EVOLUCIÓN DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES
BASADOS EN LA OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA EN SU
RELACIÓN CON EL CONSUMO ENERGÉTICO EN LA
FUNDACIÓN ALBERGUE PARA DESAMPARADOS
DIVINA MISERICORDIA DE LA CIUDAD DE MACHALA EN
EL PERIODO 2023 – 2025
EVOLUTION OF RENEWABLE ENERGIES BASED ON ENERGY
OPTIMIZATION IN ITS RELATIONSHIP WITH ENERGY
CONSUMPTION IN THE DIVINA MISERICORDIA HOMELESS
SHELTER FOUNDATION OF THE CITY OF MACHALA IN THE
PERIOD 2023 - 2025
Chessman Chayanne González Pereira
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
Ángelo Rafael Pereira Ayabaca
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
Christian Xavier Pulla Carpio
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
Duver Michael Veintimilla Ruiz
Instituto Superior Tecnológico Ismael Pérez Pazmiño, Ecuador
pág. 2531
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12504
Evolución de las Energías Renovables Basados en la Optimización
Energética en su Relación con el Consumo Energético en la Fundación
Albergue para Desamparados Divina Misericordia de la Ciudad de
Machala en el Periodo 2023 – 2025
Chessman Chayanne González Pereira1
chessmang90@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-5208-6593
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
Ángelo Rafael Pereira Ayabaca
angelopereira91@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0003-3153-3187
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
Christian Xavier Pulla Carpio
chrisxavpc@gmail.com
https://orcid.org/0009-0009-5345-4915
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
Duver Michael Veintimilla Ruiz
maicol24193@hotmail.com
https://orcid.org/0009-0006-3893-963X
Instituto Superior Tecnológico
Ismael Pérez Pazmiño
Ecuador
RESUMEN
Esta investigación examina cómo las tecnologías de tipo fotovoltaico en Ecuador permiten la transición
hacia sistemas de tipos no convencionales o a su vez sin la utilización de combustibles fósiles. La
metodología utilizada consiste en una revisión documental bibliográfica referente a los niveles de
radiación solar, producción energética y el impacto ambiental que puede repercutir en determinados
sectores del Ecuador, mediante la verificación de proyectos ya sea en diseño o implementación a
clientes residenciales, comercial o industriales, orientados a una alternancia de las tecnologías
tradicionales. Para el tratamiento de la información se utiliza la técnica de análisis de documentos que
permite recolectar datos de una amplia gama de fuentes y a su vez patrones o tendencias. En la mayoría
la información hace hincapié a las tres regiones continentales tomando en cuenta que el territorio
ecuatoriano tiene valores promedios de radiación solar buenos en la sierra los niveles son más (Brown
& Miller, 2017) óptimos que en la costa y el oriente, para ello es el punto de partida para estimar la
producción de un sector con miras al cambio de matriz energética , a su vez la las emisiones de CO2
están en niveles bajos con respecto a cualquier otro tipo de tecnología por lo que se vuelve productiva
y sustentable.
Palabras Claves: sistema fotovoltaico, diseño fotovoltaico, energía solar, simulación fotovoltaica,
radiación
1
Autor principal
Correspondencia: chessmang90@gmail.com
pág. 2532
Evolution of Renewable Energies Based on Energy Optimization in its
Relationship with Energy Consumption in the Divina Misericordia Homeless
Shelter Foundation of the City of Machala in the Period 2023 - 2025
ABSTRACT
This research examines how photovoltaic technologies in Ecuador enable the transition towards non-
conventional systems or those without the use of fossil fuels. The methodology used consists of a
bibliographic review regarding solar radiation levels, energy production, and the environmental impact
that may affect specific sectors in Ecuador. This involves verifying projects either in design or
implementation for residential, commercial, or industrial clients, aimed at alternatives to traditional
technologies. Document analysis is employed for data collection from a wide range of sources and to
identify patterns or trends. The information emphasizes the three continental regions, considering that
Ecuadorian territory has good average solar radiation values; the Sierra region has more optimal levels
than the coast and the eastern region. This serves as a starting point for estimating sector production
towards an energy matrix change, with low CO2 emissions compared to other technologies, thus
becoming productive and sustainable.
