Análisis de recurso solar y eólico en Colombia. Caso Valle del Cauca

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Este trabajo evalúa y analiza el recurso y potencial de energías solar fotovoltaica y energía eólica para la región del Darién en el Valle del Cauca, Colombia. El estudio se realiza basado en valores de radiación solar y velocidad del
viento que utiliza la fuente oficial de información del recurso, el Atlas publicado por agencias del gobierno. Se presenta aquí un análisis de comparación y contraste con mediciones directas y reales realizadas por el grupo de energías renovables de la Universidad Autónoma de Occidente y los datos obtenidos por el Atlas. Como resultados se obtienen valores muy diferentes de radiación solar y de velocidad de viento que son muy importantes para la generación de energía con dos fuentes renovables y alternativas en el Valle del Cauca, Colombia
Publicado el : sábado, 01 de enero de 2011
Lectura(s) : 181
Fuente : El Hombre y La Maquina 0121-0777 (2011) Num. 37
Número de páginas: 9
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Análisis de recurso solar
y eólico en Colombia.
Caso Valle del Cauca
*YURI ULIANOV LÓPEZ
Resumen
Este trabajo evalúa y analiza
el recurso y potencial de energías
solar fotovoltaica y energía eólica
para la región del Darién en el
Valle del Cauca, Colombia. El es-
tudio se realiza basado en valores
de radiación solar y velocidad del
-
cial de información del recurso,
el Atlas publicado por agencias
del gobierno. Se presenta aquí
un análisis de comparación y
contraste con mediciones directas
y reales realizadas por el grupo de
energías renovables de la Univer-
sidad Autónoma de Occidente y
los datos obtenidos por el Atlas.
Como resultados se obtienen va-
lores muy diferentes de radiación
solar y de velocidad de viento
que son muy importantes para
*
ylopez@uao.edu.co
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FDU]OLODLHXW$TXHORURIHQWSDHGHYLFiUVGHHQWEURPPHHRUL'FDLRR'(LWXO-HQD1R?FD0iTXLQLOGD\yQRPHEULRP+OD(IXHQR?3KDVUHGHHLH6UWSWPHQWEUH)QHFJpGHLFDSW\F0yQFFQLXEUHD8YH\L(G?XWFDLGHH2QFFLGHDH&D(LQH&ROUELJpO)QWFDWHLFGHF'SFRFyQWHRULHPQ(?QHHUKDJtDDHVDL5H2QRYDWEOHVAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
tener. Por ejemplo, Estados Unidos
la generación de energía con dos
fuentes renovables y alternativas
siguen China, Japón, Brasil, Canada,
en el Valle del Cauca, Colombia.
Alemania, entre otras.[1]
Palabras clave: Energías
Tal y como se observa, el consu-
renovables, energía solar, energía
mo de este combustible fósil seguirá
-
siendo un componente importante
diciones experimentales.
de la canasta energética y cada vez
más la humanidad incrementará su Abstract
consumo. Esto indica claramente
This paper assesses and la forma como pueden alterarse mi-
analyzes two alternative energies llones de productos en el mundo si
for Colombia, as solar energy se repiten esas variaciones en otros
and wind power. This study is países lo que conlleva la variación
based on solar irradiation and en los precios de los alimentos de
wind speed values that uses the muchos habitantes. Sin embargo,
la provisión mundial de energía no
the national Atlas published by puede verse afectada por las varia-
government agencies. It is pre- ciones de un combustible, lo cual
sented a comparative and con- afectaría la seguridad energética del
trast analysis with direct and real sistema eléctrico de cualquier país.
measurements made by the group Esta situación hoy en día es a su
of renewable energies of Univer- vez, dependiente del petróleo y otros
sidad Autonoma de Occidente. combustibles fósiles como se mues-
As results, different values of tra en la Figura 1, donde más del 50%
solar irradiation and wind speed de los combustibles para generación
were obtained which are very de electricidad son fósiles.
important to generate electricity
with those two renewable and
alternative energies in Valle del
Cauca, Colombia.
Key words: Renewable ener-
gies, solar energy, Wind Power,
measures.
Introducción
La economía mundial está di-
rectamente relacionada con el pe-
tróleo. Este es el elemento fuente
para derivados como la gasolina, lo Figura 1. Generación de electricidad por combustible. IEA Energy Statistics.
