Diseño de un sistema fotovoltaico para electrificar un molino de arroz

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381889253 Proyecto de Tesis Paneles Fotovoltaicos 16 06
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electricidad industrial (Servicio Nacional de Adiestramiento en Trabajo Industrial)
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"Año del Diálogo y Reconciliación Nacional"
SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
DISEÑO DE UN SISTEMA DE UN SISITEMA AUTOMATIZADO DE
PRODUCCION DE ARROZ PARA EL MOLINO SAN FERNANDO
Autores:
 JHOEL DANIEL DAMIAN SANTAMARIA
Especialidad:
 ELECTRICISTA INDUSTRIAL
CHICLAYO 2018
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CAPITULO I
PRESENTACION DEL PROYECTO
1.1. INDICE
1.2. DATOS DEL ESTUDIANTE
1.3. DEDICATORIA
1.4. AGRADECIENTO
1.1 INDICE
1.2 DATOS DEL ESTUDIANTE
1.2.1 ESTUDIANTE
APELLIDOS Y NOMBRES: DAMIAN SANTAMARIA JHOEL DANIEL
INGRESO: 2015-10
DIRECCION: Jdds_2013
EMAIL
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.
Asesor especialista:
M.Sc. Ing. Jony Villalobos Cabrera
Asesor Metodológico:
M.Sc. Ing. García Merino Luis Santiago
Pimentel, Junio del 2015
DISEÑO DE UN SISTEMA DE FOTOVOLTAICOAUTÓNOMO CENTRALIZADO DE
GENERACION ELECTRICA PARAELECTRIFICAR EL CASERIO BRICEÑO, DISTRITO
DE MOTUPE, PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE
Aprobación del proyecto
__________________________________ _______________________________
PRECIADO CASTRO CARLOS BRYAN SALDAÑA CHANG SERGIO CARLOS
Autores
_____________________________________
M.Sc.Ing. García Merino Luis Santiago
Asesor Metodológico
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___________________________________
M.Sc. Ing Jony Villalobos Cabrera
Asesor Especialista
____________________________________
M.Sc. Amaya Checa Manuel Luis
Presidente de Jurado
__________________________________
Mg. Wilson Dennis Reyes Vásquez
Secretario(a) de Jurado
______________________________________
M.Sc. Ing Jony Villalobos Cabrera
Vocal/Asesor de Jurado
INDICE DE CONTENIDO
I. INFORMACION GENERAL.....................................................................................11
1.1. TÍTULO DEL PROYECTO DE LA INVESTIGACIÓN .................................................11
1.2. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN................................................................................12
1.3. AUTORES.......................................................................................................12
1.4. ASESOR METODOLÓGICO ...............................................................................12
1.5. ASESOR ESPECIALISTA ..................................................................................12
1.6. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN:.............................................................12
1.7. FACULTAD Y ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL : ........................................12
1.8. PERIODO: 6 MESES.......................................................................................12
1.9. FECHA DE INICIO Y TERMINO DEL PROYECTO. ..................................................12
1.10. PRESENTADO POR .........................................................................................12
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1.11. APROBADO....................................................................................................12
1.12. FECHA DE PRESENTACIÓN..............................................................................12
II. PLAN DE INVESTIGACION................................................................................13
2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....................................................................13
2.1.1 Situación Problemática..........................................................................13
2.1.2 Formulación del Problema.....................................................................17
2.1.3 Justificación e Importancia.....................................................................17
2.1.4 Objetivos ...............................................................................................18
2.2 MARCO TEÓRICO ...........................................................................................19
2.2.1 Antecedentes de la Investigación ..........................................................19
2.2.2 Estado del Arte......................................................................................23
2.2.3 Bases Teóricas Científicas ...................................................................26
2.2.3.1 Paneles fotovoltaicos .........................................................................26
2.2.3.2 Sistema de almacenimiento-baterias .................................................36
2.2.3.3 Regulador de carga ...........................................................................41
2.2.3.4 Sistema de adaptación de corriente (inversor) ...................................44
2.2.3.5 Estructuras y control de seguimiento..................................................45
2.2.3.6 Parametros de diseño - grupal ...........................................................46
2.2.3.7 Leyes y Normas .................................................................................56
2.2.4 Criterio de riesgos .................................................................................63
2.2.5 Definición de Términos Básico .............................................................65
2.2.5.1 Definición de términos en energía......................................................65
2.2.5.2 Definición De Términos Para Un SFV ................................................66
2.2.6 Evaluación Económica .........................................................................69
A. Valor Actual Neto (VAN)............................................................................69
B. Tasa interna de retorno (TIR)....................................................................70
C. Comparación VAN y TIR...........................................................................70
2.3 MARCO METODOLÓGICO ................................................................................71
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2.3.1 Tipo y diseño de la investigación ...........................................................71
2.3.1.1 Tipo de la investigación......................................................................71
2.3.1.2 Diseño de la investigación..................................................................71
2.3.2 Población...............................................................................................72
2.3.3 Muestra .................................................................................................73
2.3.4 Hipótesis................................................................................................73
2.3.5 Variables ...............................................................................................73
2.3.6 Operacionalización ................................................................................74
2.3.7 Métodos, técnicas e instrumentos de recolección de datos ...................76
2.3.7.1 Métodos .............................................................................................76
2.3.7.2 Técnicas ............................................................................................76
2.3.8 Procedimiento para la recolección de datos ..........................................78
A. Guías de Observación...............................................................................78
B. Hoja de encuesta ......................................................................................78
C. Guía de Análisis de Documentos ..............................................................78
2.3.8.1 Diagrama de flujo de procesos...........................................................78
2.3.8.2 Flujos de procesos.............................................................................79
2.3.8.3 Descripción de procesos....................................................................79
2.3.9 Equipos, materiales e instrumentos .......................................................83
2.3.10 Recursos Humanos ...............................................................................84
2.3.11 Cálculos y formulas ...............................................................................84
2.3.12 Planos ...................................................................................................84
2.3.13 Diseño ...................................................................................................85
2.3.14 Funcionamiento.....................................................................................85
2.3.15 Mantenimiento.......................................................................................87
2.3.16 Manual de usuario .................................................................................87
2.3.17 Normatividad .........................................................................................88
2.3.18 Plan de análisis estadísticos de datos ...................................................88
Enfoque Cualitativo ..........................................................................................88
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Enfoque Cuantitativo........................................................................................89
2.3.19 Criterios éticos.......................................................................................89
2.3.20 Criterios de rigor científico .....................................................................90
III MARCO ADMINISTRATIVO................................................................................92
3.1 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.....................................................................92
3.1.1 DIAGRAMA DE GANTT ........................................................................93
3.2 PRESUPUESTO.............................................................................................100
3.3 FINANCIAMIENTO..........................................................................................101
IV REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………….……… 106
V ANEXOS ...........................................................................................................103
INDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1: Eficiencia en la conversión de energía ....................................................29
Ecuación 2: Factor de llenado.....................................................................................30
Ecuación 3: Consumo diario .......................................................................................34
Ecuación 4: Consumo Energético Real.......................................................................35
Ecuación 5: Rendimiento Global de la IF ....................................................................35
Ecuación 6: Capacidad del banco de baterías ............................................................39
Ecuación 7: Numero de baterías.................................................................................39
Ecuación 8: Numero de paneles solares necesarios...................................................47
Ecuación 9: Perdidas por incremento de temperatura.................................................48
Ecuación 10: Temperatura media mensual.................................................................49
Ecuación 11: Capacidad nominal de baterías .............................................................51
Ecuación 12: Corriente máxima de entrada al regulador.............................................51
Ecuación 13: Corriente máxima a salida del regulador ...............................................51
Ecuación 14: Numero de reguladores.........................................................................52
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Ecuación 15: Caída de tensión máxima del generador fotovoltaico ............................52
Ecuación 16: Corriente total máxima del generador fotovoltaico.................................53
Ecuación 17: Potencial nominal del inversor...............................................................53
Ecuación 18: Sección del cable conductor..................................................................54
Ecuación 19: Intensidad de corriente alterna de salida del inversor............................55
Ecuación 20: Intensidad de corriente continua............................................................55
Ecuación 21: Sección del cable conductor..................................................................55
Ecuación 22: Intensidad de corriente..........................................................................56
Ecuación 23: VAN.......................................................................................................69
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INDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1-Sistema fotovoltaico (CHILE)..................................................................16
Ilustración 2-Las células se enfrían repeliendo la energía térmica no deseada...........24
Ilustración 3- Soporte de panel fotovoltaico con movimiento.......................................25
Ilustración 4- Células fotovoltaicas..............................................................................28
Ilustración 5- Silicio puro (Monocristalino)...................................................................30
Ilustración 6- Silicio puro (Policristalinos)....................................................................31
Ilustración 7- Paneles con sistemas de concentración................................................33
Ilustración 8-Paneles solares (formato blandosa) .......................................................33
Ilustración 9- Paneles bifásicos...................................................................................34
Ilustración 10- Baterías "SLI" ......................................................................................36
Ilustración 11- Baterías "SLI MODIFICADA" ...............................................................37
Ilustración 12-Baterías SLI BAJO MANTENIMIENTO.................................................37
Ilustración 13- Baterías VRLA.....................................................................................38
Ilustración 14- Baterías AGM......................................................................................38
Ilustración 15- Batería Tubular....................................................................................39
Ilustración 16- Regulador de carga .............................................................................41
Ilustración 17-Variación del voltaje en una batería con regulador de carga.................43
Ilustración 18- Onda senoidal .....................................................................................45
Ilustración 19- Estructura fija.......................................................................................46
Ilustración 20- Estructura de 1 eje...............................................................................46
Ilustración 21- Estructura de 2 ejes.............................................................................46
Ilustración 22- Esquema general básico de un sistema fotovoltaico autónomo AC .....67
INDICE DE TABLAS
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Tabla 1- descarga máxima Valores de porcentual permitida ........................... 40
Tabla 2-Numero de ciclos requeridos antes de una descarga del 50 % .......... 40
Tabla 3- Población - Habitantes ....................................................................... 72
Tabla 4- Población - Viviendas......................................................................... 72
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I
INFORMACION
GENERAL
I. INFORMACION GENERAL
1.1. Título del Proyecto de la Investigación:
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DISEÑO DE UN SISTEMA DE FOTOVOLTAICO AUTÓNOMO CENTRALIZADO DE
GENERACION ELECTRICA PARA ELECTRIFICAR EL CASERIO BRICEÑO,
DISTRITO DE MOTUPE, PROVINCIA Y DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE
1.2. Línea de Investigación:
Energía Renovable
1.3. Autores:
Preciado Castro Carlos Bryan
Saldaña Chang Sergio Carlos
1.4. Asesor Metodológico: M.Sc. Ing. García Merino Luis Santiago
1.5. Asesor Especialista: M.Sc. Ing. Jony Villalobos Cabrera.
1.6. Tipo y Diseño de la Investigación:
Cuantitativa y Correlacional.
