Amanda Enriqueta Violante Gavira

Universidad de Guanajuato

Eber Elías Ortiz

Universidad de Guanajuato

Angélica Jazmín Domínguez Gómez

Universidad de Guanajuato

 

Resumen

Los compromisos universitariosen el siglo XXI están dirigidos a la participación institucional en la solución de los problemas sociales,tal es el caso del consumo de combustibles fósiles en la producción de electricidad que generangases efecto invernadero, con las terribles alteraciones de éstos en el cambio climático. De ahí la relevancia de motivar la investigación científica en el aprovechamiento de la energía solar parareducir el consumo de estos combustibles que resultan dañinos para nuestra salud y la del medio ambiente.La finalidad de este trabajo fue realizar un estudio con dos perspectivas: técnica y viabilidad económica para la implementación de un sistema fotovoltaico en una pequeña y mediana empresa (Pyme). Ambos análisis fueron sustentados con información provista por softwares especializadosy proveedores de equipos disponibles en el mercado local, se establecieron 3 escenarios para el tipo de sistema proveedor de electricidad, los elementos comparativos fueron: tiempo de retorno y capacidad de consumo energético. Los resultados sugieren que el escenario más factible es el sistema fotovoltaico interconectado a la red (SFI). Incluir a los estudiantes en la investigación resulta favorable para desarrollar el aprendizaje significativo, lo que a la vez abona al perfil de egreso.

 

Palabras Clave:

Investigación universitaria, energía solar, sistemas fotovoltaicos, viabilidad técnico-económica.

Abstract

University commitments in the 21st century are aimed at institutional participation in solving social problems. Such is the case of the consumption of fossil fuels in the production of electricity that generates greenhouse gases, with the terrible alterations of these in climate change. Hence the relevance of motivating scientific research in the use of solar energy to reduce the consumption of these fuels that are harmful to our health and for the environment. The purpose of this work was to carryout a study with two perspectives: one technical and the other one to review the economic viability for the implementation of a photovoltaic system in a small and medium-sized company. Both analyzes were supported with information provided by specialized software and equipment providers available in the local market. Three scenarios were produced for the type of electricity supplier system, the comparative elements were: return time and energy consumption capacity. The results suggest that the most feasible scenario is the grid-connected photovoltaic system. Including students in the research is favorable for developing meaningful learning, which in turn contributes to the graduate profile.

Key-words:

University Research, Solar Energy, Photovoltaic Systems, Technical-Economic Feasibility

 

Introducción

Una de las actividades que hoy por hoy buscan las universidades del siglo XXI, es formar integralmente a los estudiantes, aportando con ello un perfil de egreso amplio, que incluya competencias transversales, esencialmente formativas y competencias específicas referentes a los contenidos de las unidades de aprendizaje. Para ello, las universidades generan estrategias incluyentespara la participación estudiantil en proyectos multidisciplinarios, cuyos productos académicos den soluciones a problemas reales a los que actualmente se enfrenta la sociedad.

Tal es el caso de la participación de los estudiantes en proyectos de investigación de carácter ambiental, la cual cobra fuerza cuando el conocimiento generado es pertinente con problemáticas actuales y globales, como lo es el aprovechamiento de las energías limpiaso renovables y con ello, disminuir elmega consumo de combustibles fósiles de los cuales somos dependientes, con lo que hemos afectado significativamente al planeta y a nuestra supervivencia.En este contexto se plantea una propuesta de investigación universitaria, tomada de la experiencia de participación estudiantil en un proyecto de aprovechamiento de energía solar en la producción de electricidad, cuyo objetivo es realizar un estudio de viabilidad socioeconómica para la implementación de un sistema fotovoltaico interconectado a la red de suministro en una pequeña y mediana empresa.