Fuente [OECD/IEA 2010].cual hace que el transporte mundial
dependa de él. Por ello, los precios
de los alimentos y transportes están
directamente controlados por este Por todo ello, la alta dependen-
combustible fósil. Todo lo anterior cia energética actual (2011) de los
muestra la enorme dependencia ener- combustibles fósiles, la variabilidad
gética mundial del petróleo, donde en los precios, la inseguridad ener-
cada renglón de la economía es gética, el uso irresponsable de los
afectado por cualquier variación que recursos energéticos disponibles y
su precio o su abastecimiento pueda la alta contaminación ambiental que
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PPFLQUWH+HUOUXUDHL-OPDRUXH5DFHWULL\?WFRDWHLRRDQILH?[HSDHHQHWLDLOD0iTXLEUQ(VDXUPIHLIFXVROL?RPOyQFEFDULUFUOLOFHyOVGHGEUtHFFR'XOOQD1R?HOHRPQORLDAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
genera un incremento en el nivel lombia y la Unidad de Planeación
adecuado de los gases de efecto in- Minero Energética UPME, muestra
vernadero producido por las fuentes que las zonas aisladas o Zonas No-
de generación de electricidad, son Interconectadas (ZNI), al sistema,
las principales causas que motivan presentan valores promedios de
2y requieren de la investigación, el 4 - 4.5 kWh /m de radiación, lo
desarrollo de las energías renovables. cual es apto y muy motivante para
Entre estas energías, hoy en día se el desarrollo de nuevos programas
destacan la energía solar y la energía de aplicación de sistemas fotovol-
eólica, las cuales aprovechan recur- taicos, dado que en países donde
sos naturales, renovables y gratuitos se ha desarrollado la energía solar
para la generación de electricidad. fotovoltaica se aprovechan valores
Sin embargo y a pesar del rápido similares de radiación. En el caso del
desarrollo que han tenido estas sur de España con la radiación más
energías en los últimos cinco años, alta y las plantas y plataformas sola-
el reto por continuar su desarrollo e res más grandes del país, se registra
integrarlas en regiones como Lati- una radiación solar diaria promedio
2 noamérica, aún es gigante. Como si /día.[4]
fuera poco, en los últimos 25 años,
En la Figura 2 se muestra un
mapa de radiación solar global en países en vía de desarrollo han obte-
promedio multianual que indica el nido el acceso a la electricidad, pero
2promedio en kWh/m de la radia-la población se ha incrementado a 2
ción solar global acumulada en el billones en el mismo periodo así que
día y que incide sobre el territorio hay 700 millones de personas más
colombiano. El país está caracte-sin electricidad que hace 25 años.[2]
rizado por las regiones: Andina,
Atlántica, Pacífica, Orinoquia y Recurso solar y eólico en
Amazonia. La intensidad de la Colombia
radiación solar en la región Andina
En Colombia hacia el año 2005,
colombiana muestra que las zonas
la Unidad de Planeación Minero
de los valles del Cauca y Magdalena Energética, en asocio con el Insti-
poseen el mayor potencial de esta tuto de Estudios Medioambientales
región, y a medida que se asciende –IDEAM, publicó el Atlas de radia-
hacia las cimas de las cordilleras ción solar y el Atlas de viento, los
ese potencial va disminuyendo
gradualmente, con excepción de
algunas zonas llamadas altiplanos, [5]. Allí se presentan, registrados,
donde se observa un potencial so-los valores del recurso energético
lar mayor comparado con el de las para el desarrollo de sistemas de
laderas y valles. energía solar y energía eólica para
Colombia. En este trabajo se regis- Se puede observar, de acuerdo
tran mediciones que contrastan con con las convenciones, que sobre la
mayor parte del territorio colombia-
que indica el gran potencial ener- no la incidencia de la radiación solar
gético existente en algunas zonas global tiene promedios entre 4,0 y
2del país. 4,5 kWh/m por día, especialmente
sobre gran parte de la Amazonia y la
Atlas de radiación solar región Andina. Colombia, debido a
El mapa de radiación solar anual -
realizado por el Instituto de Estudios da con una gran disponibilidad del
Medio Ambientales IDEAM de Co- recurso solar.
36
QD?OOHRXOUIpFRXUEUVRPRUHRSXEOHLRHRFFXQDR?OFHOVURUHDOVYDYFVHHLQRVOVOLEyQYFUHOXXTGHHGR'HQD1R?HOLiFDHDRHLNQ:KFWPJGHSQUHRDQFHGYVLO@QV>VFGHLDHDFHRVDWHGVVtODLS?ORHQVPXOSHRPVLLLFLL-yD0iTXLQ\EUJ+H(RJAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
Figura 2. Mapa de radiación solar global en Colombia (KWh/m2 día). Fuente: [5].
