Technical and economic feasibility study of implementing a photovoltaic system in a water treatment plant

Introducción: Los sistemas de iluminación basados en vapor de sodio y vapor de mercurio son ineficientes y conllevan a un mayor consumo de energía eléctrica. La iluminación LED representa una alternativa atractiva para disminuir el consumo de electricidad. Por otra parte, los sistemas fotovoltaicos están siendo utilizados como una fuente de energía renovable para reducir las emisiones de dióxido de carbono, pero su implementación también depende del beneficio económico. Objetivo: El propósito de este estudio fue evaluar la viabilidad técnica y económica de implementar un sistema fotovoltaico para optimizar un circuito de iluminación, el cual pertenece a una planta de tratamiento de agua Metodología: Se analizaron las configuraciones fotovoltaicas autónoma y conectada a red. Se analizó el circuito actual y se determinó su equivalente LED. Con base en el nuevo circuito de iluminación, se dimensionó el sistema autónomo, el cual deberá garantizar energía durante tres días en ausencia total de sol. Se tomó la nueva potencia de consumo del circuito con iluminación LED para dimensionar el sistema fotovoltaico que inyectará energía a la red de la planta. Los dos escenarios posibles son evaluados a través de la herramienta PVsyst, que permite establecer parámetros como la evaluación económica. Resultados: Aunque el cambio de luminarias reduce el costo de funcionamiento en un 50 %, el sistema autónomo es inviable debido al alto costo de inversión inicial; mientras que el sistema conectado a la red es viable, con una tasa de retorno de inversión más elevada que la establecida por la empresa. Conclusiones: El cambio de luminarias a tecnología LED es una decisión acertada para la empresa. En cuanto al sistema fotovoltaico conectado a la red, puede ser atractivo si se consideran los incentivos tributarios y la reciente reglamentación de los generadores a pequeña escala en Colombia.Introduction− Illumination systems based on sodium and mercury vapor lamps are inefficient and consume a big amount of electrical energy. LED lamps represent an attractive alternative to decrease electricity consump-tion. On the other hand, photovoltaic systems are being utilized as a renewable energy source to reduce CO2 emis-sions, but their implementation also depends on economic considerations.Objective−This study aims to demonstrate the techni-cal and economic feasibility of implementing a photovoltaic system to optimize the illumination circuit of a water treat-ment plant. Methodology−Two possibilities options were considered: off-grid and grid-tied systems. The current illumination cir-cuit was analyzed and the LED equivalent circuit was cal-culated. Based on the new illumination circuit, a photovol-taic off-grid system was sized to power the LED luminaires during three consecutive days without sunlight. Likewise, a grid-tie system was designed to power the proposed LED illumination circuit. Both scenarios were evaluated by us-ing PVsyst software, which allows establishing parameters for an economic assessment. Results− Although changing luminaires reduces the op-erating cost by 50 %, the off-grid system is infeasible due to the high initial investment cost, meanwhile the grid-tie system is feasible, with a rate of return that is lower than the one allowed by the company.Conclusions−Changing the current illumination system to LED technology is an economically-wise decision for the company. Regarding the PV grid-tie system, it can be eco-nomically attractive if the tax credits and the recent regula-tion for small-scale generators in Colombia are considered