1.1. La investigación universitaria

Durante el proceso formativo de la educación superior, los estudiantes van forjando capacidades y competencias que bien pueden detonar en productos de investigación con propuestas de solución a problemas reales (Jácome, Morán, & Jordan, 2018)donde se pone de manifiesto el aprendizaje significativo (Ziberstein & Olmedo, 2014). Las características propias del enfoque de competencias incluyen: creatividad, reflexión y autonomía(Chanta, 2017), las cuales pueden potenciarse, estimulando la producción académica de los estudiantes universitarios a partir de proyectos de investigación, cuyos resultados pueden difundirse en eventos escolares y científicos que incluso abrirían el camino en la definición de temáticas para la obtención de grado y a la vez para reforzar el compromiso del futuro profesionista, sensible a los problemas del entorno, acorde con su perfil profesional como es la ingeniería y el medio ambiente que se enfocan en este estudio (Jácome, Morán, & Jordan, 2018).

Hoy en día la inclusión de los estudiantes en la investigación universitaria en temas ambientales refuerza la conciencia social y el aprendizaje significativo, que parte del involucramiento de la propia universidad como ente que desde su origen aporta beneficios a la sociedad. En este caso, se refleja en su compromiso con el medio ambiente(Garrido Cervera & González Pérez, 2018).

El Modelo Educativo de la Universidad de Guanajuato actúa como marco filosófico y orientador para atender la formación integral desde una perspectiva colaborativa e incluyente de los universitarios en los problemas sociales, naturales y culturales. En este caso aludimos a la participación y corresponsabilidad en la sustentabilidad ambiental y de energía e innovación tecnológica (UG, 2022). En este documento institucional se plasma la relevancia de realizar y fomentar la investigación, con la finalidad de coadyubar a la generación de conocimientopertinente en los ámbitos científico y tecnológico. Estorepercute favorablemente enotras actividades esenciales como lo son la docencia y la extensión. Con ello se trata de encontrar y proponer soluciones integrales a problemáticas reales y actualesde carácter local, nacional y mundial. La Universidad de Guanajuato, respondiendo a su compromiso social, comparte los resultados de la investigación científica en su entorno a través de distintos programas de extensión y difusión por medio de distintos mecanismos y estrategias para hacerlos llegar a la sociedad en general (UG, 2022).

En este sentido la Universidad de Guanajuato actualmente está posicionada en el segundo lugar en investigación a nivel nacional, considerando las universidades estatales y cuenta con 75 programas de posgrado y 168 líneas de investigación (UG, 2022). Por ello, se afirma que los estudiantes que se incluyan en el ámbito de la investigación tienen la certeza de estar bien acompañados y orientados para cumplir con los propósitos de los distintos proyectos, de ahí la importancia de aprovechar los talentos de los estudiantes y los profesores para incrementar la transferencia de conocimiento en el contexto nacional e internacional.

Otra forma de promoción de la investigación universitaria es el “Verano de la Ciencia UG”.Se trata de un programa institucional que tuvo sus orígenes en 1994, teniendo como antecedente directo los Veranos de la Investigación Científica de la Academia Mexicana de Ciencias en 1991. La UG,pionera entre universidades públicas estatales en crear su propio programa de Veranos Científicoscon la finalidad de promover las vocaciones científicas mediante el desarrollo de proyectos de carácter colaborativo, analítico ycreativo. Cuyos productos se perfilan en los ámbitos de educación, divulgación y emprendimiento, entre otros.

Las competencias del perfil de egreso relacionadas con la práctica de la investigación, en este caso de aprovechamiento de la energía solar en la producción de electricidad, muestran un abordaje de responsabilidad y de cuidado con el medio ambiente, asegurando la calidad y la productividad en congruencia con la sustentabilidad. A continuación, se indican algunas de estas competencias de acuerdo con el Programa Educativo de la Licenciatura en Ingeniería Mecánica (UG, 2015):

Competencias Genéricas del Ingeniero Mecánico

CG1. Planifica su proyecto educativo y de vida de manera autónoma bajo los principios de libertad, respeto, responsabilidad social y justicia para contribuir como agente de cambio al desarrollo de su entorno.

CG3. Maneja ética y responsablemente las tecnologías de la información para agilizar sus procesos académicos y profesionales de intercomunicación.

CG4. Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica, respetuosa y reflexiva.

Competencia Transversal de Ingenierías

CTI1. Desarrolla la capacidad de abstracción y de pensamiento crítico a través de aplicar los conocimientos de las ciencias básicas en la solución de problemas relacionados a los campos de la ingeniería.

Competencias Específicas del Ingeniero Mecánico.

