Sistema Solar Fotovoltaico

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Engenharias

Philip

26/4/2024

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Electrónica II

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA
LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON POTENCIA ACTIVA DE 1 KW

ANGELICA MARÍA PEÑA GALLO
DIEGO ALBERTO GUTIERREZ HERNANDEZ
FRANK GIOVANI CALDAS LUJAN

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA
LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON POTENCIA ACTIVA DE 1 KW

ANGELICA MARÍA PEÑA GALLO
DIEGO ALBERTO GUTIERREZ HERNANDEZ
FRANK GIOVANI CALDAS LUJAN

AUXILIARES DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE
INGENIERA CIVIL

ASESORES:
MSC.ING. JAVIER ANDRÉS VARGAS GUATIVA
ASESOR INVESTIGADOR
ESP. ING. JEISON ARANGO CARRILLO
ASESOR INVESTIGADOR

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL
VILLAVICENCIO
2017
3

Tabla De Contenido

Introducción ........................................................................................................................................ 6
Objetivos ............................................................................................................................................. 7
Problema ............................................................................................................................................. 8
Justificación ......................................................................................................................................... 9
Metodología ...................................................................................................................................... 10
Marco Teórico ................................................................................................................................... 11
Cómo Funciona un Panel Solar ......................................................................................................... 15
Marco Legal .................................................................................................................................. 19
Normatividad Ambiental ............................................................................................................... 20
Estado Del Arte ............................................................................................................................. 22
evaluación de impacto ambiental de la energía solar en el laboratorio de la universidad cooperativa
sede Villavicencio ............................................................................................................................. 35
Metodología Utilizada Para La Evaluación De Impacto ................................................................... 37
Operación ...................................................................................................................................... 40
Resultado Y Análisis ..................................................................................................................... 41
Conclusión De La Evaluación Ambiental ..................................................................................... 42
DISEÑOS ...................................................................................................................................... 44
Cálculos ............................................................................................................................................. 46
Panel Solar: ................................................................................................................................... 46
Procedimiento De Instalación De Los Paneles Solares ................................................................. 51
Pruebas .............................................................................................................................................. 55
Pruebas Parciales ........................................................................................................................... 55
Resultados ......................................................................................................................................... 61
Registro Fotográfico Del Proyecto .................................................................................................... 67
Anexos........................................................................................................................................... 72
Conclusiones ..................................................................................................................................... 73
Energías Alternativas ........................................................................ ¡Error! Marcador no definido.
Referencias Bibliografía .................................................................................................................... 75

Tabla De Ilustraciones
Ilustración 1. Mapa de Villavicencio ............................................................................................. 35
Ilustración 2. Mapa de radiación solar en Colombia ................................................................... 36
Ilustración 3. Vista en planta estructura paneles solares Fuente: Propia .......................................... 44
Ilustración 4. Vista lateral estructura paneles solares Fuente: Propia .............................................. 44
Ilustración 5. Vista frontal estructura paneles solares Fuente: propia .............................................. 45
Ilustración 6. Vista isométrica estructura paneles solares ................................................................. 45
Ilustración 7. Aplicación FV Calc Fuente: Google play .................................................................. 48
Ilustración 8. Cálculos aplicación FV calc. Fuente: Google play. .................................................... 48
Ilustración 9. Funcionamiento sistema fotovoltaico. Fuente propia................................................. 50
Ilustración 10. Instalación Estructura Paneles Solares, Fuente Propia .............................................. 52
Ilustración 11. Instalación estructura paneles solares, fuente propi .................................................. 52
Ilustración 12. Instalación estructura paneles solares fuente. Propia ................................................ 53
Ilustración 13. Toda de medidas de estructura paneles solares. Fuente propia. ................................ 53
Ilustración 14. Toda de medidas de estructura paneles solares. Fuente propia. ................................ 53
Ilustración 15. Instalación paneles solares fuente propia. ................................................................. 54
Ilustración 16. Instalación paneles solares fuente propia. ................................................................. 54
Ilustración 17. Paneles solares. Fuente: Propia ................................................................................. 55
Ilustración 18. Inclinación paneles solares 15 grados. Fuente propia. .............................................. 55
Ilustración 19. Ubicación del laboratorio de la Universidad mediante aplicación calculadora de
energía solar. ..................................................................................................................................... 57
Ilustración 20. Registro fotográfico toma de corriente con multímetro fuente: propia ................... 58
Ilustración 21. Registro fotográfico pruebas preliminares paneles ................................................... 58
Ilustración 22. Salida de Vatios en las pruebas con el multímetro día 1. .......................................... 59
Ilustración 23. Salida de vatios en las pruebas con multímetro día 2. ...............................................59
Ilustración 24. Salida de vatios pruebas con multímetro día 3. ......................................................... 60
Ilustración 25. Resultado instalación interna del sistema solar fotovoltaico. Fuente propia. .. 62
Ilustración 26. Sistema de cableado interno. Fuente: Propia. ........................................................... 63
Ilustración 27. Sistema de luminiscencia externa del laboratorio en correcto funcionamiento.
Fuente: Propia. .................................................................................................................................. 63
Ilustración 28. Lámpara en correcto funcionamiento. Fuente: Propia .............................................. 64
Ilustración 29. Sistema de lámparas funcionando correctamente. Fuente: Propia. ........................... 64
Ilustración 30. . Sistema de iluminación externo del laboratorio en correcto funcionamiento. Fuente:
Propia. ............................................................................................................................................... 65
Ilustración 31. Sistema de iluminación externo en horas de la noche. Fuente: propia. ..................... 65
Ilustración 32. Sistema de luminiscencia externa del laboratorio en corrector funcionamiento.
Fuente: Propia. .................................................................................................................................. 66
Ilustración 33. Sistema de luminiscencia externa del laboratorio en corrector funcionamiento.
Fuente: Propia. .................................................................................................................................. 66
Ilustración 34. Registro fotográfico ubicación de paneles solares en la cubierta del laboratorio.
Fuente: Propia. .................................................................................................................................. 67
5

Ilustración 35. Ubicación paneles solares. Fuente: Propia. ............................................................... 67
Ilustración 36. Paneles solares. Fuente: Propia. ................................................................................ 68
Ilustración 37. Vista parte posterior ubicación paneles solares. Fuente: Propia. .............................. 68
Ilustración 38. Instalación de los equipos necesarios para la distribución de energía. Fuente: Propia.
........................................................................................................................................................... 69
Ilustración 39. Registro fotográfico iluminación externa del laboratorio de ingeniería civil. Fuente
propia................................................................................................................................................. 70
Ilustración 40. Iluminación externa del laboratorio área lateral. Fuente: Propia. ............................. 70
Ilustración 41. Iluminación laboratorio. Fuente: Propia. ................................................................... 71

Lista de tablas

Tabla 1. Rango Anual de disponibilidad de energía solar por regiones……………………36
Tabla 2. Categoría de Jerarquización………………………………………………………37
Tabla 3. Matriz de impactos ambientales etapa construcción…………………………..39-40
Tabla 4. Matriz de impacto ambiental etapa operación………………………………...40-41
Tabla 5. Especificaciones Paneles solares…………………………………………………46
Tabla 6. Determinación de tensión en VDC según temperatura y radiación solar global
Donde definimos que según la temperatura que los paneles solares arrojan un promedio de:
19.7V aproximadamente…………………………………………………………………...46
Tabla 7. Determinación tamaña del sistema solar fotovoltaico……………………………47
Tabla 8. Pruebas paneles solares realizados con multímetro………………………………56

Introducción
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad de
origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un
dispositivo denominado célula fotovoltaica. Un componente central de la mezcla futura
de energías renovables es la solar fotovoltaica, que convierte la luz del sol en energía
eléctrica, sin perjudicar el medio ambiente, sin generar basuras y sin dañar la salud; el
sol nos ofrece la posibilidad de detener o al menos minimizar el cambio climático y el
agotamiento de los recursos naturales.
La implementación de este sistema en nuestra universidad nos permitirá
contribuir de manera eficiente al desarrollo de la misma, llevando con ello a crear una
conciencia a la hora de generar energía eléctrica a partir de energías renovables, vale
destacar que este tipo de energía es una inversión financiera inteligente ya que reduce
costos energéticos significativamente, la energía solar es más estable, segura y
beneficiosa para los consumidores y el medio ambiente que otras alternativas y
combustibles fósiles.
En consecuencia, el trabajo realizado presenta IV fases, las cuales permitieron el
desarrollo del objeto de estudio propuesto.
La fase I, presenta toda la evaluación para definir donde se ubicarán los paneles
solares fotovoltaicos del sistema energético solar, buscando la mejor alternativa que
cumpla con las necesidades de instalación.
La Fase II, presenta los cálculos correspondientes para que el sistema solar
fotovoltaico cumpla con el suministro que requiere la iluminación exterior del
laboratorio para generar 1kw energía eléctrica.
7

La fase III, se realiza la instalación de toda la red eléctrica y los paneles solares
para poner en funcionamiento el sistema de iluminación compuesto por las 25 lámparas
ubicadas en el exterior del laboratorio.
La Fase IV, en esta se determina si el sistema funciona adecuadamente y cumple
con el requerimiento de generación de energía, se evalúa la potencia activa real que será
suministrada al sistema de luminiscencia del laboratorio de ingeniería civil de la
universidad cooperativa de Colombia.

