Implementación de un Sistema Híbrido de Generación de Energía Renovable Utilizando Fuel-Cell, Osmosis Inversa y Energía Solar Alférez de Fragata Charles Junior ADRIANZÉN Yarlequé ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0943-2788 Resumen: El objetivo de esta investigación fue la implementación de un sistema híbrido que permita la producción de energía eléctrica a través del uso de dos fuentes de energía renovable: a) paneles solares; y b) fuel cells, conectadas a un batería, que cumple el rol de almacenar la energía eléctrica tanto de las fuentes renovables como de las fuentes de alimentación tradicional, los cuales abordo tenemos: a) los diésel-generadores; y b) toma a tierra. Con el uso de una metodología cualitativa, de cohorte transversal, alcance correlacional, se obtuvo información de los artículos científicos revisados, se determinó que la implementación de un sistema híbrido de generación de energía nos brindan beneficios medio ambientales y económicos en comparación al aumento de los combustibles, además nos permite disminuir la huella de carbono, la cual viene incrementando con el pasar de los años causando un aumento gradual de temperatura llegando a crecer en un 2% para el año 2050. Así como, fomentar la investigación de nuevas fuentes de energía alternativas, para en un futuro migrar hacia el uso total de energías renovables. Palabras Clave: sistemas híbridos de generación; fuel cells; paneles solares; diésel generador, osmosis inversa. Introducción Actualmente, la demanda de energía eléctrica en el mundo ha aumentado, y se incrementa con el pasar del tiempo, sin embargo, las fuentes de energía renovable (FER) han cobrado una mayor importancia (Debnath y Bhowmik, 2020). La mejor forma de reducir la crisis energética y disminuir los problemas de calentamiento es con la aplicación de sistemas híbridos que integren energías renovables (Shafiullah, 2016). Se tiene conocimiento que para el año 2050 aproximadamente la temperatura aumentará en un 2%, por lo cual, se ha buscado reducir dicho valor por debajo del 1.5%, aplicando la descarbonización al usar fuentes de energías alternas (Bastida et al., 2019). Pfenninger y Keirstead (2015) en su estudio por la descarbonización compararon las energías renovables con la energía nuclear y los combustibles tradicionales en cuanto a los costos y disminución de emisiones. De acuerdo con Mackillop (1980) aprovechar la obtención de energía renovable, es de vital importancia, más aún en países en vías de desarrollo, debido a que el aumento de precios de las principales FER los afecta de manera negativa. Debemos tener en cuenta que se estima que para el año 2050 los precios de petróleo y gas aumentarán en un 50%, lo cual es alarmante debido a que estas son las principales fuentes de energía tradicionales (Harrouz et al., 2017; Qazi et al., 2019). Odingo (1981) concluyó que la explotación de los recursos naturales es muy compleja, pero si los países se enfocan en el aprovechamiento de sus propios recursos, haciendo uso de la tecnología, podrán avanzar en sus investigaciones y descubrir nuevas formas de obtenerlas. Zakaria et al. (2019) y Al-Maamary et al. (2017) dedujeron que los inconvenientes de aprovechar las energías renovables son los costos iniciales y el desconocimiento de los beneficios que nos brindan, representando un obstáculo al progreso de su investigación. Tenemos que tener en cuenta que actualmente existe una tendencia que los países están adoptando, que es el uso de FER en operaciones militares (Global Status Report, 2022). Salameh et al. (2021) acordaron que las FER cubren una parte sustancial de la demanda de energía, necesitándose cada vez menos combustibles fósiles para la generación de esta. Una forma de aliviar la carga energética es con el uso de fuel cells, que son dispositivos electroquímicos en el que la energía química de un combustible se