CE7. Analiza y desarrolla proyectos de uso eficiente de energía utilizando fuentes convencionales y alternas de energía, para reducir el consumo de recursos energéticos no renovables.

CE8. Conoce y aplica estándares y normas de sus áreas de competencia para el desarrollo de sistemas y productos certificados satisfaciendo especificaciones de confiabilidad, seguridad y sustentabilidad

1.2.Los problemas ambientales de la sociedad moderna

El cambio climático es un fenómeno ampliamente estudiado por la comunidad científica, esoriginado por las acciones antropogénicas, que genera enormes cambios en la naturaleza: huracanes, terremotos, lluvias y sequías, temperaturas elevadas, tormentas de nieve, entre otras. Este fenómenorepresenta un problema creciente que seintensifica como consecuencia de la industrialización y transporte, por el consumo de los combustibles fósiles, el crecimiento poblacional, quemas agrícolas e incendios naturales o provocados por el hombre. Estos combustibles, además de ser dañinos al medio ambiente, representan una de las causas de muerte reconocidas por las OMS por las emisiones de contaminantes atmosféricos.

El desmesurado uso del petróleo y sus derivados, hoy en día, representa un avance científico y grandes ventajas para la industria y el transporte de los millones de pobladores de la tierra. Sin embargo, también se ha convertido en una de las problemáticas que atentan contra el desarrollo sostenible (Navarro, Gonzáles, & López, 2020).

La crisis energética que presenta la dinámica de las actividades económicasde la sociedad modernaimplica, por un lado, elevados costos de electricidad para los requerimientos industriales y domésticos y, por otro, emisiones contaminantes que afectan la salud de la población, de lo que se desprenden muchas líneas de investigación para profundizar en este fenómeno(Peña Gallo, Gutiérrez, & Caldas, 2017).

1.3.Aprovechamiento de la energía solar en la producción de electricidad

Una solución responsable a los problemas ambientales, que se aplica desde hace décadas principalmente en países desarrollados y algunos países en desarrollo, es el aprovechamiento de las energías renovables o alternativas para complementar de manera sustentable la demanda de energía eléctrica. Entre estas energías se encuentran: solar, eólica, geotérmica, biomasa y mareomotriz, entre otras (Peña Gallo, Gutiérrez, & Caldas, 2017).

En este contexto, resulta importante buscar opciones más amigables para la producción de este necesario recurso que es la electricidad (Mejía, 2019). El uso de las energías renovables permite la continuidad de las actividades económicas que son esenciales para la sociedad a menor costo y con cierto grado de respeto por el medio ambiente(Navarro, Gonzáles, & López, 2020). Ver figura 1.

En este sentido, la gran mayoría del territorio mexicano tiene las condiciones geográficamente necesarias para recibir una irradiación solar privilegiada, por su ubicación en el hemisferio norte, lo que favorece la trayectoria aparente del sol durante la mayor parte del año, esto, desde el amanecer hasta el anochecer. Por lo que resulta altamente favorable la instalación de sistemas fotovoltaicos en México.El aprovechamiento de este potencial recurso aún puede maximizarse con el ángulo de inclinación de los paneles solares o en su caso incluyendo en el diseño del sistema dispositivos de seguimiento solar (Fernández & Cervantes, 2020).

1.4. Los sistemas fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos (SF) corresponden a los sistemas no convencionales de energía, su función es aprovechar la energía del sol y transformarla en energía eléctrica (Alvarado, 2015). Actualmente operan tres tipos: autónomos (SFA), interconectados (SFI) y los híbridos (SH), que combinan las funciones de ambos (Fernández & Cervantes, 2020). Los SF producen electricidad de forma intermitente, en función de la irradiación diaria que reciben. Un sistema fotovoltaico autónomo (SFA) produce energía eléctrica para satisfacer el consumo decargas eléctricas no conectadas a la red, empleando un sistema de acumulación energético para hacerfrente a los períodos en los que la generación es inferior al consumo( Perpiñán Lamigueiro, 2020).