Keywords: photovoltaic system, photovoltaic design, solar energy, photovoltaic simulation, radiation
Artículo recibido 17 junio 2024
Aceptado para publicación: 19 julio 2024
pág. 2533
INTRODUCCIÓN
Las energías alternativas provienen directamente de la naturaleza, no se agotan y se producen de manera
continua, manteniendo intacto el entorno natural. Debido a su ubicación geográfica, Ecuador es un país
privilegiado en términos de fuentes de energía renovable, especialmente en cuanto a la energía solar.
Esto se debe a su posición ecuatorial, que le permite recibir una abundante radiación solar. (Ruiz
Consuelo, 2017)
Buscar alternativas contribuye a disminuir la dependencia de fuentes de energía contaminantes, como
la energía nuclear y los combustibles fósiles, que liberan gases contaminantes como el CO2 a la
atmósfera. Estas emisiones causan el calentamiento global y, a lo largo del tiempo, han contaminado el
planeta y su entorno, provocando cambios climáticos (Jose Parreño, 2020).
Por lo tanto, a nivel mundial se están desarrollando numerosos proyectos de energía limpia, destacando
en India algunos de los mayores proyectos fotovoltaicos: "Bhadla Solar Park" con 2.245 MW ubicado
en Rajasthan y "Pavagada Solar Park" con 2.050 MW ubicado en Karnataka (Joseph Guerra, 2022).
Países como Panamá, Brasil, Chile y Ecuador han impulsado las energías renovables al expandir su
marco regulatorio y su aplicación en proyectos que lideran el desarrollo energético y la sostenibilidad
ambiental. Esta iniciativa es fundamental para combinar de manera sostenible la generación clásica de
energía con la necesidad de mejorar la calidad de la energía y aumentar la contribución a la protección
del medio ambiente (Garcia Denis, 2021). En Latinoamérica, el mayor proyecto es el "Villanueva Solar
Park" de 828 MW en México; sin embargo, se espera que el proyecto en construcción "Minas Gerais"
en Brasil lo supere con 529 MW. (Joseph Guerra, 2022)
A nivel nacional, existen nueve plantas fotovoltaicas representativas que, en conjunto, suman 27,63
MW de potencia nominal, lo que equivale al 0,32% de la potencia total generada en el país. Estas plantas
se encuentran en las provincias de Galápagos, El Oro y Loja. A finales de 2020, se aprobó la concesión
de un proyecto fotovoltaico de 200 MW en la localidad de El Aromo. (Joseph Guerra, 2022)
En Ecuador, la generación eléctrica proviene principalmente de grandes centrales generadoras. Sin
embargo, las áreas más alejadas de estas centrales a menudo no reciben energía de calidad y sufren
pérdidas que afectan la eficiencia del sistema. Para solucionar estos problemas, se ha desarrollado un
modelo alternativo conocido como Generación Distribuida (GD), que genera electricidad cerca de los
pág. 2534
consumidores, suministrando energía a un menor costo y con mayor eficiencia. (Garcia Denis, 2021)
El Plan Nacional de Eficiencia Energética del Ecuador para el período 2016-2035, conocido como
PLANEE, promueve la instalación de sistemas de generación eléctrica a partir de fuentes renovables,
la integración de programas de eficiencia energética y la implementación de la certificación ISO 50001
en eficiencia energética. En este contexto, es especialmente relevante para el sector agrícola,
camaronero, minero, entre otros desarrollar propuestas que integren nuevas fuentes de energía
renovable y optimicen los recursos energéticos en los procesos de producción, permitiendo así reducir
la dependencia de los combustibles fósiles para el suministro energético (Juan Pesantez, 2021).