1.7. Facultad y Escuela Académico Profesional :
Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Urbanismo.
Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica.
1.8. Periodo:6meses
1.9. Fecha de Inicio y Termino del Proyecto:Inicio: Marzo/ Término: Junio.
1.10.Presentado Por:
1.11.Aprobado:
1.12.Fecha de Presentación:Junio 2015
______________________________________
M.Sc. Ing. García Merino Luis Santiago
Metodólogo
_________________________________
M.Sc. Ing. Villalobos Cabrera Jony
Especialista
_____________________________________
Preciado Castro Carlos Bryan
Autor
_________________________________________
Saldaña Chang Sergio Carlos
Autor
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II
PLAN DE
INVESTIGACION
II. PLAN DE INVESTIGACION
2.1 Planteamiento del Problema
2.1.1 Situación Problemática
A NIVEL INTERNACIONAL:
 PANAMA
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14
Los sistemas fotovoltaicos, que permiten la generación de electricidad a
partir de la radiación solar, constituyen una alternativa importante en
aplicaciones en que se requiere alimentar equipos eléctricos en áreas
que se encuentran excesivamente alejadas de la red eléctrica, o en que
las condiciones del terreno circundante imposibilita la extensión de las
líneas de transmisión para cubrir las necesidades de electrificación en
estas zonas. Este puede ser el caso, por ejemplo, de estaciones
meteorológicas y torres de transmisión de datos.
Este tipo de sistemas fotovoltaicos no son muy difundidos a nivel
comercial en áreas urbanas o con posibilidad de conectarse a una red
de electrificación, debido a que la fabricación de las celdas solares que
conforman los paneles, principales componentes del sistema
fotovoltaico, requiere actualmente un elevado consumo energético; lo
que se traduce en alto costo de inversión inicial.
Por otra parte, este tipo de tecnología presenta numerosas ventajas:
instalación simple, emplea una fuente de energía limpia y gratuita, su
operación es automática y silenciosa, requiere poco mantenimiento y es
amigable con el ambiente. Dos ventajas principales las instalaciones de
generación fotovoltaica es que son autónomas y fácilmente expandibles,
de donde se deriva una de sus más importantes aplicaciones en la
actualidad: la electrificación para uso doméstico en lugares que se
encuentran aislados de la red eléctrica, como es el caso de muchas
comunidades rurales en América Latina.
En el presente Proyecto Eléctrico, se pretende brindar una opción de
generación fotovoltaica para la comunidad de la Isla Cartí en el Golfo de
San Blas, Panamá; actualmente electrificados mediante un sistema con
fuente térmica de generación.
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A pesar de los altos costos de inversión que representan estos sistemas
solares fotovoltaicos, muchas veces alejados del presupuesto disponible
en una comunidad rural, proyectos de este tipo se han implementado ya
en nuestro país y en países vecinos como México; financiados total o
parcialmente por un banco o una institución internacional. Es por esta
razón que parte del proyecto se enfoca a investigar sobre instituciones
que brindan ayudas y financiamientos para la instalación de este tipo de
sistemas, y que podrían contribuir para concretar la construcción del
sistema diseñado.
 CHILE
La empresa KDM Energía anunció el desarrollo de un proyecto de
generación eléctrica mediante una planta solar fotovoltaica que se
instalará en terrenos del relleno sanitario Loma Los Colorados, al norte
de la Región Metropolitana.
Este proyecto considera la instalación de 4.500 placas solares
fotovoltaicas que permitirán la generación de 1,1 MW de energía que se
entregará al Sistema Interconectado Central SIC. Se estima que la
nueva planta podrá abastecer el consumo equivalente a 743 viviendas
de 4 habitantes promedio.
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Ilustración 1-Sistema fotovoltaico (CHILE)
A NIVEL NACIONAL:
Perú ha sido tradicionalmente un país cuya generación eléctrica se ha
sustentado en fuentes renovables. Esto significa que nuestro desarrollo
energético contribuye desde tiempo atrás a la reducción del efecto
invernadero que hoy agobia al planeta, con un desarrollo que se sustenta
mayoritariamente en fuentes limpias de energía. Hasta el año 2002, la
electricidad generada con centrales hidroeléctricas representó el 85% del
total de energía generada en el país. Con la llegada del Gas de Camisea la
participación de las hidroeléctricas disminuyó hasta llegar al 61% en el año
2008.
En la actualidad, cuando la disponibilidad de recursos fósiles juega un rol
determinante en el suministro energético global y nacional, y cuando los
factores medio ambientales aparecen entre las preocupaciones principales
de la sociedad contemporánea, las Energías Renovables resurgen con
éxito creciente en todas las latitudes del planeta, alentadas por los
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apremios del suministro energético y la presencia de marcos normativos
favorables.
Añadido al problema anterior cabe mencionar la falta de servicio eléctrico
que padecen algunas localidades de nuestro país debido a la lejanía que
tienen sobre las líneas de distribución eléctrica; es por esto que en estos
lugares se utilizan energías renovables para obtener electricidad y así
tener una mejor calidad de vida. Entre las fuentes renovables más
comunes que se utilizan en este tipo de proyectos son la energía eólica y
solar.
2.1.2 Formulación del Problema
¿Cómo electrificar el caserío Briseño, del Distrito de Motupe, Provincia
y Departamento de Lambayeque, utilizando energías renovables?
2.1.3 Justificación e Importancia
Tecnológica
El diseño de un sistema centralizado fotovoltaico, será tomando en cuenta
los parámetros técnicos, manuales del fabricante, condiciones del medio
ambiente como la radiación solar.
El presente proyecto despertara el interés de varias entidades, y fomentara
el estudio e implementación de tecnologías limpias en sus edificaciones e
incluso solucionar la inaccesibilidad del sistema eléctrico interconectado
nacional.
Económica
Se requiere de recursos económicos que costeen los gastos
implementación de estos sistemas al inicio, pero debemos tomar en cuenta
que a largo plazo una inversión de este tipo puede representar un ahorro
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significativo en el costo de la energía eléctrica lo cual el sistema tendrá una
duración de 30 años
Social
El diseño del sistema fotovoltaico centralizado permitirá solucionar el
servicio de energía eléctrica en lugares inaccesibles para la red eléctrica y
así hacer ciertas actividades por la noche, como el uso de televisores,
radios, etc., mejorando la calidad de vida de los pobladores del caserío
Briseño.
Ambiental
Previo a la implementación de energías renovables, la iluminación se
realizaba con velas o mecheros ambos elementos contaminantes.
Por lo cual el sistema fotovoltaico centralizado no va a producir
contaminación de emisiones CO2, ni combustibles fósiles más bien
contribuye con el medio ambiente ya que son energías renovables y
creando de esta manera una cultura enfocada a la conservación de
nuestro medio ambiente.
2.1.4 Objetivos
Objetivo General:
Elaborar una propuesta diseño de un sistema fotovoltaico autónomo
centralizado de generación eléctrica para electrificar el caserío de Briceño
del distrito de Motupe.
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Objetivos Específicos:
i. Realizar una investigación sobre los niveles promedio de radiación
solar que se registran en las zonas aledañas al distrito de Motupe.
ii. Investigar sobre las principales características y los costos de los
equipos para la generación fotovoltaica disponibles actualmente en
el mercado.
iii. Estimar la energía y máxima demanda que se empleara en el
caserío de Briceño.
iv. Diseñar el Sistema fotovoltaico centralizado de generación
eléctrica para la comunidad del caserío; utilizando tecnologías
sencillas y de fácil mantenimiento, y empleando la fuente térmica
existente como una fuente de respaldo del Sistema.
v. Estimar el presupuesto necesario para la construcción del proyecto
a investigar sobre las instituciones que brindan apoyo y
financiamiento para este tipo de instalaciones.
vi. Evaluar económicamente: TIR y VAN, la implementación del
presente proyecto
vii. Elaborar un Plan de Operación y Mantenimiento de la Central a
instalar.
2.2 Marco Teórico
2.2.1 Antecedentes de la Investigación
A NIVEL INTERNACIONAL
DISEÑO DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO AISLADO, PARA EL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A LA COMUNIDAD RURAL
BUENA VISTA, SAN MARCOS. (Joachín, 2008)
La radiación solar percibida en Guatemala permite el desarrollo de sistemas
eléctricos utilizando energía solar; a través de la captación de la radiación en
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equipos fotovoltaicos que transforman la energía solar en energía eléctrica, es
decir, módulos fotovoltaicos.
La energía solar fotovoltaica para generación eléctrica se está aplicando en
áreas rurales, ya que su uso es relativamente reciente en Guatemala; en el
presente proyecto se diseñaron dos tipos de instalaciones o sistemas de
energía solar fotovoltaica para suministrarle energía eléctrica a una comunidad
en el área rural del municipio de Esquipulas Palo Gordo, perteneciente al
departamento de San Marcos, llamada Buena Vista.