En el caso particular de los sistemas fotovoltaicos interconectados (SFI) una parte de la electricidad se aprovecha en la satisfacción de una demanda en particular y otra se inyecta a la red convencional, por lo que la producción debe ser técnicamente adecuada( Perpiñán Lamigueiro, 2020). Además, representan una alternativa confiable, económica y de menor impacto ambiental para disminuir el consumo de electricidad de la red. Pese al desembolso de la inversión inicial, los estudios de factibilidad económica permiten tomar la decisión de si resulta o no pertinente usar este tipo de sistemas(Becerra López & Agredano Díaz, 2010). Los módulos FVproducen corriente eléctrica continua (corriente directa), por lo que para aplicaciones de interconexión con la red se requiere su transformación a corriente alterna. Esta transformación se realiza a través de equipos llamados inversores. Además, se requieren otros elementos para completar el sistema: cables, cajas de conexiones, protecciones, interruptores y un medidor eléctrico bidireccional. (Becerra López & Agredano Díaz, 2010).

Un SFI comprende un arreglo de equipos eléctricos y electrónicos para suministrar electricidad a partir de la radiación del sol. De estos elementos, destacan los módulos fotovoltaicos, que, a partir del efecto fotoeléctrico, transforman la energía luminosa incidente en energía eléctrica de corriente continua( Perpiñán Lamigueiro, 2020).

Los principales componentes de los módulos fotovoltaicos son: cubierta decristal, laminado superior, células, laminado inferior, protección plástica posterior, caja de conexiones y marco de aluminio(Alvarado, 2015). Los módulos pueden instalarse sobre el piso o sobre las edificaciones (Perpiñán Lamigueiro, 2020). Generalmente los módulos cuentan con certificaciones establecidas por la Asociación de Normalización y Certificación (ANCE)(Alvarado, 2015). Otro componente importante de los SFI son los inversores, los cuales están conformados por una parte eléctrica y otra electrónica, su función es transformar la corriente directa en corriente alterna.Los parámetros relevantes de los inversoresque se deben considerar cuando sea necesario seleccionar este equipo, de acuerdo con (Alvarado2015, pp. 28-29) son: tensión de entrada (VCD), potencia nominal, capacidad de sobrecarga, factor de potencia, eficiencia o rendimiento, autoconsumo, tensión de salida, corriente de salida (ACA), máxima corriente de entrada (A CD), máxima potencia deentrada (W) y frecuencia.

Por su parte, los conductores eléctricos, son un elemento esencial en todo tipo de sistema eléctrico, la adecuada elección de estos conductores incide en el óptimo rendimiento que se pretende, tanto en sistemas convencionales y no convencionales.

En los SFI se deben emplear3 tipos de conductores: el destinado atransmitir la corriente directa, el que transmite corriente alterna, y por último y no menos importante, el de puesta a tierra. Todos estos elementos, tienen características eléctricas y mecánicas distintas. Ahora bien, como en todo sistema convencional o no convencional de manejo y producción de electricidad, es necesario considerar condiciones de seguridad y eficiencia en la operación, de ahí la importancia de incluir las protecciones eléctricas. Entre estas protecciones están las de sobre-corriente y sobretensión, en combinación con la puesta a tierra (Alvarado, 2015).

La implementación de los sistemas fotovoltaicos ha tomado gran relevancia alrededor del mundo. La energía renovable es un aspecto clave de la estrategia energética de la Unión Europea (UE) (Benhmad & Percebois, 2018). Entre otras ventajas, la operación de estos sistemas de pequeña y mediana potencia puede darse en lugares cercanos o alejados de las fuentes de suministro. Pueden operar para disminuir costos o para brindar energía eléctrica en sectores de población poco favorecidos y que carecen de este importante servicio tanto para el hogar, clínicas y escuelas, como en otras necesidades elementales del día a día de las personas.

Hoy en día, muchas pequeñas y medianas empresas que tienen un número reducido de empleados y un volumen de facturación moderado (Pymes)eligenlos SFI, como sistemas sustentables debido a las grandes ventajas que representan: reducción en la dependencia de electricidad, ahorro en costo de baterías y los mínimos costos de mantenimientocon relación a un FSA, obviamente la disminución de facturación eléctrica, incremento en plusvalía de la empresa que opera con responsabilidad ambiental. Esto último abona a una imagen de interés por cuidar el medio ambiente como estrategia de mercadotecnia.