Objetivos

Objetivo General:
Implementar un sistema Solar fotovoltaico para la generación de energía eléctrica
con potencia de 1 KW.

Objetivos Específicos:
Realizar el diseño de planta para la ubicación de los paneles fotovoltaicos en las
instalaciones del laboratorio de ingeniería civil.
Poner en funcionamiento un sistema solar fotovoltaico que permita la generación
de energía eléctrica de 1 KW de potencia en las instalaciones del laboratorio de
ingeniería civil de la universidad cooperativa Colombia.
Evaluar el sistema de iluminación externa en las instalaciones del laboratorio de
ingeniera civil de la universidad cooperativa de Colombia sede Villavicencio.
8

Problema

En la actualidad el tema que más ha causado impacto es el generado por la crisis
energética, esto se debe principalmente al incremento desmesurado en la demanda de
energía eléctrica, generado en su gran mayoría por el consumo que genera las industrias
en sus procesos productivos a nivel mundial y a su vez el aumento de la población, que
contribuye a un mayor consumo de energía, esto también se debe al gran consumo de
recursos naturales, como el agua dulce y el agotamiento de las reservas de petróleo. Es
por esto que desde un tiempo a esta parte ha surgido gran interés por encontrar
alternativas energéticas, que permitan solucionar en gran medida el alto costo en que se
está incurriendo con la utilización de la energía eléctrica. Para solucionar estos
inconvenientes energéticos existen dos caminos:
a. Usar de forma eficiente y consiente el consumo de energía, esto se puede
lograr aplicando medidas de ahorro, como por ejemplo a pagar las luminarias que no se
estén utilizando, cambiar a sistemas de iluminación led, que han demostrado que el
consumo de energía se reduce ostensiblemente.
b. Es el tema que nos atañe, la aplicación de energías alternativas que seencuentran de forma natural (solar, eólica, mareomotriz, geotérmica, etc). Para este
estudio nos vamos a enfocar en la energía solar fotovoltaica para la generación de
energía eléctrica
El caso de estudio seleccionado consiste, en disminuir el Déficit de sistemas
solares energéticos alternativos en Colombia, en la Orinoquia colombiana, en
9

Villavicencio y en la Universidad Cooperativa de Colombia, buscando alternativas con
energías limpias que presentan una ayuda para el medio ambiente, ya que lo hemos visto
afectado a causa del mal uso de diferentes tipos de energías no renovables y a los altos
niveles de consumo que se presentan.
¿Qué sistema solar fotovoltaico implementar para la generación de energía
eléctrica de 1kw de potencia en las instalaciones del laboratorio de ingeniería civil de la
universidad Cooperativa de Colombia sede Villavicencio?

Justificación

El consumo de energía es uno de los grandes medidores de progreso y bienestar
de una sociedad, actualmente la comunidad científica estudia sobre aquellas energías
que pudieran impedir el acelerado proceso de contaminación del planeta, la generación
de energía fotovoltaica es una de las energías renovables más limpias, seguras y
saludables para la naturaleza.
En Colombia el consumo de energía eléctrica ha aumentado y este consumo
excesivo y poco responsable de energía eléctrica genera un gran impacto de
contaminación energética y de otros tipos de contaminación ambiental.
Por esto es de vital importancia emplear en Colombia y especialmente en los
llanos orientales y en Villavicencio el uso de energías renovables limpias, que
contribuyan y generen cambios benéficos para el medio ambiente y que aportan un
desarrollo a nivel departamental y llegado al caso a nivel nacional, en cuanto a la
implementación y generación de energías limpias, en este caso implementado en la
10

Universidad Cooperativa De Colombia sede Villavicencio, como una de las
universidades generadoras de desarrollo y compromiso con el medio ambiente.
Teniendo en cuenta que generar este tipo de energía es sumamente importante
para diferentes sectores ya que este tipo de práctica contribuye a la estabilidad energética
porque produce un ahorro y reduce la dependencia energética, contribuye a la sanidad
ambiental evitando considerables cantidades de contaminación emitidas a la atmosfera,
también asegura que futuras generaciones puedan disfrutar de un país enriquecido por
sus recursos naturales y con políticas saludables.

Metodología

Investigación de tipo interactivo, porque una investigación interactiva es aquella
en la que se ejecuta el plan de acción o se pone en práctica el diseño, el invento o la
propuesta y se hace un seguimiento de lo que ocurre durante tal aplicación.

 fase 1: diseño de planta, en esta fase mediante sistemas cad se realizará el
levantamiento de planta donde se ubicarán los paneles fotovoltaicos del sistema
energético solar.
 fase 2: cálculo del sistema energético, en esta fase e realizan los cálculos
correspondientes para la elección de dispositivos eléctricos solares q permitan el
suministro de 1 kw de energía eléctrica.
 fase 3: puesta en funcionamiento, en esta fase se implementan el sistema
solar fotovoltaico de 1 kw de potencia activa que funcionara en las instalaciones del
11

laboratorio de ingeniería civil de la universidad cooperativa de Colombia sede
Villavicencio.
 fase 4: evaluación del sistema, en esta fase se evalúa la funcionalidad
energética y la potencia activa real suministrada del sistema de generación de energía
eléctrica implementado en las instalaciones del laboratorio de ingeniería civil.

Marco Teórico

La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía renovable, y por tanto, es
inagotable, limpia y se puede aprovechar en el mismo lugar en el que se produce, Las
Energías renovables Son aquellas que se producen de manera continua y son
inagotables a escala humana, son respetuosos con el medio ambiente y aunque ocasionen
un impacto negativo en cuanto al entorno son mucho menores que los impactos
ambientales de las energías convencionales como combustibles fósiles (petróleo, gas y
carbón). La Energía Solar es la energía del sol directa, es la energía sin transformar que
calienta e ilumina, esta se puede transformar en electricidad por medio de células
fotovoltaicas integrantes de módulos solares. Esta electricidad se puede utilizar de
manera directa, se puede almacenar en acumuladores para un uso posterior e incluso se
puede introducir en la red de distribución eléctrica, Los Sistemas Fotovoltaicos son el
conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que concurren para captar
la energía solar disponible y transformarla en utilizable como energía eléctrica, estos
sistemas independientemente de su utilización se pueden clasificar en aislados,
conectados a la red y híbridos. Un Panel Solar, una sola célula no es capaz de
12

proporcionar una tensión que pueda utilizarse en la práctica, solo genera una tensión de
algunas décimas de voltio, para obtener tensiones y potencias adecuadas es preciso
conectar entre sí en serie un determinado número de células para producir tensiones de
6, 12 0 24 voltios, aceptadas en la mayor parte de las aplicaciones a este conjunto de
células interconectadas, ensambladas y protegidas contra los agentes externos se le
denomina panel. Los Componentes de un sistema fotovoltaico son el Generador
encargado de captar y convertir la radiación solar en corriente eléctrica mediante
módulos fotovoltaicos, las Baterías o acumuladores que almacenan la energía eléctrica
producida por el generador fotovoltaico para poder utilizarla en periodos en los que la
demanda exceda la capacidad de producción del generador, el Regulador de carga
encargado de proteger y garantizar el correcto mantenimiento de la carga de la batería y
evitar sobretensiones que puedan destruirla, el Inversor encargado de transformar la
corriente continua producida por el generador fotovoltaico en energía alterna, necesaria
para alimentar algunas cargas o para introducir la energía producida en la red de
(Méndez J & Cuervo, 2008)
Energía Solar:
La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación
electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol,
donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la
energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta
temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema
fotovoltaico). (Miñarro, s.f.)

¿Qué beneficios tiene la energía solar?
La energía solar goza de numerosos beneficios que la sitúan como una de las más
prometedoras. Renovable, no contaminante y disponible en todo el planeta, contribuye al
desarrollo sostenible y la generación empleo en las zonas en que se implanta.
Igualmente, la simplicidad de esta tecnología la convierte en idónea para su uso
en puntos aislados de red, zonas rurales o de difícil acceso. La energía solar también es
útil para generar electricidad a gran escala e inyectarla en la red, en especial en zonas
geográficas cuya meteorología proporcione abundantes horas de sol al año.
Resumen De Beneficios De La Energía Solar

 Renovable
 Inagotable
 No contaminante
 Evita el calentamiento global
 Reduce el uso de combustibles fósiles
 Reduce las importaciones energéticas
 Genera riqueza y empleo local
 Contribuye al desarrollo sostenible
 Es modular y muy versátil, adaptable a diferentes situaciones
 Permite aplicaciones para generación eléctrica a gran escala y también para
 pequeños núcleos aislados de la red
(ACCIONA, s.f.)