La especificación de dos tipos de usuarios se realizó porque en la comunidad
existen familias que tienen mejores posibilidades económicas, tienen acceso a
entretenimiento como la televisión y radios de mayor capacidad, aumentando
con esto el consumo.
A partir del consumo eléctrico se dimensionan los sistemas, por ello el sistema
del usuario tipo 1 es de mayor tamaño que el sistema del usuario tipo 2.
El tamaño se relaciona con el consumo, pues según el consumo así será la
dimensión del sistema y la generación de energía.
Dichos sistemas están integrados por: un subsistema de captación de energía
(módulos fotovoltaicos), subsistema de acumulación o almacenaje de energía
(acumuladores o baterías), subsistema de regulación (regulador de carga y
descarga), subsistema de acondicionamiento de potencia (inversor) y, el
cableado y transporte de la energía entre los diferentes subsistemas, así como
a los receptores (consumo).
DISEÑO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA UNA VIVIENDA RURAL
UNIFAMILIAR. (Roque, 2008)
El proyecto que se presenta propone una solución solar al problema de la
electrificación básica en una vivienda rural unifamiliar habitada en
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forma permanente y aislada de la red. Se realizó un trabajo monográfico con
propuesta teórica. El soporte bibliográfico lo aportó el Centro de Estudios para
la Energía Solar (CENSOLAR), Sevilla, España. En el estado Falcón
(Venezuela) existen poblaciones aisladas que carecen de servicio eléctrico,
una de ellas, El Cerro de Taratara (Municipio Colina), fue seleccionada para
este estudio. El estado Falcón, por su ubicación y características generales,
posee las condiciones meteorológicas ideales que permiten proyectar sistemas
fotovoltaicos para las más diversas aplicaciones. La propuesta consiste en un
sistema fotovoltaico diseñado
ESTUDIO PARA LA ELECTRIFICACIÓN CON ENERGÍAS ALTERNATIVAS,
UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS PARA ELECTRIFICAR EL
POBLADO DE CAÑADA COLORADA, MUNICIPIO DE APAXCO, ESTADO
DE MÉXICO. (Morales & Carrillo, 2009)
El proyecto de nuestra tesis está enfocado a electrificar un hogar de tipo rural
de la comunidad de Cañada Colorada, que se encuentra ubicada en el
Municipio de Apaxco del Estado de México, por medio de celdas o paneles
solares se pretende solventar las necesidades principales como son
iluminación de la vivienda, refrigeración el cual ayudará a conservar sus
alimentos en buen estado, por lo que de esta forma el proyecto podrá
beneficiar a cada una de las familias de las comunidades rurales; pues a causa
de la difícil geografía de nuestro territorio, la falta de inversión y sobre todo por
la falta de tecnología no ha sido posible abastecer a este tipo de comunidades
en nuestro país con este importante servicio; como es el de la energía eléctrica,
ya que de él dependen otros servicios como son educación, servicios médicos
en general y lo más importante para una mejor calidad de vida.
Haciendo el estudio de un modelo típico de vivienda en esta zona, el cual
incluye cálculo de la carga promedio en días normales, el nivel de insolación
promedio mensual y anual de la región, para determinar los parámetros del
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22
sistema de captación, acumulación, conversión, distribución y gasto de la
energía eléctrica obtenida. Dichos parámetros se requieren para hacer un
presupuesto estimado de la inversión inicial para valorar su conveniencia.
A NIVEL NACIONAL
ELECTRIFICACIÓN FOTOVOLTAICA DE POSTA MÉDICA, CASERÍO DE
CHOCNA- SAN MATEO- LIMA. (Nemesio & Dr. Ing. Marcelo, 2011)
El objetivo de esta tesis es electrificar con sistema fotovoltaico la Posta médica
del Caserío de Chocna, ubicada en una zona accidentada a 50 km de la ciudad
de San Mateo a 3800 m.s.n.m. la intensidad de energía solar disponible un
punto determinado de la tierra depende del día, año, hora, latitud y de la
orientación del dispositivo receptor, todo esto, inicialmente requiere de mayores
inversiones económicas para su implementación. Los componentes para
electrificar la Posta Médica, son: Panel solar. Convertidor de CC. a CA.,
acumulador o Batería. Dispositivos de protección del sistema. Con la
implementación eléctrica de la Posta, se estará atendiendo la urgente
necesidad social básica de la salud de los pobladores de dicho Caserío, porque
su costo de electrificación con sistemas convencionales actualmente es
elevado.
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICO EN EL DISTRITO DE ORCOTUNA
REGION JUNIN. (Mg. Oscar Tacza, 2011)
El objetivo de la Investigación es generar energía eléctrica utilizando la energía
solar. Y ofrecerle un desarrollo rural sostenible en especial que generan
ingresos y el bienestar social.
La electricidad es importante en el desarrollo socioeconómico rural, en el
distrito de Orcotuna 60 familias de los población que por necesidad de cuidar
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su cosecha en el lugar alejado de la ciudad decidieron construir sus casas
cerca de su chacras el que crea una necesidad indispensable de energía
eléctrica para la iluminación y la utilización para el quehacer cotidiano como el
uso de las refrigeradoras, radios, televisores, licuadoras. Por esta razón se
eligió el sistema de generación de Fotovoltaico y está directamente relacionado
con el desarrollo socioeconómico.
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE SISTEMAS HÍBRIDOS EÓLICO– SOLAR
EN EL DEPARTAMENTO DE MOQUEGUA. (Hualpa, 2008)
Actualmente en nuestro país sólo existen datos confiables respecto del recurso
solar, tal vez este hecho ha influido en que la energía solar sea la que más
aceptación tenga en nuestro medio, sin embargo existe también energía del
viento que puede y debe ser aprovechada.
En este trabajo se realiza un estudio de las características de salida de energía
que tendría un sistema híbrido (solar–eólico) en la localidad de Hualpa Se
escoge este lugar debido a que se cuenta con datos precisos de viento
(velocidad y dirección) proporcionados por la Municipalidad Provincial de
Hualpa, asimismo se tienen disponible los datos de radiación solar y con ello es
posible realizar un estudio preciso sobre la salida de energía del sistema.
Para lograr esto se desarrolla en los primeros capítulos la metodología que
permite hacer el tratamiento estadístico de los datos con que se cuenta y luego
Finalmente y estableciendo a partir de las alternativas que ofrece el mercado,
la configuración del sistema solar–eólico, se puede conocer la energía que es
capaz de suministrar el sistema.
2.2.2 Estado del Arte
A. Nueva generación de paneles solares
El uso de paneles solares fotovoltaicos es una de las herramientas
principales para poder llevar electricidad a zonas de difícil acceso y bajos
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24
recursos. Sin embargo, estos paneles tienen ciertas desventajas, como un
rápido sobrecalentamiento y una capacidad de transformación eléctrica no
muy alta.
En el desarrollo para mejorar esta tecnología, la Universidad de Stanford ha
conseguido crear paneles solares con enfriamiento activo. Haciendo que
generen más electricidad.
Ilustración 2-Las células se enfrían repeliendo la energía térmica no deseada
Fuente: universidad de Stanford.
Para lograr esta nueva característica, se incrustó patrones de pequeñas
estructuras cónicas y piramidales en la superficie del colector de sílice, el
área donde se absorbe los rayos del sol, haciendo que los rayos de luz
infrarroja reboten para dejar paso al resto de luz visible. Esta luz se encarga
de producir la mayor parte de la energía.
De esta forma se obtiene un panel optimizado que no se calienta como los
demás y tiene una capacidad mayor de energía.
B. Sistema fotovoltaico con movimiento
Un seguidor solar es una especie de girasol mecánico, ya que su misión
consiste en que sus paneles solares sigan al Sol desde su salida hasta su
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puesta. De esta manera, aprovechan la radiación solar mucho mejor
que los sistemas solares fijos.
Ilustración 3- Soporte de panel fotovoltaico con movimiento
Los sistemas de seguimiento solar pueden utilizarse para obtener calor y
energía renovable tanto en viviendas como en grandes complejos
urbanísticos o industriales.
Por un lado, se pueden aprovechar para producir agua caliente de uso
doméstico o para instalaciones colectivas o de uso industrial; para climatizar
piscinas; o para la calefacción y refrigeración de grandes superficies. Por
otro lado, su producción energética puede servir para abastecer de
electricidad a lugares sin conexión a la red general eléctrica; para la
extracción de agua en pozos aislados mediante bombeo; o para hacer
funcionar centros de comunicaciones, alarmas, sistemas automáticos, etc.
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26
2.2.3 Bases Teóricas Científicas
2.2.3.1 Paneles fotovoltaicos(Fundación Wikimedia, 2015)
2.2.3.1.1 Funcionamiento
Para la fabricación de paneles solares fotovoltaicos se emplea
tecnología muy avanzada y compleja. Sin bien está al alcance de
muchos fabricantes la producción de colectores solares térmicos
con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los
paneles solares fotovoltaicos, donde muy pocas compañías en el
mundo cuentan con la capacidad y los recursos técnicos
necesarios para producirlos.
El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico.
Este efecto se produce cuando sobre materiales semiconductores
convenientemente tratados incide la radiación solar produciéndose
electricidad.
2.2.3.1.2 Proceso de fabricación
En una lámina de material semiconductor puro se introducen
elementos químicos llamados dopantes que hacen que esta tenga
un exceso de electrones y aunque no exista en realidad
desequilibrio eléctrico (existirá el mismo número de electrones que
de neutrones en el total de la plancha del semiconductor)
convencionalmente se entiende que esta plancha tiene una carga
negativa y se la denomina N
Por otro lado en otra lámina de material semiconductor se hace el
mismo proceso pero en esta ocasión con otra sustancia dopante
que provoca que haya una falta de electrones. Por esta razón se
entiende convencionalmente que la plancha tiene una carga
positiva y se le denomina P
lOMoARcPSD|14515511

27
Es en este punto donde se procede a realizar la unión P-N en la
cual el exceso de electrones de N pasa al otro cristal y ocupa los
espacios libres en P. Con este proceso la zona inmediata a la
unión queda cargada positivamente en N y negativamente en P
creándose un campo eléctrico cuya barrera de potencial impide
que continúe el proceso de trasvase de electrones de una plancha
a la otra.