convierte de manera directa y útilmente en trabajo eléctrico (Liebhafsky, 1959). Los fuel-cells de polímero-electrolito (PEMFC), es un tipo de fuel cell creado por General Electric (GE) en 1955, mientras buscaba nuevas aplicaciones para membranas de intercambio iónico (Perry, 2002). Grubb (1960) determinó que las características de esta celda son: a) construcción simple; b) pequeña unidad de espesor; y c) trabajan con temperaturas de hasta 100 °C. Este tipo de fuel cells es reconocida por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) como la tecnología que reemplazara al motor de combustión interna en aplicaciones de transporte (Tawfik et al., 2007). Aprovechar la energía fotovoltaica (FV) viene siendo de suma importancia al hablar del uso de energías renovables, debido a que muestra la mayor disminución de costos al adquirir este tipo de energía, reduciéndose en un 82% durante los años 2010-2019 (International Renewable Energy Agency [IRENA],2020). Este tipo de energía se ha convertido en la tecnología de energía renovable de mayor crecimiento en el mundo, de acuerdo con un mercado eléctrico global en 2018 (Global Status Report, 2019). Estos sistemas se utilizan en diversos ámbitos como una fuente de energía renovable, esto se debe a su capacidad para transformar la energía del sol directamente en energía eléctrica con una reducida huella de carbono en nuestro medio ambiente (Al-Chaderchi1 et al., 2017; Al-Chaderchi1 et al., 2018). Teniendo en consideración que el 96,5% del agua de la Tierra está en los mares y océanos, el 1,7% del agua de la Tierra está en los casquetes polares y de toda el agua aproximadamente el 0,8% es agua dulce (Panchal, 2019). Era necesario la desalinizar de dicha agua, por lo cual, las plantas de osmosis inversa (OI) evolucionaron en los últimos 40 años de tal manera de que hoy abarcan el 80% de plantas de desalinización instaladas a nivel mundial (Greenlee, 2009). Yoosefi et al. (2014) propusieron diferentes enfoques para emparejar FER con técnicas de desalinización del agua, para ver la manera de combinar diferentes opciones de FER con sistemas de desalinización de agua para producir agua dulce y electricidad, satisfaciendo estas dos grandes necesidades. Ameri y Yoosefi (2016) plantearon que la energía generada por los paneles se debe utilizar primero cubriendo la energía eléctrica por hora, el exceso de energía se puede utilizar de dos formas: a) generación; y b) almacenamiento de hidrógeno o producción de agua. El propósito de la investigación es obtener una reducción de costos destinados a la generación de energía eléctrica, implementando un sistema hibrido que incorpore al sistema de diésel generadores el uso de paneles solares y fuel cells, generando un beneficio económico al dinero asignado a este ámbito. De igual manera, al usar energías renovables se busca reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al medio ambiente. Materiales y Métodos Se realizó una revisión de literatura con las distintas publicaciones de la base de datos Scopus a través del uso de su propia plataforma y páginas de prestigio a nivel mundial con la finalidad de encontrar información de calidad en lo que podemos sustentar este trabajo de investigación, la data obtenida fue debido a los procedimientos seguidos como: a) búsqueda avanzada; b) proceso de filtrado; y c) uso de logaritmos de búsqueda, que nos permiten afinar los resultados necesarios. Desarrollamos los procedimientos a seguir, para que, con el uso de los datos del sistema, podamos obtener los resultados necesarios al momento de implementarlo, evaluamos la demanda de energía eléctrica, producción del sistema osmosis y generación de energía eléctrica que nos brinda los paneles solares. Irradiación solar Describimos los pasos para calcular la irradiancia solar y estos resultados se usan para encontrar la irradiancia solar por hora en cualquier día del estudio actual, la cual viene dada por la siguiente ecuación (Ameri y Yoosefi, 2016). 