Energía Solar Fotovoltaica:
La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en
electricidad.Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles
fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, 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.
Aunque el efecto fotovoltaico era conocido desde el siglo XIX, fue en la década
de los 50, en plena carrera espacial, cuando los paneles fotovoltaicos comenzaron a
experimentar un importante desarrollo. Inicialmente utilizados para suministrar
electricidad a satélites geoestacionarios de comunicaciones, hoy en día constituyen una
tecnología de generación eléctrica renovable.
Una de las principales virtudes de la tecnología fotovoltaica es su aspecto
modular, pudiéndose construir desde enormes plantas fotovoltaicas en suelo hasta
pequeños paneles para tejados. (Renovables, 2009)
La energía solar fotovoltaica se convertirá en los próximos años en la fuente de
electricidad más barata en muchas parte del mundo, en un contexto de caída continuada
del coste de los paneles fotovoltaicos, asevera International Bussines Time haciéndose
eco en una investigación realizada por el “think tank” alemán Agora Energiewende.
Desde la década de los 80, los paneles para generar electricidad a partir del sol
han ido abaratándose en 10% por año. Una tendencia que capacitaría a esta tecnología
para atender en 2027 el 20% de las necesidades energéticas globales.
(acciona, s.f.)

Paneles Solares:
Cómo Funciona un Panel Solar

La energía solar una de las fuentes renovables con mayor potencial de la cual
hemos aprendido a sacarle un gran provecho, muchos expertos aseguran que la era de la
energía producida por el petróleo está llegando a su fin, aunque también es verdad que
hay un largo camino por recorrer.

Como ya sabemos, para aprovechar la energía solar necesitamos de los
paneles solares fotovoltaicos. Pero, ¿realmente cómo funcionan?

Lo primero que tenemos que saber para comprender cómo funciona un panel
solar es que los paneles solares están formados de muchas celdas solares, es importante
no confundir estos dos términos, una cosa es una celda solar y otra cosa es un panel
solar. Las celdas solares son pequeñas células hechas de silicio cristalino y/o arseniuro
de galio, que son materiales semiconductores, esto quiere decir que son materiales que
pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislante depende del
estado en que se encuentren. Generalmente, los paneles solares que te vas a encontrar en
el mercado están hechos con silicio.
(CEMAER, 2016)

http://www.cemaer.org/diferencia-entre-panel-solar-y-celda-solar/
http://www.cemaer.org/diferencia-entre-panel-solar-y-celda-solar/
http://www.cemaer.org/diferencia-entre-panel-solar-y-celda-solar/
16

¿Qué Tipos De Paneles Solares Hay?

Si queremos utilizar paneles solares para generar electricidad en nuestras viviendas
tenemos que tener en cuenta que existen 3 tipos diferentes.

Paneles Solares Fotovoltaicos: Éstos son los que hemos explicado anteriormente y
pueden generar suficiente energía para abastecer las necesidades de nuestros hogares.
Estos paneles necesitan además del panel, inversores cargadores fotovoltaicos que se
utilizan para pasar la corriente continua de 12V 24V o 48V que generan los paneles a
una corriente alterna de 220V que es la que se usa para las viviendas.

Paneles Solares Térmicos: Estos paneles se recomienda usarlos en viviendas que
tengan recepción directa del Sol con altas temperaturas y que tengan un espacio
suficiente para colocarlos ya que son mayores que los anteriores porque si no no serían
eficientes. Actúan de la misma forma que los fotovoltaicos pero aparte contienen un
líquido que absorbe el calor. Estos paneles convierten la energía del Sol en energía
térmica en el líquido y transportan esta energía térmica hacia nuestros hogares.
17

Paneles Solares Termodinámicos: Éstos últimos son los que se están utilizando cada
vez más en nuestros hogares debido a que son más eficientes, más baratos y se pueden
utilizar aparte para muchas más cosas. Su principal ventaja es que pueden absorber
energía a pesar de que llueva o esté nublado o sea de noche, etc. Estos paneles se basan
en los principios fundamentales de la termodinámica, es decir, que pueden absorber
cualquier tipo de energía de cualquier ambiente siempre y cuando la temperatura
exterior no baje de los 0 grados. Están fabricados de aluminio y contienen unos canales
por donde circula un líquido refrigerante, es decir, un líquido de bajo punto de
ebullición que es capaz de absorber grandes cantidades de calor al producirse en él un
cambio de estado (gas, líquido o sólido).

En cuanto a marcas una de las más vendidas es SunPower. Pero la mejor marca es
aquella que te la ofrezca una empresa de confianza, piensa que los paneles tienen una
duración de más de 30 años y te debes asegurar de tener repuesto si hiciera falta.
(TECNOLOGIAS, s.f.)
Sistemas de Iluminación:
La importancia de la luz
Los humanos poseen la capacidad extraordinaria para adaptarse a su entorno. La
luz es muy importante porque es un elemento esencial de nuestra capacidad de
comprender el entorno, ya que la mayor parte de la información que recibimos a través
de los sentidos la obtenemos a través de la vista.
http://www.sunpowercorp.es/
18

La luz es el fenómeno electromagnético por el cual podemos recibir radiaciones
que son sensibles al ojo humano. La radiación electromagnética de la luz es de longitud
de onda entre 380 y 750 NM. Existen muchos modos de crear luz, pero dos de los
métodos más utilizados actualmente son los siguientes.
Termo radiación es el alumbrado que se obtiene cuando los materiales solidos o
líquidos se calientan a temperaturas superiores a 1000 K emiten radiación visible
(incandescencia). Las lámparas de filamentos se basan en este concepto para generar luz.
La descarga eléctrica es otra técnica utilizada para obtener luz. Cuando una
corriente eléctrica pasa a través de un gas emite radiación (luminiscencia). Cuando
hablamos de sistema de iluminación, nos referimos a los sistemas que se utilizan para
dar luz
(EDESA, 2014)
Aporte ambiental de las energías alternativas
Siempre hemos asumido que las energías renovables son la mejor opción para
mejorar la calidad de vida en el medio. Pero, ¿Creemos realmente que esta elección nos
hace más ecológicos, más “verdes”?

Desde mediados del siglo XX, como consecuencia de una creciente preocupación
por la preservación del medio ambiente, el impacto que los seres humanos tienen en él y
las consecuencias nocivas de nuestras actividades en el entorno, comenzó la
implantación, lenta pero progresiva, de unas energías más limpias, las Energías
Renovables. Sin embargo, la mayoría no se ha parado a pensar, ¿pueden estas energías
estar alimentando lo que pretenden evitar?. Huellas ecológicas, como el impacto
ambiental y la afección ambiental.
19

Por un lado, las energías eólica, geotérmica, mini hidráulica y solar crean un
impacto de emisiones en la atmósfera y en ocasiones, en el clima local. A continuación,
os muestro el siguiente análisis comparativo:

En vista de los análisis anteriores, ¿podemos afirmar que las energías renovables son
energías limpias, o son un mero cambio en la industrialización cuya amortización está
todavía en el aire? Es habitual hoy en día leer un artículo, ver un reportaje, una noticia o un
nuevo estudio sobre el cambio climático que está afectando a nuestro Planeta
(RODRIGUEZ, 2012)

http://www.eoi.es/blogs/galirmartinez-barros/files/2012/11/ghj-modified2.jpg
20

Marco Legal

Paneles fotovoltaicos: deben cumplir con las especificaciones contempladas en
la norma IEC-61730 de 2009, sobre seguridaden módulos fotovoltaicos, esta norma está
dividida en dos partes en la IEC 61730-1 Requisitos para la construcción y la IEC
61730-2 Requisitos para las pruebas.
Reguladores de carga solar: se debe cumplir con la norma NTC6016 de 2013,
la cual define los requisitos de comportamiento y rendimiento de los controladores de
carga de batería y todas las que apliquen para estos reguladores.
Inversores: para artefactos electrodomésticos y similares norma NTC2183 de
2014 y NTC5759 de 2010, que establecen las pautas de medida de rendimiento de los
acondicionadores de potencia usados en los sistemas fotovoltaicos aislados y en los
conectados a la red eléctrica.
Baterías: se debe cumplir la norma NTC 5287 de 2009, la cual suministra la
información necesaria referente a los requisitos de las baterías que se utilizan en los
sistemas solares fotovoltaicos y de los métodos de ensayo típicos utilizados para
verificar la eficiencia de las baterías.