2.2.3.1.3 Bases del funcionamiento de las células
fotovoltaicas
Cuando el conjunto queda expuesto a la radiación solar, los
fotones contenidos en la luz transmiten su energía a los electrones
de los materiales semiconductores que pueden entonces romper
la barrera de potencial de la unión P-N y salir del semiconductor a
través de un circuito exterior, produciéndose así corriente
eléctrica.
El modulo más pequeño de material semiconductor con unión P-N
y por lo tanto con capacidad de producir electricidad, es
denominado célula fotovoltaica. Estas células fotovoltaicas se
combinan de determinadas maneras para lograr la potencia y el
voltaje deseados. Este conjunto de células sobre el soporte
adecuado y con los recubrimientos que le protejan
convenientemente de agentes atmosféricos es lo que se
denomina panel fotovoltaico.
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28
Ilustración 4- Células fotovoltaicas
Factores de eficiencia de una celula solar
Punto de máxima potencia
Una placa o célula solar puede operar en un amplio rango de
voltajes e intensidades de corriente. Esto puede lograrse variando
la resistencia de la carga, en el circuito eléctrico, por una parte, y
por la otra variando la impedancia de la célula desde el valor cero
(valor de cortocircuito) a valores muy altos (circuito abierto) y se
puede determinar el punto de potencia máxima teórica, es decir, el
punto que maximiza V y tiempo frente a I, o lo que es lo mismo, la
carga para la cual la célula puede entregar la máxima potencia
eléctrica para un determinado nivel de radiación.
El punto de potencia máxima de un dispositivo fotovoltaico varía
con la iluminación incidente. Para sistemas bastante grandes se
puede justificar un incremento en el precio con la inclusión de
dispositivos que midan la potencia instantánea por medida continua
del voltaje y la intensidad de corriente (y de ahí la potencia
transferida), y usar esta información para ajustar, de manera
dinámica, y en tiempo real, la carga para que se transfiera, siempre,
lOMoARcPSD|14515511

29
la máxima potencia posible, a pesar de las variaciones de luz, que
se produzcan durante el día.
Eficiencia en la conversión de energía
La eficiencia de una célula solar ( , "eta"), es el porcentaje de
potencia convertida en energía eléctrica de la luz solar total
absorbida por un panel, cuando una célula solar está conectada a
un circuito eléctrico. Este término se calcula usando la relación del
punto de potencia máxima, Pm, dividido entre la luz que llega a la
celda, irradiación (E, en W/m²), bajo condiciones estándar (STC) y
el área superficial de la célula solar (Ac en m²).
Ecuación 1: Eficiencia en la conversión de energía
𝜼 =
𝑷𝒎
𝑬𝒙𝑨𝒄
La STC especifica una temperatura de 25 °C y una irradiación de
1000 W/m² con una masa de aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto
corresponde a la irradiación y espectro de la luz solar incidente en
un día claro sobre una superficie solar inclinada con respecto al sol
con un ángulo de 41,81º sobre la horizontal.
Esta condición representa, aproximadamente, la posición del sol de
mediodía en los equinoccios de primavera y otoño en los estados
continentales de los EEUU con una superficie orientada
directamente al sol. De esta manera, bajo estas condiciones una
célula solar típica de 100 cm2, y de una eficiencia del 12%,
aproximadamente, se espera que pueda llegar a producir una
potencia de 1,2 vatios.
Factor de llenado
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30
Otro término para definir la eficacia de una célula solar es el factor
de llenado o fill factor (FF), que se define como la relación entre el
máximo punto de potencia dividido entre el voltaje en circuito
abierto (Voc) y la corriente en cortocircuito Isc:
Ecuación 2: Factor de llenado
𝑭𝑭 =
𝑷𝒎
𝑽𝒐𝒄𝒙𝑰𝒔𝒄
=
𝜼𝒙𝑨𝒄𝒙𝑬
𝑽𝒐𝒄𝒙𝑰𝒔𝒄
2.2.3.1.4 Tipos de paneles fotovoltaicos
A. Tipos de paneles en función de los materiales
Existen diferentes tipos de paneles solares en función de los
materiales semiconductores y los métodos de fabricación que
se empleen. Los tipos de paneles solares que se pueden
encontrar en el mercado son:
i. Silicio puro mono cristalino
Basados en secciones de una barra de silicio perfectamente
cristalizado en una sola pieza. En laboratorio se han
alcanzado rendimientos máximos del 24,7% para éste tipo
de paneles siendo en los comercializados del 16%.
Ilustración 5- Silicio puro (Monocristalino)
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31
ii. Silicio puro policristalino
Los materiales son semejantes a los del tipo anterior aunque
en este caso el proceso de cristalización del silicio es
diferente.
Los paneles policristalinos se basan en secciones de una
barra de silicio que se ha estructurado desordenadamente
en forma de pequeños cristales. Son visualmente muy
reconocibles por presentar su superficie un aspecto
granulado. Se obtiene con ellos un rendimiento inferior que
con los monocristalinos (en laboratorio del 19.8% y en los
módulos comerciales del 14%) siendo su precio también
más bajo.
Ilustración 6- Silicio puro (Policristalinos)
Por las características físicas del silicio cristalizado, los
paneles fabricados siguiendo esta tecnología presentan un
grosor considerable. Mediante el empleo del silicio con otra
estructura o de otros materiales semiconductores es posible
conseguir paneles más finos y versátiles que permiten
incluso en algún caso su adaptación a superficies
irregulares. Son los denominados paneles de lámina
delgada.
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32
iii. Laminas delgadas (policristalinas)
Silicio amorfo- (TFS)
Basados también en el silicio, pero a diferencia de los
dos anteriores, este material no sigue aquí estructura
cristalina alguna. Paneles de este tipo son
habitualmente empleados para pequeños dispositivos
electrónicos (Calculadoras, relojes) y en pequeños
paneles portátiles. Su rendimiento máximo alcanzado
en laboratorio ha sido del 13% siendo el de los
módulos comerciales del 8%.
Teluro de cadmio
Rendimiento en laboratorio 16% y en módulos
comerciales 8%.
Arseniuro de Galio
Uno de los materiales más eficientes, presenta unos
rendimientos en laboratorio del 25.7% siendo los
comerciales del 20%.
Diseleniuro de cobre en indio
Con rendimientos en laboratorio próximos al 17% y
en módulos comerciales del 9%.
B. Tipos de paneles en función de la forma(Energias Renovables,
s.f.)
i. PANELES CON SISTEMAS DE CONCENTRACIÓN.
Un ejemplo de ellos es el modelo desarrollado por una marca
española, el cual mediante una serie de superficies reflectantes
concentra la luz sobre los paneles fotovoltaicos. Aunque el
porcentaje de conversión no varíe, una misma superficie de
lOMoARcPSD|14515511

33
panel producirá más electricidad ya que recibe una cantidad
concentrada de fotones.
Actualmente se investiga en sistemas que concentran la
radiación solar por medio de lentes. La concentración de la luz
sobre los paneles solares es una de las vías que están
desarrollando los fabricantes para lograr aumentar la
efectividad de las células fotovoltaicas y bajar los costes.
Ilustración 7- Paneles con sistemas de
concentración
ii. Paneles de formato “teja o baldosa”
Estos paneles son de pequeño tamaño y están pensados para
combinarse en gran número para así cubrir las grandes
superficies que ofrecen los tejados de las viviendas. Aptos para
cubrir grandes demandas energéticas en los que se necesita
una elevada superficie de captación
Ilustración 8-Paneles solares (formato blandosa)
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iii. Paneles bifaciales
Basados en un tipo de panel capaz de transformar en
electricidad la radiación solar que le recibe por cualquiera de
sus dos caras. Para aprovechar convenientemente esta
cualidad se coloca sobre dos superficies blancas que
reflejan la luz solar hacia el reverso del panel
Ilustración 9- Paneles bifásicos
2.2.3.1.5 Dimensionado de los paneles
Para dimensionar tanto los módulos como las baterías de un
sistema FV autónomo, es necesario conocer las cargas a conectar
(televisores, radios, etc.), la potencia nominal de cada una (P), el
número de aparatos de determinado tipo (n) y las horas diarias de
funcionamiento (t). El consumo diario (Cd), medido en Wh/día,
para cada tipo de carga se calcula entonces de la siguiente forma.
Ecuación 3: Consumo diario
𝑪𝒅 = 𝑷 ∗ 𝒏 ∗ 𝒕
La suma de los consumos diarios de todas las cargas, calculados
a partir de la ecuación (3), constituye el consumo energético
teórico Et en Wh. A partir de este valor debe calcularse el
consumo energético real, E (Wh), que considera los diversos
lOMoARcPSD|14515511

35
factores de pérdida en la instalación FV de acuerdo con la
siguiente ecuación.
Ecuación 4: Consumo Energético Real
𝑬 =
𝑬𝒕
𝑹
Donde el parámetro R es el rendimiento global de la instalación
fotovoltaica definido como
Ecuación 5: Rendimiento Global de la IF
𝑹 = (𝟏 − 𝒌𝒃 − 𝒌𝒄 − 𝒌𝒗) ∗ ( 𝟏 −
𝒌𝒂 ∗ 𝑵
𝑷𝒅
)
Dónde:
 Kb: Coeficiente de pérdidas debidas al rendimiento del
acumulador:
 0,05 en sistemas que no se producen descargas
intensas.
 0,1 en sistemas con descargas profundas.
 Kc: Coeficiente de pérdidas en el inversor:
 0,005 para inversores de salida senoidal pura, en
condiciones óptimas.
 0,1 para condiciones de trabajo lejos de las óptimas.
 Kv: Coeficiente de pérdidas varias (transmisión, efecto Joule,
etc.)
