Comunicación presentada al III Congreso Edificios Energía Casi Nula:
Autores
- Déborah Hager Lopes de Andrade, Estudiante de Ingeniería Civil en el Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo
- Dr. Marcone Susumo Gomazako, Profesor de Ingeniería Civil en el Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo
Resumen
A lo largo de 2015, se celebró el Año Internacional de la Luz, creado por las Naciones Unidas (ONU) para sensibilizar a los gobiernos del mundo que a pesar de todos los avances científicos de la humanidad todavía hay 1,5 millones de personas que viven sin electricidad. Países subdesarrollados y en desarrollo, son los que más sufren la falta de acceso a la energía. En 2012, en Brasil, la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (ANEEL), puso en marcha la Resolución Normativa 482, donde se establecen directrices para el acceso la micro generación de electricidad doméstica de fuentes renovables. En este trabajo se presenta un estudio sobre el sistema híbrido eólico-fotovoltaico Off-Grid, mostrando que existe la posibilidad de proporcionar una mayor rentabilidad para las familias de bajos ingresos en la ciudad de Itapeva y hacer una contribución a la crisis en la matriz energética brasileña.
Crisis en la matriz energética brasileña
En Brasil, las políticas de inclusión y reducción de la desigualdad social, dará lugar a la necesidad de ampliar la disponibilidad de energía eléctrica en Brasil, ya que aumentará el consumo de electricidad afectando temas, como la sostenibilidad ambiental y la eficiencia energética de la matriz brasileña (Bueno, 2013).
Sólo en 2012, la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (ANEEL), puso en marcha la Resolución Normativa 482, que establecen directrices generales para el acceso a la micro generación y la minigeneration de electricidad residencial por medio de fuentes renovables permitiendo una mayor participación del auto-productor en la matriz energética nacional con el fin de obtener un consumo eficiente de energía y un menor impacto ambiental (ANEEL, 2012).
Como Brasil tiene las condiciones climáticas y geográficas favorables en relación a la radiación solar y la energía eólica, el uso de energía a partir de la misma para el consumo residencial de energía hace que sea posible reducir el impacto ambiental de otras fuentes no renovables y contribuir al ahorro de costes de familias de bajos ingresos.
Electricidad para Itapeva F
El enfoque de este estudio se basa en mostrar la viabilidad económica de implementar un sistema híbrido eólico-fotovoltaico Off-Grid para la generación de electricidad para las familias de bajos ingresos.
En 2011, la Empresa de Vivienda y Desarrollo Urbano (Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano en portugués), junto con el municipio de Itapeva, construyeron en Itapeva en el estado de Sao Paulo, la vivienda Itapeva F. En total 177 familias fueron atraídos a la vivienda con 212 casas de 43,5 m² (Prefeitura Municipal de Itapeva, 2015).
Material y Métodos
El sistema en cuestión genera electricidad en corriente continua (DC), pero la mayoría de los equipos y aparatos que se encuentra en el mercado brasileño operan en corriente alterna (AC), por lo general en las tensiones de 110 V y / o 220 V. Por lo tanto, para el diseño será considerado el equipo más común que normalmente se puede alimentar con sistemas híbridos eólico-fotovoltaico.
Nuestra aplicación principal, la iluminación, en el caso de este estudio, tanto interna como externa estará propulsado por el sistema.
Electrodomésticos tales como aparatos electrónicos y electrodomésticos, también pueden ser alimentados a través de un sistema de este tipo, pero por que se realizan para recibir corriente alterna, el sistema requiere el diseño de un inversor.
La disposición se instalará en un ángulo igual a la latitud del lugar, Itapeva, en el caso de que la demanda de carga sea mayor en el verano en el hemisferio sur, la disposición del ángulo de inclinación es igual a la latitud del lugar añadido 15 °. La diferencia para el invierno será la disposición del ángulo de inclinación igual a al menos 15 ° y por lo uso de la inclinación, se estima la potencia del proyecto considerando sol pleno en cada uno de estos lugares. Selecciona para el proyecto la potencia más baja entre estos tres casos, este procedimiento se indicará la mejor inclinación para el generador fotovoltaico.