Normatividad Ambiental

A continuación, se da a conocer la normatividad vigente sobre el uso de energía
solar a nivel nacional, como se muestra a continuación:
21

Ley 697 de 2001: Mediante la cual se fomenta el uso racional y eficiente de la
energía, se promueve la utilización de energías alternativas y se dictan otras
disposiciones”. Este declara que el Uso Racional y Eficiente de la Energía (URE) como
un asunto de interés social, público y de conveniencia nacional, fundamental para
asegurar el abastecimiento energético pleno y oportuno, la competitividad de la
economía colombiana, la protección al consumidor y la promoción del uso de energías
no convencionales de manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales.
Decreto 3683 de 2003: “Por el cual se reglamenta la Ley 697 de 2001 y se crea
una Comisión Intersectorial”. El objetivo es reglamentar el uso racional y eficiente de la
energía, de tal manera que se tenga la mayor eficiencia energética para asegurar el
abastecimiento energético pleno y oportuno, la competitividad del mercado energético
colombiano, la protección al consumidor y la promoción de fuentes no convencionales
de energía, dentro del marco del desarrollo sostenible y respetando la normatividad
vigente sobre medio ambiente y los recursos naturales renovables.
Decreto 139 de2005: Por el cual se modifican los parágrafos 2º y 3º del artículo
23 del Decreto 3683 del 19 de diciembre de 2003.
Decreto – ley 2811 de 1974: Código de recursos naturales y de protección al
Medio Ambiente.
Resolución 0563 de 2012: Establece el procedimiento y requisitos para evaluar y
conceptuar sobre las solicitudes presentadas ante el Ministerio de Ambiente y Desarrollo
Sostenible con miras a obtener la exclusión de impuestos sobre las ventas IVA y/o
reducción en la renta de elementos, equipos y maquinaria destinados a proyectos,
programas o actividades de reducción en el consumo de energía y eficiencia energética.
22

Estado Del Arte

el sol es la fuente principal de vida en la tierra si aprendemos racionalmente a
aprovechar la luz que derrama sobre el planeta puede ser la solución a todas nuestras
necesidades, el sol emite una cantidad increíble de energía, la energía que irradia en 20
minutos, es suficiente para cubrir las necesidades de toda la humanidad durante un año.
variados y profundos son los problemas actuales que afronta la humanidad, el problema
energético es uno de ellos porque es vital para el futuro del planeta, la energía es al
mismo tiempo, una solución y un problema para el desarrollo sostenible del planeta los
avances tecnológicos y el bienestar social implican mayor consumo energético por lo
que resulta obvio preguntarnos ¿en qué sentido evolucionara esta relación? la respuesta
es trivial las fuentes de energía renovable administradas de buen modo pueden
explotarse ilimitadamente, de todas las fuentes, la energía solar es la que puede
aprovecharse en todo el planeta, independientemente del clima o de la geografía con la
capacidad de satisfacer la necesidad energética de la población mundial. las celdas
solares son dispositivos capaces de transformar directamente la energía solar en energía
eléctrica, llamada comúnmente energía fotovoltaica. la transformación de energía solar
en energía eléctrica se realiza utilizando las propiedades de unos dispositivos
electrónicos llamados células solares; el objetivo de todas las fuentes renovables, y la
fotovoltaica no es la excepción, es generar energía eléctrica a bajos costos que permitan
competir con la producción de energía eléctrica que se obtiene de combustibles fósiles y
nucleares. Hernández, l. (2007) energía, energía fotovoltaica y celdas solares de alta
eficiencia. revista digital universitaria, 8(12) 3-10.
23

recientemente, el gobierno japonés ha inaugurado la primera central de energía
solar fotovoltaica flotante con una capacidad de 2,3 megavatios en la prefectura de
hyogo, al oeste de Japón. desde hace tiempo, el gobierno japonés estado promoviendo la
generación de energías renovables, como la energía solar y eólica, desde el fatídico
desastre nuclear de fukushima en el año 2011, que causó una escasez de electricidad en
todo el país. esta central de energía solar fotovoltaica ha sido construida con inversión
conjunta de la empresa kyocera corporation y de la empresa century tokyo leasing
corporation, y podrá generará cerca de unos 2.680 megavatios hora (mwh) cada año. con
esta central fotovoltaica, japón se suma a otros países como australia, donde se están
instalando centrales flotantes, debido a la dificultad de conseguir en ciertas regiones
terrenos disponibles para grandes plantas, el pasado mes de marzo, esté tipo de centrales
solares flotantes son superiores a sus equivalentes en tierra por los efectos enfriamiento
del agua, lo que permite que las plantas tengan una mayor eficiencia de generación de
energía. (2015) central de energia solar fotovoltaica en japon energia12(Japón,
27/05/2015)
en Alemania se han implementado sistemas de energías renovables uno de los
proyectos en los que se implementó un sistema solar fotovoltaico fue en edificio de
oficinas zae, donde se presenta un caso de estudio de integración, dimensionamiento y
ubicación de módulos fotovoltaicos en un edificio de oficinas y laboratorios ubicado en
erlangen, Alemania. el trabajo se realizó a través de un levantamiento arquitectónico del
sitio, un modelo en 3d del edificio, un estudio de sombras y simulaciones de sistemas
fotovoltaicos utilizando el programa polysun simulation software v.5.3 (vela solaris,
2012). los resultados obtenidos demuestran las múltiples posibilidades que existen para
integrar módulos fotovoltaicos en edificios, así como las ventajas y desventajas de cada
https://energia12.com/2015/03/10/australia-apuesta-por-proyectos-de-planta-solar-flotante/
https://energia12.com/2014/07/31/el-mayor-proyecto-termosolar-de-sudamerica-chile-cerro-dominador/
24

opción en términos de producción de energía, finalmente, la utilización del software
especializado para sistemas fotovoltaicos polysun permite realizar una predicción de tipo
cuantitativa sobre el comportamiento de diferentes sistemas con módulos existentes en el
mercado internacional, tomando en cuenta la latitud y la radiación solar del sitio, y las
distintas opciones de orientación e inclinación de los módulos que el proyecto en
cuestión permita. Hernández, j, Alonso a, nochebuena m, & Oliver j. (2012) integración
de sistemas de energía solar fotovoltaica en el edificio de oficinas del zae en Alemania.
hábitat sustentable vol. 2, n°. 2, 59-72.
en estados unidos se construyó una planta solar, solar star es una central
fotovoltaica de 579 mw ubicada en las proximidades de rosamond, california. la planta
fue finalizada en junio de 2015, y es actualmente la segunda planta solar más grande del
mundo en términos de capacidad instalada,con 1,7 millones de paneles solares
fabricados por sunpower y repartidos sobre una superficie de alrededor de 13 kilómetros
cuadrados (3.200 acres). la planta es propiedad de midamerican solar, una filial del
grupo midamerican renewables.
en comparación con otras plantas fotovoltaicas de tamaño similar, solar star
utiliza un número más pequeño (1,7 millones) de paneles de eficiencia más alta,
montados sobre seguidores de eje único. en contraste, la plantas fotovoltaicas desert
sunlight y el topaz solar farm (de 550 mw cada una) utilizan un número mayor
(aproximadamente 9 millones) de módulos fotovoltaicos de teloruro de cadmio en lugar
de la tecnología cristalina fotovoltaica de silicio convencional, repartidos en un área más
grande (alrededor de 25 kilometros cuadrados). en cualquier caso, ambos tipos de
instalaciones son comercialmente viables. (2015) a new energy future with solar energy.
revista total. (TOTAL, 2013)
25

en américa latina se está realizando una gran cantidad de inversión en energías
renovables, principalmente en energía solar durante estos últimos años. uno de estos
países latinoamericanos es chile, donde la instalación de energía solar está creciendo a
un ritmo impresionante, dadas las inversiones cada vez mayor que se están realizando en
esta forma de generación, muestra de ello son los numerosos proyectos en marcha y la
reciente inauguración de plantas fotovoltaicas durante el año 2014. uno de los
megaproyectos es la construcción en chile de una planta de energía solar de 72,8 mwp
(megavatios), que inyectará electricidad directamente al sistema interconectado del norte
grande (sing), comercializando toda su producción en el mercado spot (merchant solar),
esperando que la interconexión de la planta de 72,8 mwp se realice durante el 2014. una
vez finalizado el proyecto, denominado “maría elena”, se encuentra ubicado en la región
de antofagasta, convirtiéndose posiblemente en una de las mayores plantas de energía
solar fotovoltaica de latinoamérica y una de las más grandes del mundo. (2014) el mayor
proyecto termosolar de sudamérica (chile-cerro dominador). energia12, (12, 2014).
en argentina la disponibilidad local de estos recursos es muy importante a nivel
mundial, sobre todo en el caso de la energía solar y fuentes renovables y se encuentra
distribuido a lo largo del país en forma complementaria. con él se podría satisfacer
buena parte de las necesidades energéticas del país si resultase económica su
explotación. en argentina se pueden ver avances en energía solar aplicados a diferentes
proyectos como el acondicionamiento térmico de edificios por vía solar, la producción
de agua caliente por vía solar, el secado solar de productos agrícolas, la producción
eléctrica por vía solar entre otros lo cual ha impulsado el desarrollo y la sostenibilidad
del país. saravia l. (2007) la energía solar en argentina, petrociencia, n° 56 – 65.
https://energia12.com/2014/07/31/el-mayor-proyecto-termosolar-de-sudamerica-chile-cerro-dominador/
https://energia12.com/2014/07/31/el-mayor-proyecto-termosolar-de-sudamerica-chile-cerro-dominador/
26

