Introducción

Las energías renovables, como la energía solar fotovoltaica, juegan un papel esencial en la transición energética de muchos países, incluido el Perú, y su uso significa una oportunidad para reducir la emisión de gases de efecto invernadero y su impacto en el ambiente (Campodónico y Carrera, 2022). En el Perú, se propuso una meta de reducción en su tasa de emisiones de gases de efecto invernadero del 40 por ciento para el 2030. Para lograr esto e implementar las Contribuciones Nacionalmente Determinadas (NDC), el Gobierno ha identificado al menos 62 medidas de mitigación, de las cuales 38 (más del 61 por ciento) corresponden al sector energético (Yaranga, 2020). Adicionalmente, se promulgó el Decreto Supremo n.º 003-2022-MINAM, donde se estableció el objetivo de llegar, en 2030, al 20 por ciento de participación de energías renovables no convencionales en la matriz de generación eléctrica (Campodónico y Carrera, 2022).

La generación de energía renovable, en general, y la energía solar fotovoltaica, en particular, está vinculada a parámetros atmosféricos que afectan la radiación solar superficial, como la cobertura de nubes, los aerosoles, material particulado y el vapor de agua (Vargas Gil et al., 2020). Adicionalmente, el Perú cuenta con un importante potencial en energía solar debido a su ubicación geográfica y clima favorable (Espinoza et al., 2019), especialmente en la sierra y en la parte sur del país, donde el potencial energético oscila entre 5 a 6 kWh/m2 – día y en el 2020, la capacidad fotovoltaica instalada total del Perú alcanzó los 284.4 MW (Yaranga, 2020).

Así mismo, los beneficios de la energía solar fotovoltaica en el Perú abarcan distintos aspectos del bienestar humano, que no se restringen solamente al ámbito ambiental; también se relaciona con un beneficio social (Raihan y Tuspekova, 2022) Según el informe del Banco Mundial del 2015, el 40.5% de la población no tiene acceso a la energía (Miravet-Sánchez et al., 2022). En adición, al realizar las instalaciones de manera modular, se generan puestos de trabajo, donde se necesitará personal capacitado y con conocimientos para dirigir y manejar instalaciones de este tipo (Espinoza et al., 2019; Miravet-Sánchez et al., 2022). La mejora en la calidad de vida es un efecto directo de la electrificación rural por medio de sistemas fotovoltaicos representan una solución factible ante esta problemática actual y así asegurar un suministro eléctrico.

2. Métodos.

2.1. Diseño de la investigación

Para fines de evaluación se consideró un sistema solar fotovoltaico conectado a red de 3,25 kWp, de capacidad instalada y ubicada en el techo del edificio del Centro de Investigación y Prevención de Desastres de la Facultad de Ingeniería Agrícola en la Universidad Nacional Agraria La Molina y que entró en funcionamiento en noviembre del 2018.

Figura 1. Imagen del SFV ubicado en la UNALM

El sistema solar fotovoltaico contiene diez módulos fotovoltaicos Canadian Solar Inc. CS6U-325P conectados en serie, un inversor Sunny Tripower 5000TL-20, e instrumentos de medición y monitoreo. La figura 1 muestra el sistema solar fotovoltaico considerado para este trabajo.

La Tabla 1 muestra las especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico Canadian Solar Inc. CS6U-325P

Tabla 1: Datos mecánicos del panel Canadian Solar Inc. CS6U-325P.

Datos mecánicos
Especificaciones	Datos
Tipo de célula	Policristalino, 6 pulgadas
Disposición de células	72 (6ˣ12)
Dimensiones	1960 ˣ992 ˣ40 mm
Peso	22,4 kg
Cubierta Frontal	3,2 mm vidrio templado
Material del Marco	Aleación de aluminio anodizado
Caja de Conexiones	IP67, 3 diodos
Cable	4 mm2 (IEC)ó 4 mm2 y 12 AWG 1000V (UL), 1160 mm(45.7 in)
Conector	T4-1000V ó serie PV2
Por Palé	26 unidades

2.2. Recopilación de información.

Los datos de generación y consumo de energía fueron descargados de la plataforma Sunny Portal (https://www.sunnyportal.com) que registra los datos del inversor Sunny Tripower 5000TL-20. Los datos de irradiancia y temperatura ambiental fueron descargados de la plataforma METEOCONTROL (https://www1.meteocontrol.de/vcom) que registra los datos de la estación meteorológica ubicada al lado del sistema solar fotovoltaico. El periodo de análisis va desde el 2019 al 2022. La información sobre la producción solar fotovoltaica y el consumo de la red eléctrica se registra cada 15 minutos durante 24 horas al día y los 365 días del año. La descarga de datos de las plataformas se realizó de manera mensual.