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 𝐺𝑆𝐶 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑑2 GSC es una constante solar que equivale a 1367 W/m2 de acuerdo con Wilson, (1978) (Ameri y Yoosefi, 2016). 𝑑 es distancia relativa entre el sol y la tierra θ es ángulo de irradiancia d2 es una función con respecto al día del año y se calcula gracias a la ecuación que presentaron Duffie y Beckman (1991) (Ameri y Yoosefi, 2016). 1 𝑑2 = 𝑛2𝜋 ) 365 1 + 0.033𝑐𝑜𝑠 ( 𝑛 es número del día del año sin importar el mes en que se encuentre Una ecuación similar planteada por Budyko (1974) (Ameri y Yoosefi, 2016). 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 𝑆𝑠𝑖𝑛𝐸 2 ̅ 𝑆 = 𝐺𝑆𝐶 (𝑑⁄𝑑) ̅ (𝑑⁄𝑑) = 1⁄ 𝑛2𝜋 (1 − 0.01673 cos( )) 365 𝜋 𝐸 = − 𝜃𝑍 2 𝜃𝑍 ángulo cenital que se halla 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑍 = sin 𝜑 sin 𝛿 + cos 𝜑 cos 𝛿 cos ℎ 𝜑 es latitud 𝛿 es ángulo de inclinación y su resultado se haya realizado un cálculo planteado por Duffie y Beckman (1980) (Ameri y Yoosefi, 2016). 𝛿 = 23.45 sin(360 248 + 𝑛 ) 365 Demandas de electricidad y agua dulce Debemos tener en cuenta la demanda y la producción, tanto de electricidad como de agua dulce, puede tomar como referencia que las personas consumen diariamente 150 litros, pero para manejar datos exactos es mejor solicitarlo del parte de la unidad (Ameri y Yoosefi, 2016). La producción de agua es de 1 m3, para esta producción el sistema requiere entre 3-4 KWh de electricidad (Elimelech y Felipe ,2011). Para hallar el consumo diario de energía en unidades de la OI (EOI) para producir agua dulce a un número de personas (N), de acuerdo con Ameri y Yoosefi (2016) se realiza la siguiente operación: 𝐸𝑂𝐼 = 𝑁 ∗ 4 ( 𝐾𝑊ℎ 𝑚3 ) ∗ 𝐹𝑊 ( ) 𝑑 𝑚3 𝑑𝑖𝑎 𝐹𝑊𝑑 es la demanda diaria de agua por persona Modelado fotovoltaico Para hallar la energía solar total que ingresa por los módulos FV para diferentes valores de irradiancia solar, se hace uso de la ecuación que Biswas et al. (2012) propuso. 𝐸𝐹𝑉 = 𝐼(𝑡) ∗ 𝑛𝐹𝑉 ∗ 𝑛𝑀𝐹 ∗ 𝐴𝐹𝑉 𝐼(𝑡) es la irradiación solar promedio durante la “t” hora del día, dependiendo del tiempo y ubicación. 𝐴𝐹𝑉 es el área requerida del panel FV 𝑛𝐹𝑉 Eficiencia del panel FV 𝑛𝑀𝐹 Eficiencia de conversión de MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia) El número total de paneles FV requeridos se haya a partir del 𝐴𝐹𝑉 con el área de cada módulo. Modelado de fuel cells La PEM utilizada por sus adecuadas condiciones de trabajo para la producción combinada de energía y agua mediante la OI, tiene múltiples celdas conectas entre sí en serie, cada celda incluye electrodos de ánodos y cátodos (Grubb, 1960). De acuerdo con Friede et al. (2004) presentan reacciones químicas las cuales detallamos a continuación: Reacción en el ánodo. 𝐻2 → 2𝐻 + + 2𝑒 − Reacción en el cátodo. 1 2𝐻 + + 2 𝑂2 + 2𝑒 − → 𝐻2 𝑂 Reacción global en cualquier parte de la PEMFC. 1 2 𝐻2 + 𝑂2 → 𝐻2 𝑂 El voltaje de salida y el consumo de hidrógeno se puede hallar a partir de una ecuación que Li (2009) enunció, sin embargo, el oxígeno es suministrado por el aire. 𝑉𝐹𝐶 = 𝑉𝑁𝑒𝑟𝑛𝑠𝑡 − 𝑉𝑂ℎ𝑚𝑖𝑐 − 𝑉𝑎𝑐𝑡 − 𝑉𝑐𝑜𝑛 𝑉𝑂ℎ𝑚𝑖𝑐 , 𝑉𝑎𝑐𝑡 y 𝑉𝑐𝑜𝑛 son pérdidas óhmicas, de activación y concentración respectivamente. 𝑀𝐹𝐶 = (𝑃𝐹𝐶 ∗ 3600)/(2 ∗ 𝑉𝐶 ∗ 𝑛𝐹𝐶 ∗ 𝐹) 𝐸𝐹𝐶 = 2 ∗ 𝑉𝑐 ∗ 𝑛𝐹𝐶 ∗ 𝐹 𝑃𝐹𝐶 = 𝐼𝐹𝐶 ∗ 𝑉𝐹𝐶 ∗ 𝑁𝐹𝐶 𝑉𝐹𝐶 es el voltaje de salida de la PEMFC 𝑛𝐹𝐶 es la eficiencia de PEMFC varía entre 40-60 por ciento 𝐹 es la constante de Faraday y su valor es de 96485 (C/mol) 𝑀𝐹𝐶 es el hidrógeno administrado por (mol/hora) 𝑃𝐹𝐶 y 𝐸𝐹𝐶 son potencia y energía que entrega la PEMFC respectivamente Modelado de electrolizadores Costa de varias celdas en serie, dos electrodos se encuentran separados por una membrana que puede ser polímero líquido o sólido, la corriente eléctrica ocasiona que el agua se descomponga en hidrógeno y oxígeno, la cual se indica a