en la amazonias surgió el proyecto denominado “sistemas fotovoltaicos
domiciliares” implantado en la comunidad de são francisco do aiucá localizado en plena
amazonía brasileña, en agosto del 2005 fueron instalados 19 sfd´s y en abril del 2007
otros 4 dando un total de 23 sistemas implantados. todos son del tipo sigfi-13 lo que
permite una disponibilidad mensual garantizada de energía de 13 kw/h y distribución en
corriente alterna. dado que uno de los principales objetivos del proyecto es el suministro
de informaciones técnicas operacionales para los futuros emprendimientos, con esto
ayudando a solucionar una problemática energética en esta localidad. morante f, zilles r
& mocelin a. (2007) transferencia tecnológica en comunidades amazónicas: algunos
aprendizajes obtenidos a partir de proyectos utilizando la tecnología solar fotovoltaica.
avances en energías renovables y medio ambiente vol. 11.
en perú se realizó un proyecto de electrificación rural a base de energía solar
fotovoltaica que es una alternativa energética para sistemas fotovoltaicos, cuando la
demanda es pequeña, ayudando al poblador rural de áreas aisladas a disminuir los
índices de pobreza. dentro de los objetivos del proyecto se encuentra la disminución de
los gases tipo invernadero que se generan por la utilización de combustibles fósiles en
las zonas rurales. johannes h, (2008) electrificación rural a base de energía solar
fotovoltaica perú. (Akker, 2008)
Colombia goza aún del privilegio de contar con el abastecimiento interno de
hidrocarburos, sin embargo, este recurso no renovable está llegando a su fin pues ya se
ha evidenciado que las reservas del país tienen cerca de pocos años de durabilidad con lo
cual, se esperaría que se volviera una nación netamente importadora de este recurso. la
agencia internacional de energía (aie) dice que la base de la vida moderna del mundo
depende en un 80% del petróleo y que a medida que los países se industrializan y sus
27

poblaciones aumentan, también crece el consumo de energía. (aie, 2002) en colombia la
producción de energía primaria proviene de la hidroelectricidad, por la abundancia de
agua en la mayoría de zonas del país, y en un segundo lugar de los combustibles fósiles
(petróleo, gas y carbón), cuyas reservas ya se están agotando. por eso el gobierno
nacional en los últimos años ha invertido en el desarrollo y aplicación de tecnologías
alternativas de producción de energía, que funcionen con recursos renovables, para
solucionar el problema de la crisis energética mundial y contribuir a un medio ambiente
más limpio. (ministerio de educación de colombia, 2013) el país hasta ahora está
incursionando en el uso de la tecnología led y los paneles solares en el alumbrado
público, pero ya existen ejemplos que van a permitir que se extienda su uso. uno de ellos
es el proyecto fotovoltaico autónomo off-grid, que realizó la compañía alta ingeniería
xxi ltda., para autopistas del café, siendo la primera planta de energía solar de 20
kilovatios (kw) que se haya construido en colombia, para ofrecerle iluminación
autónoma al túnel santa rosa vía dosquebradas (risaralda). barbosa, u. janett., &
mayorga, manuel a., & santamaría, s. wilmar g., & garcía, r. david m (2014).
iluminación con energía solar fotovoltaica para autoservicios en bogotá. ingenio magno.
vol 5, pp. 81-94.
una tarea clave para un profesional gestor de proyectos es la formulación y
posterior implementación de proyectos que involucren alternativas que puedan brindar
valor agregado a la sociedad y a la economía de la misma, con opciones que incentiven
aspectos como la creación de empresas, la satisfacción de necesidades sociales, el
desarrollo sostenible, la promoción de empleos, el crecimiento económico, entre muchos
otros. en el departamento de la guajira se realizó un proyecto de implementación de un
sistema de generación solar fotovoltaica para la población wayuu en nazareth, el
28

desarrollo del proyecto beneficiará 3000 habitantes de la población wayuu en nazareth
corregimiento del municipio uribía, permitiendo mejorar sus condiciones de vida por
medio de la generación de electricidad, un medio alternativo como lo es la energía solar,
incentivando el desarrollo cultural con el acceso a nuevas tecnologías y promoviendo el
desarrollo económico con la posibilidad de generar microempresas y alternativas
turísticas. galvis, j & gutiérrez r. (2013) proyecto para la implementación de un sistema
de generación solar fotovoltaica para la población wayuu en nazareth corregimiento del
municipio de uribía, departamento de la guajira – colombia. recuperado el 28 de abril de
2017 de
http://stadium.unad.edu.co/preview/unad.php?url=/bitstream/10596/2590/1/75101283.pd
f
en la comunidadde palmeras ubicada en el departamento del amazonas en colombia se
generó un proyecto de instalación de sistemas fotovoltaicos, debido a que el servicio eléctrico
para la comunidad constaba de tan solo seis horas, por tal razón la calidad de vida los habitantes
no es la mejor debido a las fallas en la prestación energía eléctrica, lo que afecta la comodidad
en cada hogar, dentro del alcance del proyecto se encuentra la implementación de un
proyecto de energía alternativa, para garantizar el aumento en horas de la prestación del
servicio. otra de las condiciones que está inmersa dentro del alcance es la preservación
del medio ambiente. vela, m (2015) implementación y ejecución de un sistema de
energía alternativa (fotovoltaica) para incrementar la calidad de vida de sus moradores
en la comunidad de palmeras, (RUIZ, 10 DE OCTUBRE DEL 2015)
en Colombia se han implementado proyectos pilotos con iluminación led y
suministro de energía eléctrica por medio de paneles solares fotovoltaicos pero no se ha
realizado un proyecto macro en alumbrado público, el procedimiento y solución podría
29

utilizarse en cualquier zona del país, la zona de estudio en este caso es la ciudad de
Villavicencio, departamento del meta, con el fin de proporcionar una solución ecológica
y viable energéticamente la cual brindara mejor calidad de la visión de la ciudad,
disminuyendo el índice de accidentes y delincuencia común impactando en la reducción
de recursos eléctricos de este servicio y promoviendo el uso de energías renovables en la
región. montero, j & gómez, j (2014) evaluación de soluciones energéticas para
alumbrado público en villavicencio (meta). (JAVIER ALEXANDER MONTERO
GASCÓN, 2014)
la madurez técnica y económica de las tecnologías de energías renovables varía
de unas a otras, pero son fuentes que ofrecen opciones cada vez más atractivas. estas
incluyen la energía eólica, la biomasa, la fotovoltaica, la termosolar, la geotérmica, la de
las olas y la hidroeléctrica. todas ellas tienen algo en común: producen cantidades muy
pequeñas o ninguna emisión de gases de efecto invernadero, y se basan en fuentes
naturales prácticamente inextinguibles como “combustible”. algunas de estas tecnologías
son ya competitivas y sus costos disminuirán aún más al desarrollarse comercialmente.
además, si consideramos la suba de precios de los combustibles fósiles y que la
reducción de emisiones de dióxido de carbono ya tiene un valor monetario, las
tecnologías limpias representan también un atractivo negocio. (2008) energía solar
“revolución energética greenpeace”, (Energía Solar, Mayo de 2008 ).
la energía solar fotovoltaica es una tecnología que genera corriente continua
(potencia medida en vatios o kilovatios) por medio de semiconductores cuando estos son
iluminados por un haz de fotones. mientras la luz incide sobre una célula solar, que es el
nombre dado elemento fotovoltaico individual, se genera potencia eléctrica; cuando la
luz se extingue, la electricidad desaparece. las células solares no necesitan ser cargadas
30