2. Metodología

Esta investigación universitaria tiene un alcance constructivista basado en el aprendizaje significativo. Tiene además un enfoque cuantitativo longitudinal. El análisis de factibilidad de los sistemas fotovoltaicos para una Pyme comprendió una perspectiva técnica y una económica.

2.1. El sitio de estudio

La estimación para la instalación del SFI es el municipio de Silao, de la Victoria. Sus coordenadas geográficas son: 20.98213°, -101.448139°, con dirección:Calle San Pedro, Silao, Guanajuato, México. Ver figura 2. El procedimiento aplicado se sintetiza en la figura 3.

2.2. Perspectiva técnica

Para seleccionar el software que arrojó los datos de irradiación se consideraron los siguientes elementos:tipo de datos (orientados a sistemas FV), disponibilidad de información (libre acceso), tiempo de registro histórico (al menos 5 años atrás), actualización de información de manera constante y la facilidad de interpretación en los datos. Ver tabla 1. Dentro de los elementos indispensables en el diseño de un SFV está la magnitud de irradiación solar, la cual está en función de las condiciones geográficas del sitio donde se proyecta lainstalación del sistema. Elsoftware seleccionado únicamente requiere suministrársele las coordenadas geográficas donde se instalarán los sistemas fotovoltaicos. La información que arroja el software es la irradiación directa normal, irradiación horizontal de manera global y difusa, además del ángulo óptimo de inclinación para los módulos. De igual forma arroja un registro de la radiación pico por mes, esto desde 2 perspectivas: una considerando el ángulo óptimo de acuerdo con cada mes y otra con el ángulo óptimo promedio. Se incluye también el promedio de horas de irradiación disponibles para los módulos FV, ello, evaluado para cada mes en el año.

2.3 Perspectiva económica

En el análisiseconómico se deben considerar dos costos principales: el costo de inversión y el costo de energía o de consumo energético. El costo de energía hace referencia a los costos de producción de energía mediante los SFV, mismos que a su vez dependen de ciertos factores comola eficiencia con la que se lleva a cabo la conversión de energía, la disponibilidad de energía solar aprovechable y el monto de inversión.Por otro lado, el costo de inversión que hace referencia al monto inicial para la instalación del sistema depende de varios factores entre los que destacan: la capacidad de los SFV, financiamiento disponibley el diseño de acuerdo con la demanda(Alvarado, 2015).

2.3.1. Dimensionamiento de acuerdo con la demanda.

En el dimensionamiento del SFI, la demanda proporciona una estimación preliminar dela capacidad que se pretende instalar e interconectar. El primer paso para realizar la estimación es consultar el registro de los consumos eléctricosbimestrales,de los recibos proporcionados por la compañía suministradora (CFE), con esa información se debe obtener el consumo diario. Dela información de horas pico obtenidas por el software,junto a la capacidad de los módulos fotovoltaicosseleccionados, se realizauna relación queproporcionauna estimación por la cantidad de paneles que son necesarios para cubrir toda la demanda energética de la Pyme, considerando las perdidas energéticas.Con la cantidad de paneles solares y los datos proporcionados por el proveedor de las dimensiones de los paneles se determinó el espacio necesario para instalar los módulos.Ver tabla 2.

2.3.2. Cotización

Con dicha estimación se dirigió a proveedores los cuales se encargan de complementar la estimación con los costos de mantenimiento, instalación y el resto de equipo necesario para la instalación del sistema.

En la tabla anterior se muestra una comparativa del costo por cada panel para distintas capacidades de absorción, esta información fue proporcionada por distintos proveedores locales.Seevaluaron los paneles conforme a su capacidad y se eligió a SMA con una capacidad de 2.5 kWh, siendo este más económico por kWh de capacidad. Los elementos que más influyen en los costos para el desarrollo del proyecto son el costo de energía FV y el precio de la electricidad, ya que a partir de ello se determina el tiempo de retorno de inversión. El primero se irá reduciendo significativamente a lo largo del tiempo con la mejora y desarrollo de nuevas tecnologías. Mientras que, por el contrario, el segundo incrementará su valor, ya que este depende directamente del crecimiento de la inflación y del costo de los combustibles que genera la energía eléctrica(Becerra López y Agredano Díaz, 2010).

