AnAílisis-implementacion-energia-solar

Vista previa del material en texto

ANÁLISIS DE IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN 
LA SEDE CENTRAL DE LA UPTC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO ALEJANDRO TORRES BECERRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL 
TUNJA 
2019 
 
 
 
 
ANÁLISIS DE IMPLEMENTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN 
LA SEDE CENTRAL DE LA UPTC 
 
 
 
 
 
 
 
DIEGO ALEJANDRO TORRES BECERRA 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de 
INGENIERO AMBIENTAL 
 
 
 
 
 
Director 
 DORA MARCELA BENÍTEZ 
Ingeniero Metalúrgico y Magister en Ingeniería Ambiental 
 
Codirector 
ARIEL REY BECERRA BECERRA 
PhD. FÍSICA 
 
Empresa que apoya el proyecto: 
HELIOTERMICA S.A.S. 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL 
TUNJA 
2019 
 
 
 
 
Nota de aceptación 
 
 
 
 
NOTA DE ACEPTACIÓN 
____________________________________ 
____________________________________ 
____________________________________ 
____________________________________ 
____________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
____________________________________ 
FIRMA DEL PRESIDENTE DEL JURADO 
 
 
 
 
 
 
 
____________________________________ 
FIRMA DEL JURADO 
 
 
 
 
 
 
 
____________________________________ 
FIRMA DEL JURADO 
 
 
 
 
 
 
Tunja, 02 de Octubre de 2019 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“La autoridad científica de la Facultad de Ingeniería reside en ella misma, por lo 
tanto, no responde por las opiniones expresadas en este trabajo. Se autoriza la 
reproducción parcial o total indicando su origen” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
 
 
Es mi deseo como muestra de agradecimiento dedicarle este trabajo de grado a mi 
madre, Bárbara Luisa Becerra, por haberme apoyado en todo momento, le 
agradezco sus consejos, sus valores, su amor y motivación constante, este título 
también es para ella. 
A mi hermana, Eliana Andrea Torres por ser mi ejemplo a seguir, le agradezco todo 
su apoyo incondicional, que me impulsa a salir adelante y lograr aún más de lo que 
me propongo. 
A mi hermano, mi padre, mis familiares y amigos, que me apoyaron todo este tiempo 
y creyeron en lo que podía lograr. 
Para todos ellos les agradezco infinitamente. 
 
Diego Alejandro Torres Becerra
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
El autor expresa su agradecimiento a: 
 
A la directora del trabajo de grado, Ingeniera Dora Marcela Benítez, por brindarme 
su apoyo, conocimiento y motivación, que contribuyó a la realización de este 
proyecto con éxito. 
 
Al Codirector del trabajo de grado, PhD. Ariel Becerra, por ofrecerme sus 
conocimientos, esfuerzos y orientaciones para el desarrollo de este trabajo, así 
como las bases para emprender este camino de las energías renovables. 
 
A la empresa Heliotermica S.A.S. en especial a la Arquitecta Verónica Restrepo, por 
la asesoría y colaboración para el desarrollo de este proyecto. 
 
A la oficina de Planeación de la UPTC en cabeza del Ingeniero Jorge Andrés 
Sarmiento, por su disposición y colaboración en el acceso a la información que 
permitió el desarrollo del proyecto. 
 
A los docentes que durante mi carrera aportaron su granito de arena para formarme 
como profesional; les agradezco sus valiosos conocimientos y su labor como guías 
de nosotros los estudiantes. 
 
Finalmente pero no menos importante a la UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y 
TECNOLÓGICA DE COLOMBIA, siempre será mi Alma Mater, gracias por darme 
las herramientas para ser profesional y realizar esta linda carrera. 
 
 
 
 
 
 
 
CONTENIDO 
 
 
pág. 
 
 
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 15 
 
1. GENERALIDADES .......................................................................................... 16 
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 16 
1.2 OBJETIVOS .............................................................................................. 18 
1.2.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 18 
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................. 18 
1.3 ALCANCE Y LIMITACIONES ................................................................... 19 
1.4 JUSTIFICACIóN........................................................................................ 20 
 
2. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 21 
2.1 MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 21 
2.2 ESTADO DEL ARTE ................................................................................. 26 
2.2.1 USO ACTUAL DE LA ENERGÍA SOLAR (GRÁFICOS RESPECTO 
CARBÓN HIDRÁULICA ETC) ......................................................................... 27 
2.2.2 CASOS DE IMPLEMENTACIÓN EN COLOMBIA .............................. 29 
2.2.3 MAPA DE RADIACIÓN SOLAR EN COLOMBIA ............................... 32 
2.2.4 PROMEDIO DE RADIACIÓN SOLAR RECIBIDA EN TUNJA............ 33 
 
3. ANÁLISIS AMBIENTAL Y ECONÓMICO EN LA IMPLEMENTACIÓN DE UN 
SISTEMA FOTOVOLTAICO EN LA UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y 
TECNOLÓGICA DE COLOMBIA ........................................................................... 34 
3.1 DATOS METEOROLÓGICOS .................................................................. 34 
3.1.1 BRILLO SOLAR ................................................................................. 34 
3.1.2 RADIACIÓN SOLAR GLOBAL ........................................................... 37 
3.1.3 TEMPERATURA ................................................................................ 38 
3.1.4 PRECIPITACIONES ........................................................................... 40 
 
 
 
 
3.1.5 HUMEDAD RELATIVA ....................................................................... 40 
3.1.6 EVAPORACIÓN ................................................................................. 41 
3.1.7 VIENTO .............................................................................................. 42 
3.2 ESTUDIO DE MERCADO ......................................................................... 44 
3.2.1 PANELES SOLARES ......................................................................... 44 
3.2.2 INVERSORES DE CORRIENTE ........................................................ 45 
3.2.3 CONTADORES .................................................................................. 46 
3.2.4 ACCESORIOS, SOPORTES Y ELEMENTOS ELECTRÓNICOS ...... 47 
3.3 DEMANDA ENERGÉTICA ........................................................................ 47 
3.3.1 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA ....................... 49 
3.3.1.1 ANÁLISIS DE CONSUMO Y COSTO .......................................... 49 
3.4 DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ........................ 51 
3.4.1 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS ........................................ 51 
3.4.1.1 SISTEMAS AUTÓNOMOS DE CORRIENTE CONTINUA........... 51 
3.4.1.2 SISTEMAS AUTÓNOMOS DE CORRIENTE ALTERNA ............. 51 
3.4.1.3 SISTEMAS DE AUTOCONSUMO CONECTADOS A LA RED .... 52 
3.4.1.4 SISTEMAS CONECTADOS A LA RED CON ENTREGA DE 
EXCEDENTES ............................................................................................. 53 
3.4.1.5 SISTEMAS DE GENERACIÓN .................................................... 54 
3.4.2 ÁREA DISPONIBLE ........................................................................... 55 
3.4.2.1 EDIFICIO DE AULAS HUNZA ..................................................... 55 
3.4.2.3 EDIFICIO CENTRO DE LABORATORIOS .................................. 57 
3.4.3 SELECCIÓN DE EQUIPOS Y CANTIDADES A IMPLEMENTAR ...... 59 
PANELES SOLARES ...................................................................................59 
3.4.3.1 INVERSOR .................................................................................. 61 
3.4.3.2 CONTADOR BIDIRECCIONAL ................................................... 63 
3.4.3.3 ACCESORIOS, SOPORTES Y ELEMENTOS ELECTRONICOS64 
3.4.4 DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA .............................................. 66 
3.4.5 COBERTURA DE LA DEMANDA ....................................................... 67 
3.4.6 AUTOCONSUMO CON CONEXIÓN A RED ...................................... 68 
3.5 ANÁLISIS AMBIENTAL ............................................................................ 69 
3.5.1 EMISIONES DE GEI EN COLOMBIA Y BOYACÁ. ............................ 71 
3.5.2 HUELLA DE CARBONO .................................................................... 74 
 
 
 
 
3.6 ANÁLISIS ECONÓMICO .......................................................................... 76 
3.6.2 INCENTIVOS TRIBUTARIOS ............................................................ 77 
3.6.3 BONOS DE CARBONO ..................................................................... 78 
3.6.4 RETORNO DE LA INVERSIÓN ......................................................... 79 
3.6.5 COBERTURA TOTAL DE LA DEMANDA .......................................... 80 
3.7 ANÁLISIS SOCIAL .................................................................................... 81 
3.7.1 INVESTIGACIÓN ............................................................................... 81 
3.7.3 OBSERVATORIO SOLAR.................................................................. 82 
3.7.4 SOSTENIBILIDAD .............................................................................. 84 
 
4. CONCLUSIONES ............................................................................................ 85 
 
5. RECOMENDACIONES ................................................................................... 87 
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 88 
ANEXOS ................................................................................................................ 91 
 
 
LISTA DE TABLAS 
 
pág. 
 
Tabla 1: Participación por tecnología en la matriz energética. ............................... 28 
Tabla 2: Valores totales mensuales de brillo solar en los últimos años. ................ 35 
Tabla 3: Máximos, medios y mínimos mensuales de brillo solar. .......................... 35 
Tabla 4: Historial promedio de diario de brillo solar. .............................................. 36 
Tabla 5: Historial promedio diario de Radiación Global de los últimos años. ......... 38 
Tabla 6: Cotización de paneles solares ................................................................. 45 
Tabla 7: Cotización de inversores de corriente ...................................................... 46 
Tabla 8: Cotización de contadores. ........................................................................ 46 
Tabla 9: Cotizaciones restantes. ............................................................................ 47 
Tabla 10: Consumo energético anual de la UPTC. ................................................ 48 
Tabla 11: Consumo de energía anual Sede Central Tunja. ................................... 48 
Tabla 12: Valores promedios cotizados. ................................................................ 65 
Tabla 13: Costos y cantidades aproximados cotizados edificio Centro de 
Laboratorios. .......................................................................................................... 66 
Tabla 14: Costos y cantidades aproximadas cotizados edificio de aulas Hunza. .. 66 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRACIONES 
 
pág. 
 