 El intervalo de valores de este parámetro que se
toma como referencia es 0,05< kv < 0,15.
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36
 Ka: Coeficiente de auto descarga diaria de las baterías, los
valores típicos son:
0,002 para baterías de baja autodescarga (Ni-Cd).
0,005 para baterías estacionarias de plomo ácido
(las más usuales).
0,012 para baterías de alta autodescarga (SLI).
 N: Días de autonomía de la instalación
4-10 días como valores de referencia.
 Pd: Profundidad de descarga diaria de la batería:
No deberá exceder el 80% de la capacidad nominal
del acumulador.
2.2.3.2 Sistema de almacenimiento-baterias(BURe'AU, 2012)
2.2.3.2.1 Tipos de baterias
 SLI
Las baterías para automóviles, referidas como SLI (Starting,
Lighting, Ignition), presentan algunas otras ventajas. Son las
baterías más baratas cuando se las compara en términos de
capacidad nominal, generalmente se producen localmente y están
ampliamente disponibles en todos los mercados.
Ilustración 10- Baterías "SLI"
 SLI modificada
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37
Existe un procedimiento mediante el cual se varías algunas
características del diseño de la batería SLI, permitiendo alargar la
vida útil de la misma sin alterar su funcionamiento. Las
modificaciones más comunes son: introducir placas más gruesas y
una mayor cantidad de electrolito en el espacio sobre las placas.
 SLI
bajo mantenimiento
Otro tipo de baterías SLI son las llamadas de bajo mantenimiento,
comercializadas a veces como baterías libres de mantenimiento,
que emplean aleaciones de plomo y calcio en las rejillas.
 VRLA:
Otra clase de baterías del tipo “libres de mantenimiento”, son las
referidas como VRLA (Valve Regulated Lead Acid) para
aplicaciones profesionales utilizando electrolito gelatinoso.
Ilustración 11- Baterías"SLI MODIFICADA"
Ilustración 12-Baterías SLI BAJO MANTENIMIENTO
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38
 A
G
M:
La
sigla inglesa AGM denota un tipo de construcción de baterías
herméticas: Aggregate Glass Mat, que significa conglomerado con
alfombrilla “vitrosa” y electrolito. La alfombrilla es un separador de
placas hecho de una estructura fibrosa de silicio y boro de
apariencia vitrosa. El electrolito, reducido a una masa gelatinosa,
forma parte delconglomerado.
Ilustración 14- Baterías AGM
 Tubulares
Son las baterías de mejor calidad para uso fotovoltaico, están
hechas con placas tubulares y rejillas con bajo contenido de
Sb-Se. Con este tipo de baterías pueden alcanzarse vidas
útiles de más de ocho años, con PDd = 0,2 y frecuencias de
mantenimiento entre 1 y 2 veces al año.
Ilustración 13- Baterías VRLA
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39
Ilustración
15- Batería
Tubular
2.2.3.2.2 Dimensionamiento de las baterias
La primera etapa en el dimensionado de las baterías, consiste en
asegurar que la producción de energía excederá la demanda durante
el peor mes.
La ecuación (6) permite calcular la capacidad del banco de baterías
C (kAh), a partir del consumo energético real E, calculado en la
ecuación (4); los días de autonomía N; la tensión nominal del
acumulador V (usualmente 12 V); y la profundidad de descarga
permitida Pd.
Ecuación 6: Capacidad del banco de baterías
𝑪 =
𝑬 ∗ 𝑵
𝑽 ∗ 𝑷𝒅
Con este dato, puede calcularse el número de baterías que se
requieren (Nb) en base a la capacidad de la batería elegida (Qbat) en
kWh.
Ecuación 7: Numero de baterías
𝑵𝒃 =
𝑪
𝑪𝒃𝒂𝒕
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40
El dimensionado de la batería deberá regirse por las siguientes
reglas (se consideran especificaciones para baterías tubulares y SLI
como valores de referencia, de acuerdo con la referencia)
La máxima profundidad de descarga, PdMAX, (referida a la
capacidad nominal de la batería en 20-horas) no debe exceder los
valores propuestos en la tabla 1.
Tabla 1- descarga máxima Valores de porcentual permitida
E
n
l
o
r
e
ferente a la resistencia de la batería, deben cumplirse las
siguientesespecificaciones:
La vida de la batería (es decir, antes de que su capacidad residual
caiga por debajo del 80 % de su capacidad nominal) a 20°C, debe
exceder un cierto número de ciclos, NOC, cuando se descarga hasta
una profundidad del 50%. En la tabla 2.3 se dan los valores de NOC
para cada tipo de batería.
La auto descarga de la batería a 25°C, no debe exceder el 6% de su
capacidad nominal en un mes.
Tabla 2-Numero de ciclos requeridos antes de una descarga del 50 %
Tipo de Batería Pdmax (%)
Obligatorio Recomendado
Tubular 80 70
SLI:
Clasica 50 30
Modificada 60 40
Bajo mantenimiento
30 20
Tipo de Bateria NOC
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41
2.2.3.3 Regulador de carga(Solar, 2011-2015)
La función básica de este dispositivo es prevenir descargas y
sobrecargas de la batería. Se emplea además para proteger las cargas
en condiciones extremas de operación y brindar información al usuario.
En la mayoría de los casos, el precio del regulador representa
solamente el 5% de la inversión inicial en el sistema FV. Pero si el costo
que puede representar a largo plazo es mucho mayor, debido a que las
baterías pueden ser el componente de mayor coste a lo largo de la vida
útil del sistema, y la duración de estas dependen directamente de la
calidad del regulador del carga. Por esa razón deben emplearse
reguladores de carga de buena calidad y con una vida útil superior a los
10 años.
Limites de carga
Para evitar descargas profundas en las baterías, el suministro de
energía a las cargas se interrumpe cuando el voltaje de la batería cae
Tubular 500
SLI:
Clasica 200
Modificada 200
Bajo mantenimiento 300
Ilustración 16- Regulador de carga
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42
por debajo de un cierto límite, llamado “voltaje de desconexión de
carga”. El suministro no debe reanudarse hasta que la batería alcance
otro límite más alto, conocido como “voltaje de reconexión de carga”.
Los voltajes de conexión y reconexión de carga deben adaptarse a cada
tipo de batería. No es posible establecer una relación universal entre
voltaje y estado de la carga en la batería. Teniendo en cuenta este
factor de incertidumbre, se tienen las siguientes especificaciones para la
regulación de carga:
i. Debe existir protección contra descargas profundas.
ii. El valor del “voltaje de desconexión de carga”, debe
corresponder al valor máximo de la profundidad de descarga
definido, en el apartado anterior. Para una corriente, en
amperes, igual al consumo diario, en amperes-hora, dividido
entre 5.
iii. El “voltaje de reconexión de carga” debe ser 0,08 V/vaso (ó 0,5
V para 12 V) superior al voltaje de “desconexión de carga”.
iv. La inhibición manual de la protección contra descargas
profundas no está permitida.
v. Deben incluirse elementos de señalización y alarma previos a
la desconexión.
vi. El “voltaje de alarma” (estado de carga bajo) debe ser 0.2V
(para sistemas de 12V) superior a la tensión de desconexión
del consumo.
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43
vii. Los voltajes de desconexión, reconexión y alarma deben tener
una precisión de ±1% (±20 mV/vaso, o ±120 mV/batería de 12
V) y permanecer constantes en todo el rango de posible
variación de la temperatura ambiente.
Ilustración 17-Variación del voltaje en una batería con regulador de
carga
Para evitar la descarga de la batería a través del generador fotovoltaico
durante la noche, se emplea una protección contra el paso de corriente
inversa. Esta descarga normalmente no es severa, pero evitarla ayuda
a mejorar el comportamiento energético del sistema. La protección
contra corriente inversa es muy fácil de implementar tanto en
reguladores “paralelo” como en reguladores “serie”.
Caida tension
Para evitar la descarga de la batería a través del generador fotovoltaico
durante la noche, se emplea una protección contra el paso de corriente
inversa. Esta descarga normalmente no es severa, pero evitarla ayuda
a mejorar el comportamiento energético del sistema. La protección
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44
contra corriente inversa es muy fácil de implementar tanto en
reguladores “paralelo” como en reguladores “serie”.
2.2.3.4 Sistema de adaptación de corriente (inversor)
Su función es adecuar las características de la energía generada a las
demandadas por las aplicaciones de la instalación. Un sistema de
conmutación electrónico, llamado inversor, transforma la corriente
continua de las baterías en corriente alterna.
i. Las principales características que deben considerarse para el
dimensionamiento del inversor son:
ii. La tensión de entrada.
iii. Máxima potencia que puede manejar.
iv. Margen de sobrecarga permisible.
v. Potencia, tensión y forma de la onda de la salida
vi. Frecuencia de trabajo y máximo error de frecuencia.
vii. Eficiencia de transformación (generalmente cercana al 85%).
viii. Rango de temperatura ambiente de trabajo
ix. Diámetro máximo permisible de los conectores de CC
Los inversores modernos generan una onda de salida sinusoidal pura o
casi pura con bajo contenido de armónicos y con un mínimo error en la
frecuencia, mediante un proceso llamado modulación por anchura de
pulsos (PWM). Con los PWM pueden obtenerse rendimientos de hasta
90% inclusive con bajos niveles de carga.
En el mercado se encuentran también los llamados
inversores/cargadores, un equipo que combina la función de inversor
para transformar la energía de una fuente renovable de energía con un
cargador de baterías que funciona a partir de una fuente de CA, ya sea
un grupo electrógeno de respaldo o conexión a red.
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45
Ilustración 18- Onda senoidal
2.2.3.5 Estructuras y control de seguimiento
Pueden emplearse diversos materiales para tales estructuras:
aluminio, acero inoxidable, hierro galvanizado o madera tratada,
entre otros.
La estructura de soporte debe ser capaz de resistir un mínimo de 10
años expuesta a la intemperie, sin que la corrosión o fatiga del
material sea apreciable.