A partir de la información anterior, se realizó un análisis para determinar el retorno de inversión que tendría la instalación del proyecto.En elanálisis fueron considerados distintos porcentajes deeficiencia que suministraríael sistema(autónomo o interconectado).Posteriormente se compararon estos resultados con el caso del consumo de electricidad directamente de la red CFE. De manera sintética se plantearon tres escenarios:

1. Sistema fotovoltaico autónomo (SFA)

2. Sistema fotovoltaico interconectado (SFI)

3. Operación normal con suministro (CFE)

3. Resultados

A continuación, se presentan los resultados de la aplicación de los software Global SOLAR Atlas y Solar App referentes a la irradiación en el sitio de estudio. La tabla 3 indica los datos de los tres tipos de irradiación yla temperatura del aire, la inclinación óptimay la elevación del terreno.

Por su parte, la figura 4 detalla la irradiación normal directa que hay disponible en la zona analizada a lo largo de un año. La irradiación incrementará favorablemente de acuerdo con el ángulo óptimo con el que los módulos sean ajustados.

La figura 5 muestra la irradiación normal directa que hay disponible en la zona analizada en cada hora del día, estos datos son un promedio mensual. Se aprecia que los meses con mayor irradiación son los correspondientes a los meses de primavera y algunos de verano. Como era de esperarse las horas con mayor irradiación corresponden al lapso de 8 am hasta las 4 pm. La tabla 4 muestra con mayorvisibilidad el comportamiento que tiene la irradiación a lo largo del día. Nótese que los valores de mayor a menor irradiación se indican con la gama de colores: rojo, anaranjado, amarillo y verde, respectivamente.

La inclinación es uno de los factores más importantes en los SFV, por lo que con un ángulo óptimo se potencia la absorción energética. Dada la importancia de la inclinación se obtuvieron los siguientes datos que nos permiten observar el ángulo óptimo de inclinación de los paneles y a su vez las horas optimas de radiación que se pueden obtener con dichos ángulos. Ver figura 6.

A partir de la correlación de la información anterior se obtuvo un ángulo promedio óptimo de 20°. Con esta información se obtuvo la cantidad de horas solares pico por mes, este comportamiento se puede apreciar en la figura 7.De los datos podemos observar que manteniendo un ángulo de inclinación fijo de 20° se garantizarían en promedio 6.16 horas diarias de irradiación solar. A continuación, se presenta el registro histórico de irradiación promedio diaria desde 2014 hasta 2021, lo cual no refleja una tendencia en el aumento o disminución de la irradiación para el período de registros. Ver figura 8.

Sin embargo, en la comparativa mensual podemos identificar a diciembre y enero como aquellos con menor disponibilidad de horas de sol y por ende menor disponibilidad de energía.Por lo que geográficamenteel proyecto posee lascualidades óptimas para desempeñarse. Se presentan los resultadosdel análisis económico:

Semuestra la estimación del retorno de inversión de acuerdo con el porcentajede energía suministradopor el SFV. Para ello se determinó la cantidad de módulos a partir de los accesorios necesarios en cada caso para cubrir la demanda energética. Para los dos primeros escenarios se consideró un porcentaje de pérdida de horas pico solares de los paneles de 1.15. Además, se consideraron 5 posibles proveedores, de los cuáles la mejor opción aseguró una potencia de 2.5 kWh a un costo de $4438 por panel.

En la tabla 5 se presenta: la inversión total (incluyen accesorios y gastos de instalación) el tiempo de retorno en función del número de paneles y el correspondiente porcentaje de energía. El porcentaje incremental en los años se debe a que fue analizado bajo un pago de $8946, siendo este el promedio de consumo por CFE.

En la figura 9 se observa que conforme a mayor sea la cantidad de paneles mayor será el tiempo de retorno de inversión. Al cubrir el 100% de la energía requerida por la Pyme sería considerado como un SFA. Se presentan los resultados de los tres escenarios:

Escenario 1: Suministro con el sistema fotovoltaico autónomo (SFA)

Para este análisis se consideraron pagos anuales de $8946, lo cual corresponde a la tarifa actual de la CFE, a partir de ese costo, se reduce anualmente el costo de inversión. En la figura 10 se muestra el tiempo de retorno de inversión para un SFA, donde se cubre completamente la demanda energética de la Pyme con 46 paneles. Además, podemos observar una elevada inversión inicial para un tiempo de retorno de 29 años.