Ilustración 1: Energía radiada por el Sol a la tierra. ............................................... 22 
Ilustración 2: Objetivos de Desarrollo Sostenible. .................................................. 24 
Ilustración 3: Heliógrafo de Campbell-Stokes ........................................................ 25 
Ilustración 4: Granja fotovoltaica de Yumbo........................................................... 30 
Ilustración 5: Paneles solares Plaza de Las Américas. .......................................... 30 
Ilustración 6: Universidad Autónoma de Occidente. .............................................. 31 
Ilustración 7: Éxito Panorama ................................................................................ 31 
Ilustración 8: Mapa de radiación solar en Colombia. ............................................. 32 
Ilustración 9: Formula de cobro. ............................................................................. 49 
Ilustración 10: Ejemplo de sistema autónomo de corriente continua. .................... 51 
Ilustración 11: Ejemplo de conexión autónoma...................................................... 52 
Ilustración 12: Ejemplo de conexión de Autoconsumo. .......................................... 53 
Ilustración 13: Ejemplo de sistema de generación solar fotovoltaica. .................... 54 
Ilustración 14: Imagen 3D Edificio de Aulas Hunza. .............................................. 55 
Ilustración 15: Vista 3D de paneles en Aulas Hunza. ............................................ 56 
Ilustración 16: Plano de distribución de paneles Aulas Hunza ............................... 56 
Ilustración 17: Imagen 3D Edificio Centro de Laboratorios .................................... 57 
Ilustración 18: Vista 3D de paneles en Centro de Laboratorios 1. ......................... 58 
Ilustración 19: Vista 3D de paneles en Centro de Laboratorios 2. ......................... 58 
Ilustración 20: Plano de distribución de paneles en Centro de Laboratorios. ........ 59 
Ilustración 21: Panel solar monocristalino .............................................................. 61 
Ilustración 22: Inversor Huawei. ............................................................................. 62 
Ilustración 23: Contador ISKRA ............................................................................. 63 
Ilustración 24: Estructura de soporte en riel. .......................................................... 64 
Ilustración 25: Accesorios fotovoltaicos. ................................................................ 65 
Ilustración 26: Observatorio Solar. ......................................................................... 83 
Ilustración 27: Observatorio solar en Centro de Laboratorios. ............................... 84 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 LISTA DE GRAFICAS 
 
pág. 
 
Grafica 1: Participación por tecnología en la matriz eléctrica................................. 29 
Grafica 2: Participación de Renovables a nivel Global .......................................... 29 
Grafica 3: Promedio mensual de radiación global en Tunja. .................................. 33 
Grafica 4: Promedio mensual de Brillo solar en Tunja. .......................................... 33 
Grafica 5: Brillo solar en la ciudad de Tunja durante los últimos 33 años. ............. 36 
Grafica 6: Radiación solar en Tunja durante los últimos 25 años. ......................... 37 
Grafica 7: Temperatura en Tunja durante los últimos 50 años. ............................. 39 
Grafica 8: Temperatura en Tunja durante los últimos 50 años. ............................. 39 
Grafica 9: Promedio multianual de precipitaciones en Tunja durante los últimos 50 
años. ...................................................................................................................... 40 
Grafica 10: Humedad relativa en Tunja durante los últimos 50 años. .................... 41 
Grafica 11: Evaporación en Tunja durante los últimos 50 años. ............................ 42 
Grafica 12: Máximas velocidades del viento en Tunja ........................................... 43 
Grafica 13: Velocidad del viento en Tunja durante los últimos 45 años. ................ 43 
Grafica 14: Consumo de energía anual UPTC....................................................... 48 
Grafica 15: Consumo de energía Sede Central ..................................................... 50 
Grafica 16: Valor pagado por la Sede Central ....................................................... 50 
Grafica 17: Cobertura de la demanda. ................................................................... 67 
Grafica 18: Compromiso de reducción de emisiones GEI de Colombia. ............... 69 
Grafica 19: Emisiones GEI por sector económico de Colombia 2012. ................... 70 
Grafica 20: Evolución histórica de emisiones GEI en MTon CO2eq en industrias de 
la energía. .............................................................................................................. 70 
Grafica 21: Historial de emisiones GEI de Colombia. ............................................ 72 
Grafica 22: Emisiones netas de GEI por departamento. ........................................ 73 
Grafica 23: Emisiones por departamento de GEI en el sector de minas y energía.
 ............................................................................................................................... 73 
Grafica 24: Emisiones de CO2e por kWh de energía generada. ........................... 75 
Grafica 25: Evolución comparativa financiera. ....................................................... 79 
Grafica 26: Producción de energía solar para la cobertura total. ........................... 80 
Grafica 27: Distribución de la energía solar generada. .......................................... 81 
Grafica 28: Gasto en investigación y desarrollo (% del PIB) .................................. 82 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ANEXOS 
 
pág. 
 
Anexo A. DATOS METEOROLÓGICOS DEL IDEAM................................................ 
Anexo B. PLANOS DE DISTRIBUCIÓN DE PANELES ............................................. 
Anexo C. FICHAS TECNICAS DE LOS EQUIPOS SELECCIONADOS .................... 
Anexo D. COTIZACIÓN HELIOTERMICA S.A.S. ...................................................... 
Anexo E. CUADRO FINANCIERO DEL RETORNO DE LA INVERSIÓN. ................. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMEN 
 
 
En este proyecto se realizó una evaluación de las condiciones para la 
implementación de un sistema de energía solar fotovoltaica, determinando las 
necesidades energéticas actuales y la disponibilidad del recurso solar, como fuente 
renovable de energía, disponible en la Sede Central de la Universidad Pedagógica 
y Tecnológica de Colombia, para la cual se analizaron factores económicos, 
sociales y ambientales de la implementación de energía solar fotovoltaica con 
respecto a la energía convencional. 
En primera instancia se buscó la información necesaria para establecer la demanda 
energética de la sede central a partir de facturas que correspondieran a la misma, 
obteniendo también el valor pagado; de igual forma se recolectó información 
meteorológica del lugar a partir de la estación meteorológica del Instituto de 
Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM, aportando datos 
históricos del lugar. 
Se procedió a realizar un estudio de mercado de los elementos necesarios para la 
implementación de las dos edificaciones, determinando el potencial instalado y el 
presupuesto de la implementación. 
Finalmente se analizaron los factores ambientales, sociales y económicos, como 
reducción de emisiones, bonos de carbono, investigación, sostenibilidad, incentivos, 
retorno de la inversión y cobertura de la demanda. 
Palabras clave: Energía solar, Fotovoltaica, Desarrollo sostenible, Ambiental, 
Demanda energética, Emisiones reducidas. 
 
 
 
15 
 
INTRODUCCIÓN 
 
El presente proyecto tiene por objetivo principal mostrar el desarrollo de la energía 
solar fotovoltaica en Colombia, así como los factores técnicos asociados para una 
instalación solar en la Sede Central de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de 
Colombia, indagando sobre las oportunidades, características y limitaciones que 
presenta la generación de energía para autoconsumo en nuestro país. 
La Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, como centro de 
investigación, innovación y cultural de la región, es el principal llamado a ser pionero 
y líder sobre la implementación de tecnologías limpias como la energía solar 
fotovoltaica, de la que habla este trabajo; para el cual se realizó una investigación 
que incluye factores como el consumo de energía eléctrica de la Universidad, el 
comportamiento climatológico, un estudio de mercado, una proyección de la 
capacidad de generación piloto de dos edificios para su aporte al consumo general 
y las implicaciones económicas, sociales y ambientales de relevancia. 
Este proyecto pretende establecer la posibilidad de generar energía limpia y 
renovable en un entorno urbano como el de la UPTC, y para ello la tecnología de la 
energía solar fotovoltaica se adapta cómodamente a los espacios de la Universidad 
en la cual se plantea instalar el sistema; además de que en su fase de operación no 
genera emisiones, el uso del Sol como fuente de energía es fundamental para lograr 
la independencia energética, encaminada a facilitar la reducción del consumo 
masivo de los combustibles fósiles. Combustibles como el carbón, son utilizados por 
las termoeléctricas de donde viene parte de la electricidad que utilizamos 
normalmente en nuestras casas y lugares de trabajo, y aunque su producción es 
masiva y de bajo costo económico, así mismo genera graves impactos ambientales 
de los cuales se tendrá como referencia la emisión de dióxido de carbono, éste 
último mundialmente establecido para la cuantificación ambiental de la huella de 
carbono. Los aspectos económicos son comparados directamente con la 
información obtenida de la demanda energética de la Universidad, logrando así una 
aproximación más exacta de las implicaciones económicas y sociales del proyecto, 
siguiendo las normativas y regulaciones establecidas en Colombia, a las cuales se 
pude acceder a beneficios y obligaciones para la implementación de las energías 
renovables. 
 