continuación (Khelfaoui, 2020): 1 𝐻2𝑂 + 𝐸𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 → 𝐻2 + 𝑂2 2 Durante la producción de hidrógeno por le electrolizador, debemos de tener que la diferencia de voltaje entre los dos electrodos es superior al valor mínimo para la separación del agua, el cual se puede hallar (Jang et al., 2021; Larminie y Dicks, 2003): 𝑉𝐻 = − ∆𝐻 285.84 = = 1.48 2𝐹 2(96485) ∆𝐻 es el valor de mayor energía del hidrógeno (𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙) 𝑉𝐻 es el voltaje Se puede hallar la eficiencia de voltaje del electrolizador con la siguiente formula: 𝑛𝑉 = 1.48 ∗ 100% 𝑉𝑒𝑙𝑧 𝑉𝑒𝑙𝑧 voltaje del electrolizador Se considera que la eficiencia es del 74% (Agbossou et al., 2005). Por lo que 𝑉𝑒𝑙𝑧 = 2𝑣. Con el uso de la Ley de Faraday encontramos la cantidad de hidrógeno que un electrolizador produce teniendo como potencia 𝑃𝑒𝑙𝑧 , por el lapso de UNA hora. (Ameri y Yoosefi, 2016): 𝑀𝑒𝑙𝑧 = (𝑃𝑒𝑙𝑧 ∗ 3600) (2 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑧 ∗ 𝐹) 𝐸𝑒𝑙𝑧 = 2 ∗ 𝑉𝑒𝑙𝑧 ∗ 𝐹 3600 es área de fuel cell (cm2) 𝑀𝑒𝑙𝑧 cantidad de hidrógeno producido en (mol/hora) La energía utilizada por el electrolizador para la producción en cualquier momento de hidrógeno es igual a la diferencia entre la energía eléctrica suministrada por los módulos FV y la energía eléctrica demandada por hora al mismo tiempo. 𝐸𝑒𝑙𝑧 + 𝐸𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = (𝐸𝐹𝑉(𝑡) − 𝐸𝐿(𝑡) ) Modelado de compresores de hidrógeno Mediante un proceso adiabático, es la forma con mayor eficiencia para comprimir un gas (Li et al., 2009). Normalmente la eficiencia de los compresores mecánicos (𝑛𝑐 ) está entre el 40 y el 75 %, mediante la siguiente ecuación se establece la relación entre la potencia del compresor WC (W) y el caudal másico de hidrógeno 𝑚𝐶 (kg/s) (Li et al., 2009): 𝑟−1 𝑟 𝑇1 𝑃2 𝑊𝐶 = 𝐶𝑃 ∗ ∗ (( ) 𝑛𝐶 𝑃1 − 1) ∗ 𝑚𝐶 𝐶𝑃 es calor específico del hidrógeno a presión constante (14 304 kj/kg.K) 𝑇1 es temperatura de admisión de hidrógeno (293 °K) 𝑃1 𝑦 𝑃2 presión de entrada y presión de salida del hidrógeno al compresor 𝑟 es la constante isentrópica del hidrógeno (1.4) Modelado del tanque de hidrógeno Si acumulamos hidrógeno en un tanque, podemos hacer uso de su energía cuando lo necesitemos, para determinar la energía que este gas nos brinda, hacemos uso de una formula, la cual a continuación explicaremos (Li et al., 2009): 𝑀𝑡𝑎𝑛𝑘 ∗ 2 ∗ 𝐿𝐻𝑉 1000 𝑀𝑡𝑎𝑛𝑘 ∗ 𝑇𝑡𝑎𝑛𝑘 ∗ 𝑅 = 𝑃𝑡𝑎𝑛𝑘 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑘 = 𝑉𝑡𝑎𝑛𝑘 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑘 es energía del tanque (kWh) 𝑀𝑡𝑎𝑛𝑘 es la cantidad de hidrógeno en el tanque (mol) 𝑉𝑡𝑎𝑛𝑘 es el volumen del tanque en litros (L) 𝑇𝑡𝑎𝑛𝑘 es la temperatura del gas en el tanque (°K) 𝑃𝑡𝑎𝑛𝑘 es la presión (MPa) 𝑅 es la constante del gas (0.8211 atm/mol.K) 𝐿𝑉𝐻 es la baja capacidad calorífica del hidrógeno (33 kWh/kg) La masa molar del hidrógeno gaseoso es 2 (gr/mol) La Figura 1 nos muestra el esquema con el que se trabajó, el cual describe el procedimiento de funcionamiento del sistema planteado, así mismo, es importante saber que los paneles solares irán colocados en exteriores (en zonas específicas para mayor aprovechamiento de la luz solar), los fuel cells irán posterior al suministro de agua dulce de la unidad y posterior a la electrólisis que tiene el fin de generar hidrógeno (necesario para el funcionamiento de los fuel cells), obteniendo como resultado electricidad, toda esta electricidad producida será dirigida a una fuente de baterías, las cuales alimentarán al electrolizador con la energía sobrante para la generación de hidrogeno, teniendo como prioridad el suministro de energía al sistema que se desea alimentar, como la red de luminosidad en el buque, aliviando la carga energética de la unidad. Por otro lado, nos da como resultado vapor de agua, el cual será aprovechado por la unidad. Figura 1 Esquema de la configuración