Dentro del marco regulatorio de Ecuador, se define la generación distribuida para autoabastecimiento
como un SGDA, el cual está ubicado dentro de la misma área de servicio del consumidor, cuya demanda
está asociada a un número de cuenta contrato y cumple las siguientes condiciones:
▪ Tiene una potencia nominal menor a 1 MW.
▪ Está conectado en sincronía a las redes del sistema de distribución o a través de las instalaciones
internas del consumidor.
▪ Permite el aprovechamiento de recursos energéticos renovables disponibles (renovables, 2021).
La actividad económica de los sectores agrícola, camaronero y minero es muy significativa en el ámbito
social, ya que constituye una gran parte del empleo nacional. La creación de puestos de trabajo y el alto
volumen de exportación de alimentos ricos en proteínas tienen un impacto socioeconómico muy
positivo. En el ámbito político, el Estado ecuatoriano debe ser capaz de fomentar el desarrollo sostenible
del sector camaronero mediante la elaboración e implementación de regulaciones gubernamentales y
políticas que establezcan normas e instrumentos técnicos para el ahorro y la eficiencia energética (Juan
Pesantez, 2021).
METODOLOGÍA
Materiales
Para la selección de las fuentes bibliográficas pertinentes se establecen criterios de inclusión y
exclusión. Con ello, para esta investigación se incluyen trabajos publicados en los últimos diez años en
revistas científicas y libros relevantes en el campo de la energía solar y la eficiencia energética.
pág. 2535
Asimismo, se excluyen trabajos que no estuvieran relacionados directamente con la energía solar
fotovoltaica para la generación de electricidad.
Por último, una vez recopilados los artículos pertinentes bajo las consideraciones mencionadas, se lleva
a cabo un proceso de análisis de la información. Se identifican y sintetizan los principales hallazgos,
tendencias, tecnologías emergentes y desafíos en el diseño, instalación y mantenimiento de sistemas
solar fotovoltaico en la generación de electricidad. Finalmente, los resultados se presentan utilizando
tablas, gráficos y diagramas para resaltar las principales conclusiones de la revisión bibliográfica, y se
discuten las aplicaciones prácticas de los hallazgos para identificar áreas que sirvan en futuras
investigaciones en el campo de la energía solar fotovoltaica.
Métodos
Para llevar a cabo el desarrollo de la investigación se aplica una revisión documental bibliográfica sobre
el estudio y aplicación de paneles solares para generar energía eléctrica, se realiza una exhaustiva
búsqueda de fuentes primarias y secundarias en bases de datos académicas y especializadas, mediante
la técnica de selección de fuentes bibliográficas. Se utilizan términos de búsqueda relevantes como
"paneles solares", "energía solar", "aplicaciones de energía solar fotovoltaica", entre otros, con el fin de
simplificar los resultados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El estudio de paneles solares como fuente de energía eléctrica ha experimentado un crecimiento
significativo en las últimas décadas, impulsado por la necesidad de encontrar fuentes de energía más
sostenibles, renovables y limpias. En esta investigación documental, se recopiló y analizó una serie de
estudios relevantes que abordan diversos aspectos relacionados con la eficiencia, el diseño y la
aplicación de paneles solares para la generación de electricidad.
Para comprender la eficiencia de los paneles solares, varios investigadores han analizado el impacto de
diferentes materiales y tecnologías, tal así que Smith (Smith y otros, 2017), encontraron que los paneles
solares de película delgada exhiben una mayor eficiencia en comparación con los paneles tradicionales
de silicio monocristalino. Este hallazgo fue respaldado por el trabajo de Johnson y Wang, (Johnson &
Wang, 2019) quienes demostraron que los paneles solares de película delgada pueden alcanzar una
eficiencia de conversión de hasta el 22%.
pág. 2536
Figura1. Eficiencia de ambos módulos.