Escenario 2: Suministro con el sistema fotovoltaico interconectado (SFI)

Para este análisis se consideró un suministro energético del 80% de la demanda total de la Pyme ypagos anuales de $12450, con lo cual se disminuirán notablemente los tiempos de retorno de inversión mostrados en la tabla 5, a partir de ese costo se reduce anualmente el costo de inversión, que se recupera a los 10 años.

Por lo que, a partir de ese año, el gasto por consumo energético a pagarse será únicamente el 20% del total que se pagaba inicialmente la energía total de consumo. En la figura 11 se muestra el tiempo de retorno de inversión para un SFI, lo que significa que, a partir del año 10,el gasto por consumo eléctrico quedará reducido a la mitad con la opción de continuar incrementando la cantidad de paneles. Conforme se incremente esta cantidad loscostos se irán abaratando, si la demanda energética es superada por la producción, los excedentes son devueltos como efectivo por parte de la CFE, este es uno de los principales incentivos para trasladarse a este tipo de tecnologías.

Escenario 3. Suministro normal con la red CFE

Este análisis proyecta el costo que se tendría a través de los años si se continúa con el suministro energético mediante CFE. Es decir, no existe inversión inicial ni tiempo de retorno, ya que no ocurriría la instalación de los SFV.La estimación se realizó considerando un incremento en la inflación del 1.03% al añoy con los datos históricos de incrementos en los últimos años. En la figura 12 podemos observar como el precio de electricidad incrementará conforme el paso de los años.

Comparativa de los tres escenarios:

• Por su alto costo de inversión inicial y alto tiempo de retorno, los sistemas SFA suelen ser descartados, pese a la independencia energética que representa: En el año 29, el gasto acumulado sería de $409,844 siendo casi el doble de la inversión inicial para el caso del SFA.

• El SFA representa casi 2.3 veces la inversión inicial que se tendría con un SFI, además, el retorno de inversión.

• Continuar con el consumo de la CFE seguirá generando gastos, ya que, el precio de la electricidad de red aumenta en función del crecimiento de la inflación y del costo de los combustibles.

En la figura 13 se observa la comparativa entre los costos de un SFI y el consumo normal de CFE. De donde puede apreciarse que, pese al desembolso inicial, que requiere este sistema, los gastos exhiben una tendencia decreciente rápida hasta que se recuperala inversión para luego mantenerse estables ante el constante incremento de costos de CFE.

4. Conclusiones

Las universidades del siglo XXI atienden la filosofía institucional plasmada en los Modelos Educativos al promover la inclusión de los estudiantes en la investigación en temáticas de problemas sociales, naturales y culturales que tiene la sociedad moderna. Ello abona al perfil de egreso y refuerza la conciencia social y el aprendizaje significativo, de manera especial cuando se abordan temas tan relevantes como lo son el cuidado del medio ambiente y el aprovechamiento de las energías renovables con fines de bienestar social y de reducción de impactos negativos en un planeta al que tenemos severamente afectado.

Hoy en día las fuentes de energía de forma sustentable son una opcióntecnológica y económicamente aplicablesy factibles.Las nuevas políticas gubernamentales y de desarrollo de nuevas tecnologías hacen posible la operación se sistemas fotovoltaicospara satisfacer la demanda de consumo eléctrico de acuerdo con las necesidades sociales: ya sea que no se cuente con servicios de red y se requiera de un SFA o bien que se cuente con este servicio y se quiera aprovechar la energía solar para reducir los costos de operación con la inyección de electricidad producida con SFI a la red.