del sistema hibrido de generación de energía propuesto Resultados La Tabla 1 nos muestra los resultados obtenidos con respecto a publicaciones que plantearon sistemas de generación de energía, estos temas escogidos son los que tienen mayor relevancia con mi investigación, los resultados nos muestran el interés y la necesidad por investigar este tema, debido a los beneficios económicos y ambientales que tanto necesitamos. Tabla 1 Métodos de sistemas híbridos de generación de energía con fuentes renovables Tema Objetivo Resultados Producción óptima de hidrógeno Producir y almacenar hidrógeno La eficiencia de la producción de hidrógeno es en un sistema autónomo de con el fin de satisfacer del 56 % para potencias < 1 kW, 59 % entre 1 energía renovable requisitos energéticos y 2kW, y 62,5 % > 2,5 kW Ref. Agbossou et al. (2005) Optimización del tamaño del sistema de batería FV-FC con Algoritmo híbrido optimización de enjambre de partículas (PSO)Extrema Optimización (EO) Mejorar la eficiencia energética y contribuir en reducir las emisiones de GEI (gases de efecto invernadero) Los tamaños óptimos de los componentes del sistema obtenidos por PSO-EO satisfacen todas las restricciones con un costo total anualizado mínimo Biswas et al. (2012) Red inteligente y energías renovables en Argelia Analizar el potencial de energía renovable de Argelia Es viable, sin embargo se necesita el uso de una fuente de baterías, que carguen al haber excedente y alimenten cuando exista poco suministro de energía Harrouz et al. (2017) Investigación experimental del rendimiento del electrolizador FV/PEM de producción de hidrógeno solar en el Regiones del Sáhara argelino Desarrollar un estudio paramétrico sobre el rendimiento del sistema Se tuvo una alta producción de hidrógeno (284 L) en un día. La eficiencia energética PEM con sistema solar fotovoltaico estuvo entre 18 y 40%. La eficiencia del panel fotovoltaico fue entre 9 y 12% Khelfaoui et al. (2020) Modelado dinámico y optimización del dimensionamiento de sistemas de energía fotovoltaica autónomos utilizando tecnología híbrida de almacenamiento de energía Consideraciones económicas para la energía solar y renovable en los países en desarrollo Estudio de tres sistemas de energía fotovoltaica autónomos que utilizan diferentes tecnologías de almacenamiento de energía Se encuentra que el sistema híbrido FV/FC/Batería propuesto es la configuración con menor costo, mayor eficiencia y menos módulos FV en comparación con cualquier sistema de almacenamiento único Li et al. (2009) Buscar suministros de energía renovables autóctonas para controlar las alzas de los combustibles tradicionales Existe la certeza de que todas las naciones necesitan establecer sistemas de suministro basados en energías renovables, pero los factores económicos indican que la aplicación debe ser en las áreas rurales Mackillop (1980) Hacia la energía sostenible: una sistemática revisión de fuentes de energía renovable, tecnologías y opiniones públicas Resaltar las necesidades energéticas del mundo, la importancia de las tecnologías de ER para uso doméstico y opiniones sobre las ER Nuestra revisión de la literatura encontró que el uso de energías renovables es esencial para enfrentar los desafíos futuros relacionados con la energía, es un buen reemplazo para mantener limpio el medio ambiente Qazi (2019) Sistema de energía solar fotovoltaica híbrido autónomo integrado, pila de combustible y generador diésel para sistemas de almacenamiento de baterías o supercondensadores en Khorfakkan, Emiratos Árabes Unidos Análisis del rendimiento del sistema de energía solar FV híbrida autónoma integrada, FC y DC con sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) o sistema de almacenamiento de energía de supercondensador (SCESS) en Khorfakkan Los resultados de la simulación muestran que el uso de SCESS como un sistema de almacenamiento de