencial de radiación puede generar
entre 5,1 y 6,7 kWh/m
2
/día, en cambio en el Altiplano (La Paz, Oruro y Potosí)
el potencial de energía solar puede llegar a generar entre 6,7 y 9,5 kWh/m
2
/día
(ENERGÉTICA,2020).
La Universidad Privada del Valle, ubicada en el departamento de Cochabamba,
provincia de Quillacollo, en el municipio de Tiquipaya como se puede apreciar en
la Figura 1, cuenta con un clima adecuado para la implementación de la energía
solar, yendo desde los 17 °C hasta los 32 °C (Globalsolaratlas, 2019) y en la energía
eólica presentando vientos de Este a Oeste con una velocidad del viento desde 1.5
m/s hasta los 6.3 m/s (Globalwindatlas, 2019).
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
152
Figura 1. Ubicación Universidad Privada del Valle. Fuente: Google Earth, 2019
Por otra parte, un aspecto importante es el incremento de la población estudiantil
en el campus universitario que utilizan los ambientes de la biblioteca (Figura 2). El
estudio de la población universitaria fue considerado en las gestiones 2012 – 2019,
presenta un incremento del 14 % por gestión (Dirección de Marketing Univalle,
2019).
El estudio de consumo eléctrico inició con la gestión 2018. Por lo tanto, el
crecimiento de la población universitaria está intrínsecamente asociado al consumo
eléctrico, que presenta un incremento alrededor del 6.5 % (Dirección económica
estudio de diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico. Actualmente Bolivia
cuenta con el Decreto Supremo 4477 promulgada el 24 de marzo de 2021, que
tiene por objeto:
a) Establecer condiciones generales para normar la actividad de Generación
Distribuida en los sistemas de distribución de energía eléctrica.
b) Determinar la retribución por energía eléctrica inyectada a la Red de
distribución por la actividad de Generación Distribuida.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
153
Figura 2. Biblioteca del Campus de la Universidad Privada del Valle. Fuente:
Google Earth, 2019
El diseño del sistema pretende cubrir la energía demandada de la biblioteca
del campus Tiquipaya de la universidad, ya que este ambiente cuenta con una
2
(Figura 3)
y una altura de 15 m. Por las características del lugar se puede aprovechar para
desarrollar energías alternativas incentivando a su aplicación y contribución al
medio ambiente, brindando una disminución de gases de efecto invernadero. Por
lo tanto, es apta para su implementación, aspecto que amerita el desarrollo de
energías alternativas.
Figura 3. Techo de la Biblioteca del Campus de la Universidad Privada del Valle.
Fuente: Elaboracion propia, 2019.
Biblioteca Univalle
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
154
Se toma en cuenta que la biblioteca paga 0.92 Bs/kwh, dato promedio de acuerdo
con los pagos realizados por la universidad, parámetro esencial para ver la utilidad
de la implementación de energías alternativas, para generar un ahorro económico y
disminución de dióxido de carbono.
2. METODOLOGÍA
2.1 Obtención de datos
Los datos de irradiación solar, la velocidad de viento, temperatura, humedad
fueron obtenidos por medio de software libres como Altas solares, Atlas wind.
(Globalsolaratlas,2019), (Windatlas,2019), (NASA,2019) todos estos datos junto
con la latitud y longitud in situ donde se localiza la Biblioteca, son datos esenciales
para evaluar el comportamiento de las variables, ya que de acuerdo con dicho
comportamiento se realizará el cálculo del aporte de cada una de las energías.
No se consideró trabajar con los datos recopilados de velocidad de viento por la
universidad debido a que estos eran muy escasos, pero sí se pudo corroborar las
horas sol por medio de un heliógrafo, el cual traza la ruta del sol.
2.2 Análisis de perl de consumo eléctrico de la biblioteca
Se realizaron dos análisis del consumo eléctrico de lunes a domingo durante las 24
horas cada día en distintos semestres con el objeto de analizar el comportamiento
semanal, este fue por medio de un analizador de red, marca FLUKE 1732, como
se observa en la Figura 4.