 
 
 
16 
 
1. GENERALIDADES 
 
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
La energía es un servicio indispensable para casi cualquier actividad que el ser 
humano globalizado desee realizar, su dependencia es tal que no se podría 
movilizar, trabajar, estudiar o realizar actividades nocturnas sin la presencia implícita 
de ella, inclusive, hablando más generalmente, es indispensable para cualquier 
sistema vivo o inerte en la naturaleza. Hoy en día, las fuentes convencionales de 
energía suplen las necesidades energéticas para el normal desarrollo de las 
actividades del ser humano, sin embargo, históricamente la humanidad ha 
atravesado épocas en las que se hace indispensable un cambio global de sus 
fuentes energéticas, y al parecer, se está entrando en una de esas eras, en las que 
surge en el quehacer humano una relativamente nueva fuente de energía: la 
renovable y limpia. 
Si los cambios anteriores fueron impulsados por la eficiencia y la eficacia puramente 
energética, ahora el impulso es con tendencia más humana: hacia el cambio por 
fuentes de energía amigables con el entorno. En cada rincón del planeta se toma 
conciencia de aportar un grano de arena para llegar a tal cambio, algunos en mayor 
medida, otros en menor. Sin duda, las instituciones universitarias se caracterizan 
por ser pioneras del cambio y la generación y apropiación del conocimiento para el 
bienestar de la sociedad. Es por ello que el presente proyecto pretende abrir un 
camino más hacia el cambio energético en nuestro entorno inmediato como lo es el 
campus universitario. Actualmente la UPTC se suple energéticamente por la 
conexión a la red de servicios públicos, la cual nos proporciona la energía 
proveniente de fuentes convencionales el Sistema Interconectado Nacional (SIN), 
el cual a su vez basa su generación eléctrica en las plantas hidroeléctricasy 
termoeléctricas que año tras año aumentan en demanda y en generación, por lo 
que la presente propuesta busca establecer la viabilidad económica, técnica y 
ambiental en la Universidad para el cambio hacia energías limpias, específicamente 
la energía solar fotovoltaica, y de esta manera ir contribuyendo a la proyección 
global de cambio hacia la conservación del medio ambiente. 
Por otra parte, el país ha sido testigo de los factores ambientales como las 
temporadas de bajas lluvias que afectan la producción energética de las 
hidroeléctricas, siendo este el gran factor de la reducción de generación energética 
teniendo que acudir al sistema de respaldo como son las termoeléctricas a base de 
carbón y gas, las cuales generan un efecto adverso a la salud y al ambiente debido 
a que en la combustión que ocurre en los procesos termoeléctricos genera dióxido 
de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), dióxido de 
carbono (CO2) y partículas, que pueden contener metales, (CRISTINA LOPEZ 
 
 
17 
 
LOPEZ, 2007) junto con otros impactos ambientales. Actualmente las generadoras 
a base de carbón, ACPM, gas y otros hidrocarburos están aportando un 26% de la 
producción nacional de electricidad, mientras la producción de fuentes renovables 
no convencionales como la solar está en 3%; las recientes licencias ambientales 
otorgadas por la ANLA, obedecen al plan del gobierno nacional cuyo objetivo es 
elevar a por lo menos el 10% la participación de Energías Renovables No 
Convencionales sobre el total de generación eléctrica. (ANLA, 2019) 
El potencial de la energía solar está disponible en cualquier región del planeta y el 
estar sobre el trópico del Ecuador hace de Colombia un país privilegiado para la 
implementación de la energía solar, su versatilidad en la implementación en áreas 
urbanas, el bajo impacto ambiental y las constantes innovaciones tecnológicas 
hacen de este recurso energético el mejor candidato como energía del presente y 
del futuro , y uno de los más atractivos en el ámbito universitario para la apropiación 
del conocimiento y la investigación. 
 
 
 
 
18 
 
1.2 OBJETIVOS 
 
1.2.1 OBJETIVO GENERAL 
 
Analizar la implementación de la energía solar fotovoltaica en la Sede Central de la 
UPTC. 
 
1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 
 Cuantificar las demandas de consumo de energía eléctrica de la Sede Central. 
 
 Determinar el potencial fotovoltaico del edificio. 
 
 Analizar los factores ambientales y sociales de la implementación. 
 
 Analizar los costos asociados de la de la energía solar con respecto a la energía 
convencional. 
 
 
 
19 
 
1.3 ALCANCE Y LIMITACIONES 
 
La Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia “UPTC”, cuenta dentro del 
campus con cuarenta y dos edificios de usos académicos y sedes administrativas, 
por lo cual este trabajo será dirigido de forma piloto para el análisis del edificio de 
Aulas Hunza y el Centro de Laboratorios de la Sede Central en Tunja; pudiéndose 
extender hacia otras edificaciones y sedes en proyectos posteriores. 
Las limitaciones estarán demarcadas por: 
 Localización y espacio: Debido a que se tendrá como piloto el edificio de Aulas 
Hunza y el Centro de Laboratorios, se deben tener en cuenta las limitantes de 
superficie de la edificación para la generación de energía del proyecto así como 
las condiciones únicas de su localización. 
El área disponible del edificio es la limitante geo-posicional para la ubicación de 
los paneles solares. 
Las condiciones climáticas de la ciudad de Tunja serán las limitantes del potencial 
de absorción de la energía solar. 
 Información: Las limitaciones estarán demarcadas por la información de 
consumos y valor de la energía actual a este trabajo, y la aplicación de la 
tecnología de energía solar fotovoltaica como energía renovable. 
La empresa de energía de Boyacá (EBSA) será la empresa comparativa como 
convencional, al ser proveedor de la energía de la Universidad. 
La información meteorológica aportada por parte de la estación meteorológica 
ubicada en la UPTC. 
 Tecnológicas: La Universidad no cuenta con un centro de laboratorios certificado 
con los instrumentos necesarios que permita realizar el análisis de datos in situ 
para la realización del proyecto. 
El proyecto está diseñado para instalaciones de autoconsumo sin el uso de 
baterías y solo considera el uso de paneles de silicio estandarizados; los cuales 
estarían fijos y no se consideran dispositivos que permiten seguir la posición del 
sol. 
 Legal: Este trabajo contempla las regulaciones exigidas por los entes de control, 
por lo que el edificio deberá cumplir con dichos requerimientos. 
Por lo tanto su estado actual y ejecución es responsabilidad y criterio de la 
Universidad, no del autor. Se contempla solo el diseño de la instalación sin su 
construcción. 
 
 
20 
 
1.4 JUSTIFICACIÓN 
Las energías renovables son un tema en auge dentro de la institución y en la 
sociedad colombiana, instituciones universitarias como la Universidad Autónoma de 
Occidente son pioneras en la implementación de un campus sostenible con energía 
solar fotovoltaica, en donde también se motiva el desarrollo de proyectos de 
investigación en beneficio del medio ambiente como el tema de los biocombustibles, 
la eficiencia y el ahorro de energía y la calidad de aire local. (UAO, 2017) 
Aun así a la fecha de este proyecto no se ha implementado dentro de la UPTC 
construcciones con esta tecnología, las razones pueden ser diversas entre ellas la 
falta de conocimientos técnicos, insuficiencia de recursos inmediatos, falta de 
planeación, entre otros; por este motivo este trabajo quiere proporcionar las 
herramientas para evaluar la implementación de la energía solar fotovoltaica para 
suplir parcialmente el consumo actual de la universidad, dando a conocer su 
viabilidad económica y su impacto social y ambiental para la comunidad upetecista. 
La preocupación cada vez mayor de la población mundial debido al efecto adverso 
que ocasionan las energías convencionales al medio ambiente, y los elevados 
costos de las energías basadas en los hidrocarburos han fomentado el interés por 
desarrollar fuentes de energía que sean limpias y renovables. (Centre Unesco de 
Catalunya, 2004) 
Debido al aumento constante de la demanda en los países más desarrollados y la 
necesidad de suministrar servicios energéticos básicos a los menos desarrollados, 
factores que apoyados por los adelantos tecnológicos que han experimentado estas 
fuentes de energía, han impulsado su uso en todo el planeta. (Ambriz García, 2008) 
Este trabajo plantea contribuir directamente con la prosperidad del conocimiento e 
innovación tecnológica de la Universidad sumado a la reducción de emisiones 
contaminantes por medio de energías capaces de generar un cambio en la 
sociedad. 
Las energías alternativas son un tema poco abordado dentro de la institución, a la 
fecha de este proyecto no existe una aplicación de suministro de otras fuentes de 
energía, incluso en la construcción de las nuevas edificaciones de aulas y 
laboratorios. Este trabajo plantea contribuir directamente con la prosperidad del 
conocimiento e innovación tecnológica sumado a contrarrestar el efecto adverso 
que ocasionan las energías convencionales al medio ambiente, y los elevados 
costos de las energías basadas en los hidrocarburos, los cuales han fomentado el 
interés por desarrollar fuentes de energía que sean limpias y renovables capaces 
de generar un cambio en la sociedad. 
 
 
 
21 
 
2. MARCO TEÓRICO 
 
 
La energía solar fotovoltaica cada vez se hace más presente en Colombia, y para 
desarrollar un proyecto de generación energética es de vital importancia establecer 
los conceptos y criterios teóricos necesarios para la producción y aprovechamiento 
de la energía solar fotovoltaica así como las implicaciones y beneficios en términos 
económicos, sociales y ambientales. 
Las normas que rigen la generación energética en Colombia, las técnicascomerciales de retorno de la inversión, el análisis de los datos meteorológicos, los 
aspectos sociales y ambientales, los diferentes tipos de materiales y equipos 
necesarios, los conceptos de consumo, producción y el dimensionamiento del 
sistema; serán los ejes principales en los que se basara este capítulo. 
 
2.1 MARCO CONCEPTUAL 
Son muchos los términos que abarcan la construcción de un proyecto de energía 
solar fotovoltaica algunos de ellos pueden ser términos generales y de conocimiento 
común, pero por su importancia para el proyecto es necesario mencionarlos en este 
capítulo. Los términos y conceptos pueden tener diferentes definiciones, por lo tanto 
para entender mejor su relación, los conceptos de este trabajo fueron consultados 
en fuentes gubernamentales, entidades internacionales y autores reconocidos en el 
área de energías tanto convencionales como alternativas con el fin de dar una 
información acorde y veras sobre el tema de estudio. 
- El Sol: El Sol es la estrella más próxima a la tierra y es nuestra fuente 
energética, tienen una distancia media de 149.5 millones de kilómetros; está 
formado por hidrógeno en 90%, helio en 7% y otros componentes. Nuestra 
fuente energética procede de la fusión nuclear que produce su interior como 
consecuencia de sus componentes. La materia se convierte en energía en 
forma de radiación electromagnética. (LOPEZ I. , 2013) 
 
- Radiación solar: La radiación solar es la energía emitida por el Sol, que se 
propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas 
electromagnéticas. Esa energía es el motor que determina la dinámica de los 
procesos atmosféricos y el clima. La energía procedente del Sol es radiación 
electromagnética proporcionada por las reacciones del hidrógeno en el 
núcleo del Sol por fusión nuclear y emitida por la superficie solar. (IDEAM, 
s.f.) 
 