Atlas de viento con el IDEAM, complementó con la
página web, un sistema interactivo
Es de interés para los proyec-
con algunas características meteoro-
tistas, conocer el recurso eólico de
-
cualquier región o parte del país
medios medidos en estas regiones
-
cial eólico. En Colombia, esto es intensidad, donde la zona de menor
necesario en zonas que no poseen intensidad de promedios de vientos
electricidad y son conocidas como
Zonas No-Interconectadas-ZNI, m/s. La siguiente es una zona mas
donde el combustible rey es el
diésel. La Unidad de Planeación Y por último, se tiene una región
Minero Energética, UPME, en el muy pequeña con promedios entre
Atlas de energía eólica que publicó
37
OHUYGRVXOSPDQD@GHIXHUFFDOVDUVHLP?RQFD?GRQDRPDFHROPRVDPWH]QRRVUR>G/HRVODGF?LVWXVQFUGRHFDGGHLDFLVDOFWVLHPOUFHSEUFHQD1R?XTQHWRFSUSFHHTLXDHGxDDLWFGRQSRURUPHHGRLDRVXHR'VHGPHLOLLS-DD0iTXLt\VEUO+y(JLAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
Colombia con un recurso eólico
poco aprovechable. sistemas eólicos en la alta Guajira
el mapa de velocidad de viento pro- Se puede observar que en las ZNI,
la velocidad promedio anual del vien-
1el mes de marzo, casi medio país to es muy baja lo cual no es favorable
no posee un recurso eólico repre- para proyectos eólicos. La imagen
sentativo que motive la generación creada por el IDEAM y la UPME, en
de electricidad con energía eólica. -
A pesar de ello, una tecnología tan cho más particulares y detallados, en
fuertemente desarrollada en países una vasta zona del país que representa
como Estados Unidos, Inglaterra, la mayor parte de las ZNI.
Dinamarca y España entre otros,
Metodología experimental deberá irse abriendo camino en Co-
lombia. Es así como desde el 2005
Recursos energéticos
se registran los primeros estudios
renovables en Cali
-
nica del uso de energías renovables en
el sur de la ciudad de Cali, es necesa-
rio conocer los diferentes parámetros
meteorológicos sobre el campus
universitario de la Universidad Au-
tónoma de Occidente ubicado en el
una estación ambiental en el techo
datos sobre 20 variables ambientales,
que permite generar pronósticos y
crear una base de datos de carácter
meteorológico. Dicha estación consta
de un grupo de sensores, una consola
receptora y un software que registran
distintas variables ambientales como
radiación solar, humedad relativa,
presión barométrica, dirección y
velocidad del viento, temperatura,
cantidad de lluvia, rayos ultravioleta,
entre otras. Una evaluación previa de
mediciones realizadas al interior del
-
so eólico, del cual se presenta un día
típico en la Figura 4, que revela valo-
res muy bajos de velocidad de viento
en promedio de 4190,94, valores por
encima de lo publicado en el docu-
Figura 3. Mapa de vientos con promedio mensual. Fuente: [6]
38
LUHDEWUDHDJDLDVWDUQDDUQPVLRHRURVGHEUWHUFDR'RXOQD1R?TOXHRRPPODWDHHGOV$SOQWVRVQWELHJWGQUHVLUDRRVHQXQDXVGHI>@XK?DHSHHUPVLHWDLHGHR?LRGHUQDWQLO?HFUDLU?GHHRPOLREQ&ROD>@M)RFGUOHLFOXFUPXROFLLDDDSGOOQQVSUUVFXXRVSVUDQOOXV$HGLQRUFV?VLGGHQLOFHQGYyOOUDVWGVQDLLFHyVRQDyL]DDUDFDHWtVFHOUFRSRUWSPHWtGHOHLRP/DOOHLGXpHODOLDL9D)YLDJXDU?DWHWP?HLGOLQRGPUX3OPWVLWDGQHXDWODHUDDUHWDVWOHPDHFDPP&SXHVPLXLQLL-YD0iTXLH\UEUV+L(WD6UJ~QHLRWDGOHGDVRVGVHiJLHWOGHEDHDAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
En la Figura 4 se presentan las
magnitudes que alcanza la radiación
solar, mientras al lado derecho las
velocidades de viento medidas por
la estación meteorológica local,
indican un muy bajo recurso eólico.
Este comportamiento aperiódico de
las mediciones da cuenta cierta de
la variabilidad del recurso solar y
eólico. Este es un comportamiento
típico de un recurso natural que no
tiene periodicidad y es suprema-
mente difícil de predecir.