energía ayudará al desempeño de sistemas de energía híbridos (HES) en función del costo nivelado de energía (LCOE) y las emisiones de gases de efecto invernadero Salameh (2021) La Tabla 2 nos muestra como los países se están orientando hacia una tendencia global, la cual debemos considerar debido a que es a donde apunta el futuro y hacia donde debe de apuntar nuestra Marina de Guerra del Perú, con el fin de no quedarnos atrasados, dicha tendencia nos informa acerca del uso de FER en operaciones militares en distintas naciones del mundo (Global Status Report, 2022). Tabla 2 Objetivos de energía renovable en operaciones militares en países seleccionados, a fines de 2021 País y Alcance Objetivo(s) China: Sistemas de micro red eléctrica (basado en la fuente Ejército de Liberación del Pueblo Chino de energía solar, eólicas con baterías y un diésel de respaldo para más de 80 fronteras de defensa Francia: Ministerio de las Fuerzas Armadas Poner a disposición 2000 hectáreas de tierra hasta 2022 para proyectos de energía solar fotovoltaica a gran escala India: Marina de la India 24 MW de EFV para el 2022 es parte de la hoja de ruta de conservación del medio ambiente Estados Unidos: Armada Electricidad libre de carbono para las instalaciones de la armada para el año 2030, con uso de energías renovables en todos los puestos de las microrredes para el año 2045. Desarrollo de vehículos tácticos eléctricos para el año 2050 La Figura 2 nos muestra un estudio acerca de la demanda de electricidad mundial en 2017 viene siendo sosegada por combustibles fósiles y la producción de energía renovable, las cuales comprende un total del 26.5 por ciento (26.5%) de la electricidad, teniendo como fuentes: a) energía hidroeléctrica; b) bioenergía; c) energía solar fotovoltaica; y c) geotérmica (Qazi et al., 2019). Figura 2 Participación estimada en la producción mundial de electricidad La Figura 3 nos muestra como la energía FV ha crecido a tal punto que, en el mercado eléctrico global en el 2018, se convirtió en la energía renovable de mayor crecimiento en el mundo, debido a ello, nuestro sistema se basa principalmente en que este tipo de energía asuma la carga principal y con el exceso se alimenta al electrolizador o se cargan las fuentes de baterías (Global Status Report, 2019). Figura 3 Capacidad global de producción de energía solar fotovoltaica La Figura 4 nos muestra la eficiencia del sistema FV/FC/Batería, sistema en el que se basa nuestra investigación, podemos apreciar como este sistema gracias a la alta eficiencia de las baterías y los bajos costos de los tanques de almacenamiento de hidrógeno ayudan a que dicha configuración tenga un costo más bajo, una mayor eficiencia del sistema y menos módulos FV si lo comparamos con cualquier otro sistema de almacenamiento único (Li et al., 2009). Figura 4 Eficiencia del sistema: costo del sistema FV/FC/Batería Discusión Con la necesidad de implementar una nueva forma de abastecernos de energía sin contaminar el medio ambiente, nos vemos impulsados a optar por un sistema híbrido de generación de energía, ya que estos sistemas nos permiten complementar las fuentes de energía renovable, las cuales se han venido desarrollando con el transcurrir de los años, volviéndose más eficientes al momento de satisfacer las necesidades de energía eléctrica. En esta investigación, se analizaron 33 artículos, los cuales nos permiten explicar la importancia de estos sistemas, los beneficio brindados y los procedimientos a seguir para la implementación de estos. El estudio Shafiullah (2016) reveló que el sistema integración de energía renovable en gran medida (Eólico/FV/Red) es mucho más recomendable económicamente en comparación con un sistema solo conectado a la red, por lo altos costos iniciales. El estudio de Li et al. (2009) mostró que la mejor configuración al momento de implementar un sistema híbrido de