 
 
22 
 
Ilustración 1: Energía radiada por el Sol a la tierra. 
 
Fuente: ENVIV4.5. IDEAM. 
 
- Energía: La energía es la capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para 
efectuar un trabajo. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro 
produce fenómenos físicos que no son otra cosa que manifestaciones de 
alguna transformación de la energía y la capacidad de un cuerpo o sistema 
para realizar un trabajo. La unidad oficial de la energía según el Sistema 
Internacional de Unidades (SI) es el julio (J), sin embargo, por conveniencia 
técnica el kilowatt-hora (kWh) está bastante propagado como unidad en el 
sector industrial. (SECRETARIA DE ENERGIA , 2015) 
 
- Consumo de energía: Potencia eléctrica utilizada por toda o por una parte de 
una instalación de utilización durante un período determinado de tiempo. 
(SECRETARIA DE ENERGIA , 2015) 
 
- Energía solar fotovoltaica: La energía fotovoltaica es la transformación 
directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce 
en dispositivos denominados paneles fotovoltaicos; en los cuales, la 
radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor 
generando una pequeña diferencia de potencial. La conexión en serie de 
estos dispositivos permite obtener diferencias de potencial mayores. (APPA, 
s.f.) 
 
- Principio fotovoltaico: Las células solares están constituidas por materiales 
semiconductores, principalmente silicio, y son elementos que transforman 
directamente parte de la energía solar que reciben en energía eléctrica. Los 
electrones de valencia del material semiconductor de la célula, que están 
ligados débilmente al núcleo de sus átomos, son arrancados por la energía 
 
 
23 
 
de los fotones de la radiación solar que inciden sobre ella. Este fenómeno 
se denomina efecto fotovoltaico. (Lamaison, 2004) 
 
- Constante solar: Este valor da una idea de los valores que se registran en el 
tope de la atmosfera y de los que finalmente llagan a la superficie de la Tierra 
durante el día. La constante tiene un valor aproximado de lo =1367 W/m2. 
(IDEAM, 2017) 
 
- Edificio sostenible: un edificio sostenible es una estructura (de cualquier tipo) 
que es eficiente en los recursos que emplea, saludable y productiva para sus 
ocupantes, maximiza el retorno sobre la inversión en su ciclo de vida, y a 
través de su eficiencia, produce una ligera huella en el planeta. (RAMIREZ 
ZARZOSA) 
 
- Eficiencia energética: la reducción del consumo de energía manteniendo los 
mismos servicios energéticos, sin disminuir la calidad de vida, protegiendo el 
medio ambiente, asegurando el abastecimiento y fomentando un 
comportamiento sostenible en su uso. (ANESCO CHILE, s.f.) 
 
- Capacidad de generación: Máxima carga que un sistema de generación 
puede alimentar, bajo condiciones establecidas, por un período de tiempo 
dado. (SECRETARIA DE ENERGIA , 2015) 
 
- Generación distribuida: Es la generación de energía eléctrica mediante 
instalaciones mucho más pequeñas que las centrales convencionales y 
situadas en las proximidades de las cargas. (CREG, 2009) 
 
- Desarrollo Sostenible: Aquel desarrollo la satisfacción de las necesidades de 
la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones 
futuras para satisfacer sus propias necesidades. (ONU, s.f.) 
 
 
 
24 
 
Ilustración 2: Objetivos de Desarrollo Sostenible. 
 
Fuente: https://i2.wp.com/www.un.org/sustainabledevelopment/es/wp-
content/uploads/sites/3/2016/08/spanish_SDG_17goals_poster_all_languages_with_UN_emblem.p
ng?fit=730%2C450&ssl=1 
 
- Carga promedio: Carga hipotética constante que en un período dado 
consumiría la misma cantidad de energía que la carga real en el mismo 
tiempo. (SECRETARIA DE ENERGIA , 2015) 
 
- Demanda eléctrica: Requerimiento instantáneo a un sistema eléctrico de 
potencia, normalmente expresado en mega watts (MW) o kilowatts (kW). 
(SECRETARIA DE ENERGIA , 2015) 
 
- Smart Grid / Red Inteligente: Consiste en sistemas de automatización en 
todos los niveles de la red asociados a sistemas informáticos específicos, y 
que posibilita una operación automática frente a incidencias en la red, de 
modo que el sistema sea capaz de reconfigurarse por sí mismo, recuperando 
el servicio en un corto espacio de tiempo, o incluso llevar a cabo labores de 
mantenimiento preventivo, además de permitir a la Distribuidora una 
optimización en la operación diaria de sus redes. (Ecointeligencia, 2014) 
 
- Heliógrafo: Aparato para medir la insolación, consiste en una esfera de vidrio 
que actúa como una lente convergente en cualquier dirección que reciba los 
rayos solares. El foco se va a formar sobre una banda estrecha de cartulina 
arrollada concéntricamente con la esfera. (ASOCIACION 
METEOROLOGICA ESPAÑOLA, 2010) 
 
 
 
25 
 
Ilustración 3: Heliógrafo de Campbell-Stokes 
 
FUENTE: FOTOMETEO. 
- El Retorno sobre la Inversión (ROI): El ROI es un indicador que permite 
saber cuánto dinero una organización perdió o ganó con las inversiones 
hechas, por lo que es posible planificar metas de ganancia de acuerdo a su 
rendimiento en el tiempo durante la vida útil del sistema. Es una razón que 
relaciona el ingreso generado por un centro de inversión a los recursos (o 
base de activos) usados para generar ese ingreso. La fórmula usada es: 
𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 =
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛
[(𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑘𝑊 ∗ 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎ℎ𝑜𝑟𝑟𝑎𝑑𝑎) − (𝑀𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜)]
 
- Mercado de carbono: Uno de los mecanismos que se han definido para la 
reducción de los Gases Efecto Invernadero (GEI) es el mercado de carbono. 
En este mercado, la "moneda" de canje es el CO2 equivalente, ya que es el 
GEI más abundante en la atmósfera y facilita los procesos de conteo. 
Mercado de carbono se refiere a la compra y venta de créditos que 
representan la captura o emisión evitada de una tonelada métrica (t) de 
dióxido de carbono equivalente (t CO2e). (MIN AMBIENTE, 2019) 
 
- Bonos de Carbono y Certificados de Emisiones Reducidas (CER): Las 
emisiones de GEI se miden en toneladas de CO2 equivalente, y en este 
sistema se traducen en bonos de carbono. Un bono de carbonose convierte 
en un Certificado de Emisiones Reducidas (CER) y por lo tanto, un CER 
equivale a una tonelada de CO2 que se deja de emitir a la atmósfera. Los 
bonos de carbono pueden ser vendidos a países del Anexo I del Protocolo 
de Kioto, es decir, a todos los países industrializados. Pueden ser adquiridos 
por individuos y empresas interesadas en la reducción de su huella de 
 
 
26 
 
carbono, ya sea voluntariamente o en cumplimiento de sus compromisos de 
reducción de emisiones. (Fundación Bioplanet, 2018) 
 
Dentro del marco de la ley 1715 de 2014, en relación con el Artículo 5° 
DEFINICIONES1. Se estipulan los siguientes conceptos: 
 
- Autogeneración: Aquella actividad realizada por personas naturales o 
jurídicas que producen energía eléctrica principalmente, para atender sus 
propias necesidades. En el evento en que se generen excedentes de energía 
eléctrica a partir de tal actividad, estos podrán entregarse a la red, en los 
términos que establezca la Comisión de Regulación de Energía y Gas 
(CREG) para tal fin. 
 
- Energía solar: Energía obtenida a partir de aquella fuente no convencional 
de energía renovable que consiste de la radiación electromagnética 
proveniente del sol. 
 
- Fuentes convencionales de energía: Son aquellos recursos de energía que 
son utilizados de forma intensiva y ampliamente comercializados en el país. 
 
- Fuentes no convencionales de energía (FNCE): Son aquellos recursos de 
energía disponibles a nivel mundial que son ambientalmente sostenibles, 
pero que en el país no son empleadas o son utilizadas de manera marginal 
y no se comercializan ampliamente. Se consideran FNCE la energía nuclear 
o atómica y las FNCER. Otras fuentes podrán ser consideradas como FNCE 
según lo determine la UPME. 
 
- Fuentes no convencionales de energía renovable (FNCER): Son aquellos 
recursos de energía renovable disponibles a nivel mundial que son 
ambientalmente sostenibles, pero que en el país no son empleadas o son 
utilizadas de manera marginal y no se comercializan ampliamente. Se 
consideran FNCER la biomasa, los pequeños aprovechamientos 
hidroeléctricos, la eólica, la geotérmica, la solar y los mares. Otras fuentes 
podrán ser consideradas como FNCER según lo determine la UPME. 
 
2.2 ESTADO DEL ARTE 
 
La implementación de la energía solar fotovoltaica en Colombia se originó de forma 
reducida, los primeros que la implementaron venían de países donde su uso estaba 
más comercializado y ante las deficiencias energéticas y dificultades de acceder a 
 
1 Congreso de la República de Colombia, Ley 1715 de 2014. Por medio de la cual se regula la 
integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional. Bogotá. 
2014. 
 