Recursos energéticos
renovables en Darién (Valle Figura 4. Velocidades de viento y radiación solar medida en el campus UAO.
del Cauca)
En este estudio preliminar se
Mediciones realizadas en otro puede apreciar la diferencia entre
punto del Valle del Cauca, contras- los valores reales y la información
tan con los valores obtenidos del -
vo y detallado permitirá corroborar
Lago Calima, municipio de Darién, el enorme potencial eólico que
en el Valle del Cauca, donde no se puede desarrollarse en la hermosa
conoce de estaciones meteoroló- zona turística del lago Calima en
gicas que reporten velocidad de el municipio del Darién, Valle del
viento y radiación solar, se utilizó Cauca, pero el impacto ambiental
un anemómetro manual portátil, un de tipo paisajístico, obviamente
piranómetro digital y se midieron afectará a locales y extraños si no
valores de radiación solar superan- se realiza un control organizado del
2do los 1000 W/m . Así mismo, se crecimiento de la energía eólica en
obtuvieron mediciones de velocidad la zona. Se puede apreciar en la
del viento promedio de 5.5 m/s, lo Tabla 1 las medidas diezminutales
que contrasta con las velocidades en promedios mensuales obtenidos
de manera preliminar.
UPME IDEAM, para la zona del
municipio del Darién, cuyos valores
no superan ningún mes del año, 1.5
8m/s. Una serie atemporal de valores
promedio de las experiencias con el
7
grupo Semillero de Energías Reno-
6vables de la Universidad Autónoma
de Occidente, se presentan en la
5
Figura 5. En el estudio preliminar
estos valores se tomaron por pro- 4 Serie1
medios mensuales de velocidad de
3viento en m/s hora día. En el eje de
las abcisas de la Figura 5 se indica 2
un periodo de muestras. En cuanto
1
a valores de energía solar fotovol-
taica, se midieron valores superiores 0
2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27a 1200 W/m , lo cual es bastante
Medicionesalto y prometedor para generación
fotovoltaica en el lugar. Figura 5. Velocidades de viento tomadas en Darién: año 2010
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EUFL?FRD0iTXL(RVW-Q\H+PXSHXHLDXOFQD1R?DOHORPOOVV(U?VLDOPGHSDGHDXVLLR'VH8DtFRPRHQHOGHYLHQWRHQFR?RLGOQQiGHLHLEUP[KDHWLFXURIXW
V(m/s)Análisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
Tabla 1. Valores promedio mensual de nado considera la potencia del panel
velocidad de viento.
-Mes Vel.vto (m/s)
cia de una amplia gama de paneles Enero 6,5
solares fotovoltaicos comerciales,
Febrero 6,7
de potencia cercana a 200W, que
Marzo pueden ilustrar el comportamiento
Abril 4,6 y tendencia actual del mercado,
así como las máximas potencias y Mayo 2,1
Junio 4,5
De la potencia del arreglo o Julio 6,7
del conjunto de paneles solares, se
Agosto
Septiembre el panel es de potencias altas, el pre-
Octubre 4,6 cio del sistema y la generación será
mayor. Por ello en este análisis se Noviembre 5,4
consideran paneles de gran potencia
Diciembre 5,1
como el panel monocristalino SAN-
YO HIP-225HDE1, con 225Wp y
Potencia generada
Potencia solar fotovoltaica una ultradelgada capa de láminas de
silicio amorfo. El comportamiento Al considerar el recurso ener-
de éste a diversos valores de radia-gético renovable, un sistema solar
ción solar lo presenta la hoja de fotovoltaico (aislado o conectado
datos del fabricante y se muestra a red), se diseña y dimensiona de
en la Figura 7.acuerdo con la ubicación de la
instalación (latitud y longitud). Por
ello, parámetros como el azimut, el
ángulo de incidencia solar y obvia-
mente la radiación solar promedio
del lugar son las principales varia-
bles de diseño para el proceso de
cálculo. Este proceso de dimensio-
Figura 7. Características del panel SANYO
HIP-225HDE1. Fuente: [SANYO HIP-
225HDE1 datasheet].
Claramente se observa que la
potencia entregada por el panel
depende de los valores de radiación
solar del sitio donde se diseña o pla-
nea la instalación, por ello un valor
acertado y medido de la radiación
ofrecerá una mejor información a
futuros inversionistas, desarrollado-
res y propietarios de terrenos donde Figura 6.
con datos de solartradex.com] se pueda explotar esta tecnología.