Figura 4. Analizador de red FLUKE. Fuente: Elaboración propia, 2019
Este primer monitoreo de red se observa en la Figura 5, fue llevado a cabo en el
segundo semestre del 2018, este mantiene un comportamiento uniforme, en él se
muestra consumo entre las 5:00 am hasta las 17:00 pm de lunes a viernes.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
155
Figura 5. Primer monitoreo de potencia eléctrica. Fuente: Elaboración propia,
2018
En la Figura 6 se evidencia una disminución de la potencia eléctrica, monitoreada
durante el primer semestre de la gestión del 2019, esto debido a que realizaron el
como se puede ver en la Figura 6 su consumo empieza a las 6:00 am hasta las 18:00
pm.
Figura 6. Segundo monitoreo de potencia eléctrica. Elaboracion propia, 2019.
La demanda energética ha sido calculada con facturas de consumo eléctrico de toda
la gestión 2018, más los meses de enero, febrero, marzo de la gestión 2019 como
se observa en la Tabla 1, por lo que se realizó una extrapolación de valores de los
meses siguientes para tener datos de la gestión completa y proyectar el consumo
mensual y anual de la Biblioteca.
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
156
Tabla 1. Consumo eléctrico de la biblioteca de la Universidad Privada del Valle
Fuente: Elaboración propia, 2020.
2.3 Análisis del comportamiento de las variables
Los datos de radiación solar por hora en un día como se ve en la (Figura 7), y la
irradiación en plano horizontal e inclinado en un año (Tabla 2), fueron obtenidos
mediante la aplicación de ecuaciones para calcular la altura, azimut del sol,
declinación, ángulo horario, índice de claridad y correlaciones que muestran el
comportamiento de la energía solar, pudiendo así percibir qué meses hay con mejor
irradiación.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
157
Figura 7. Irradiancia solar. Fuente: Elaboración propia 2019
De igual forma se han observado que los valores de irradiación solar presentan
valores más elevados en plano inclinado que en un plano horizontal, por lo que los
paneles fotovoltaicos presentan una inclinación ante el sol.
Tabla 2. Irradiación global en plano horizontal e inclinado
Fuente: Elaboración propia, 2020
Por otro lado, el comportamiento anual del viento oscila entre los 1,5 m/s y 6,3
m/s, teniendo una media de 3 m/s, la dirección del viento en este lugar es de NE
presentando valores bajos.
m
2
2
I
I
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
158
Figura 8. Comportamiento del viento en Tiquipaya. Fuente: Elaboración propia.
2019
2.4 Cálculo del sistema híbrido
Después del análisis de los datos, el cálculo por potencia para el sistema fotovoltaico
y sistema eólico, basado en el consumo eléctrico se puede observar en la Figura 9,
en el cual se escogió un día hábil de la semana que tenga mayor demanda, que fue
eléctrica.
Figura 9.
eléctrico de la biblioteca. Fuente: Elaboracion propia, 2020
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
159
El cálculo se realizó en base a la Figura 9, esta curva tiene un consumo diario
promedio de 14.8 kW de potencia. En el caso del sistema eólico se trabajó con los
datos extraídos (Atlaswind), ya que no se cuenta con una estación meteorológica
in situ
PVsyst, por lo tanto, teniendo todos estos datos se tiene los siguientes pasos para
su cálculo:
- Como primer paso determinar la demanda eléctrica de la biblioteca
- Analizar el aporte de la irradiación solar en plano inclinado para el sistema
fotovoltaico,
- Así como los datos de la velocidad del viento para el sistema eólico
-
- Disponibilidad de capital
Cumpliendo estos pasos mencionados, se evaluó el mes con menos consumo
eléctrico (Tabla 1), se consideró un factor de simultaneidad de 0.9 con el que se
calculó la potencia del arreglo de los paneles fotovoltaicos obteniendo un 14.51
kWp, dando lugar al cálculo de la potencia del inversor con lo que se obtiene un
13.43 kW, valor con el que se realizó el dimensionamiento del sistema, por lo tanto
se trabajó con una potencia mayor y menor al valor y estas son de 10 kW y 15 kW
ya que en el mercado se encuentra inversores con estas potencias.