 
27 
 
la red eléctrica del sistema interconectado nacional, la energía solar siempre fue la 
mejor opción; desde ese tiempo ya han pasado varias décadas y aunque en el país 
no se tiene una generación relevante, las nuevas tecnologías, la apertura de nuevos 
mercados y el cuidado por el ambiente vienen siendo los factores que impulsan su 
implementación. 
Colombia se encuentra en una etapa embrionaria respecto a la implementación de 
energías renovables lo cual sugiere una estrategia de aprendizaje tal como lo 
señalan las bases del Plan Nacional de Desarrollo en trámite ante el Congreso. Sin 
embargo, para Colombia, existen aspectos que constituyen una motivación para el 
diseño de políticas orientadas a la creación de condiciones favorables a la 
penetración de las FNCE en el futuro: 
 Las potenciales amenazas del Cambio Climático sobre el comportamiento de 
los aportes hídricos del país y por ende sobre la energía firme de las plantas 
hidroeléctricas indica la conveniencia de una mayor diversificación de las 
fuentes de generación. Este aspecto resulta pertinente para las FNCE en la 
medida que la generación eólica sea complementaria a la generación 
hidroeléctrica, no solamente ante escenarios más críticos del Cambio 
Climático, sino bajo escenarios actuales del fenómeno El Niño. 
 El potencial de soluciones costo eficientes para las ZNI bajo escenarios de 
costos crecientes del petróleo. 
 El compromiso político del Estado Colombiano, de cooperar con la adopción 
de medidas que contribuyan a mitigar el Cambio Climático, lo cual implica 
mantener en lo posible su bajo nivel de emisiones. Ello permite: 
 Fortalecer la imagen de país verde. 
 Fortalecer y respaldar los compromisos del país en el campo de las 
medidas para enfrentar el Cambio Climático. 
 Articular al país a la corriente internacional en pro del desarrollo e 
introducción de las FNCE. 
 Introducir las ER gradualmente de acuerdo con los potenciales 
observados, los costos y beneficios. (CORPOEMA, 2010) 
 
2.2.1 USO ACTUAL DE LA ENERGÍA SOLAR (GRÁFICOS RESPECTO 
CARBÓN HIDRÁULICA ETC) 
Con el inicio de obras para el montaje de tres granjas solares a gran escala 
en el primer semestre del 2018, dos en el departamento del Cesar y una en 
el Magdalena Medio, el país afianza su camino para incorporar las energías 
 
 
28 
 
no renovables a la matriz del Sistema Interconectado Nacional (SIN) para 
garantizar su confiabilidad. 
Un dato del Instituto de Planificación y Promoción de Soluciones Energéticas 
para las Zonas No Interconectadas (IPSE), adscrito al Ministerio de Minas y 
Energía, señala que, del total de la energía consumida en el país, menos de 
3% es solar. (PORTAFOLIO, 2017) 
 
Tabla 1: Participación por tecnología en la matriz energética. 
Tecnología/Recurso Capacidad Efectiva Neta 
[MW] 
Capacidad Efectiva Neta 
[%] 
ACPM 1,248.0 7.41 
AGUA 11,725.6 69.64 
BAGAZO 130.7 0.78 
BIOGAS 4.0 0.02 
CARBON 1,369.0 8.13 
COMBUSTOLEO 314.0 1.86 
GAS 1,708.0 10.14 
JET-A1 46.0 0.27 
MEZCLA GAS – JET-A1 264.0 1.57 
RAD SOLAR 9.8 0.06 
VIENTO 18.4 0.11 
Total general 16,837.4 100.00% 
Fuente: UPME. 
 
 
 
29 
 
Grafica 1: Participación por tecnología en la matriz eléctrica. 
 
Fuente: UPME. 
 
Grafica 2: Participación de Renovables a nivel Global 
 
Fuente: Renewables Global Status Report. 
 
2.2.2 CASOS DE IMPLEMENTACIÓN EN COLOMBIA 
El proyecto Celsia Solar, ubicado en Yumbo (Valle del Cauca), les 
suministrará energía a 8.000 viviendas y contará con 35.000 paneles que 
evitarán la emisión de unas 6.600 toneladas de CO2 al año. Este se proyecta 
como el proyecto de energía solar más grande de Colombia. 
 
 
30 
 
El proyecto El Paso, ubicado en el departamento del Cesar, es el más 
reciente proyecto a gran escala que cuenta con licencia ambiental para 
generar 100MW con energía solar fotovoltaica. 
En el futuro cercano, la inversión sería de poco más US$200 millones para 
montar proyectos eólicos y solares, y así generar 1,5 gigavatios, en un plazo 
comprendido de cinco a 10 años. (ENEL, 2019) 
 
Ilustración 4: Granja fotovoltaica de Yumbo. 
 
Fuente: CELSIA. 
 
El centro comercial Plaza de Las Américas, es un referente ambiental en 
muchos aspectos, su planta de energía solar está en proyecto de ampliación 
y hasta ahora ha ganado diferentes distinciones de excelencia ambiental y 
de reducción de hulla de carbono por entidades como Icontec, LEED, 
FENALCO entre otros. (PLAZA DE LAS AMERICAS, 2019) 
 
 Ilustración 5: Paneles solares Plaza de Las Américas. 
 
Fuente: https://www.portafolio.co/files/article_main/uploads/2016/02/04/56b3d31cb55a7.jpeg 
 
 
 
31 
 
El campus sostenible de la Universidad Autónoma de Occidente debe su 
nombre a su compromiso con de buenas prácticas con el uso del agua y de 
la energía; en este último es pionero y de lejos el mejor en la implementación 
de energía solar fotovoltaica en instituciones educativas universitarias de 
Colombia. Cuenta con capacidad instalada de 400 kWp (kilovatios pico) a 
2017 disminuyendo la emisión de 80 Ton/CO2 al año. (UAO, 2017) 
 
Ilustración 6: Universidad Autónoma de Occidente. 
 
Fuente: https://campussostenible.org/wp-content/uploads/2017/01/7-1078x516.jpgCon una inversión de 2.000 millones de pesos, en el 2015 el grupo Éxito 
implemento la primera planta ubicada en el techo del Éxito Panorama, 
cuenta con 6.300 metros cuadrados, el techo solar más grande de Colombia 
hasta el momento. Suministra el 24% del consumo diario del almacén 
reduciendo la emisión de 130 Ton/CO2 al año. (EL COLOMBIANO, 2015) 
 
Ilustración 7: Éxito Panorama 
 
Fuente: https://www.hybrytec.com/wp-content/uploads/2019/03/Foto-Web-Exito.jpg 
 
 
 
32 
 
2.2.3 MAPA DE RADIACIÓN SOLAR EN COLOMBIA 
 
De acuerdo con la versión del 2017 del Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta 
y Ozono de Colombia, la actualización de los datos de las estaciones 
meteorológicas y el trabajo investigativo del IDEAM, dan como resultado la 
distribución de la radiación solar global en el siguiente mapa de Colombia. 
 
Ilustración 8: Mapa de radiación solar en Colombia. 
 
Fuente: Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia. IDEAM 
 
 
 
33 
 
2.2.4 PROMEDIO DE RADIACIÓN SOLAR RECIBIDA EN TUNJA 
La radiación solar promedio de Colombia está cercana a 4,5 kWh/m2 por día, 
en la región Andina se estarían recibiendo cerca de 1643 kWh/m2/año. 
(IDEAM, 2005) 
En el atlas interactivo del IDEAM, se puede acceder a la información en 
donde reporta para Tunja durante un periodo de 33 años desde Enero de 
1979 a Julio de 2012, un promedio anual de 5,4 HORAS SOL. 
De igual modo la radiación solar global medida durante un periodo de 6 años 
desde Enero de 1995 a Diciembre de 2001, un promedio de 4657,4 Wh/m2 
por día. (IDEAM, s.f.) 
 
Grafica 3: Promedio mensual de radiación global en Tunja. 
 
Fuente: Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia. IDEAM 
 
Grafica 4: Promedio mensual de Brillo solar en Tunja. 
 
Fuente: Atlas de Radiación Solar, Ultravioleta y Ozono de Colombia. IDEAM 
 
 
 
 
34 
 
3. ANÁLISIS AMBIENTAL Y ECONÓMICO EN LA IMPLEMENTACIÓN DE UN 
SISTEMA FOTOVOLTAICO EN LA UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y 
TECNOLÓGICA DE COLOMBIA 
 
En este capítulo se tomaron en cuenta las variables meteorológicas en la ciudad de 
Tunja, donde se tiene una radiación promedio anual por encima de la media 
colombiana, lo cual constituye un factor favorable para implementar energía solar 
como alternativa a las fuentes convencionales; en este sentido a continuación se 
presenta el análisis realizado para establecer la viabilidad económica, financiera y 
técnica de un sistema fotovoltaico piloto para suplir o remplazar una parte del 
consumo total que tiene la Universidad actualmente. También se trató el impacto 
ambiental positivo que tendría lugar al implementar este sistema. 
Para llevar a cabo esta tarea, se empezó por realizar un análisis meteorológico 
basado en datos ya existentes en la literatura, luego se procedió a examinar el 
consumo actual de la Universidad, la viabilidad técnica para proponer un sistema 
fotovoltaico específicamente ubicado en los edificios de Aulas Hunza y el Centro de 
Laboratorios de la Sede Central, como sistema piloto. Los criterios que se tomaron 
en cuenta para escoger estos lugares fueron puramente de conveniencia para el 
presente trabajo por la disponibilidad de información básica necesaria. Finalmente, 
se analizó el impacto económico y ambiental del proyecto y sus efectos colaterales 
como la apropiación social del conocimiento y el fortalecimiento de la investigación 
en el tema de energías limpias en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de 
Colombia. 
 
3.1 DATOS METEOROLÓGICOS 
Mediante la estación meteorológica del IDEAM ubicada en Tunja dentro de las 
instalaciones de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia se pudieron 
recopilar y analizar los parámetros de temperatura ambiente, máxima, mínima y 
media; brillo solar; radiación solar; humedad relativa; precipitaciones; evaporación 
y velocidad del viento. A continuación se muestra cada uno de ellos. 
 
3.1.1 BRILLO SOLAR 
La estación del IDEAM ubicada en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de 
Colombia cuenta con un heliógrafo, el cual mide el parámetro de brillo solar 
expresado en horas. El brillo solar es un parámetro climático obtenido directamente 
del aparato de medición y es utilizado para obtener otros datos meteorológicos de 
forma indirecta como por ejemplo la radiación solar; como se mencionará más 
adelante, la radiación solar obtenida por el IDEAM para la ciudad de Tunja se calculó 
a partir del brillo solar por la fórmula de Ångström-Prescott. Determinar la fracción 
de luz solar de esta manera permitiría estimar la radiación solar diaria promedio a 
 
 
35 
 
partir del modelo de parámetro libre. La ventaja de este enfoque basado en el 
umbral evita la necesidad de un modelo atmosférico que intente inferir la radiación 
solar a partir de reflejos de nubes y tierra medidas por satélite. (Suehrcke, Ross, & 
Hollands, 2013) 
En la tabla 2 se presentan los datos de brillo solar del periodo entre Enero de 2007 
hasta Diciembre de 2017. 
 