40
(DVyQSURSLHLR'FQWDGH]QHL?OD>UHHRVFFLGHDHWQFRYROIRWVUHDHROOVFVDHOOQHSDHGHQD1R?VODLLDQFOHLLVFV?QOHOXVOUVDLVFHDO\QDHLHQRP6VHDVLyQQFQHHORWGH3HEU?FFXOLOHRPQFHLFDHVLH[LQVDW)HJXUDQWHHVSUHHDGHRVGRYDDRUHURGHRDLQDFUFLFODLQFVL?GHWSDDDVF?QDL?QLXQDPGHWGRLDFGHEULLIDUDJHDGH?DLQFHHLPFL?LHLV-ROD0iTXLD\UEU\+V(XYHAnálisis de recurso solar y eólico en Colombia.
Yuri Ulianov López Caso Valle del Cauca
Una comparación cuantitativa, valores de velocidad de viento
de la radiación medida, indica 4000 generada tanto para datos medidos producen unos valores desacerta-
2 Wh/m - como valores del Atlas es expresada dos en la potencia extraíble para
2 con la ecuación 4. producción de energía eólica. Según cial de 4250 Wh/ m . Este dato no
es muy diferente, pero los mapas del
ubica el municipio de Darién tiene
un promedio de velocidad de viento muy amplia con este mismo valor.
aproximado a 1 m/s, pero según las
Potencia eólica mediciones que han sido realizadas existen unas amplias diferencias
hasta ahora en sitio, el valor de la meteorológicas entre el Darién y ciu- Se conoce que la potencia del
velocidad de viento es de 5 m/s. Se dades aledañas del Valle del Cauca viento que pasa a través del área
requiere seleccionar un aerogene-como Buga, Buenaventura y Cali, lo circular de un aerogenerador está
rador para conocer el radio como que el mapa parece no diferenciar. dada por la ecuación 5:
variable en los cálculos. Se utiliza
Para calcular la energía genera- el aerogenerador AIR X 400, del
da por el sistema solar, se utiliza la
(5) fabricante Southwest wind power,
ecuación 1[9]. dado que el grupo posee esta má-
quina. Las demás características se
Donde:
P = potencia del viento medida en Si se utiliza la ecuación 5 y se
Donde Wp, es la potencia no- W (vatios). compara el resultado entre un valor
minal del módulo o panel solar ex- -= (rho) = densidad del aire seco presada en vatios pico, HSP indica dad de viento v= 5m/s, se encuentra:
el número de horas solares pico, y
presión atmosférica promedio n es el rendimiento del panel. Las Potencia Eólica Potencia Eólica
a nivel del mar y a 15° C). Extraíble Extraíble (w)horas solares se calculan por medio
(w) real (medida)
de la ecuación 2 [9]. v = velocidad del viento medida en (v=5 m/s)
(v=1 m/s)m/s (metros por segundo).

79.52
r = radio del rotor medido
En la cual, k es el factor de (metros). Con lo anterior se puede apre-corrección de inclinación de los
Como puede apreciarse en la ciar el enorme error en los que paneles solares y H es la radiación
podría incurrirse en un proyecto ecuación 5, las diferencias en los solar diaria. Finalmente, n que es el
rendimiento del panel o del sistema,
que es una aproximación a lo plan-
teado por [9].
Modelo: AIR-X / 12
Potencia nominal (400W)
Donde FT, es factor de ren-
Tensión nominal (12
dimiento por incremento de la
Vcc)
temperatura ambiental, FC es un
Diámetro de giro de las
factor por las pérdidas en los con-
palas (1,15 m)
ductores de AC y DC (cercano al
Peso (6 kg)
Diámetro exterior para el
de rendimiento del inversor (aproxi-

madamente 0.95).
Velocidad del viento de
arranque (15 km/h) Se tomará como ejemplo el
panel solar de 225 vatios pico
Figura 8. Característica del AirX400. Fuente:[catálogo de fabricante](Wp), ubicado en el campus para
41
L\)PXOQ RyQHFQORQQJHYDHORKFPLOPDXHWHLDOLP]DFQQG?RREVJXUDOD HGFXDHFlL?yUQTUHH(FOW+QDRPQWEU,1HV\ORUD0iTXLYQD1R?F-LXOOLHR'UYDL)FOLHPEUDHGHNGFHRPD2H?DFHLDDUODVSDXUDGVDGRQGHJLFROQVOHLOR?RVGGDDLVORHHR)?9$HWOODIDVWPX DHRFHDFFDRDVHQHDLiWQL?OLXQVLWUDQXQPDVL]?PR

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