como la batería. algunas células solares vienen manteniéndose en operación terrestre o
en el espacio desde hace 30 años.
la energía solar fotovoltaica presenta ventajas e inconvenientes tanto técnicas
cono no técnicas. a menudo, las ventajas y desventajas son diametralmente opuestas a
las de las centrales convencionales de fuel. por ejemplo, las plantas de combustibles
fósiles provocan emisiones peligrosas para el medio ambiente, usan una fuente limitada,
su coste tiende a crecer y no son modulares, es decir, no se pueden hacer plantas
pequeñas, la energía solar fotovoltaica no tiene ninguno de esos problemas; por el
contrario tienen la desventaja de su difícil almacenamiento. por último, coinciden en ser
ambas tecnologías muy fiables. (2002) energia solar fotovoltaica, colegio oficial
ingenieros de telecomunicación (PROFESIONAL, 2011)
la generación de energía eléctrica, que usa celdas solares, ha generado un gran
interés a lo largo del tiempo. una celda solar fotovoltaica es, esencialmente, un
semiconductor que puede generar un potencial eléctrico cuando es ionizado por
radiación. con otras palabras, una celda solar puede convertir energía de radiación solar
directamente a electricidad, pero para almacenar la energía se hace uso de baterías
recargables. estas baterías tienen un alto costo y al monitorearlas se pueden conocer sus
estados de carga, con el fin de hacer uso de esta energía o para llevar acciones de
reparación y mantenimiento. se hace indispensable contar con un nivel de referencia que
permita identificar el momento en que se debe conmutar a un estado de carga de batería
o el momento en que se puede exportar dicha energía a otros sistemas para su uso,
además de sistemas conversores de corriente directa a corriente alterna, para que
electrodomésticos comunes puedan utilizarla o conversores solo en corriente directa
(dc/dc). berrio l, zuluaga c, (s.f) smart grid y la energía solar fotovoltaica para la
31

generación distribuida: unarevisión en el contexto energético mundial, (Berrío & Zuluaga,
2014)
actualmente la universidad de alicante (ua) cuenta con una planta fotovoltaica,
que genera energía electrica para el autoconsumo de las plantas pilotos de investigación
del centro de energía química, la planta fotovoltaica es un proyecto institucional que
surge como proyecto de investigación para estudiar el funcionamiento de sistemas
electroquímicos alimentados con energía solar, y que hizo posible gracias a la cesión de
los paneles fotovoltaico por parte del ayuntamiento de alicante. su construcción se
finalizó en el año 1986. la energia solar fotovoltaica en la universidad de alicante,
(ezzingSolar, 2017)
el artículo es el resultado de un trabajo de investigación enfocado al uso de
sistemas fotovoltaicos para la iluminación por medio de diodos emisores de luz tipo led.
se busca reducir el consumo energético mediante la implementación de un sistema de
iluminación basado en led hasta en un 80%, donde la fuente primaria de energía es el
sol. se demuestra la viabilidad de los sistemas solares de iluminación led mediante la
construcción de un prototipo. los sistemas de iluminación fotovoltaicos son una
alternativa real para ahorrar energía eléctrica e igualmente representan un campo de
investigación abierto en muchos sentidos. sistema fotovoltaico de iluminación solar,
benítez v, torres g, gámez l & pacheco j.

la energía solar fotovoltaica como factor de desarrollo en zonas rurales de colombia.
ingeniero mecánico rafael eduardo ladino peralta tesis para optar al título de maestría en
desarrollo rural. experiencias de paises latinoamericanos con energia fotovoltaica
32

todas las fuentes renovables, la energía solar es la única que puede ser
aprovechada en todo el planeta, independientemente del clima o la geografía, sin
detrimento al ambiente y –teóricamente- con la capacidad de satisfacer las necesidades
energéticas de la población mundial. las celdas solares son dispositivos capaces de
transformar directamente la energía solar en energía eléctrica, llamada comúnmente
energía fotovoltaica.
34

el objetivo de todas las fuentes renovables, y la fotovoltaica no es la excepción,
es generar energía eléctrica a bajos costos que permitan competir con la producción de
energía eléctrica que se obtiene de combustibles fósiles y nucleares. fabricar celdas
solares con alta eficiencia de conversión es uno de los propósitos fundamentales en aras
de disminuir el precio del kwh de energía eléctrica. energía, energía fotovoltaica y
celdas solares de alta eficiencia,

la eficiencia de los paneles fotovoltaicos no ha parado de aumentar en los últimos
años. los progresos han sido importantes, pero aún estamos lejos de captar la energía del
sol que recibe una superficie. de ahí quela investigación en este campo bulla y cada
poco tiempo se alcancen nuevas metas. la última se la debemos a la empresa japonesa
kaneko, que ha desarrollado unas placas solares cuya eficiencia es la mayor
demostrada hasta el momento para una tecnología que sea susceptible de producirse
en masa.
la investigación de kaneko ha dado lugar a unos paneles con una eficiencia del
26,6%. este porcentaje es la energía solar que la tecnología es capaz de transformar en
electricidad. del total de luz que la superficie del panel recibe, poco más de una cuarta
parte se aprovecha. y esto es todo un récord. bejarano p (2017), la compañía nipona
kaneko ha conseguido fabricar paneles solares con la mayor eficiencia posible,
susceptible de ser replicada en masa.

evaluación de impacto ambiental de la energía solar en el laboratorio de la
universidad cooperativa sede Villavicencio

descripción del proyecto
se realiza la evaluación de impacto ambiental de los sistemas empleados para la
generación de energía solar, en el laboratorio de la universidad cooperativa de
Colombia, sede Villavicencio, teniendo en cuenta los impactos en el contexto social,
económico y en el eco sistémico en la universidad.
área de estudio
el área de estudio para la evaluación de impacto ambiental del uso de energía
solar se encuentra comprendida en el territorio colombiano ubicado en la ciudad de
Villavicencio, en el laboratorio de la universidad cooperativa de Colombia carrera 22 no.
7 – 06 sur, la rosita.

Ilustración 1. Mapa de Villavicencio
NOTA 1. Ubicación universidad cooperativa de Colombia, Fuente: Alcaldía de
Villavicencio.
36

Tabla 9. Rango Anual de disponibilidad de energía solar por regiones
NOTA 2. Se tiene en cuenta el rango de la región del Orinoquia, ya que la instalación se
realiza en la ciudad de Villavicencio, meta. Fuente:
http://www.upme.gov.co/docs/atlas_radiacion_solar/10-apendice_d.pdf

Ilustración 2. Mapa de radiación solar en Colombia
NOTA 3: En Villavicencio, el valor máximo (4.0-4.5 KWh/m2) día.
Fuente: Radiación solar en Colombia.
37

Metodología Utilizada Para La Evaluación De Impacto

Se realizó la elaboración de una matriz de valoración de impactos puesto que esta
metodología cuantitativa permite acentuar trazos característicos deseables y necesarios,
ya que es una metodología bidimensional que relaciona el medio con los impactos
ambientales.
Para la elaboración de este impacto se realizó una selección de las categorías
ambientales afectadas más relevantes y se seleccionó cuáles son los impactos más
relevantes y que afectan en mayor medida al medio, ya sea de manera beneficiosa o
dañina. Seguidamente, se extrapolaron estas variables a la matriz de valoración de
impactos identificadas donde en el eje horizontal se ubicaron las categorías ambientales
afectas y en el eje vertical los impactos ambientales más relevantes según importancia en
los proyectos. Posteriormente se procedió a determinar cuál es el nivel de impacto entre
ellos ya sea positivo o negativo. La tabla de valores para su asignación se observa a
continuación:

CATEGORIA JERARQUIZACION
NO APLICA 0
INAPRECIABLE 1
NO
SIGNIFICATIVO 2
MODERADO 3
SIGNIFICATIVO
NEGATVO
4
SIGNIFICATIVO
POSITIVO 5

Tabla 10. Categoría de Jerarquización.
38

Una vez determinado su nivel de relación se procede a realizar una sumatoria en los ejes
verticales y horizontales, para identificar las incidencias de todas las acciones sobre cada
factor ambiental, es decir que es posible determinar la fragilidad de ese factor ante el
proyecto y además dar una valoración del efecto de acción de impacto que se generara
en el medio (Agresividad de la acción) respectivamente.
luego se realiza un análisis de los valores con un alto grado de impacto de una
manera individual, ya que algunos pueden ser positivos o negativos. todo este análisis y
valoración se realiza para el proyecto de energía solar de manera independiente y en las
fases de construcción y operación.
a continuación se realiza la evaluación de impacto ambiental del uso de energía
solar en colombia:
Energía Solar
el desarrollo de la energía solar en el país data de mucho tiempo atrás; las
aplicaciones térmicas en colombia datan de medidos del siglo pasado mediante la
instalación y operación de calentadores solares en diferentes regiones del país
independientemente del tipo de vivienda. sin embargo, debido al costo que este generaba
en cuanto a la compra, se realizó la introducción de un energético más económico que
fue el gas natural, lo que produjo una decreciente compra en el mercado de este tipo de
sistema. existe otra manera para realizar el aprovechamiento de la energía solar y es
mediante la generación de electricidad por medio de sistemas fotovoltaicos. este tipo de
alternativa para suplir las necesidades de electricidad ha sido enfatizado desde un
principio al sector rural debido a los altos costos del precio de los combustibles, así
como de operación, instalación y mantenimiento de las torres generadoras de energía y
39

todo lo que esto conlleva. este tipo de sistemas es implementado actualmente en
repetidoras de microondas, boyas, estaciones remotas, bases militares, entre otras; sin
embargo, en la actualidad se ha venido utilizando este sistema en las áreas rurales debido
a los crecientes impacto ambiental que tiene el mundo y los escases de la fuente prima
de energía.
los problemas del uso de tipo de tecnología limpia se presentan cuando no se
realiza un adecuado y pertinente mantenimiento tanto preventivo como correctivo,
generando desgaste de las partes y produciendo fallas que pueden conllevar a procesos
de baja del producto. rodríguez, h. (noviembre, 2008) desarrollo de la energía solar en
colombia y sus perspectivas. revista de ingeniería, universidad de los andes. bogotá. 7 p.
issn: 0121 – 4993.
Construcción
en la siguiente tabla se puede observar la matriz de valoración del uso de energía
solar durante la fase de construcción y su relación con el medio, donde se realiza una
relación entre los impactos ambientales encontrados en esta fase y el medio afectado.
MATRIZ DE IMPACTOS AMBIENTALES ETAPA DE CONSTRUCCION