Tabla 2: Valores totales mensuales de brillo solar en los últimos años. 
Fuente: IDEAM. 
 
En la tabla 3 se pueden observar los valores máximos, mínimos y medios 
mensuales del brillo solar y su promedio multianual. 
 
Tabla 3: Máximos, medios y mínimos mensuales de brillo solar. 
 
Fuente: IDEAM. 
 
Al hacer un análisis de los datos de brillo solar durante los últimos 33 años, se pudo 
observar que hay una ligera tendencia a la disminución de su valor como se puede 
visualizar en la gráfica 5, cuyos puntos fueron obtenidos promediando anualmente 
el valor diario del brillo solar. 
 
AÑO 2007-2017 ESTACION 24035130 UPTC
LATITUD 0533N TIPO EST CP DEPTO BOYACA 1962-FEB
LONGITUD 7321W ENTIDAD 1 IDEAM MUNICIPIO TUNJA
ELEVACION 2690m.s.n.m. REGIONAL 6 BOYACA-CASAN CORRIENTE CHULO
AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE VR ANUAL
2007 184,8 226 170,3 145,6 123,2 112,9 162,5 119,9 135,5 149,7 166 195,7 1892,1
2008 199,3 219,1 193,2 155,3 123,2 112,6 126,7 139,2 141,2 161,4 119,5 221,1 1911,8
2009 194,0 181,0 162,9 155,7 141,6 125,5 124,0 158,3 184,8 172,4 199,4 252,5 2052,1
2010 259,1 193,7 172,7 117,1 126,9 127,7 110,2 112,3 144,3 150,0 104,5 173,6 1792,1
2011 242,5 156,9 120,2 130,2 107,7 112,3 114,2 170,2 127,4 111,2 135,9 184,4 1713,1
2012 218,3 217,6 124,6 108,9 114,6 139,9 112,5 74,0 103,9 111,8 120,6 171,4 1618,1
2013 237,4 164,7 150,5 162,9 110,8 136,0 131,6 151,2 153,4 181,4 147,2 181,8 1908,9
2014 221,2 190,3 165,0 144,8 149,6 106,0 160,2 155,4 161,1 141,0 151,5 205,0 1951,1
2015 222,8 158,2 178,9 145,8 162,0 116,1 126,2 133,3 173,4 155,9 140,2 223,5 1936,3
2016 254 177,9 200,5 126,5 108,5 118,7 105,2 162,0 157,3 163,1 149,4 191,5 1914,6
2017 182,9 192,8 145,4 143,7 119,8 122,0 114,7 166,6 156,2 128,2 153,8 213,9 1840,0
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES
VALORES TOTALES MENSUALES DE BRILLO SOLAR (HORAS)
SISTEMA DE INFORMACION NACIONAL AMBIENTAL
FECHA-INSTALACION
FECHA-SUSPENSION
ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ANUAL
MAXIMOS 259,1 226,0 200,5 162,9 162,0 139,9 162,5 170,2 184,8 181,4 199,4 252,5 2052,1
MINIMOS 182,9 156,9 120,2 108,9 107,7 106,0 105,2 74,0 103,9 111,2 104,5 171,4 1618,1
MEDIOS 216,6 186,1 158,3 137,7 124,1 120,1 123,8 132,8 145,6 144,3 140,4 198,7 1859,0
 
 
36 
 
Grafica 5: Brillo solar en la ciudad de Tunja durante los últimos 33 años. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
En la tabla 4, de forma ilustrativa, se distribuyó el comportamiento del brillo solar a 
lo largo del año (promedio multianual). El color rojo representa los valores más altos 
de horas de brillo solar y el color verde los valores más bajos; se pudo entonces 
concluir que los meses de mayor brillo solar están entre diciembre y febrero, 
mientras que los meses menos soleados están entre mayo y agosto. 
 
Tabla 4: Historial promedio de diario de brillo solar. 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
AÑO 2007-2017ESTACION 24035130 UPTC
LATITUD 0533N TIPO EST CP DEPTO BOYACA 1962-FEB
LONGITUD 7321W ENTIDAD 1 IDEAM MUNICIPIO TUNJA
ELEVACION 2690m.s.n.m. REGIONAL 6 BOYACA-CASAN CORRIENTE CHULO
AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
2007 7,3 8,1 5,5 4,9 4,2 4,0 5,2 3,9 4,5 5,1 5,5 6,3
2008 6,4 7,6 6,2 5,2 4,0 3,8 4,1 4,5 4,7 5,2 4,3 7,1
2009 6,3 6,5 5,3 5,2 4,6 4,2 4,0 5,1 6,2 5,6 6,6 8,1
2010 8,4 6,9 5,6 3,9 4,1 4,3 3,6 3,6 4,8 4,8 3,5 5,6
2011 7,8 5,6 3,9 4,3 3,5 4,0 3,7 5,5 4,2 3,6 4,5 5,9
2012 7,0 7,5 4,0 3,6 3,7 4,7 3,8 3,2 5,2 5,1 6,0 7,5
2013 7,9 6,1 4,9 5,4 3,6 4,5 4,4 5,0 5,3 5,9 4,9 6,3
2014 7,1 6,8 5,7 4,8 4,8 3,5 5,2 5,4 5,4 4,5 5,1 6,6
2015 7,2 5,7 5,8 4,9 5,2 3,9 4,1 4,3 5,8 5,0 4,7 7,2
2016 8,2 6,1 6,5 4,2 3,5 4,0 3,6 5,2 5,2 5,3 5,0 6,2
2017 5,9 6,9 4,7 4,8 3,9 4,1 3,7 5,4 5,2 4,1 5,1 6,9
SISTEMA DE INFORMACION NACIONAL AMBIENTAL
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES
VALORES TOTALES DIARIOS DE BRILLO SOLAR (HORAS)
FECHA-INSTALACION
FECHA-SUSPENSION
 
 
37 
 
Este panorama permitió dar a entender el comportamiento aproximado que tendría 
el sistema fotovoltaico, pues el brillo solar está directamente relacionado con la 
radiación solar y esta a su vez con la producción energética de la energía 
fotovoltaica. 
 
3.1.2 RADIACIÓN SOLAR GLOBAL 
La radiación global integra la radiación directa y difusa del Sol y es la medida base 
para establecer la producción energética del campo fotovoltaico. 
La grafica 6 muestra el comportamiento de la radiación solar obtenida a partir de los 
datos de brillo solar por la ecuación de Ångström-Prescott, según los cálculos del 
IDEAM; (Bakirci, 2009) este método representa menores dispersiones significativas 
y está dentro de los más citados en la comunidad científica. Como se puede 
observar, durante los últimos 25 años ha habido una leve tendencia al aumento de 
los valores medios de la radiación. 
 
Grafica 6: Radiación solar en Tunja durante los últimos 25 años. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
 
38 
 
Tabla 5: Historial promedio diario de Radiación Global de los últimos años. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
En la tabla 5, al igual que en la tabla 4, se distribuyó el comportamiento de la 
radiación solar en los meses del año. 
 
3.1.3 TEMPERATURA 
La temperatura es un factor que influye sobre el rendimiento de las celdas solares, 
entre más alta la temperatura de la celda solar, más bajo es su rendimiento, por lo 
tanto la temperatura del medio en el cual se instalan los paneles solares influye de 
alguna manera en la producción energética de los mismos. En este sentido la 
temperatura media de Tunja juega a favor de los sistemas fotovoltaicos ya que se 
encuentra alrededor de los 13°C, por debajo de la temperatura de laboratorio, 25°C, 
con la cual se caracterizan la mayoría de los paneles solares en el mercado, y la 
cual es tomada como referencia para indicar su potencia pico. 
En las gráficas 7 y 8, elaboradas a partir de los datos del IDEAM, se observó el 
comportamiento de la temperatura mínima, máxima (grafica 8) y promedio de Tunja 
durante los últimos 50 años. Se podría a afirmar que su comportamiento es similar 
al comportamiento de la temperatura media global (en sus debidas proporciones) 
hecha por diferentes fuentes de la comunidad científica en donde se muestra un 
aumento en alrededor de medio grado durante este mismo periodo de tiempo. 
 