•
Para el sistema eólico se calculó el área, para saber el tipo de aerogenerador que
se necesita.
Teniendo un área de barrido de 0.40 m
2
, se seleccionó aerogeneradores de pequeña
potencia conocidos también como mini turbinas eólicas, de acuerdo con sus
turbina de eje vertical, por los siguientes factores:
- Datos de velocidades bajas
- Tamaño
-
- No precisa sistema de orientación, se adaptan a cualquier dirección de
viento
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
160
-
- Menor nivel sonoro
- Área de barrido
de las dos fuentes de energía y así obtener un sistema que cumpla con la demanda
eléctrica de la biblioteca.
2.5. Energía producida por los sistemas
En la Tabla 3 se aprecia la energía producida por ambos sistemas considerando
que se ha calculado para distintas potencias, de acuerdo con la evaluación de la
irradiación solar, se trabajó con potencias de 10 kWp y 15 kWp de acuerdo al
cálculo de potencia del inversor y velocidad de viento, con potencias de 2 kWp y
3.5 kWp, estas potencias obtenidas para el estudio fueron calculadas considerando
los datos de irradiación, velocidad de viento los cuales son bajos, demanda eléctrica
y las características de los equipos.
Tabla 3. Energía producida por sistema fotovoltaico y sistema eólico
respecto a la potencia nominal seleccionada.
Fuente: Elaboracion propia, 2020
2.6. Energía demandada respecto a la energía generada por los sistemas
híbridos
Se realizaron distintas combinaciones entre el sistema fotovoltaico y sistema
eólico, de acuerdo con la energía producida respecto a sus potencias Tabla 2. Para
poder apreciar la generación entre ambos sistemas respecto a la demanda de la
biblioteca, en la Figura 10 se puede observar la primera combinación que consta
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
161
de un sistema fotovoltaico de 10 kWp y un sistema eólico de 2 kW. En la Figura
11 se aprecia una segunda combinación que consta de un sistema fotovoltaico de
15 kWp y un sistema eólico de 3.5 kW y la Figura 12 una tercera combinación que
muestra un sistema fotovoltaico de 15 kWp y un sistema eólico de 2 kW.
Figura 10. Primera combinación, energía generada por sistema hibrido. Fuente:
Elaboración propia, 2019
Ambas energías dependen del análisis de sus variables, condiciones climáticas del
lugar, para saber la cantidad de energía con la que pueden aportar, siendo un factor
esencial el costo por Bs/kWH producido para que sea factible en su implementación.
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
162
Figura 11. Segunda combinación, energía generada por sistema híbrido.
Fuente: Elaboración propia, 2019
Se puede apreciar que la mejor combinación de estas energías es la tercera respecto
a las 2 anteriores debido a su producción generada respecto a la demanda eléctrica.
Si bien las energías renovables pueden aportarnos con su generación, pero para su
implementación necesariamente se necesita saber el costo de inversión.
Figura 12. Tercera combinación, energía generada por sistema hibrido. Fuente:
Elaboración propia. 2019
Para ello se calculó el presupuesto de instalación, la rentabilidad y el periodo de
recuperación de ambos sistemas. Teniendo como punto de partida la cantidad
kwh
kwh
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
163
de energía eléctrica que se generaría en los años de operación de los equipos
tanto de la energía eólica como la energía fotovoltaica, así como los valores por
mantenimiento, reposición de equipo en el caso del sistema fotovoltaico un inversor
a los 10 años y las tasas, en ambos sistemas se consideró una vida útil de 20 años.
Tabla 4. Flujo de caja
Fuente: Elaboración propia, 2020
Obteniendo como resultado los costos por kilovatio producido en los distintos
sistemas como se aprecia en la Tabla 5.