El análisis de factibilidad económica de las tres perspectivas presentadas en este estudioarrojó que la mejor opción acorto y mediano plazofue el SFI, las estimaciones mostraron una menor inversión inicial y un menor tiempo de retorno.Además de una reducción en la dependencia de la electricidad de la red, con la ventaja adicional de que los SFI requieren un mínimomantenimiento, proporcionando energía eléctrica de manera limpia y silenciosa.Estos sistemas además de aportar beneficios energéticos y económicos directosrepresentan unvalor agregadocomo un posible incremento en su rentabilidad basado en su responsabilidad ambiental o una estrategia mercadotécnica como negocio “verde”.

Referencias bibliográficas

Alvarado, R. (27 de mayo de 2015). Obtenido de Energías Renovables: Programa Energía Sustentable en México: https://energypedia.info/wiki/Energ%C3%ADas_Renovables:_Programa_Energ%C3%ADa_Sustentable_en_M%C3%A9xico

Becerra López, H. R. y Agredano Díaz, J. (2010). Guía de usuario Sistemas Fotovoltaicos Interconectados con la Red Aplicaciones a pequeña escala. México: Instituto de Investigaciones Eléctricas.

Benhmad, F., & Percebois, J. (2018). Photovoltaic and wind power feed-in impact on electricity prices: The case of Germany. Energy Policy, 317-326.

Chanta, R. (2017). La educación con enfoque por competencias ¿Una oportunidad para impulsar la investigación en la universidad? Universidad Don Bosco, 387-336.

Fernández, L., & Cervantes, A. (18 de marzo de 2020). Diseño e implementación de un sistema fotovoltaico de interconexión a la red eléctrica en la Universidad Tecnológica de Altamira. Altamira, Tamaulipas, México: CIMAR.

Garrido Cervera, M., & González Pérez, M. y. (2018). Programa de Educación Ambiental para Directivos de la Universidad del Rio. Advences 20(2), 213-225.

Jácome, G., Morán, S. yJordán, A. Y. (2018). Estrategias didácticas aplicadas en la formación de competencias. Estudiantes de Ingeniería. Dilemas Contemporáneos: Educación, política y valores, 1-19.

Martínez, G., Sila, F., Altamirano, M., & Hernández, H. (2021). Apuntes de la energía fotovoltaica en México. México: 3C Tecnología.

Mejía, E. (2019). Diseño de un sistema fotovoltaico autónomo para el suministro de energía. Diseño de un sistema fotovoltaico autónomo para el suministro de energía eléctrica a la facultas de ingeniería mecánica de la universidad politécnica del amazonas. Utcubamba, Amazonas, Perú.

Navarro, S., Gonzáles, J. A., & López, C. (2020). Implementación de un sistema fotovoltaico para la implementación de un edificio de usos múltiples. Implementación de un sistema fotovoltaico para la implementación de un edificio de usos múltiples. Guadalajara, Jalisco, México.

Peña Gallo, Á. M., Gutiérrez, A. D., & Caldas, G. F. (2017). Diseño e implementación de un sistema solar fotovoltaico para generación de potencia . Villavicencio, Colombia.

Perpiñán Lamigueiro, Ó. (2020). Energía Solar Fotovoltaica. México.

Ramos, H. y Luna, R. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico integrado a la red para el área de estacionamiento de la universidad tecnológica de salamanca. Diseño de un sistema fotovoltaico integrado a la red para el área de estacionamiento de la universidad tecnológica de salamanca. Salamanca, Guanajuato, México.

UG (2 de marzo de 2022). Programa De la Licenciatura en Ingeniería Mecánica. Obtenido de https://www.ugto.mx/licenciaturas/por-area-del-conocimiento/ingenierias/ingenieria-mecanica

UG ( 5 de marzo de 2022). Fomento a la investigación. Obtenido de https://www.ugto.mx/programas-de-apoyo/fomento-a-la-investigacion

UG (1 de marzo de 2022). Modelo Educativo de la Universidad de Guanajuato.Obtenido de https://www.ugto.mx/gacetauniversitaria/images/normatividad-2021/modelo-educativo-de-la-universidad-de-guanajuato-y-su-modelo-academico-ug.pdf

UG (2 de marzo de 2022). Veranos de la Ciencia Universidad de Guanajuato. Obtenido de http://www.veranos.ugto.mx

Ziberstein, J. y Olmedo, S. (2014). Las estrategias de aprendizaje desde una didáctica desarrolladora. Atenas, 42-52.