3. Resultados y discusión.

3.1. Generación de electricidad fotovoltaica

La producción de electricidad fotovoltaica ha ido cambiando a lo largo del periodo de evaluación. El promedio de generación de energía fotovoltaica mensual es de 293.71 kWh, con un máximo de generación de 521 kWh registrado en marzo del 2019 y un mínimo de 107.21 kWh registrado en junio del 2021. La figura 2 muestra la variación temporal de la generación, la cual incluye la energía inyectada a la red y la que fue utilizada para abastecer la demanda eléctrica del edificio del Centro de Investigación y Prevención de Desastres de la Facultad de Ingeniería Agrícola.

Figura 2. Variación de la generación de energía por el Sistema Solar Fotovoltaico.

La figura 3 muestra la variación mensual de la producción fotovoltaica para el periodo 2019-2022. Se puede apreciar que en el 2019 la generación de energía estuvo por encima del promedio, principalmente durante el verano austral (noviembre- marzo). Esto podría deberse a múltiples factores, tanto aquellos que son dependientes del sistema y a factores externos como la temperatura y la irradiancia. Dentro de los primeros, se puede mencionar la cercanía a la fecha de instalación del sistema (noviembre 2018), las buenas condiciones de mantenimiento, la poca pérdida por envejecimiento de los componentes, entre otros.

Figura 3. Variación mensual de generación fotovoltaica para el periodo 2019-2022

Dentro de los factores externos que impactan directamente sobre el rendimiento del sistema, los más importantes son la temperatura ambiental y la irradiancia.

Figura 4. Variación mensual promedio de generación fotovoltaica y la irradiancia (2019-2022)

La figura 4 muestra la variación mensual promedio de la producción de energía por el sistema y la irradiancia mensual para el periodo de análisis. La figura muestra una alta correlación entre la producción de energía y la cantidad de radiación que impacta sobre la superficie de los paneles.

La figura 5, de igual forma, muestra la variación mensual de la generación de energía por el sistema y la temperatura ambiental promedio mensual para el periodo de análisis. La figura muestra el efecto de la temperatura ambiental sobre la producción energética del sistema fotovoltaico.

Figura 5. Variación mensual de generación fotovoltaica y la temperatura ambiental (2019-2022)

La figura 6 muestra la comparación entre la energía generada por la planta y el valor esperado. Los valores simulados se calculan usando los datos técnicos de la planta y los datos meteorológicos actuales. Si el extremo superior de la barra se encuentra en el área verde, la planta funciona de manera óptima; si se encuentra en el área amarilla, funciona de forma satisfactoria y si se encuentra en el área roja, la planta debe ser inspeccionada.

Figura 6. Comparación de valores esperados y reales (2019-2022)

3.2. Consumo de energía

El consumo de electricidad ha ido cambiando a lo largo del periodo de evaluación. El promedio del consumo eléctrico mensual es de 568.31 kWh, con un consumo máximo de 793.43 kWh registrado en noviembre del 2019 y un mínimo de 435.36 kWh registrado en febrero del 2021.

Figura 7. Variación mensual del consumo eléctrico.

La figura 7 muestra la variación temporal del consumo, la cual incluye la energía tomada de la red y la que fue generada por el Sistema Solar Fotovoltaico.

Figura 8. Variación anual del consumo eléctrico para el periodo 2019-2022

La figura 8 muestra el consumo de energía anual por parte del edificio del Centro de Investigación y Prevención de Desastres de la Facultad de Ingeniería Agrícola. Así mismo, muestra que, en promedio, un 30% de la energía consumida por el edificio proviene del sistema fotovoltaico.

3.3. Balance energético.

La tabla 3 muestra los datos de generación y consumo anual para el periodo 2019-2022. Durante este tiempo, el sistema ha producido 1.42 MWh de energía.

Tabla 3. Datos de generación y consumo anual de energía.

	Consumo total [kWh]	Autoabastecimiento [kWh]	Consumo de la red [kWh]	Generación fotovoltaica [kWh]	Inyección a la red [kWh]	Autoconsumo [kWh]
2019	7433,09	2595,58	4837,51	4001,45	1405,88	2595,58
2020	6582,82	2182,78	4400,03	4062,85	1880,06	2182,78
2021	6450,71	1773,06	4677,65	2757,37	984,31	1773,06
2022	7217,46	2361,21	4856,25	3454,14	1092,93	2361,21
TOTAL	27684,08	8912,63	18771,44	14275,81	5363,18	8912,63

3.4. Análisis económico.

Considerando una tarifa eléctrica local de 0.3570 S//kWh (1.32 US$/kWh) para horas punta y 0.3034 S//kWh (1.14 US$/kWh) para horas fuera de punta, el ahorro de costes anual es de 5175 US$/año y el ahorro total para el periodo 2019-2022 es de 20700 US$. Figura 9 muestra el ahorro por año para el periodo de análisis.