Fuente: (Johnson & Wang, 2019)
En términos de diseño, la disposición espacial de los paneles solares juega un papel crucial en la
cantidad de energía generada. La investigación de (Liu y otros, 2018) destacó la importancia de la
inclinación y la orientación de los paneles solares para maximizar la captación de luz solar a lo largo
del día y durante todo el año. Además, estudios como el de (García & et al, 2020) han explorado el
impacto de la sombra y presencia de polvo en los paneles sobre la eficiencia de los mismos, sugiriendo
la necesidad de explorar nuevas tecnologías o estrategias de limpieza y mantenimiento adecuado.
Figura 2. Ángulo del sol en invierno y verano.
Fuente: (García & et al, 2020)
La aplicación de paneles solares se extiende a una variedad de sectores y aplicaciones, incluidos la
industria, la agricultura y la vivienda. Investigaciones como la de Brown y Miller [ (Brown & Miller,
2017)] han demostrado los beneficios económicos y ambientales de la integración de sistemas
fotovoltaicos en edificios comerciales, mientras que el trabajo de (Zhang & et al, 2021) ha explorado el
pág. 2537
uso de paneles solares en sistemas de riego agrícola, destacando su capacidad para mejorar la
sostenibilidad y la eficiencia de los cultivos.
Además de los aspectos técnicos y prácticos, varios estudios han abordado el impacto ambiental y social
de la energía solar. Smith y Jones (Smith & Jones, 2019) examinaron el ciclo de vida de los paneles
solares y encontraron que, a pesar de la energía requerida durante la fabricación, los beneficios
ambientales a largo plazo superan ampliamente los costos. Por otro lado, la investigación de (Khan &
et al, 2019) destacó la importancia de considerar los aspectos socioeconómicos al implementar
proyectos de energía solar en comunidades rurales, subrayando la necesidad de políticas inclusivas y
participativas.
Figura 3. El modelo de negocio circular para sistemas fotovoltaicos.
Fuente: (Khan & et al, 2019)
En conclusión, los estudios revisados proporcionan una visión integral de los paneles solares como una
fuente renovable de generación de energía eléctrica. Desde mejoras en la eficiencia y el diseño hasta su
aplicación en diversos sectores, la investigación en este campo continúa avanzando, impulsando la
transición hacia un futuro más sostenible y energéticamente diversificado.
Según un análisis realizado por (Jose Parreño, 2020), se evaluó el impacto del sistema desde las
perspectivas económica, de rendimiento y ambiental. Para ello, se consideró la cantidad de energía
producida anualmente, el ahorro económico derivado de la energía solar generada, su relación con los
costos de electricidad en Ecuador y las estimaciones de producción de CO2. Basándose en los niveles
de radiación, se calculó la producción energética en kWh, estimada en 0,46 kWh diarios, cuyos
resultados se presentan en la tabla 1.
pág. 2538
Tabla 1. Energía solar mensual
Mes
Energía (Kwh)
Enero
14,26
Febrero
12,88
Marzo
14,26
Abril
13,80
Mayo
14,26
Junio
13,80
Julio
14,26
Agosto
14,26
Septiembre
13,80
Octubre
14,26
Noviembre
13,80
Diciembre
14,26
Fuente: (Jose Parreño, 2020)
El primer aspecto evaluado fue el impacto ambiental de los sistemas de generación solar. Para esto, se
estimaron las emisiones de CO2 y se compararon en las tres regiones ecuatorianas, utilizando los valores
promedio establecidos por el sistema de generación eléctrica del país, como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2.
Emisiones anuales de CO2 producido por la energía eléctrica, aerogeneradores y paneles solares.
Regiones
Costa
Sierra
Oriente
TonCO2 MWh de energía producida
Energía eléctrica
30,13
23,11
25,55
Aerogeneradores
0,33
0,33
0,33
Panel solar
0,08
0,08
0,08
Fuente: (Jose Parreño, 2020)
De acuerdo con estos resultados, aunque la producción de energía es obviamente menor en este tipo de
proyecto energético, las emisiones de CO2 son significativamente más bajas en el sistema de paneles
solares. No obstante, es importante destacar que este sistema es mucho más eficiente.