Tabla 5. Costos de energía y tiempo de recuperación de inversión
Fuente: Elaboración propia, 2020
Como se puede estimar en los costos Bs/kwh y el tiempo de recuperación el sistema
que muestra mejor resultado es el sistema fotovoltaico de 15 kW. Por lo tanto, la
energía eólica es desestimada por los siguientes aspectos:
- Presenta un costo de 1.17 Bs/kWH, esto con aerogenerador de eje vertical de
2000 W, inclusive aumentando la potencia del aerogenerador llega a tener un costo
de 0.96 Bs/kWH,
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
164
- Presenta menor participación en su generación ante la energía fotovoltaica como
3.5 kW.
3. RESULTADOS
3.1. Simulación sistema fotovoltaico
El software PVsyst es una herramienta para diseñar por simulación instalaciones
de sistemas fotovoltaicos, el cual puede ser aislado, conectado a la red, consta de
una base de datos de irradiación, clima, bases de datos de equipos fotovoltaicos y
componentes (módulos fotovoltaicos, inversores, generadores, etc.), así como su
cálculo de la producción del sistema fotovoltaico, comportamiento eléctrico del
generador con sus diversas variantes de la simulación.
Para la realización de la simulación en el PVsyst se introduce la latitud, longitud
del lugar donde quiere implementar, inclinación del panel, proporcionándonos los
datos meteorológicos seguido de un almacén de los distintos tipos de módulos
fotovoltaicos de acuerdo con las empresas fabricantes de dicho material, al
seleccionar en el sistema un modelo de modulo fotovoltaico proporciona las
características de este como su potencia, tensión, voltaje,etc. Por lo tanto, se
realizaron varias simulaciones con distintas potencias de panel, en dicha pantalla
se muestra si está fuera o dentro de los rangos mostrando si la simulación esta
correcta.
En la Tabla 5 se muestra el resultado de los valores que se llegarían a producir de
la simulación, indicando los datos más importantes, como son las irradiaciones
globales, tanto difusa, directa y albedo, como la producción de energía tanto de
los generadores como la energía que sale del inversor, siendo la más relevante
la energía reinyectada en la red E-GRID que es 34.57 MWH debido a que es la
energía que llega a producir el sistema fotovoltaico.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
165
Tabla 6. Producción y resultados del simulador PVsyst
Fuente: PVsyst, 2020.
Leyendas:
Irradiación difusa horizontal
TAmb: Temperatura ambiente GlobInc: Global
incidente plano receptor
EArray: Energía efectiva en la salida del generador EGrid: Energía
reinyectada en la red
PR: Factor rendimiento
Se puede apreciar en la Tabla 7, los principales parámetros de la simulación,
teniendo en cuenta la suma de las pérdidas que llegan a producirse durante este
proceso de producción de energía eléctrica. Se aprecia los meses en los cuales se
produce más y menos energía por medio de la radiación solar.
3
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
166
Tabla 7. Resumen de resultados del simulador PVsyst
Fuente: PVsyst, 2020
3.2. Propuesta del diseño
La propuesta para la implementación del sistema fotovoltaico consiste en contar
con la energía renovable como primer generador de energía eléctrica y como
segundo la energía eléctrica convencional (respaldo de la red). Esto debido a que la
energía renovable es dependiente del aspecto climatológico por lo tanto el contar
con la red convencional brinda seguridad, llegando a ser un sistema fotovoltaico.
El diseño del sistema fotovoltaico en la biblioteca del Campus de la Universidad
Privada del Valle sería por medio de una estructura para el generador como se
observa en la Figura 14 y teniendo un ángulo de 20 grados dirección norte, este
ángulo optimo se obtuvo en las simulaciones al probar distintos grados. Esto
debido a que al implementar una estructura de soporte para los paneles solares
aporta mayor producción de energía a diferencia de optar por la inclinación del
techo de la biblioteca, como se observa esta parte del techo no presenta sombras
por los arboles a su alrededor ya que estos están más alejados de la biblioteca.
Figura 14. Vista de techo y lateral de la biblioteca de la universidad con arreglo
de paneles Solares. Fuente: Elaboración propia, 2020
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
167
POTENCIA DEMANDADA, GENERACION FOTOVOLAICA, AUTOCONSUMO INSTANTANEO Y ENERGIA NO
APROVECHADA
SEMANA
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
00:00, mar.