AÑO 2007-2017 ESTACION 24035130 UPTC
LATITUD 0533N TIPO EST CP DEPTO BOYACA 1962-FEB
LONGITUD 7321W ENTIDAD 1 IDEAM MUNICIPIO TUNJA
ELEVACION 2690m.s.n.m. REGIONAL 6 BOYACA-CASAN CORRIENTE CHULO
AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
2007 177,77 179,55 172,06 156,01 144,68 133,08 154,55 135,64 155,28 146,65 145,94 150,68 
2008 174,05 180,96 183,93 164,56 151,46 148,43 146,85 157,05 156,01 159,22 138,05 168,09 
2009 164,79 164,07 162,26 157,17 153,50 138,10 130,12 156,01 173,60 168,39 163,53 189,30 
2010 194,50 164,12 168,88 143,15 146,90 146,21 142,54 148,35 162,08 153,62 127,56 148,30 
2011 185,88 150,98 151,31 150,50 141,86 137,04 142,47 172,77 158,21 147,39 138,74 157,37 
2012 175,89 182,13 157,88 144,68 143,41 147,59 151,24 168,46 164,77 159,56 164,73 177,18 
2013 192,94 162,22 170,75 167,15 144,97 158,13 160,01 164,16 171,32 171,74 137,68 152,71 
2014 175,73 178,98 185,90 161,60 172,72 139,96 170,80 164,02 167,67 164,56 148,08 164,20 
2015 176,34 150,50 185,58 164,84 172,08 149,53 140,55 138,89 173,47 166,49 133,39 169,39 
2016 189,35 164,53 194,71 155,58 150,82 149,52 141,11 169,54 155,00 172,85 143,77 170,71 
2017 174,25 166,30 194,71 156,48 148,28 149,51 141,68 170,26 176,94 165,72 154,15 180,78 
2018 173,44 166,11 195,46 144,43 160,97 130,39 154,64 175,58 186,10 166,42 152,34 190,84 
IDEAM - INSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGIA Y ESTUDIOS AMBIENTALES
VALORES TOTALES MENSUALES DE ENERGIA SOLAR (kWh/M2)
SISTEMA DE INFORMACION NACIONAL AMBIENTAL
FECHA-INSTALACION
FECHA-SUSPENSION
 
 
39 
 
Grafica 7: Temperatura en Tunja durante los últimos 50 años. 
 Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
Grafica 8: Temperatura en Tunja durante los últimos 50 años. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
40 
 
3.1.4 PRECIPITACIONES 
El comportamiento del promedio multianual de las precipitaciones se ha conservado 
aproximadamente constante en los últimos 50 años. En la gráfica 9 se observa el 
promedio multianual mensual de las precipitaciones, existe una correlación con la 
radiación y el brillo como era de esperarse, los meses con mayor brillo solar son 
aquellos con menor precipitación aproximadamente. 
 
Grafica 9: Promedio multianual de precipitaciones en Tunja durante los últimos 50 años. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
3.1.5 HUMEDAD RELATIVA 
 
En la gráfica 10, se puede observar la tendencia generalizada de la disminución de 
la humedad presente en el aire, lo cual sería interesante analizar en futuros trabajos, 
y si esto tiene relación con el calentamiento global. 
 
 
41 
 
Grafica 10: Humedad relativa en Tunja durante los últimos 50 años. 
 Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
3.1.6 EVAPORACIÓN 
En la gráfica 11 se puede apreciar el parámetro de evaporación en Tunja como 
promedio multianual durante los últimos 50 años. 
 
 
42 
 
Grafica 11: Evaporación en Tunja durante los últimos 50 años. 
 Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
3.1.7 VIENTO 
 
El viento es un parámetro importante a tener en cuenta en las instalaciones 
fotovoltaicas, pues los paneles solares tienen forma plana, bastante área y peso 
relativamente liviano que los hace susceptibles a ser levantados por vientosfuertes. 
Sin embargo las estructuras en las instalaciones fotovoltaicas vienen diseñadas 
para soportar peso extra y hasta vientos de 40 m/s, (LOPEZ P. , 2015) en su 
estructura de anclaje. Como se mencionó para este caso la velocidad del viento 
máxima en Tunja durante los últimos 45 años es inferior a 12 m/s y la promedio no 
supera 1,5 m/s. entonces las estructuras de anclaje deben resistir vientos de 12 m/s. 
 
 
 
 
43 
 
Grafica 12: Máximas velocidades del viento en Tunja 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
Grafica 13: Velocidad del viento en Tunja durante los últimos 45 años. 
 Fuente: Autor. Datos tomados de IDEAM. 
 
 
 
44 
 
3.2 ESTUDIO DE MERCADO 
La energía solar fotovoltaica requiere de unos elementos específicos para su 
instalación y operación. Como se ha mencionado anteriormente, este proyecto no 
contemplo almacenamiento de energía (uso de baterías), por lo tanto los elementos 
referentes a ese aspecto no están incluidos. Los elementos necesarios básicos para 
la generación de energía solar del proyecto consiste en: 
 Paneles solares fotovoltaicos. 
 Inversores de corriente. 
 Contadores bidireccionales. 
 Tablero de conexiones. 
 Cableado MC4. 
 Cableado de conexión a la red. 
 Accesorios de conexiones. 
 Estructura de soporte. 
 
Para todos estos elementos se realizó un estudio de mercado y se contó con la 
asesoría técnica de la empresa Heliotermica S.A.S., que está localizada en la ciudad 
de Duitama desde el año 2007 y tiene una amplia experiencia en el tema de 
ingeniería solar. A continuación se relacionaron los precios aproximados en el 
mercado de cada uno de estos elementos. 
 
3.2.1 PANELES SOLARES 
Los paneles fotovoltaicos son los más comerciales, cada día hay más empresas 
que los comercializan, el precio de los equipos es menor cuando se importan 
directamente reduciendo la cadena comercial, pero para fines prácticos de este 
proyecto se consultaron los precios de los paneles en empresas dentro de 
Colombia. 
Cabe resaltar que todas las cotizaciones son una aproximación, sus valores pueden 
variar en el tiempo de acuerdo a las dinámicas del mercado, precios por mayorista, 
fletes, seguros, otras marcas, entre otros. 
 
 
 
45 
 
Tabla 6: Cotización de paneles solares 
 
Fuente: Autor. 
 
3.2.2 INVERSORES DE CORRIENTE 
Los inversores de gran potencia son utilizados para grandes instalaciones y esto los 
hace poco comerciables en Colombia; debido a esto no hay mucha información de 
precios en el país, por lo que la cotización debió ser a través de empresas en el 
exterior por sus portales web, en la cual, la divisa estándar escogida fue el euro a 
una tasa de 3600 pesos (COP). 
La tasa de cambio es un factor que varía diariamente y en algunos casos los 
vendedores no especifican el valor del flete hacia Colombia. 
 
VENDEDOR ITEM MARCA UNIDAD VALOR UNIDAD
SUNEOENERGYSAS PANEL POWEST 320W POLY 555.990 
INGESOLAR PANEL 320W POLY 619.000 
SUNEOENERGYSAS PANEL NETION 320W POLY 540.900 
ECOELECTRICA PANEL POWEST 320W POLY 660.000 
KARLUZ PANEL 320W POLY 576.000 
ECOSISTEMAS PANEL ZNSHINE 320W POLY 580.000 
HELIOTERMICA PANEL HANWHA 290W POLY 430.000 
HELIOTERMICA PANEL RENESOLA 315WPOLY 390.000 
HELIOTERMICA PANEL LG 345W POLY 480.000 
HELIOTERMICA PANEL JINKO 345W MONO 444.000 
SOLARTEX PANEL ZNSHINE 280W MONO 343.000 
SOLARTEX PANEL SERAPHIM 290W MONO 389.000 
SOLARTEX PANEL SERAPHIM 350W MONO 468.300 
SOLARTEX PANEL JINKO 340W MONO 494.000 
SOLARTEX PANEL JINKO 345W MONO 499.000 
PRECIO DE LOS PANELES SOLARES
 
 
46 
 
Tabla 7: Cotización de inversores de corriente 
 
Fuente: Autor. 
 
3.2.3 CONTADORES 
 
Los contadores bidireccionales son de los primeros requisitos que exigen las 
electrificadoras para registrarse como generador, estas deben estar homologadas, 
con protocolos y certificaciones de calibración. Actualmente las electrificadoras se 
están actualizando, anunciando listados de los contadores que son admitidos, por 
lo que algunas marcas que no están reguladas no serán admitidas; en la tabla 8, se 
encuentran las marcas más reconocidas y aceptadas. 
 
Tabla 8: Cotización de contadores. 
 
Fuente: Autor. 
 
 
VENDEDOR ITEM MARCA UNIDAD VALOR UNIDAD CANTIDAD VALOR COP
AUTOSOLAR INVERTER HUAWEI 20KW TRI 2.512,94€ 1 9.046.584 
AUTOSOLAR INVERTER SCHNEIDER 20KW TRI 5.255,50€ 1 18.919.800 
AUTOSOLAR INVERTER HUAWEI 60KW TRI 5.006,46€ 1 18.023.256 
AUTOSOLAR INVERTER FRONIUS 15KW TRI 2.840,52€ 1 10.225.872 
AUTOSOLAR INVERTER FRONIUS 20KW TRI 3.047,14€ 1 10.969.704 
AUTOSOLAR INVERTER FRONIUS 25KW TRI 3.147,06€ 1 11.329.416 
AUTOSOLAR INVERTER SUNNY 20KW TRI 3.341,42€ 1 12.029.112 
AUTOSOLAR INVERTER SUNNY 25KW TRI 3.383,16€ 1 12.179.376 
TEKNOSOLAR INVERTER FRONIUS 20KW TRI 3.599,00€ 1 12.956.400 
TEKNOSOLAR INVERTER FRONIUS 15KW TRI 3.199,00€ 1 11.516.400 
ALIBABA INVERTER GROWATT 30KW TRI 2.187,70€ 1 7.875.720 
CAMBIOENERGETICO INVERTER FRONIUS 20KW TRI 4.262,83€ 1 15.346.188 
CAMBIOENERGETICO INVERTER FRONIUS 15KW TRI 3.822,39€ 1 13.760.604 
CAMBIOENERGETICO INVERTER FRONIUS 25KW TRI 4.326,96€ 1 15.577.056 
CAMBIOENERGETICO INVERTER SUNNY 25KW TRI 4.848,92€ 1 17.456.112 
PRECIO DE LOS INVERSORES EN EUROS Y EN COP
VENDEDOR ITEM MARCA UNIDAD VALOR UNIDAD
SUNEOENERGY CONTADOR ISKRA 208/120V 60Hz TRI 755.990$ 
SUNEOENERGY CONTADOR LINYANG 208/120V 60Hz BI 839.990$ 
SUNEOENERGY CONTADOR LINYANG 208/120V 60Hz TRI 881.990$ 
SOLARTEX CONTADOR ISKRA 208/120V 60Hz TRI 748.000$ 
SOLARTEX CONTADOR LINYANG 208/120V 60Hz BI 742.000$ 
SOLARTEX CONTADOR LINYANG 208/120V 60Hz TRI 892.000$ 
SOLARTEX CONTADOR EASTRON 208/120V 60Hz TRI 495.000$ 
PRECIO DE LOS CONTADORES BIDIRECCIONALES
 
 
47 
 
3.2.4 ACCESORIOS, SOPORTES Y ELEMENTOS ELECTRÓNICOS 
 
Los elementos restantes son los más comunes en el mercado debido a su 
naturaleza eléctrica, pues no son de uso exclusivo solar; por lo cual se 
seleccionaron y agruparon por ítem para generar un promedio de su costo por 
unidad. Las estructuras para paneles son adimensionales por lo que se ajustan a 
sus dimensiones. Los accesorios hacen referencia a conectores MC4, cinta, pinzas, 
tornillos y demás elementos de instalación. La tabla 9 resume esta selección de 
materiales. 
Tabla 9: Cotizaciones restantes. 
 