Para calcular a una escala mayor, se analizaron los valores de producción energética en tres escenarios:
la producción anual de energía eléctrica en Ecuador, considerando las cinco principales termoeléctricas,
un sistema eólico en la Isla de San Cristóbal y un sistema de paneles solares para el autoabastecimiento
de 450 familias en la provincia de Pichincha. Este último es el único proyecto solar a gran escala exitoso
hasta la fecha, como se muestra en la tabla 3.
pág. 2539
Tabla 3. Producción anual de energía y emisiones de CO2 en proyectos eléctricos
Proyecto eléctrico
Producción (Mwh)
TnCO2
Santa Elena
52.000
26.312
Jaramillo
457.000
231.242
Ocaña
87.232
44.140
Mazar
491.000
248.446
Machala
102.383
51.806
San Francisco
1.200.000
607.200
Eólico
5.735
2.902
Solar
691
350
Según estudios para el sector camaronero enfocados a la provincia de El Oro (Juan Pesantez, 2021) , se
recopilaron datos sobre radiación solar, temperatura y velocidad del viento en cinco cantones de la
provincia de El Oro, donde se realiza actividad acuícola. La evaluación del potencial solar de los sitios
analizados se basó en la base de datos meteorológica NREL/NSRDB TMY, los modelos de radiación
del atlas solar del Ecuador y las estaciones meteorológicas cercanas, según el anuario del INAMHI,
como se muestra en la fig.8.
Figura 4. Radiación solar en cantones de provincial de El Oro
Fuente: (Juan Pesantez, 2021)
Considerando una orientación de 0° y una inclinación de 10° en Arenillas, provincia de El Oro, se
obtuvieron los resultados de la irradiación anual efectiva sobre los paneles, como se indica en la tabla
4. El mes con menor radiación solar es noviembre, con 90,78 kWh/m²-mes, equivalente a 3,03 kWh/m²-
día. En contraste, el mes con mayor radiación solar es abril, con 179,59 kWh/m²-mes, lo que equivale
pág. 2540
a 5,98 kWh/m²-día. La radiación promedio mensual es de 136,29 kWh/m²-mes, lo que corresponde a
una radiación diaria de 4,54 kWh/m²-día. (Juan Pesantez, 2021)
Tabla 4. Irradiación anual efectiva incidente sobre un panel solar.
Mes
NREL (Kwh/m²mes)
Atlas Solar (Kwh/m²mes)
Enero
159,8
149,83
Febrero
148,3
135,80
Marzo
164,7
177,90
Abril
170,8
183,99
Mayo
150,7
158,63
Junio
119,3
125,14
Julio
118,6
136,30
Agosto
145,3
131,06
Septiembre
141,3
109,75
Octubre
143,1
99,94
Noviembre
140,1
93,01
Diciembre
152,5
134,10
Anual
1754,50
1635,46
Fuente: (Juan Pesantez, 2021)
La tabla 5 muestra los valores de demanda eléctrica requerida para los diferentes procesos de la
producción de camarones en función del tipo de producción ya sea esta intensiva o extensiva. El
consumo eléctrico del sistema de aireación representa la carga más importante de la instalación en
cultivos intensivos, en tanto que, en cultivos extensivos lo son los sistemas de bombeo, ya que en
camaroneras extensivas será necesario bombear mucha más agua para llenar las piscinas, mientras que
en los sistemas intensivos debido a la densidad de siembra es indispensable mantener los niveles de
oxígeno adecuados mediante aireadores. (Juan Pesantez, 2021)
Tabla 5. Eficiencia y costo de inversión en centrales.
Sistema
Intensivo
Extensivo
Kw
Kwh-dia
Kw
Kwh-dia
Bombeo
19,40
58,20
259,00
1657,60
Aireación
286,46
2750,02
74,60
716,16
Pre-cria
14,92
179,04
7,46
89,52
Campamento
0,98
4,90
2,80
14,00
Total
321,76
2992,16
343,86
2477,28
Fuente: (Juan Pesantez, 2021)
pág. 2541
Según una propuesta de una planta fotovoltaica, en la provincia de Manabí (Joseph Guerra, 2022) , se
determinó que las bases de datos solares de la NASA y METEONORM se crean mediante interpolación,
lo que resulta en valores elevados en sus mediciones. Por esta razón, no se analizaron en esta
investigación. Se consideraron las bases de datos satelitales de libre acceso que proporcionan
información histórica del sitio.
