Ejercicio de diseño solar para un local comercial en Medellín

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: qué se asume en este ejercicio

El caso es construido, no observado. Supongamos un local comercial de dos plantas en el Valle de Aburrá, con panadería y zona de atención, que opera de lunes a sábado entre las 6:00 y las 20:00 y consume en promedio 1.450 kWh al mes, es decir 17.400 kWh al año. El operador de red de la zona es EPM.

El inventario de cargas del ejercicio concentra la demanda en el día: hornos, refrigeración comercial, iluminación de sala y una unidad de aire acondicionado. Se asume que el 78% de la energía se consume entre las 7:00 y las 17:00. Ese porcentaje es el supuesto más determinante de todo el ejercicio, porque cada kWh que coincide con la producción evita el costo unitario completo de la factura.

Para la irradiación se asume 4,3 horas sol pico, un valor intermedio y conservador para el Valle de Aburrá. Como en cualquier ejercicio, es un supuesto de zona: el Atlas de Radiación Solar de Colombia del IDEAM es la referencia pública y el valor del punto exacto se verifica en el proyecto real.

• Consumo promedio asumido: 1.450 kWh al mes, 17.400 kWh al año
• Horario de operación asumido: lunes a sábado, de 6:00 a 20:00
• Reparto horario asumido: 78% del consumo entre las 7:00 y las 17:00
• Irradiación asumida: 4,3 horas sol pico
• Módulo de referencia: 550 Wp con 2,6 m² de superficie
• Eficiencia del sistema asumida: 0,79 en orientación única y 0,76 en configuración este-oeste
• Operador de red: EPM, con el sistema registrado como autogeneración a pequeña escala

Las restricciones de la losa y del entorno urbano

La cubierta es una losa plana de concreto de 120 m². No tiene sombras propias relevantes, pero sí dos condicionantes: una unidad exterior de aire acondicionado con su zona de servicio y los ductos de extracción de la panadería, cuya descarga hay que mantener despejada para no ensuciar los módulos vecinos.

Descontando retiros perimetrales, la zona de servicio de los equipos y los pasillos de mantenimiento, el área utilizable baja a unos 90 m². Ese número, y no el consumo, es el que termina fijando el tamaño del sistema.

El entorno también entra en el cálculo. El Valle de Aburrá está encajonado entre laderas, de modo que el sol efectivo desaparece antes del ocaso astronómico y la última hora de la tarde produce menos de lo que produciría en terreno plano. Es una razón adicional para no diseñar contando con la cola del día.

Sobre una losa plana la estructura se inclina y se lastra o se ancla. Un arreglo lastrado añade carga permanente sobre la losa, y esa carga hay que contrastarla con la capacidad estructural real del edificio. No es un trámite formal: es la diferencia entre un sistema instalable y uno que exige refuerzo.

Las decisiones de diseño y por qué se descartan las otras

Primera decisión, y la que define el caso: configuración este-oeste en lugar de una orientación única. Con filas inclinadas 10° enfrentadas de dos en dos casi no hace falta separación entre ellas para evitar la sombra propia, y sobre los mismos 90 m² caben 22 módulos en lugar de 17.

La alternativa tiene un costo: cada módulo produce algo menos que uno orientado de forma óptima. En este ejercicio la orientación única daría 1.223 kWh por kWp al año y la este-oeste 1.176. Pero la orientación única solo pone 9,35 kWp sobre la losa y produce 11.436 kWh al año, mientras la este-oeste pone 12,1 kWp y produce 14.232. Cuando la restricción es el área y no el presupuesto por kWp, gana la configuración que deja más energía sobre la misma cubierta.

Hay un segundo argumento a favor, menos evidente. Una configuración este-oeste aplana la curva de producción: adelanta el arranque de la mañana y estira la tarde en lugar de concentrar todo en un pico al mediodía. Para un negocio que abre a las 6:00 y cierra a las 20:00, esa forma de curva se solapa mejor con la demanda que un pico alto y estrecho.