generación de energía fue FV/FC/Batería debido su menor costo, mayor eficiencia y menos módulos FV, en comparación con configuraciones como PV/FC, el cual tiene un costo mínimo mayor que del sistema PV/Batería. En el estudio de Pfenninger y Keirstead 2015 mostró que, en cuestión de montos, la energía renovable, la energía nuclear y los combustibles tradicionales son casi lo mismo, con a respecto a emisiones es una gran cantidad por parte de los combustibles fósiles en comparación con las otras fuentes de energía. Si bien es cierto, estos sistemas en un futuro próximo son inevitables, hoy en día no en todos los países es viable, en países donde los combustibles fósiles abundan, no se ve viable la implementación de estos sistemas, debido a que su costo inicial es mayor en comparación a los combustibles tradicionales (Ameri y Yoosefi, 2016). En malasia se realizó el trabajo de investigación Zakaria et al., (2018), el cual nos indica que las personas tienen conocimiento acerca de las FER, pero la mayoría no cuenta con el monto económico para poner en práctica estos sistemas, debido a su alto costo inicial, si bien es cierto el gobierno viene ideando una forma de promover su uso, aún no viene siendo una opción por lo que mantienen a los combustibles fósiles como fuente de energía. La implementación de FER es muy recomendable, pero se consta de ciertas desventajas, debido a que la disponibilidad de esta varía, se ha comparado un sistema de energía renovable conectada a una forma de almacenar energía con otra que cuenta con esta, se aprecia como la eficiencia del sistema con almacén de energía aumenta considerablemente en comparación al otro sistema, ya que esta nos permite cargar la fuente con el excedente y alimentar con este cuando exista poco suministro de energía (Harrouz et al., 2017). Para analizar el almacenamiento más eficiente de energía, la opción más común es pensar en baterías, sin embargo, hoy en día se ha visto a las fuel cells como una opción recomendable, debido a la producción de agua que nos brinda en comparación a una betería, pero debemos de trabajar en base a su eficiencia de la producción de hidrógeno del electrolizador, el cual es del 56 % para potencias menores a 1 kW, 59 % para potencias que van de 1 a 2 kW, y 62,5 % para potencias mayores a 2,5 kW (Agbossou et al., 2005). Para obtener un buen suministro de hidrógeno, el cual será utilizado por las fuel cells, se compara la eficiencia energética PEM con sistema solar FV y la eficiencia del panel FV en una alta producción de hidrógeno (284 L) al día, obteniendo que con el sistema se tiene entre 18 y 40% de eficiencia, mientras que solo con el panel se obtiene entre 9 y 12% (Khelfaoui et al., 2020). Se estudia una simulación realizada que compara el uso de supercondesadores (SCESS) y baterías (BESS) como sistema de almacenamiento de energía conectadas a un sistema híbrido de energía solar FV autónomo integrado, fuel cells y diésel generador, donde se determinó que uso de SCESS como almacenamiento ayudará al desempeño de sistemas de energía híbridos (HES) en función al costo nivelado de energía (LCOE) y las emisiones de gases de efecto invernadero en contraparte con BESS. Se compara la aplicación de sistemas de energías renovable en zonas rurales y en zonas urbanas, teniendo que este tipo FER se aplica mejor en redes rurales, ya que estas necesitan un mayor esfuerzo en investigación y desarrollo (I+D), además se encontró una relación positiva que confirma que al implementar las zonas rurales se incrementan las zonas urbanas, en especial la capital (Mackillop, 1980). Datos importantes al comparar con el estudio de Qazi (2019), que nos habla sobre el uso doméstico esencial para de este tipo de sistemas que nos permiten enfrentar los desafíos a futuro y mantener el medio ambiente limpio. Este trabajo de investigación es de mucha importancia para la Marina de