Debe también soportar vientos de altas velocidades (120 km/h). Los
módulos fotovoltaicos con marco deben fijarse a la estructura
únicamente mediante elementos de acero inoxidable.
Las estructuras de soporte estáticas son generalmente preferibles a
las de seguimiento.
El diseño de la estructuras de soporte debe facilitar la limpieza de los
módulos fotovoltaicos y la inspección de las cajas de conexión.
El montaje de dichas estructuras debe preservar su resistencia a la
fatiga, corrosión y efectos del viento.
ESTRUCTURA FIJA
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Ilustración 19- Estructura fija
ESTRUCTURA DE UN 1 EJE
Ilustración 20- Estructura de 1 eje
ESTRUCTURA DE 2 EJES
Ilustración 21- Estructura de 2 ejes
2.2.3.6 Parametros de diseño - grupal
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A. Número y conexionado de los módulos solares
Para el cálculo del número de paneles solares necesarios para
satisfacer la demanda eléctrica prevista en la zona, se necesitara la
siguiente expresión en función del emplazamiento y tipo de panel
solar que se vaya a instalar:
Ecuación 8: Numero de paneles solares necesarios
𝐍 =
𝐂𝐞𝐝
𝐏𝐦𝐩 𝐱 𝐇𝐒𝐏𝐜𝐫𝐢𝐭 𝐱 𝐏𝐑
Siendo:
𝑪𝒆𝒅 : El consumo diario estimado.
𝑷𝒎𝒑: es la potencia pico del módulo ISF-255 seleccionado.
𝑯𝑺𝑷𝒄𝒓𝒊𝒕 : es el valor de las horas de sol pico del mes crítico.
𝑷𝑹 : es el “Performance Ratio” de la instalación o rendimiento
energético de la instalación, definido como la eficiencia de la
instalación en condiciones reales de trabajo, donde se tienen en
cuenta las siguientes pérdidas originadas:
a) Perdidas por dispersión de potencia de los módulos:
La potencia que pueden desarrollar los módulos no es exactamente
la misma, y por lo tanto tampoco lo son ni su intensidad ni su tensión
de máxima potencia. De este modo, cuando se constituye un sistema
generador formado por varios paneles o módulos conectados en
serie, este hecho induce a que se produzca una pérdida de potencia
debido a que el valor de la intensidad de corriente de paso será igual
a la de menor valor de los paneles colocados en serie.
Las posibles pérdidas por dispersión de potencia se pueden estimar
gracias al catálogo de propiedades técnicas suministrado por el
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48
fabricante de los módulos fotovoltaico seleccionados, la tolerancia de
potencia (% Pmax).
b) Perdidas por incremento de temperatura de las células
fotovoltaicas:
El rendimiento de los módulos fotovoltaicos disminuye con el
incremento de la temperatura a la que se encuentra la superficie del
panel. Al ser un elemento expuesto a la radiación solar de manera
continuada es necesario que exista una buena ventilación tanto por
la superficie expuesta al sol como la parte posterior de los módulos.
No obstante, incluso con buena ventilación, se produce un
incremento de temperatura de la superficie de los módulos con
respecto a la temperatura ambiente exterior.
Para el cálculo del factor que considera las pérdidas por incremento
de la temperatura del panel (PT), se suele utilizar la siguiente
expresión:
Ecuación 9: Perdidas por incremento de temperatura
𝐏𝐭 = 𝐊𝐭 𝐱 ( 𝐓𝐜 − 𝟐𝟓°𝐂 )
Siendo:
𝑲𝒕 : El coeficiente de temperatura, medio en °C-1.
Generalmente este valor viene dado por el fabricante de la placa
solar, aunque si este dato no lo proporcionara el fabricante pero se
puede tomar por defecto el valor de 0,0035 °C-1.
𝑻𝒄 : Es la temperatura media mensual a la que trabajan las placas
fotovoltaicas. Para calcular esta temperatura, Tc, se suele emplear la
siguiente formula.
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Ecuación 10: Temperatura media mensual
𝑻𝒄 = 𝑻𝒂𝒎𝒃 +
(𝑻𝒐𝒏𝒄 − 𝟐𝟎 °𝑪) 𝒙 𝑬
𝟖𝟎𝟎
Siendo:
𝑻𝒂𝒎𝒃 : La temperatura ambiente media mensual del lugar donde se
instalaran los módulos fotovoltaicos. Este es un dato que puede ser
extraído de la información que albergan las agencias de
meteorología oficiales en cada país.
𝑻𝒐𝒏𝒄 : Es la temperatura de operación nominal de la célula, definida
como la temperatura que alcanzan las células solares cuando se
somete al módulo a una irradiación de 800 W/m2 con distribución
espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 °C y la
velocidad del viento de 1 m/s. Este dato también es suministrado por
el fabricante del módulo solar.
𝑬 : Es la radiación media en un día soleado del mes en cuestión.
c) Pérdidas debida a la acumulación de suciedad en los módulos:
En unas condiciones normales de emplazamiento y realizando tareas
de mantenimiento y limpieza correspondientes de forma regular, los
paneles fotovoltaicos no deben superar unas perdidas por este
concepto del 3%.
d) Pérdidas por sombras:
Las pérdidas por el sombreado parcial de los generadores
fotovoltaicos que penalizan su producción eléctrica se pueden
estimar en torno al 4%.
e) Pérdidas por degradación de los módulos:
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50
Estas pérdidas se deben a un proceso natural de degradación de
todas las células de silicio debido a su exposición a la radiación solar,
que de forma usual se admite que sean del orden del 1%.
f) Pérdidas eléctricas:
La instalación eléctrica y el conexionado entre módulos, y de éstos
con los demás componentes de la instalación fotovoltaica, se deberá
realizar según las recomendaciones recogidas en el Pliego de
Condiciones Técnicas del IDEA, donde se indica que la caída de
tensión no podrá superar el 3% (1,5% para la parte de corriente
continua o directa y del 2% para los conductores de la parte de
corriente alterna). Por tanto, teniendo en cuenta estas
consideraciones, se estiman que las pérdidas eléctricas serán del
3%.
g) Pérdidas por reluctancia:
Este tipo de pérdidas, que hacen referencia a los efectos angulares
de la reflexión en los módulos, fueron estimadas por la Universidad
de Ginebra y deben considerarse en un 2,9%.
B. Calculo de las baterías
Para el cálculo de las baterías o acumuladores solares, los dos
parámetros importantes necesarios para su dimensionado son la
máxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el número de
días de autonomía.
Para calcular el valor de la capacidad nominal de las baterías (CNBAT)
en función de la descarga máxima estacional (PDmax, e) y al número de
días de autonomía (n) (sin radiación solar), se utilizara la expresión
siguiente:
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51
Ecuación 11: Capacidad nominal de baterías
𝑪𝑵𝑩𝑨𝑻 =
𝑸𝒂𝒉 𝒙 𝒏
𝑷𝑫𝒎𝒂𝒙,𝒆
C. Calculo del regulador
Para la selección del regulador de carga es necesario calcular cuál
será la máxima corriente que deberá soportar, tanto en la entrada
como en su salida.
Para el cálculo de máxima corriente de entrada al regulador (Ire), que
proviene de los módulos fotovoltaicos, se empleara la siguiente
expresión:
Ecuación 12: Corriente máxima de entrada al regulador
𝐈𝐫𝐞 = 𝟏. 𝟐𝟓 𝐱 𝐈𝐬𝐜 𝐱 𝐍𝐩𝐚𝐫𝐚𝐥𝐞𝐥𝐨
Dónde:
ISC: Es la intensidad de cortocircuito del módulo fotovoltaico
seleccionado.
Nparalelo: Es el número de ramales de paneles solares dispuestos en
paralelo del generador fotovoltaico que se vaya a instalar.
1,25 es un factor de seguridad para evitar daños ocasionales al
regulador.
Por otro lado, para el cálculo de la máxima corriente esperada a la
salida del regulador (Irs), es decir, del lado del consumo de la
instalación interior de la vivienda, se empleará la siguiente expresión:
Ecuación 13: Corriente máxima a salida del regulador
𝐈𝐫𝐬 =
𝟏. 𝟐𝟓 𝐱 (𝐏𝐝𝐜 +
𝐏𝐚𝐜
𝐍𝐢𝐧𝐯
)
𝐕𝐛𝐚𝐭
Siendo:
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Pdc: La potencia de las cargas en continua (o corriente directa) que
haya que alimentar.
Pac: Es la potencia de las cargas en alterna.
Ninv: Es el rendimiento del inversor.
Vbat: La tensión de trabajo de la batería de acumulación.
El número de reguladores necesarios para instalar vendrá dado por
la siguiente expresión:
Ecuación 14: Numero de reguladores
𝑵𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓𝒆𝒔 =
𝑰𝒓𝒆
𝑰𝐦𝐚𝐱,𝒆
D. Calculo del inversor
A la hora de dimensionar el inversor adecuado, además de conocer
la tensión de servicio de la batería, como tensión de entrada en
continua y de la potencia demandada por las cargas, se hace
necesario calcular también la tensión y corriente generada en el
punto de máxima potencia de funcionamiento de los paneles solares.