Así, la localización correspondiente a la ciudad de Itapeva tiene mayor incidencia de radiación solar durante 7 horas al día, lo que genera un proyecto de poder 1019.4 W.
El módulo elegido para la instalación del sistema es el tipo de cristalina, fabricado por la industria de energía chino Yingli con potencia igual a 140 W, el número de módulos necesarios para el sistema será modificado teniendo en cuenta el proyecto de energía corregida por 90%. Por lo tanto, el diseño se compone de dos módulos vinculados en serie con el objetivo de llegar a la tensión conjunto de 24 voltios.
Las dimensiones de la turbina eólica tomaron en consideración el potencial eólico de la región, así como la demanda de cargas de energía que componen el sistema. El mapa de vientos del sureste de Brasil indica que la velocidad media del viento en la región de Itapeva oscila de 5,5 a 7,0 m / s, por lo que el viento necesario para el correcto funcionamiento de la turbina de viento no debe ser superior a estos valores.
Por lo tanto, fue seleccionado para este proyecto, dos turbinas eólicas de Air Ista Breeze i-500 que tiene la velocidad del viento necesaria para su funcionamiento de 3,5 m / s, la producción de 500 W a 12,5 m / s, lo que producirá en la región de Itapeva 103,4 W a 6,5 m / s.
El regulador de carga debe ser elegido de acuerdo con el valor de la corriente máxima que debe ser mayor que la corriente de cortocircuito máxima esperada al sistema. Otra característica importante es la tensión de funcionamiento del sistema, todos estos datos deben ser proporcionados por el fabricante.
Para el diseño de las baterías en serie, se considera la tensión nominal que queremos que el sistema híbrido solar-eólica funcione, con la tensión nominal de la batería seleccionada, establezca el número de baterías en serie donde sería necesario en el caso dos baterías de 12 voltios en serie.
El inversor dimensionado para este proyecto tomó en cuenta la potencia eléctrica que debe alimentar.
Resultados
En este estudio se utilizará como flujo de caja de mes a mes el impacto del uso del sistema híbrido eólico-fotovoltaico. Por lo tanto, el análisis económico de que se trate debe tener en cuenta el valor de kW.h y los impuestos cobrados por Elektro, proveedor de electricidad a la región Itapeva.
En Brasil los impuestos están incrustados en los precios de los bienes y servicios, por lo que están presentes en sus facturas de agua, luz y teléfono, la compra de bienes y contratación de diversos servicios. Las facturas se incluyen impuestos federales, estatales y tasas municipales.
Desde el 1 de enero de 2015, el sistema de banderas de tarifa entró en vigor. Se aplica en todo el país, según lo regulado por la ANEEL (Agencia Nacional de Energía Eléctrica), la Resolución Normativa nº 547/2013. Según estudios realizados por expertos en el tema, publicado en el sitio de la ANEEL, el cambio será positivo y ayudará a equilibrar los costos de generación de energía y garantizar la seguridad energética (Elektro, 2015).
- Bandera verde: condiciones favorables para la generación de energía. La tarifa publicada se mantiene.
- Bandera amarilla: condiciones de generación menos favorables. La tarifa publicada sufre un aumento de R$ 2,50 (€ 0,625) por cada 100 kilovatios hora (kW.h) consumida.
- Bandera roja: condiciones más costosas de generación. La tarifa publicada sufre un aumento de R$ 4,50 (€ 1,257) por cada 100 kilovatios hora (kW.h) consumida.
La ecuación para calcular consumo residencial en €/kW.h incluyendo impuestos aplicados por Elektro (Elektro, 2015).
Para el valor del cálculo en euros será considerado el valor equivalente a un euro igual a € 3,9975 de acuerdo con datos del Banco Central de Brasil (Banco Central Brasileiro, 2016).
La tabla muestra las tarifas del Elektro (Elektro, 2015):
Como la ecuación se mencionó anteriormente, el precio total a pagar por el consumo de electricidad es el valor de € 0,1942 por kW.h consumido.