Utilizando el software PVsyst 7.2, se accedió a las bases de datos de PVGIS (Photovoltaic Geographical
Information System) y NREL (National Renewable Energy Laboratory), para su posterior comparación.
Es importante señalar que no se pudo establecer un intervalo de tiempo fijo para este análisis, por lo
que se trabajó con el intervalo de Año Típico Meteorológico (TMY) presente en cada base de datos.
En la tabla 6 se comparan los valores de irradiancia horizontal global y de temperatura registrados en
las distintas bases de datos.
Tabla 6. Comparativa de irradiación horizontal global y temperatura de las bases de datos.
Mes
NREL (Wh/m²mes)
PVGIS (Wh/m²mes)
Enero
143,6
116,5
Febrero
127,8
118,7
Marzo
151,7
158,5
Abril
137,3
145,8
Mayo
145,3
137,3
Junio
122,2
124,8
Julio
122,0
92,5
Agosto
128,8
127,8
Septiembre
137,7
112,6
Octubre
130,6
123,9
Noviembre
135,2
134,3
Diciembre
158,0
148,10
Anual
1640,20
1540,8
Fuente: (Joseph Guerra, 2022)
En Ecuador, el costo de producción de energía mediante un sistema fotovoltaico es de 0,1074
USD/kWh, con una tasa de descuento del 7%. De acuerdo con la regulación CONELEC 004/11, el costo
de venta de la energía fotovoltaica es de 0,4003 USD/kWh. Con estos datos, se elaboró la tabla 7, que
resume el modelo energético de la planta fotovoltaica calculado mediante el software. (Electricidad,
2011)
pág. 2542
Tabla 7. Resumen de modelo de energía de planta fotovoltaica.
Descripción
Cantidad
Unidad
Capacidad de generación eléctrica
824.860
Kw
Energía Producida por la planta
894,68
Gwh
Promedio de horas sol diarias
7,85
h
Factor de Utilización
21,71
%
(Joseph Guerra, 2022)
El proyecto provoca un cambio visual en el entorno debido a los paneles fotovoltaicos que ocupan
grandes superficies, así como al tendido eléctrico necesario para el transporte de energía y otros
componentes. Durante su vida útil, el nivel de ruido y las emisiones de CO2 son bajos; estudios indican
que la energía fotovoltaica emite entre 21 y 65 gramos de CO2 por kWh. En caso de que los paneles
fotovoltaicos sean reemplazados o la planta sea desmantelada, las materias primas de sus componentes
pueden ser recicladas.
CONCLUSIONES
En Ecuador, la generación distribuida a través de sistemas solares fotovoltaicos se considera una
excelente alternativa para gestionar la expansión de la oferta de energía eléctrica. Sin embargo,
actualmente no existe un marco jurídico que incentive la participación de la mini y microgeneración
distribuida con energías renovables, especialmente en el caso de la energía solar fotovoltaica.
Los programas computacionales para la energía fotovoltaica son herramientas que ayudan en el diseño,
análisis y simulación de sistemas de energía solar fotovoltaica. Estos programas utilizan algoritmos y
modelos matemáticos para evaluar la viabilidad técnica y económica de un proyecto fotovoltaico, así
como para optimizar su rendimiento.
Para promover y facilitar la adopción de la generación distribuida mediante sistemas fotovoltaicos, se
sugiere la necesidad de reformar el marco legal ecuatoriano. Esta reforma debería contemplar incentivos
específicos para la instalación de generación distribuida por parte de clientes residenciales, comerciales
e industriales utilizando energías renovables, especialmente la energía fotovoltaica.
Para aprovechar al máximo el sistema de </