Para el cálculo de la tensión de máxima potencia que ofrece el
generador fotovoltaico (VMPtotal), ésta se obtiene multiplicando el valor
de la tensión de máxima potencia (VMP) de cada panel por el
número de paneles conexionados en serie (Nserie) en cada ramal del
generador:
Ecuación 15: Caída de tensión máxima del generador fotovoltaico
𝑽𝒎𝒑𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑽𝒎𝒑𝒙𝑵𝒔𝒆𝒓𝒊𝒆
Por otro lado, para el cálculo de la corriente que suministra el
generador fotovoltaico cuando proporciona la máxima potencia
(IMPtotal), ésta vendrá dada al multiplicar la intensidad de corriente
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53
máxima (IMP) en el punto de máxima potencia o potencia pico del
módulo instalado por el número de paneles colocados en paralelo
(Nparalelo) o ramales, es decir:
Ecuación 16: Corriente total máxima del generador fotovoltaico
𝑰𝒎𝒑𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑰𝒎𝒑𝒙𝑵𝒑𝒂𝒓𝒂𝒍𝒆𝒍𝒐
En cuanto a la potencia nominal que debe tener el inversor, se debe
tener en cuenta que éste debe satisfacer la potencia máxima prevista
de consumo instantáneo (PAC), que constituyen el consumo de la
vivienda, incrementado en al menos un 35% para tener en cuenta los
"picos de arranque" que generan algunos electrodomésticos, como
frigoríficos o lavadoras, que hacen aumentar su potencia nominal
durante su puesta en marcha. En este caso la potencia nominal del
inversor (Pinv) deberá ser la calculada por la siguiente expresión:
Ecuación 17: Potencial nominal del inversor
𝑷𝒊𝒏𝒗 = 𝟏. 𝟑𝟓 𝒙𝑷𝒂𝒄
E. Cableado y protecciones
Para el cálculo de las secciones de los cables conductores y de las
protecciones se distinguirá entre la parte de la instalación que
funciona en continua (directa) y la parte de la instalación que
funciona en corriente alterna.
Cada uno de los tramos que componen la instalación poseerá una
sección diferente de los conductores debido a que la intensidad de
corriente que circula por cada uno de ellos será diferente
dependiendo los equipos que interconecten.
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54
a) Instalación en corriente continua o directa (CC / DC):
Para el cálculo de la sección de cable (S) en los distintos tramos
donde circula la corriente continua (directa), y que comprende desde
la salida de bornes en la caja de conexión de los módulos
fotovoltaicos hasta la entrada en el inversor, se empleará la siguiente
ecuación:
Tramo Conexión al Regulador y baterías
Ecuación 18: Sección del cable conductor
𝐒 =
𝟐 𝐱 𝐋 𝐱 𝐈
∆𝐔 𝐱 𝐊
Dónde:
S:Es la sección del cable conductor, en mm2.
L:Es la longitud del cable conductor en ese tramo, en m.
I:Es la intensidad de corriente máxima que circula por el conductor,
en A.
ΔV: Es la caída de tensión máxima permitida en los conductores.
C: Es la conductividad del material que forma el conductor.
Tramo de conexión al inversor
Por el contrario, para el cálculo de la intensidad de corriente máxima
que circula por la entrada al inversor, ésta dependerá de la potencia
en alterna (P) máxima que puede entregar el inversor a las cargas
que alimenta y de su rendimiento.
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55
Ecuación 19: Intensidad de corriente alterna de salida del inversor
𝐈𝐜𝐚 =
𝐏
𝐕 𝐱 𝐜𝐨𝐬∅
Dónde
Ica:Es la intensidad de corriente alterna de salida del inversor.
P:Es la potencia en alterna máxima que puede entregar el inversor
seleccionado a su salida, que vale P=3000 W.
V:Es la tensión de línea de la red interior de la vivienda, que
coincidirá con la tensión nominal de salida del inversor.
𝒄𝒐𝒔∅:Es el factor de potencia que, dicho factor de potencia
proporcionado por las instalaciones solares fotovoltaicas deberá ser
igual a la unidad (1).
Por lo tanto la intensidad en corriente continua (Icc) que alimente la
entrada del inversor será la proporcionada por la siguiente expresión:
Ecuación 20: Intensidad de corriente continua
𝐈𝐜𝐜 =
𝐈𝐜𝐚
𝐍𝐢𝐧𝐯
Donde Ninv es el rendimiento del inversor.
b) Instalación en corriente alterna (AC):
A partir de la salida del inversor, todos los tramos de corriente alterna
que alimenta la instalación interior de la vivienda, que será de tipo
monofásica. Para el cálculo de la sección (S) de los conductores
activos en los tramos de corriente alterna monofásica, se empleará la
siguiente ecuación:
Ecuación 21: Sección del cable conductor
𝑺 =
𝟐 𝒙 𝑷 𝒙 𝑳
∆𝑽 𝒙 𝑪 𝒙 𝑽
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56
Dónde:
S: Es la sección del cable conductor, en mm2.
P:Es la potencia máxima que vaya a transportar el cable, en W.
L: Es la longitud del cable conductor en ese tramo, en m.
ΔV: Es la caída de tensión máxima permitida en los conductores de
alterna.
C: Es la conductividad del material que forma el conductor, en
m/Ω·mm2.
V: Es la tensión de línea de la red interior de la vivienda, en Voltios
(V).
La intensidad de corriente (I) que circulará desde el inversor hasta la
entrada al cuadro general de la vivienda, vendrá dado por la
siguiente expresión, válida para corriente alterna monofásica:
Ecuación 22: Intensidad de corriente
𝑰 =
𝑷
𝑽 𝒙 𝒄𝒐𝒔∅
Dónde:
P:Es la potencia máxima a transportar por el cable y consumida por
la vivienda.
V:Es la tensión de línea de la red interior de la vivienda, que
coincidirá con la tensión nominal de salida del inversor
𝒄𝒐𝒔∅:Es el factor de potencia, para las instalaciones solares
fotovoltaicas deberá ser igual a la unidad (1).
2.2.3.7 Leyes y Normas
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57
N.T.E. EM.080 Instalaciones con energía solar (norma técnica de
edificación EM080 instalaciones con energía solar)
La presente norma de aplicación obligatoria a nivel nacional describe
las especificaciones técnicas y los procedimientos constructivos
básicos que deben cumplir las viviendas que incluyan sistemas
solares fotovoltaicos y foto térmicos (para el calentamiento del agua).
Resolución Ministerial R.M. Nº 037-2006-MEM/DM Código Nacional
de Electricidad- utilización: sección 350, nos hace referencia a los
sistemas solares fotovoltaicos.
El presente proyecto de Reglamento Técnico establece las
especificaciones técnicas y los procedimientos de evaluación que
debe cumplir el Sistema Fotovoltaico (SFV) y sus componentes.
Resolución Directoral Nº 003-2007-EM/DGE: Reglamento Técnico
Especificaciones Técnicas y Procedimientos de Evaluación del
Sistema Fotovoltaico y sus Componentes para Electrificación Rural.
Que, en el Artículo 1º de la Ley 28546, Ley de Promoción y
Utilización de Recursos Energéticos Renovables no Convencionales
en Zonas Rurales Aisladas y de Frontera del País, publicada el 16 de
junio de 2005, establece que dicha Ley tiene por objeto promover el
uso de las energías renovables no convencionales para fines de
electrificación, con el fin de contribuir al desarrollo integral de las
zonas rurales, aisladas y de frontera del país, así como mejorar la
calidad de vida de la población rural y proteger el medio ambiente.
El Proyecto deberá cumplir con las exigencias técnicas de los
dispositivos vigentes relacionados con el ámbito de la Distribución,
siendo los relevantes los siguientes:
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58
PARA SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
i. Decreto Ley N° 25844 – « Ley de Concesiones Eléctricas» y
su reglamento.
ii. Norma Técnica de Calidad «Decreto Supremo N° 020 – 97 –
EM de los Servicios Eléctricos» y sus modificaciones.
iii. Código Nacional Electricidad Suministro.
iv. Calificación Eléctrica.
v. Normas DGE «Terminología en Electricidad» y «Símbolos
Gráficos en Electricidad.
vi. R.D. N° 018 – 2002 – EM/DGE «Norma de Procedimientos
para la elaboración de proyectos y ejecución de obras en
sistemas de utilización en media tensión en zonas de
concesión de distribución».
vii. Normas Técnicas de las instalaciones del Concesionario.
viii. Disposiciones Municipales según corresponda.
ix. Reglamento Nacional de Construcciones vigentes.
x. Ley de Protección del Medio Ambiente y protección del
patrimonio Cultural de la Nación según corresponda.
xi. Sistema legal de Unidades de Medida del Perú (SLUMP)
xii. Normas Técnicas DGE de Alumbrado de Vías Públicas.
xiii. Normas Técnicas Eléctricas.
PARA SISTEMA DE UTILIZACIÓN
i. Decreto Ley N° 25844 – « Ley de Concesiones Eléctricas» y
su Reglamento.
ii. Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos.
iii. Código Nacional Electricidad Utilización.
iv. Normas DGE «Terminología en Electricidad» y «Símbolos
Gráficos en Electricidad.
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59
v. Condiciones técnicas indicadas en el documento del punto
de diseño.
vi. Reglamento Nacional de Construcciones vigente.
vii. Ley de Protección del Medio Ambiente y protección del
patrimonio Cultural de la Nación según corresponda.
Ley de Concesiones Eléctricas N° 25844 y D.S. N° 009 – 93,
Reglamento de Ley de Concesiones Eléctricas.
Esta ley es la que contiene las disposiciones que norman todo lo
referente a las actividades relacionadas con la generación,
transmisión, distribución y comercialización de la Energía Eléctrica.
i. Artículos N° 31°, 85°, 88°, 97°, 99° y 109° de la Ley de
Concesiones Eléctricas Decreto Ley N° 25844.
ii. Artículos N° 188°, 189°, 239° y 290° de su Reglamento D.S.
N°009 – 93 – EM.
NORMAS TÉCNICAS
a) Decreto Supremo N° 020 – 1997 – EM (p. 11/Octubre/1997)
Norma Técnica de Calidad de los Servicios Eléctricos
Nota: Incluye las modificaciones efectuadas mediante los
Decretos Supremos N° 009 – 1999 – EM (11/Abril/1999), N°
13 – 2000 – EM (27/Julio/2000) y N° 040 – 2001 – EM
(17/Julio/2001).
b) Resolución Directoral N° 014 – 2005 - EM/DGE (p.
