Ejercicio de diseño solar para una cubierta residencial en Bogotá

Nota sobre este contenido

Este es un caso de referencia ilustrativo, pensado para mostrar cómo se estructura el análisis de ingeniería en un proyecto de este tipo. No corresponde a un proyecto ejecutado con cliente, cifras de ahorro o fecha verificables; a medida que documentemos proyectos reales con esos datos, los publicaremos por separado.

El punto de partida y los supuestos declarados

Todo lo que sigue parte de un caso construido, no observado. Supongamos una vivienda unifamiliar de dos pisos en una zona residencial consolidada de Bogotá, con un consumo promedio de 350 kWh al mes durante los últimos doce meses, es decir 4.200 kWh al año. El objetivo declarado del propietario es reducir la factura, no tener respaldo ante cortes.

El perfil horario se reconstruye por inventario de cargas, porque la vivienda no tiene telemedida. Se asume que el 40% del consumo ocurre entre las 6:00 y las 17:00 —nevera, bomba de agua, lavadora y una jornada parcial de teletrabajo— y el 60% restante entre las 17:00 y las 23:00. Es un supuesto, y es el que más pesa en el resultado económico del ejercicio.

Para la irradiación se toma un valor conservador de 4,0 horas sol pico. El Atlas de Radiación Solar de Colombia del IDEAM es la referencia pública para ese dato, pero un promedio de zona no es el valor de un techo concreto: en un proyecto real se contrasta contra la ubicación exacta del predio.

• Consumo promedio asumido: 350 kWh al mes, 4.200 kWh al año
• Reparto horario asumido: 40% diurno y 60% nocturno
• Irradiación asumida: 4,0 horas sol pico
• Módulo de referencia: 550 Wp con 2,6 m² de superficie
• Eficiencia del sistema asumida: 0,75, conservadora por suciedad urbana y sombra parcial
• Objetivo declarado: reducir factura, sin respaldo ante cortes

Las restricciones del sitio y cómo condicionan el diseño

La cubierta del ejercicio es a dos aguas, en teja de barro, con una vertiente principal de 34 m² brutos. Sobre ella hay un tanque de agua, una claraboya y la salida de una chimenea, y un edificio vecino de cuatro pisos proyecta sombra sobre la franja oriental hasta media mañana.

Descontando retiros a bordes, los obstáculos y la franja con sombra recurrente, el área con producción estable entre las 9:00 y las 16:00 baja a unos 18 m². Con módulos de 2,6 m² eso permite seis módulos: 15,6 m² de superficie de módulo y unos 22 m² de área bruta comprometida contando la estructura.

La teja de barro añade dos condiciones. Exige ganchos de anclaje fijados al entramado y no a la teja, y obliga a verificar el estado de ese entramado antes de cargarlo: montar un sistema con dos décadas de vida útil sobre un techo que necesita intervención en cinco años significa desmontar y volver a montar.

El tablero eléctrico está en el primer piso, a unos 14 metros de recorrido desde el punto previsto para el inversor. Ese recorrido define la sección del conductor y la ubicación del seccionamiento en corriente continua, y es una de las razones por las que la visita técnica no se puede sustituir por fotografías.

Las decisiones de diseño y las alternativas descartadas

Primera decisión: seis módulos en la zona libre de sombra, en lugar de ocho ocupando también la franja oriental. Los dos módulos adicionales producirían por debajo del resto durante las primeras horas y, con un inversor de cadena, arrastrarían la producción del grupo al que pertenecieran.

Segunda decisión: inversor de cadena de 3 kW en lugar de microinversores. Con una sola orientación, una sola inclinación y la zona sombreada ya descartada, la ventaja de los microinversores no compensa su costo. Si el propietario quisiera aprovechar la franja oriental, la conclusión se invertiría y habría que volver a hacer la cuenta.

Tercera decisión: sin baterías. El objetivo declarado es la factura, y una batería no genera energía: desplaza en el tiempo la que ya se produjo. Añadirla subiría la inversión sin subir la producción.

Cuarta decisión: no llevar el sistema a cubrir el 100% del consumo anual. Con seis módulos la producción estimada cubre el 85% de los 4.200 kWh anuales. Llegar al 100% exigiría los dos módulos descartados y elevaría el excedente mensual por encima de la energía importada; los excedentes de un autogenerador a pequeña escala se permutan como créditos de energía frente a la energía importada del periodo, y lo que supera ese nivel se liquida por debajo de la tarifa que se paga.

El escenario resuelto, con el cálculo a la vista

La producción por módulo se calcula como potencia del módulo × horas sol pico × 30 días × eficiencia del sistema: 0,55 × 4,0 × 30 × 0,75 = 49,5 kWh al mes. Con seis módulos, 297 kWh al mes y 3.564 kWh al año.

Sobre 4.200 kWh de consumo anual, eso equivale a una cobertura del 85%. La producción específica es 3.564 ÷ 3,3 = 1.080 kWh por kWp al año, y esa es la cifra con la que habría que auditar cualquier propuesta que llegara para esta vivienda.

El reparto entre autoconsumo y excedente sale de los supuestos horarios: 140 kWh mensuales de demanda diurna frente a 297 kWh de producción dejan unos 157 kWh de excedente, contra 210 kWh de importación nocturna. El excedente cabe dentro de la energía importada del periodo, que es exactamente donde conviene que esté.

Qué habría que verificar en un proyecto real antes de firmar

Nada de lo anterior sustituye una visita técnica. Este ejercicio funciona porque los supuestos están declarados; un proyecto funciona porque esos supuestos se reemplazan por mediciones y por documentos.

Queda un recordatorio incómodo: si alguna de las verificaciones de la lista cambia el resultado, lo que cambia es el diseño, no la conclusión que ya se había vendido. Ese es justamente el orden que separa una propuesta técnica de un argumento comercial.

• Irradiación del punto exacto del predio, contrastada contra el Atlas del IDEAM
• Doce meses de facturación reales y el costo unitario tomado de la liquidación
• Medición de sombras a distintas horas del día y en distintas épocas del año
• Estado del entramado de la cubierta y capacidad de carga de la estructura
• Espacio y estado del tablero eléctrico, y calidad de la puesta a tierra existente
• Consulta de disponibilidad de red ante el operador antes de comprar equipos
• Ficha técnica del módulo cotizado: dimensiones, coeficiente de temperatura y degradación

Qué debería medir el propietario después de la puesta en marcha

Los primeros doce meses son la verificación del diseño. Tres cifras bastan: producción mensual real contra la prometida, producción específica en kWh por kWp y evolución de la energía importada que aparece en la factura.

Comparar el mismo mes de años distintos evita confundir estacionalidad con falla. Una caída sostenida de la producción específica, cuando la irradiación del periodo fue normal, apunta a suciedad, sombra nueva, un módulo degradado o un problema del inversor, más o menos en ese orden de probabilidad.

Registra además los cambios de consumo. Si aparece un vehículo eléctrico, un aire acondicionado o un cambio de horario en la casa, el reparto entre autoconsumo y excedente se mueve y con él el resultado económico del sistema. Las cifras de este ejercicio no pronostican ese resultado: demuestran el método con el que se calcula.