Guerra del Perú, debido a que: a) es una oportunidad de ahorro en el consumo de combustible; b) por su versatilidad de ejecución; c) cuidado del medio ambiente; y d) fortalece I+D en la institución. Con la aplicación de la data detallada en este artículo, gracias a la revisión de literatura de calidad, nos permite poder aplicar este sistema en múltiples unidades y dependencias de la institución que cumplan con los requisitos de sustento de energía eléctrica detallada en el modelado del electrolizador, mientras este abastecimiento de energía se mantenga positivo, no existe otra posible condición que se presente. Así mismo, este trabajo nos ayuda a conocer la relación entre beneficios encontrados en esta recopilación de información y la aplicación de sistemas híbridos de generación de energía en nuestro país, el cual se encuentra atrasado si lo comparamos con otros países. Las limitaciones encontradas en esta investigación es que este estudio no nos permite conocer la relación existente con respecto al Ejercito del Perú y la Fuerza Aérea del Perú, ni mucho menos con otras instituciones nacionales públicas ni privadas, la falta de investigaciones previas en nuestro país, el desconocimiento de la población con respecto a las FER, el temor de migrar a nuevas fuentes de energía y la falta de apoyo por parte del estado para la motivación a este cambio. Por lo que se recomienda a futuras investigaciones estudiar la relación de los beneficios brindados con un sistema de generación de energía eléctrica integrando otras FER, otras instituciones militares, la Policía del Perú, instituciones del estado, colegios públicos, colegios privados y empresas privadas con distintos rubros. En conclusión, el objetivo de esta investigación fue resaltar la importancia de la aplicación de sistemas híbridos de generación de energía con FER como: a) paneles FV; y b) fuel cells. Con el fin de generar un ahorro de combustible en la Marina de Guerra del Perú destinado a la generación de energía eléctrica. Los paneles FV aprovechan la energía solar, y siendo esta una energía que encontramos en todo el mundo, además de que han venido desarrollándose más en comparación con otros sistemas, es la que soporta la carga principal de nuestro sistema, las fuel cells trabajan en conjunto con la batería, las cuales en momento de energía residual alimentan los electrolizadores para la generación de hidrógeno, y en el momento en que se necesita energía y no se da abasto con los paneles FV, se utiliza las FC, obteniendo como resultado energía eléctrica y vapor de agua, también se tiene en cuenta que al ser una institución militar, se debe tener un respaldo de suministro de energía, el cual lo brindan las fuentes de alimentación tradicional. El desarrollar este tipo de sistemas es de mucha importancia, ya que al volvernos autosuficientes energéticamente hablando, podemos desarrollarnos independientemente, sin sufrir por el aumento de combustible fósil, el cual se estima una creciente del 50 %. También apoyamos con la disminución de la huella de carbono, la cual ocasiona los cambios climáticos y aumento gradual de temperatura en el mundo, lo cual afecta a todo tipo de vida en la Tierra incluyéndonos. Referencias Agbossou, K., Doumbia, M.L., y Anouar, A., (2005). Optimal hydrogen production in a standalone renewable energy system. IEEE Industry Applications (IAS) Conference, Vol. 4, 2932–2936. https://doi:10.1109/IAS.2005.1518876 Al-Chaderchi, M., Sopain, K., Alghoul, M. A., y Salameh, T. (2017). Experimental study of the effect of fully shading on the Solar PV module performance. E3S Web of Conferences, 23, 01001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172301001 Al-Chaderchi, M., Sopian, K., Salameh, T., Zhang, D., y Alghoul, M. (2018). International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS). 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