Fuente: Autor. 
 
3.3 DEMANDA ENERGÉTICA 
La Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, obtiene su energía de la 
empresa de energía de Boyacá EBSA S.A. E.S.P., la cual es la encargada de la 
generación, distribución y comercialización de la energía en las sedes ubicadas en 
el departamento de Boyacá, para el caso específico de la casa en la ciudad de 
Bogotá lo hace CODENSA S.A. E.S.P. 
Dentro de la organización de la Universidad, la administración de la energía es 
suscrita por dependencias, en las cuales cada una tiene a su cargo, las 
instalaciones, oficinas y áreas comunes que correspondan; los límites de 
responsabilidad de estas dependencias no está del todo claro, por ello la 
Universidad ha proporcionado la siguiente información de datos sobre el consumo 
ITEM UNIDAD VALOR UNIDAD
TABLERO UN 570.000$ 
TABLERO UN 395.000$ 
TABLERO UN 520.000$ 
TABLERO UN 470.000$ 
CABLE MC4 1 mt. 10.000$ 
CABLE MC4 1 mt. 9.000$ 
CABLE MC4 1 mt. 8.000$ 
CABLE MC4 1 mt. 8.000$ 
CABLE 100 mts. 100.000$ 
CABLE 100 mts. 110.000$ 
CABLE 100 mts.120.000$ 
CABLE 100 mts. 180.356$ 
ESTRUCTURA UN 173.500$ 
ESTRUCTURA UN 176.000$ 
ESTRUCTURA UN 189.900$ 
ESTRUCTURA UN 184.900$ 
ACCESORIOS UN 58.000$ 
PRECIOS DE LOS ACCESORIOS
 
 
48 
 
y pago del servicio de todas sus dependencias, de las cuales se seleccionaron las 
correspondientes a la Sede Central de Tunja en la tabla 11, y en la tabla 10, el 
resumen de los datos reportados de energía en la Universidad, de forma anual en 
todas sus seccionales y dependencias desde Enero de 2015 hasta Febrero de 2019. 
En la gráfica 14, se observa la tendencia del consumo energético de la Sede Central 
respecto al consumo global de la Universidad. 
 
Tabla 10: Consumo energético anual de la UPTC. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de Dirección Administrativa y Financiera UPTC. 
 
 
Tabla 11: Consumo de energía anual Sede Central Tunja. 
 
 Fuente: Autor. Datos tomados de Dirección Administrativa y Financiera UPTC. 
 
Grafica 14: Consumo de energía anual UPTC. 
 
Fuente: Autor. Datos tomados de Dirección Administrativa y Financiera UPTC. 
 
PERIODO CONSUMO (kWh) VALOR FACTURADO ($/kWh) (kWh) Mes (kWh) Dia
2015 2.635.776 1.096.737.177$ 416$ 219.648 7.221 
2016 2.338.933 1.268.724.077$ 542$ 194.911 6.408 
2017 2.454.943 1.141.084.035$ 465$ 204.579 6.726 
2018 2.304.654 1.110.053.095$ 482$ 192.055 6.314 
2019 499.069 243.710.800$ 488$ 249.535 8.459 
PERIODO CONSUMO (kWh) VALOR FACTURADO ($/kWh) (kWh) Mes (kWh) Dia
2015 1.706.358 713.522.114$ 418$ 142.197 4.675 
2016 1.428.357 681.706.795$ 477$ 119.030 3.913 
2017 1.687.049 738.669.500$ 438$ 140.587 4.622 
2018 1.464.547 661.794.160$ 452$ 122.046 4.012 
2019 372.105 170.873.075$ 459$ 186.053 6.307 
 -
 500.000
 1.000.000
 1.500.000
 2.000.000
 2.500.000
 3.000.000
2015 2016 2017 2018
EN
ER
G
Y 
C
O
N
SU
M
P
TI
O
N
 (k
W
h
)
UPTC SEDE CENTRAL
 
 
49 
 
Como se puede observar, el consumo energético de la Universidad es bastante alto, 
superando los 2 GWh al año, desde luego proporcional a la magnitud de la 
institución, este consumo es comparable con el consumo de mil familias de estrato 
tres. A medida que crece la Universidad, crecerá proporcionalmente su consumo y 
los costos energéticos. 
La fórmula de cobro utilizada por la electrificadora está basada en la cadena 
productiva energética de generación, transmisión, distribución y comercialización, 
cada una de las cuales tiene su propio costo, tal como se aprecia en el ejemplo de 
la ilustración 9. El costo total es el valor que debe pagar el usuario final. 
 
Ilustración 9: Formula de cobro. 
 
Fuente: EBSA S.A. E.S.P. 
 
3.3.1 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA ENERGÉTICA 
El consumo de energía de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 
en la Sede central de Tunja, fue seleccionado a partir de las facturas radicadas en 
las dependencias y que corresponden a los consumos de energía propios de esta 
sede; para ello se tuvo en cuenta la información aportada por la Universidad donde 
se reportan los datos desde el mes de enero de 2015 hasta febrero de 2019, fecha 
en la que se hizo la solicitud. En este trabajo, se analizaron estos datos, se 
eliminaron o se ajustaron datos incoherentes debidos a errores humanos, que 
aunque eran pocos, no se ajustaban a la realidad y podrían haber causado 
distorsiones en los resultados finales; a partir de los datos depurados se hizo un 
análisis del consumo ajustado a la realidad y se elaboraron las respectivas gráficas 
para ilustración al lector. 
 
3.3.1.1 ANÁLISIS DE CONSUMO Y COSTO 
El comportamiento del precio por kW, ha venido en aumento a través de los años, 
lo que es entendible por el aumento de precios y la inflación. Se prevé que para la 
Sede Central la demanda energética aumentará desde los primeros meses del 2019 
respecto a los años anteriores, debido a la intención de la Universidad en aumentar 
sus operaciones con el nuevo edificio de Posgrados (actualmente en construcción) 
y a futuro se planea la construcción del edificio de la Facultad de Ingeniería 
(actualmente en planeación), entre otras obras y eventos que albergará la 
Universidad. 
En la gráfica 15 se hizo un comparativo del consumo energético de la Sede Central 
durante los años 2015 – 2019 y su promedio. Estos valores se hicieron con base en 
la información suministrada por la Universidad. 
 
 
50 
 
Grafica 15: Consumo de energía Sede Central 
 
Fuente: Autor. 
 
De la misma manera en la gráfica 16 se pudo observar el correspondiente 
comportamiento de los costos energéticos mensuales en promedio durante estos 
mismos años de la Sede Central. 
 
Grafica 16: Valor pagado por la Sede Central 
 
Fuente: Autor. 
 
 
 
51 
 
3.4 DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO 
 
3.4.1 TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 
Antes de proceder a realizar el dimensionamiento del sistema y elegir el más 
apropiado, es pertinente hacer un bosquejo sobre los principales tipos de sistemas 
fotovoltaicos y sus características más primarias. 
 
3.4.1.1 SISTEMAS AUTÓNOMOS DE CORRIENTE CONTINUA 
Los sistemas autónomos se refieren al uso de la energía solar fotovoltaica de forma 
independiente, en la cual los dispositivos de consumo trabajan con corriente 
continua (DC), la misma que produce el panel solar; por lo cual solo requiere para 
la conexión un dispositivo de regulación y carga de la energía, que suministra 
energía hacia un sistema de almacenamiento y al consumo final. 
Su limitación está en el dispositivo de consumo, pues debe trabajar únicamente a 
corriente DC, por lo cual los dispositivos de iluminación son los más comunes en la 
implementación de este sistema. 
 
Ilustración 10: Ejemplo de sistema autónomo de corriente continua. 
 
Fuente: Tecnoseguro.com 
 
3.4.1.2 SISTEMAS AUTÓNOMOS DE CORRIENTE ALTERNA 
Como su nombre lo dice, estos sistemas son similares al anterior con la diferencia 
radical de la transformación de la energía de corriente continua (DC) a la corriente 
alterna (AC), que emplean la mayoría de los electrodomésticos que utilizamos 
diariamente; para ello se utiliza un equipo llamado Inversor de corriente; este 
 
 
52 
 
dispositivo es muy importante y según sus características permite optimizar el uso 
de la energía del sistema y entregarla en corriente alterna para la conexión de los 
dispositivos de consumo que lo requieran. De igual forma cuenta con un sistema de 
almacenamiento para el posterior uso de la energía generada. 
 
Ilustración 11: Ejemplo de conexión autónoma. 
 
Fuente: INTERNET. 
 
3.4.1.3 SISTEMAS DE AUTOCONSUMO CONECTADOS A LA RED 
Los sistemas de autoconsumo por otra parte están diseñados para consumir la 
energía solar generada; a diferencia del sistema anterior, la conexión a la red se 
realiza por la necesidad de cubrir la demanda energética, la cual por cuestiones de 
presupuesto, área de instalación o consumo superior, no es satisfecha por el 
sistema solar, es decir que la energía de la red se convierte de cierto modo en un 
respaldo de la energía generada por el sistema solar fotovoltaico, por lo tanto 
requiere de la conexión a la red para completar la demanda insatisfecha. La 
versatilidad de este sistema está en la opción de aumentar la capacidad del sistema 
solar ya que por regulación de la Resolución CREG 030 de 2018, establece