ELEMENTOS AMBIENTALES
C
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M
IN
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Q
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TIERRA
materiales de
construcción 3 3
recursos
minerales
40

AGUA
superficial
calidad del agua
ATMOSFERA
calidad del aire
(gases,
partículas) 3 3 6
clima (macro,
micro) 1 2 4 7
F
A
C
T
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E
S
C
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L
T
U
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A
L
E
S

INTERES
ESTETICO Y
HUMANO
presencia de
elementos raros
2 4 4 4 4 18
ASPECTOS
CULTURALES
patrones
culturales estilo
de vida
2 2 3 3 3 2 15
empleo 5 5 5 5 20
FACILIDADES Y
ACTIVIDADES
HUMANAS
Estructuras 3 5 4 4 4 4 4 24
redes 2 4 4 4 10
barreras 2 5 4 11
SUMATORIA 16 10 20 15 24 19 8 10

Tabla 11. Matriz de impactos ambientales etapa construcción.
Operación
En esta etapa se realiza la elaboración de la matriz valoración de los impactos ambientes
del uso de energía solar durante la fase de operación donde se realiza una relación entre los
impactos ambientales encontrados en esta fase y el medio afectado.
MATRIZ DE IMPACTOS AMBIENTALES ETAPA OPERACIÓN

ELEMENTOS AMBIENTALES
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Y

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IM
IC
A
S

AGUA
superficial 1 1
calidad del
agua 1 1
ATMOSFERA
calidad del
aire (gases,
partículas) 3 5 5 5 5 23
clima
(macro,
micro) 1 5 5 5 5 21
F
A
C
T
O
R
E
S
C
U
L
T
U
R
A
L
E
S

INTERES
ESTETICO Y
HUMANO
presencia de
elementos
raros
2 3 5 4 4 4 4 3 5 34
ASPECTOS
CULTURALES
patrones
culturales
estilo de vida
5 5 5 5 5 25
empleo 5 5 5 15
FACILIDADES Y
ACTIVIDADES
HUMANAS
Estructuras 3 5 4 4 4 4 5 3 5 37
redes 2 5 5 5 5 17
barreras 2 5 4 11
SUMATORIA 13 10 13 12 8 23 12 13 18 25 15 13 15

Tabla 12. Matriz de impacto ambiental etapa operación.

Resultado Y Análisis
Con base en los datos obtenidos en las dos matrices se puede realizar el siguiente
análisis:
El análisis de los resultados provenientes de las matrices de impacto ambiental se
realiza de manera individual por cada una de las fases, teniendo en cuenta los impactos
más relevantes cuando se realiza la implementación de paneles solares.
Construcción
42

 En esta fase de implementación de la energía solar los impactos más relevantes
que afectan los espacios físicos se encuentran las estructuras para la instalación de las
plantas solares, Estos elementos afectan la armonía y estética del lugar donde van a ser
ubicados los paneles debido a su tamaño genera que sean visibles. Por lo cual es ideal
realizar un análisis del mejor lugar para instalar.
 Uno de los tantos beneficios que conlleva la implementación de este tipo de
tecnología es la generación de empleo, ya que es necesario realizar programas de manejo
adecuado de los equipos, mantenimientos preventivos y correctivos.
Operación
 En la fase de operación los elementos ambientales que presentan un mayor
impacto se encuentran en la generación de energía limpia, lo cual conlleva a diferentes
beneficios para la universidad, aparte de ser un ejemplo a seguir para muchos estudiantes
a implementar nuevos sistemas de generación de energía.
 Sin embargo, el impacto negativo se encuentra en la afectación del paisaje del
área circundante ya que al momento de instalar los paneles solares, se debe instalar
elementos auxiliares como lo son plantas transformadoras y líneas de eléctricas asociadas.

Conclusión De La Evaluación Ambiental

El mayor impacto negativo al ambiente cuando se utiliza la energía solar se
produce al momento de la elaboración de las celdas fotovoltaicas puesto que para
algunas partes es necesario la utilización de metales raros y tóxicos los cuales durante el
43

procesamiento pueden generar contaminación de las aguas residuales y emisión de aire
contaminado.
Sin embargo una vez instalado el panel solar no se requiere de algún tipo de
fuente de energía principal, no genera contaminantes ni vertimientos al suelo o fuentes
hídricas y tampoco generan algún tipo de ruido.
Con base a las dos evaluaciones de impacto ambiental realizadas se puede sugerir
la implementación de ayudas visuales con el fin de que estas al momento de ser
construidas se encuentran en lugares donde se les pueda sacar el máximo provecho a
estas y además que disminuyan el impacto al paisaje, siendo este uno de los impactos
ambientales que afectan en mayor medida a las obras realizadas, con base a este impacto
negativo se busca darle solución instalando los paneles solares en la cubierta del
laboratorio evitando con esto interrupciones en el laboratorio de la universidad, brindado
más espacio, evitando que se acerquen personas a molestar los paneles solares,
protegiendo los paneles de la caída de árboles frutales los cual pueden dañarlos, y
mejorando la parte estética del medio.

Diseños

Ilustración 3. Vista en planta estructura paneles solares
Fuente: Propia

Ilustración 4. Vista lateral estructura paneles solares
Fuente: Propia

Ilustración 5. Vista frontal estructura paneles solares
Fuente: propia

Ilustración 6. Vista isométrica estructura paneles solares

Cálculos

ESPECIFICACIONES PANELES SOLARES

ITEM DESCIPCION UNIDAD
1 POTENCIA MAXIMA 280W
2 TENSION DE CIRCUITO ABIERTO 22.50V
3 VOLTAJE DE OPERACIÓN OPTIMA 18V
4 RANGO DE TOLERANCIA EN TENSION 0+5%
5 DIMENSIONES 195X99X4
6 PESO 20.5 KG
7 VIDA UTIL PANEL 25 AÑOS
8 TECNOLOGIA POLICRISTALINO

Tabla 13. Especificaciones Paneles solares.
Panel Solar:
Variables:
 Radiación solar
 VDC
 Temperatura
TABLA TENSION EN VDC SEGÚN TEMPERATURA
fecha - hora radiación solar
global
temperatura tensión
energía solar kw/día ◦C V (DC)
21/04/2017
08: 30
4 20 19
21/04/2017
11:50
4 30 19.7
25/04/2017
16:10
4.3 32 19.78

Tabla 14. Determinación de tensión en VDC según temperatura y radiación solar global
Donde definimos que según la temperatura que los paneles solares arrojan un promedio de:
19.7V aproximadamente.

Determinación del tamaño del sistema solar fotovoltaico:
El sistema cuenta con 2 circuitos conectados en paralelo equivalente a: 25 Lámparas de
20V.
Tenemos una carga total de 500V.
𝑨𝒓 = 𝟏𝟐𝟎𝟎𝒙 𝑬𝒅/𝑰𝒅
Donde:
 Ar : Tamaño del panel (Wp)
 Ed: Consumo de electricidad (kWh / día) : 3.00
 Id : Irradiación (kWh / m2 / día) : 4.39
TABLA DETERMINACION DE TAMAÑO DE SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
Equipo Cantidad Potencia V Horas de uso Energía Wh/día
Circuito 1 12 20 4 960
Circuito 2 13 20 4 1040
Total 2000

Tabla 15. Determinación tamaña del sistema solar fotovoltaico

Despejando la formula tenemos:
𝑨𝒓 =
𝟏𝟐𝟎𝟎 ∗ 𝟐. 𝟎𝟎
𝟒, 𝟑𝟗
= 𝟓𝟒𝟔. 𝟔𝑾𝒑
Realizando los cálculos en la aplicación Android llamada FV CALC
48

Ilustración 7. Aplicación FV Calc Fuente: Google play

Nos suministra la siguiente información:

Ilustración 8. Cálculos aplicación FV calc. Fuente: Google play.