Segunda decisión: un inversor trifásico de 10 kW con dos entradas MPPT, una por orientación. Separar las dos aguas en entradas distintas evita que el grupo con menos irradiación arrastre al otro. La relación DC/AC queda en 1,21, dentro del rango habitual y coherente con una curva aplanada que rara vez alcanza el pico nominal.

Alternativas descartadas: elevar la estructura para ganar módulos por encima de la zona de servicio, que suma costo estructural y sombra propia; llevar el sistema a los 14,8 kWp que pediría el consumo, imposible en 90 m² útiles; y añadir baterías, que no aportan al objetivo declarado, porque el negocio opera con red disponible y busca reducir factura, no respaldo.

El escenario resuelto, con los números a la vista

El punto de partida del cálculo es la potencia que pediría el consumo: 1.450 ÷ (4,3 × 30 × 0,76) = 1.450 ÷ 98,04 = 14,8 kWp. Con módulos de 550 Wp serían 27 módulos y unos 70 m² de superficie de módulo, que no caben con separación en 90 m² útiles.

El diseño se resuelve entonces desde el área. Con configuración este-oeste caben 22 módulos, es decir 12,1 kWp. La producción por módulo es 0,55 × 4,3 × 30 × 0,76 = 53,9 kWh al mes, así que el conjunto entrega unos 1.186 kWh al mes y 14.232 kWh al año.

Sobre 17.400 kWh de consumo anual, la cobertura llega al 82%. Con el 78% de la demanda concentrada en horario solar y un supuesto de 85% de la producción autoconsumida, el ejercicio deja unos 1.008 kWh mensuales autoconsumidos y 178 kWh exportados, frente a 442 kWh que se seguirían importando de la red cada mes.

Lo que habría que verificar en sitio y el trámite ante el operador

Un ejercicio se sostiene por sus supuestos; un proyecto se sostiene por sus mediciones. Estos son los puntos donde el caso construido tendría que ceder ante la realidad del sitio.

En paralelo va el trámite. Un sistema de 12,1 kWp entra sin dificultad en el rango de autogeneración a pequeña escala de hasta 100 kW, que sigue el procedimiento simplificado de la Resolución CREG 174 de 2021. Con EPM como operador, el primer paso es la consulta de disponibilidad de red y, según su resultado, el formulario de conexión simplificado o un estudio de conexión con más detalle. El medidor bidireccional lo suministra el operador y sus tarifas están publicadas en su portal de autogeneradores.

Ese trámite se inicia antes de comprar equipos. Y si la sociedad propietaria declara renta, la solicitud del certificado de la UPME para los incentivos de la Ley 1715 de 2014 también va antes de la compra, porque la exclusión de IVA y la exención de arancel operan sobre la factura y sobre la importación.

• Capacidad estructural de la losa frente a la carga permanente de una estructura lastrada
• Curva de carga real del negocio, tomada de telemedida y no de un inventario de cargas
• Irradiación del punto exacto y sombra efectiva de la ladera en la última hora de la tarde
• Nivel de tensión, capacidad del tablero y espacio para la protección del generador
• Efecto del ducto de extracción sobre la suciedad de los módulos vecinos
• Ficha técnica del módulo y del inversor cotizados, con coeficiente de temperatura y eficiencia

Los indicadores que debería seguir el propietario

Para un negocio, el indicador que manda no es la producción sino la fracción de esa producción que se autoconsume. Es el número que convierte kWh generados en pesos que no se pagan, y el único que se puede mejorar sin invertir un peso más: moviendo cargas al horario solar.

Vale la pena seguir cuatro series mensuales: energía producida, energía importada de la red, energía exportada y producción específica en kWh por kWp. Las dos primeras están en el monitoreo y en la factura, las otras dos se calculan. Comparadas contra el mismo mes del año anterior, muestran si el sistema envejece como debía o si algo cambió en el sitio.

Un comercio cambia con el tiempo: un horno nuevo, una vitrina más, un cambio de horario. Cada cambio mueve el reparto entre autoconsumo y excedente, y por eso hay que revisar el diseño cuando la operación se transforma de manera significativa. Los números de este ejercicio ilustran el método de análisis y no anticipan el resultado de ninguna instalación concreta.