03:00, mar.
06:00, mar.
09:00, mar.
12:00, mar.
15:00, mar.
18:00, mar.
21:00, mar.
00:00, mié.
03:00, mié.
06:00, mié.
09:00, mié.
12:00, mié.
15:00, mié.
18:00, mié.
21:00, mié.
00:00, jue.
03:00, jue.
06:00, jue.
09:00, jue.
12:00, jue.
15:00, jue.
18:00, jue.
21:00, jue.
00:00, vie.
03:00, vie.
06:00, vie.
09:00, vie.
12:00, vie.
15:00, vie.
18:00, vie.
21:00, vie.
00:00, sáb.
03:00, sáb.
06:00, sáb.
09:00, sáb.
12:00, sáb.
15:00, sáb.
18:00, sáb.
21:00, sáb.
00:00, dom.
03:00, dom.
06:00, dom.
09:00, dom.
12:00, dom.
15:00, dom.
18:00, dom.
21:00, dom.
00:00, lun.
03:00, lun.
06:00, lun.
09:00, lun.
12:00, lun.
15:00, lun.
18:00, lun.
21:00, lun.
kW
TOTAL POTENCIA MEDIA kW POT ENCIA GENERADA
FV kW
POTENCIA NO APROVECHADA kW AUTOCONSUMO kW
En la Figura 15 se muestra la potencia media (demandada), generada, auto
la potencia respecto al consumo que permite analizar los horarios en los cuales
se consume energía eléctrica en la biblioteca, lo que se va generar con el sistema
fotovoltaico, lo que se auto consume de esta producción, así como lo que no se
Figura 15. Potencia demandada, generación fotovoltaica, autoconsumo
instantáneo y potencia no aprovechada. Fuente: Elaboración propia, 2019
3.3. Análisis económico
Se realizó un análisis económico de acuerdo al costo de inversión del sistema
como muestra la Tabla 8, en el que se utilizó un horizonte de 20 años que conlleva
indicadores como el costo de la energía fotovoltaica Bs/KWH, TIR (tasa interna
de retorno), VAN (valor actual neto) indicando si es viable o no invertir en el
proyecto, año de recuperación., como se aprecia en la Tabla 9, los cuales indican
la rentabilidad del proyecto, este es en un escenario regular por lo que se ha
considerado criterios poco favorables, como: no limpiar los paneles, no monitorear
la producción de energía, no realizar un mantenimiento preventivo del sistema, no
inyección a la red. En la Tabla 10 se muestra un escenario optimo, considerando
y con inyección a la red, mostrando así un escenario favorable ya que baja el costo
de energía fotovoltaica.
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
168
Tabla 8. Costo de instalación sistema fotovoltaico
Fuente: Elaboración propia. 2020
Por lo tanto, en ambos escenarios el proyecto es factible como se aprecia en sus
indicadores, en especial a que económicamente el costo por kilovatio producido
(Bs/Kwh) por energía fotovoltaica es menor respecto a lo que paga la Biblioteca.
Tabla 9.
Fuente: Elaboración propia, 2020.
Tabla 10.
Fuente: Elaboración propia, 2020.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
169
4. DISCUSIÓN
Como se pudo apreciar, para diseñar un sistema a partir de energía renovable el factor
económico es esencial para su implementación, es una variable imprescindible
al momento de generar un ahorro económico por medio de la disminución del
consumo eléctrico convencional, por lo tanto, se tiene que evaluar todos estos
factores para tomar la decisión de qué tipo de energía es la mejor para implementar,
que es lo que se pretende con el sistema.
Siendo así que, al analizar la producción de energía, costo por kW, tiempo de
recuperación, se propone el sistema fotovoltaico como el más viable para su
implementación en la biblioteca.