Figura 9. Variación anual del ahorro por consumo eléctrico para el periodo 2019-2022

De acuerdo a los resultados de Zapata Mandujano (2019) el potencial energético solar de las edificaciones de la UNALM tiene una superficie total aprovechable de 36804.85 m2 (47 % de la superficie disponible). Si tomamos como referencia la densidad energética promedio del sistema fotovoltaico analizado 1979 kWh/m2, la cantidad de energía que podría generar la Universidad Nacional Agraria La Molina es de 7284 MWh. Al calcular el beneficio económico que se obtendría por la generación de energía este asciende a US$8 303 760, tomando como referencia el valor de la energía en horas fuera de punta (1.14 US$/kWh) que representa

4. Conclusiones

La contribución del sistema fotovoltaico al consumo energético del Centro de Investigación y Prevención de Desastres de la Facultad de Ingeniería Agrícola en la Universidad Nacional Agraria La Molina ha ido variando a lo largo del periodo de análisis, de 35% en el 2019 al 33% en el 2022. Durante este periodo, el consumo total del edificio fue de 27 684,08 kWh, de los cuales 8 912,63 kWh (32%) fue proporcionado por el sistema fotovoltaico y 18 771,44 kWh (68%) fue tomado de la red pública. Así mismo, durante el periodo de análisis, el sistema solar fotovoltaico generó 14 275,81 kWh, de los cuales 5 363,18 kWh (37%) fue inyectado a la red y 8 912,63 kWh (63%) fue utilizado para abastecer el consumo del edificio.

La evaluación del rendimiento del sistema fotovoltaico, sobre la base del índice PR (Performance Ratio), indica que las pérdidas son mayores en verano y menores en invierno, es decir, a pesar que la radiación es alta y por lo tanto mayor la generación eléctrica, las pérdidas son mayores debido a las altas temperaturas existentes en las celdas FV. Lo contrario sucede en invierno cuando la radiación es más baja y por lo tanto la generación eléctrica, en cuyo caso las pérdidas son más bajas debido a las menores temperaturas en las celdas, es decir, el índice PR es mayor. En cuanto a su impacto ambiental, el sistema ha permitido el ahorro de aproximadamente 2,3 toneladas de CO2 al año con una producción aproximada de 5.502 kWh (1.693 kWh/kWp).

Agradecimientos

Este trabajo ha sido apoyado y financiado por el Laboratorio de Energías Renovables de la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional Agraria La Molina.

Referencias bibliográficas.

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Campodónico, H., & Carrera, C. (2022). Energy transition and renewable energies: Challenges for Peru. Energy Policy, 171(December 2021). https://doi.org/10.1016/j.enpol.2022.113261

Espinoza, R., Muñoz-Cerón, E., Aguilera, J., & de la Casa, J. (2019). Feasibility evaluation of residential photovoltaic self-consumption projects in Peru. Renewable Energy, 136, 414–427. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.01.003

Miravet-Sánchez, B. L., García-Rivero, A. E., Yuli-Posadas, R. A., Inostroza-Ruiz, L. A., Fernández-Guzmán, V., Chávez-Juanito, Y. A., Rutti-Marin, J. M., & Apesteguia-Infantes, J. A. (2022). Solar photovoltaic technology in isolated rural communities in Latin America and the Caribbean. Energy Reports, 8, 1238–1248. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.12.052

Raihan, A., & Tuspekova, A. (2022). The nexus between economic growth, renewable energy use, agricultural land expansion, and carbon emissions: New insights from Peru. Energy Nexus, 6(March), 100067. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2022.100067

Vargas Gil, G. M., Bittencourt Aguiar Cunha, R., Giuseppe Di Santo, S., Machado Monaro, R., Fragoso Costa, F., & Sguarezi Filho, A. J. (2020). Photovoltaic energy in South America: Current state and grid regulation for large-scale and distributed photovoltaic systems. Renewable Energy, 162, 1307–1320. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.08.022

Zapata Mandujano, L. A. (2019). Potencial fotovoltaico en los techos de las edificaciones de la Universidad Nacional Agraria La Molina.

Yaranga, M. (2020, junio 19). Potencial energético del Perú. https://mocicc.org/noticias/potencial-energetico-del-peru/.

Financiamiento de la investigación

Con recursos propios.

Declaración de intereses

Declaro no tener ningún conflicto de intereses, que puedan haber influido en los resultados obtenidos o las interpretaciones propuestas.

Declaración de consentimiento informado

El estudio se realizó respetando el Código de ética y buenas prácticas editoriales de publicación.

Derechos de uso

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