Para el análisis de la viabilidad económica del sistema híbrido eólico-fotovoltaico tendrá en cuenta los valores invertidos en materiales y mano de obra, de la siguiente manera:
Para el análisis de la viabilidad económica, la tasa atractiva mínima adoptada se basa en la tasa brasileña SELIC (Sistema Especial Tasa de Liquidación y Custodia) promedio para el año 2015, que asciende a 13,23% (Magagnin, 2010).
Se calcula la cantidad de ahorro mensual en la factura de electricidad, en moneda brasileña, teniendo en cuenta la utilidad eléctrica en la región y sus tasas actuales, obteniendo un valor de € 376, 99.
Por lo tanto, la tasa de IRR debe ser mayor que el TMA para que el proyecto sea considerado viable.
Inicialmente, se considera el valor de la inversión como el costo total de la implementación del sistema. Tenemos en la tercera columna el valor que corresponde a un ahorro en la factura de electricidad que las familias tendrían al utilizar el sistema, lo que resulta en € 376,99, 00 por año. En la siguiente columna, hemos registrado un aumento del 6,5% por año en la tarifa eléctrica brasileña debido a la crisis en la matriz energética, un porcentaje que se añade al valor de la economía en la quinta columna, para obtener el flujo de caja final.
En el «Flujo de efectivo en el Instante» 0 «,» los valores de los flujos de caja son presentadas en instante «0» por el método VAN, donde haciendo uso de la tasa mínima de atractivo (TMA) se deduce, el valor futuro presenta en el flujo de caja y convertirlo en valor presente.
En la séptima columna, tenemos la suma año tras año en el Flujo de Caja en el Instante «0» con el objetivo de determinar el número de años que el sistema ha sido pagado con al ahorro de energía.
Por lo tanto, para TMA proyectada con base a la tasa SELIC promedio de 2015, de la cantidad de 13.23% anual, determinar el valor presente de € 2.593,56 en 25 años.
Con los datos de flujos de efectivo, el cálculo de la IRR es igual al 13,85% que muestra que el proyecto es considera viable.
Para el cálculo del Payback, considere la columna 7, el momento en el que la suma se convierte en positivo si tiene el período que se necesita para conseguir el retorno de la inversión (Payback).
Aparece el último débito en el sexto año de € 74,08 y aparece el primer crédito en el séptimo año de € 230, 51. Haciendo la suma positiva de € 156, 43. Por lo tanto, existe la recuperación de la inversión exacta 6 años, 3 meses y 27 días.
Discusión y Conclusiones
El proyecto se considera viable si el VAN calculado es mayor o igual a cero, es decir, el inversor volverá sobre el capital invertido. Otro dato relevante es que la TIR debe ser mayor o igual que el TMA, que fue establecido como la tasa anual promedio de SELIC en 2015.
Ambos análisis muestran que el proyecto es viable, con un VPL de € 2.593,56 y una TIR 13,85%.
Sobre la base de los cálculos, también define la recuperación de la inversión que se corresponde con el periodo en que se produce el retorno del capital, el sistema en estudio dio lugar a una recuperación de la inversión de 6 años, 3 meses y 27 días, antes del final de la vida sistema.
Con base en los resultados, se puede concluir que el sistema híbrido eólico-fotovoltaico puede ser aplicable a las familias de bajos ingresos representando un ahorro significativo trayendo, también, beneficios ambientales a todos.
Referencias
- Brasil. Agência Nacional de Energia Elétrica. Resolução Normativa Nº 482. 17. abr 2012.
- Brasil. Banco Central Brasileiro.
- Brasil. Prefeitura Municipal de Itapeva. Dados Gerais.
- Brasil. Elektro. Tarifas, Taxas e Tributos. São Paulo, 2015.
- Bueno Julio. A Matriz Energética Brasileira: Situação Atual e Perspectivas. Rio de Janeiro, Ago 2013.
- Magagnin, André. Impactos Econômicos do Uso de Energia Solar para Aquecimento de Água em Residências Unifamiliares. Criciuma, Santa Catarina. Nov. 2010.