Donde se puede evidenciar de manera clara que si cambiamos en la formula anterior la
irradiación solar diaria por 4kwh/m2 y el voltaje del sistema por 19V obtendríamos la
misma respuesta de la aplicación en cuanto a potencia de paneles:
49

𝐴𝑟 =
1200∗2,0
4
= 600𝑊𝑝 Siendo igual a la de la aplicación.
Aplicando la fórmula de tamaño de sistema con otras variables tenemos:
𝐴𝑟 = 𝑃𝑝 ∗ 𝐸𝑑/(𝑒𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 ∗ 𝑒𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝐼𝑑)

Dónde:

Pp = potencia proporcionada por el panel [Wp/m2]:546.6
epanel = eficiencia del panel [-] 10% dato supuesto
ebatería = eficiencia de la batería [-] 80% sato supuesto
Entonces:
𝐴𝑟 = 546.6 ∗
2.0
0.10∗0.80∗4.39
= 3112.75𝑊𝑝

Determinación cantidad de paneles:
Siendo Ar: 546.6
Para el modelo STP 280W-12V, Con 280Wp tenemos:
546.6
280𝑊𝑝
= 1.95
Esto será igual a = 2 módulos con un costo de:
2 ∗ 990.000 = 1´980.000

Funcionamiento del sistema:

Ilustración 9. Funcionamiento sistema fotovoltaico. Fuente propia.

Donde tenemos:
Dos paneles solares de 19.7V que surten de energía el control de carga, el cual surte a la
batería donde esta pasa al inversor de 1500w con un desgaste del sistema de la tercera parteigual a 500w el cual pasa al temporizador que está programado para funcionar de lunes a
viernes en el horario de 6:00Pm a 10:30Pm y los sábados de 6:00Pm a 8:00Pm, con un
funcionamiento normal de 4 horas y media entre semana y dos horas los días sábado, del
temporizador pasamos a enviar la energía a la red consiguiendo con esto la generación de
encendido de las lámparas y provocando un consumo de 3000W/h.
51

También el control de carga nos muestra que los paneles están entregando 12.9V a la
batería y eso mismo entrega la batería al sistema, evidenciando así que el sistema no
consume la totalidad de tensión máxima que generan los paneles siendo de esta manera un
sistema muy eficiente para abastecer el sistema de luminiscencia exterior del laboratorio.
Procedimiento De Instalación De Los Paneles Solares

1. Instalación de Estructura Metálica para soportar los Paneles solares, instalados en la
Cubierta del laboratorio con el fin de que afecte en lo menor posible el paisajismo y
el medio ambiente de la universidad, las estructura tiene unas medidas especificadas
a continuación:

Altura del piso a la estructura que soporta los paneles 1.50m, altura total estructura
1.75m, separación entre soportes 1.42m, brazos frontales: 90cm, brazos laterales:
1.38 m, medidas paneles 1.95m de largo por 99cm de ancho, soportes anclados a la
pared de 5cm con tornillos perforantes para brindar una mayor estabilidad.
52

Ilustración 10. Instalación Estructura Paneles Solares, Fuente Propia
Se realiza la instalación de la estructura metálica que va soportar los paneles solares, la cual
está anclado en la cubierta del laboratorio, para tener una mayor resistencia.

Ilustración 11. Instalación estructura paneles solares, fuente propi
La estructura se encuentra ubicada estratégicamente para que el clima, la fuerza de los
vientos no afecten la estructura.
53

Ilustración 12. Instalación estructura paneles solares fuente. Propia
Se realiza la instalación de los refuerzos de la estructura que le dan más firmeza a la misma,
para soportar fuertes vientos o lluvias.

Ilustración 13. Toda de medidas de estructura paneles solares. Fuente propia.
En la fotografía se realizan la medición de la estructura

Ilustración 14. Toda de medidas de estructura paneles solares. Fuente propia.
54

2. Instalación de paneles solares, los cuales están soportados sobre la estructura
diseñada para el aprovechamiento de los rayos del Sol con una inclinación de 15ᵒ
grados Ubicada hacia el sur-este para recibir la radiación solar, los paneles solares
tienen unas dimensiones de 195x99x4.
Se realiza la instalación de los paneles para comprobar que encajen perfectamente en la
estructura.

Ilustración 15. Instalación paneles solares fuente propia.
Se instalan cuidadosamente los paneles solares en la cubierta del laboratorio uno por uno,
logrando la instalación para ponerlo en funcionamiento.

Ilustración 16. Instalación paneles solares fuente propia.
55

Ilustración 17. Paneles solares. Fuente: Propia
Se evidencia el perfecto estado de entrega de los paneles solares, para la generación de energía
eléctrica.

Ilustración 18. Inclinación paneles solares 15 grados. Fuente propia.
Mediante una aplicación del celular se logra evidenciar el Angulo en el que quedaron los
paneles solares para recibir la radiación solar, el cual es de 15◦, permitiendo el correcto
funcionamiento de los mismos.

Pruebas

Pruebas Parciales
1. Pruebas de voltaje de los paneles solares realizadas para medir su capacidad de
carga:

Se realizan unas pruebas iniciales tomadas con un multímetro para medir la
tensión y corriente de los paneles y comprobar el correcto funcionamiento de los
mismos.
La potencia total de un panel es de 280V, la cual conectados en paralelo pasa a
ser 560V los dos paneles, el funcionamiento de los paneles conectados en paralelo en un
día soleado es de 18V.
Se tomaron dos medidas dos días diferentes, en donde se pudo evidenciar que
aun en un día nublado con poco sol, los paneles respondieron correctamente arrojando
una tensión de 19.5V y en un día con alta radiación solar alcanzaron a emitir 19.7V, de
esta forma queda evidenciado el correcto funcionamiento de los paneles solares.
También se demuestra que los paneles están diseñados para tener una salida regulada
sin importar del clima que se esté presentando (Cantidad de radiación solar).

TABLA PRUEBAS PANELES SOLARES REALIZADAS CON MULTIMETRO
fecha - hora radiación
solar
global
temperatura tensión corriente
Energía
solar
Kw/día
◦C V (AC) Ah
21/04/2017 -
08: 30 Am
4.0 20 19.5 31.1
21/04/2017 -
11:50 Am
4.1 30 19.7 31.1
25/04/2017 -
4:10 Pm
4.39 32 19.78 31.1

Tabla 16. Pruebas paneles solares realizados con multímetro.
NOTA 4. Los datos de energía solar se tomaron de la página: http://www.appecon.enair.es/
la cual nos permite determinar la ubicación en latitud, longitud y altitud además nos indica
la radiación Kw día, mes y año por metro cuadrado
57

Ilustración 19. Ubicación del laboratorio de la Universidad mediante aplicación calculadora
de energía solar.
En esta imagen podemos observar una página web que nos indica la radiación solar que se
está produciendo ingresando las coordenadas y ubicación del laboratorio, la página por
GPS nos suministra la información inmediata de radiación solar en este caso 4.39Kw en el
laboratorio de ingeniería civil de la universidad cooperativa

Ilustración 20. Registro fotográfico toma de corriente con multímetro
fuente: propia
Se realiza una medición con multímetro para determinar la tensión que están produciendo
los paneles solares durante 3 días con temperaturas diferentes.

Ilustración 21. Registro fotográfico pruebas preliminares paneles
59

Ilustración 22. Salida de Vatios en las pruebas con el multímetro día 1.
Realiza la medición el día 1, con una temperatura de 20◦C Se muestra de manera clara que
el multímetro arroja un valor de 19.59V, lo cual evidencia un correcto funcionamiento de
los mismos.

Ilustración 23. Salida de vatios en las pruebas con multímetro día 2.
60

Realiza la medición el día 2, con una temperatura de 30◦C Se muestra de manera clara que
el multímetro arroja un valor de 19.68V, lo cual evidencia un correcto funcionamiento de
los mismos y al presentarse una temperatura un poco más alta los paneles suministran más
potencia.

Ilustración 24. Salida de vatios pruebas con multímetro día 3.
Se Realiza la medición el día 3, con una temperatura de 32◦C Se muestra de manera clara
que el multímetro arroja un valor de 19.72V, lo cual evidencia un correcto funcionamiento
de los mismos, se puede concluir que aunque la temperatura varié, los paneles tienen una
suministro regulado de voltaje independientemente de las condiciones climáticas y
ambientales del día.

Resultados

Con la instalación del sistema solar fotovoltaico se logra de manera eficiente
contribuir en el desarrollo del laboratorio de ingeniería civil de la universidad
cooperativa sede Villavicencio, brindando la implementación de sistemas de producción
de energías limpias a través del uso de los paneles solares.
En esta instalación se cumple con el propósito de generar 1Kw de energía
eléctrica para la generación de luminiscencia necesaria para alimentar las 25 lámparas
que conforman el sistema de iluminación externa del laboratorio. Contribuyendo así con
el medio ambiente y el desarrollo de la universidad mediante el ahorro de energía
eléctrica, reduciendo costos y siendo un ejemplo a seguir para los estudiantes a
implementar nuevas tecnologías tercermundistas contribuyendo con el medio ambiente e
impulsando a otras sedes de la universidad cooperativa a utilizar los sistemas de
generación