La inversión para el sistema fotovoltaico es USD $ 38278, considerando el cambio
de inversor a los 10 años y el mantenimiento, por lo que esta energía producida
tiene un costo de 0.70 Bs./kWH Bs. Considerando el cambio de inversor a los
10 años, la inversión del sistema se llega a recuperar en el año 8, y se tiene un
promedio del ahorro energético anual alrededor del 72%, porcentaje para los
primeros años de vida de los paneles fotovoltaicos, inclusive podría llegar a tener
inyectada a la red del Campus Universitario y así aprovechar en su totalidad la
energía producida por el sistema, ya que como todo equipo nuevo en sus primeros
ser una energía renovable que depende del clima esta puede presentar caídas de
producción, por tal razón cuando se presente alguna baja, esta será subsanada por
la energía de la red.
5. CONCLUSIONES
Se contará con la energía fotovoltaica como primer generador de energía eléctrica
y como segundo la energía eléctrica convencional (respaldo de la red) en caso
de que exista un día fortuito tal como un día lluvioso, un día nublado. El sistema
fotovoltaico está diseñado con una potencia de 15 kWp, emplazado sobre una
estructura para obtener mayor generación.
La Biblioteca abre solo hasta el mediodía y en lo que respecta al sábado y el
domingo está cerrada, por lo que esta energía producida por el sistema podrá ser
distribuida dentro del campus ya que hay otros ambientes como la morgue, salas
de monitoreo, redes que consumen energía.
Por ello, la realización de este tipo de proyecto fomenta al desarrollo de las
al usuario, ya que son proyectos que provocan daños mínimos a diferencia de la
forma convencional. Por lo que se tiene que exhortar a la población a la utilización
de estas energías renovables y más aún al ser Bolivia un país privilegiado, contando
ahora con el Decreto Supremo N-4477, del 25 de marzo de 2021.
Diseño de un sistema híbrido fotovoltaico – eólico de suministro de energía eléctrica a la
biblioteca del campus Tiquipaya de la Universidad Privada del Valle
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
170
6. REFERENCIAS
Alcor, E. (2008). Instalaciones solares fotovoltaicas. (3ª Ed.) España
Birhuett, E., (2016). Aprovechamiento de la energía solar entre los trópicos –
energía fotovoltaica para ingenieros. Cochabamba., Bolivia: Energética
Campos, A., (2019). El mercado de las energías renovables en Bolivia.
Económica y Comercial de la Embajada de España en La Paz.
Censolar. (2009). La energía solar y sus aplicaciones. (5
ta
Edición) Sevilla.,
España: Promotora General de Estudios S.A.
CUCÓ PARDILLOS, S., (2017). Manual de energía eólica: desarrollo de proyectos
e instalaciones. Valencia., España: Universitat Politècnica de València
Dominguez, J.( 2008). Energías alternativas. (3ª Ed.) Madrid., España: Equipo
Sirius Eds. S.A.
ENERGÉTICA. (2020). Situación energética de Bolivia y desafíos. Bolivia:
WWF-Bolivia
Fernández, P., (2000). Energía eólica. 2000
TDE. Transportadora de Electricidad S.A., (2008). Mapa Eólico República de
Bolivia.
Salvador Escoda S.A., (2017). Libro blanco de las energías renovables. (18.1 Ed.)
Barcelona., España
Villarrubia, M. (2012). Ingeniería de la Energía Eólica. Barcelona., España:
MARCOMBO, S.A.
Energía solar. Obtenido de https://www.laenergiasolar.org/energia-fotovoltaica/
inversor-solar/
Altas solares. Obtenido de
Atlas wind. Obtenido de https://globalwindatlas.info/
Ceroco 2 recuperado 18 de enero de 2020, https://www.ceroco2.org/calculadoras/
electrico
Nasa. Obtenido de www.power.larc.nasa.gov
https://earth.google.com/web/@-17.33104716,-66.22552958,2664.39596827a,93
4.02267322d,35y,0h,0t,0r
Milla, L., (2002). Evolución de la energía convencional y no convencional.
Recuperado de: sisbib.unmsm.edu.pe
Plan de desarrollo de energías alternativas 2025 [PDF]. [Viceministerio de
Electricidad y Energías Alternativas, Bolivia] noviembre 2014.