03/Marzo/2005) Normas Técnicas para la Coordinación de la
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60
Operación en Tiempos Reales de los Sistemas
Interconectados.
c) D.S. N° 029 – 1994 - EM (p. 08/Junio/1994) Reglamento de
Protección del Medio Ambiental en las Actividades
Energéticas.
d) Resolución Ministerial N° 263 – 2001 – EM/VME
(p.21/Junio/2001) Reglamento de Seguridad e Higiene
Ocupacional del subsector de Electricidad
e) Resolución Ministerial N° 013 – 2003 – EM/DM (p.
18/Enero/2003) Norma Técnica de Alumbrado de Vías
Públicas en Zonas de Concesión de Distribución.
f) Resolución Ministerial N° 017 – 2003 – EM/DGE
(p.31/Enero/2004) Norma de Alumbrado de Vías Públicas en
Áreas Rurales.
g) Resolución Ministerial N° 442 – 2004 – MEM/DM
(p.30/Octubre/2004) Conexiones Eléctricas en Baja Tensión
en Zonas de Concesión de Distribución Sustituye a la Norma
DGE – 011– CE – 1.
Nota: Mediante Resolución Ministerial N° 127 – 2005 –
MEM/DM se suspende su vigencia.
GUÍAS DE DISEÑO PARA LOS PROYECTOS DE INGENIERÍA:
a) R.D. N° 017 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004): Norma DGE
Alumbrado de Vías Públicas en Áreas Rurales
b) R.D. N° 018 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004):Norma DGE
Bases para el Diseño de Líneas y Redes Primarias para
Electrificación Rural
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61
c) R.D. N° 019 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas de Obras Civiles para Subestaciones
para Electrificación Rural.
d) R.D. N° 020 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas de Montaje de Redes Secundarias
con Conductor Auto portante para Electrificación rural.
e) R.D. N° 021 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas de Montaje Electromecánico de
Subestaciones para Electrificación Rural.
f) R.D. N° 022 – 2003 – EM/DGE (p. 31/Enero/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas para las Obras Civiles y el Montaje
Electromecánico de Líneas de Transmisión para Electrificación
Rural.
g) R.D. N° 023 – 2003 – EM/DGE:Norma DGE Especificaciones
Técnicas de Soportes Normalizados para Líneas y Redes
Secundarias para Electrificación Rural.
h) R.D. N° 024 – 2003 – EM/DGE:Norma DGE Especificaciones
Técnicas de Soportes Normalizados para Líneas y Redes
Primarias para Electrificación Rural.
i) R.D. N° 025 – 2003 – EM/DGE:Norma DGE Especificaciones
Técnicas para el Suministro de Materiales y Equipos de Redes
Secundarias para Electrificación Rural.
j) R.D. N° 026 – 2003 – EM/DGE (p. 12/Febrero/2004):Norma
DGE Especificaciones Técnicas de Suministro de Materiales y
equipos de Redes Primarias para Electrificación Rural.
k) R.D. N° 027 – 2003 – EM/DGE (p. 12/Febrero/2004):Norma
DGE Especificaciones Técnicas para el Suministro de Materiales
y Equipos de Subestaciones para Electrificación Rural.
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62
l) R.D. N° 028 – 2003 – EM/DGE (p. 02/Marzo/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas para el Suministro de Materiales y
Equipos de Líneas de Transmisión para Electrificación Rural.
m) R.D. N° 029 – 2003 – EM/DGE (p. 02/Marzo/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas para los estudios de Geología y
Geotecnia para Electroductos para Electrificación Rural.
n) R.D. N° 030 – 2003 – EM/DGE (p. 02/Marzo/2004):Norma DGE
Especificaciones Técnicas para Levantamientos Topográficos
para Electrificación Rural.
o) R.D. N° 031 – 2003 – EM/DGE (p. 02/Marzo/2004):Norma DGE
Bases para el Diseño de Líneas y Redes Secundarias con
Conductores Auto portantes para Electrificación Rural.
NORMAS AMBIENTALES
La certificación ISO 14001 es bien conocida en el sector industrial.
Con esta certificación se trata de mejorar la manera en que una
empresa reduce su impacto en el medio ambiente, lo que puede crear
beneficios internos al mejorar el uso de los recursos (por ejemplo,
reduciendo el uso de materia prima y energía, o mejorando el manejo
de desechos).
i. Ley Nº 27345: Ley de promoción del uso eficiente de la energía
(08.09.2000) Declárese de interés nacional la promoción del Uso
Eficiente de la Energía (UEE) para asegurar el suministro de energía,
proteger al consumidor, fomentar la competitividad de la economía
nacional y reducir el impacto ambiental negativo del uso y consumo
de los energéticos.
NORMA TÉCNICA EN MICROREDES.
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63
i. R.D. N° 018 – 2003 – EM/DGE Bases para el Diseño de Líneas y
Redes Primarias para Electrificación Rural.
ii. R.D. N° 031 – 2003 – EM/DGE Bases para el Diseño de Líneas y
Redes Secundarias con Conductores Auto portantes para
Electrificación Rural.
iii. R.D. N° 003 – 2007 – EM/DGE Reglamento Técnico Especificaciones
Técnicas y Procedimientos de Evaluación del Sistema Fotovoltaico y
sus Componentes para Electrificación Rural.
iv. R.M. N° 017 – 2003 – EM/DGE Norma de Alumbrado de Vías
Públicas en Áreas Rurales.
NORMA DE SEGURIDAD E HIGIENE EN CENTRALES
i. R.M. N° 263 – 2001 – EM/VME Reglamento de Seguridad e Higiene
Ocupacional del Subsector de Electricidad.
ii. D.S. N° 020 – 1997 – EM Calidad de los Servicios Eléctricos.
NORMA AMBIENTAL EN CENTRALES FOTOVOLTAICAS Y
MICROREDES
i. D.S. N° 029 – 1994 - EM Reglamento de Protección del Medio
Ambiental en las Actividades Energéticas.
ii. DS. Nº 053-2007-EM Ley de promoción del uso eficiente de la
energía.
2.2.4 Criterio de riesgos
Como es de suponer la presencia de peligros naturales como:
sismos, eventos recurrentes de lluvias intensas, inundaciones,
deslizamientos (agua, rocas y suelo), huaycos, etc., producen daños
humanos como materiales sin distinción alguna.
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64
Para el diseño del sistema solar fotovoltaico, se tendrá en cuenta los
peligros potenciales de su entorno, tales como, desbordes de cauces,
inestabilidad de masas-terrígenas en pendientes (deslizamientos,
derrumbes, reptación de terrenos, etc.), embalsamientos,
inundaciones, aluviones, flujo de lodo y/o escombros, sequías, etc.; de
lo contrario esta infraestructura resultaría ser altamente vulnerable
ante estos peligros.
Uno de los principales criterios de ubicación de este proyecto es que
será diseñado en una zona de reducida frecuencia de ocurrencia de
fenómenos naturales; Uno de los peligros potenciales es “El impacto
del fenómeno El Niño”. Es por eso se hará una evaluación de la
severidad de cada uno de estos peligros potenciales y un análisis de
las vulnerabilidades.
Considerando la magnitud de las consecuencias para reducir la
vulnerabilidad de los elementos del sector eléctrico es importante
mantener, además, registros de la dinámica de los ríos y de las
pendientes de los caudales, configuración estrecha y pendiente de los
cauces.
Con relación a la capacidad de respuesta para enfrentar la
paralización o afectación del servicio destacan las siguientes:
a) Por ser sistema solar fotovoltaico no se verá afectado por el
desabastecimiento en cuanto al combustible fósil.
b) La zona a desarrollarse el proyecto cuenta con fácil acceso vial
a varios centros poblados y a la provincia de Lambayeque,
cuyas distancias son relativamente cortas, las cuales en caso
de desastres podrían brindar apoyo inmediato por su cercanía.
Además, en estos territorios rurales se analiza la utilización de las
luminarias solares con el propósito agregado de garantizar el servicio
lOMoARcPSD|14515511

65
de iluminación pública en situaciones de desastres, en caso de
colapso del sistema eléctrico tradicional.
2.2.5 Definición de Términos Básico(Fundación Wikimedia, Fundación
Wikimedia, Inc, 2015)
2.2.5.1 Definición de términos en energía
2.2.5.1.1 Energía Renovable:
Las energías renovables son aquellas que se producen de forma
continua y son inacabables. Las energías renovables es muy
amigable hacia el medio ambiente ya que su contaminación es
nula. La generación y el consumo de las energías convencionales
causan una variedad de efectos negativos en el entorno climático.
Las energías renovables no producen emisión de 𝐶𝑂2 y otros
gases contaminantes a la atmosfera.
2.2.5.1.2 Energía Solar:
La energía solar es una fuente de energía renovable que se
obtiene a través del sol y con la que se pueden generar calor y
electricidad.
Existen distintas maneras de recoger y aprovechar los rayos del
sol para generar energía que dan lugar a los distintos tipos de
energía solar: La fotovoltaica (que transforma los rayos en
electricidad mediante el uso de paneles solares); la foto térmica
(que aprovecha el calor a través de los colectores solares); la
termoeléctrica (transforma el calor en energía eléctrica de forma
indirecta).
2.2.5.1.3 Energía Eléctrica
La energía eléctrica es una fuente de energía renovable que se
obtiene mediante el movimiento de cargas eléctricas (electrones
lOMoARcPSD|14515511

66
positivos y negativos) que se produce en el interior de materiales
conductores (por ejemplo, conductores como el cobre). El origen
de la energía eléctrica está en las centrales de generación,
determinadas por la fuente de energía que se utilice. Así, la
energía eléctrica se puede obtener a través de, centrales solares,
eólicas, hidroeléctricas, térmicas, nucleares y mediante la biomasa
o quema de compuesto de la naturaleza como combustible.
2.2.5.2 Definición De Términos Para Un SFV
2.2.5.2.1 Energía Solar Fotovoltaica:
La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que
produce electricidad de origen renovable, obtenida directamente a
partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor
denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición
de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película
fina.
Este tipo de energía se usa para alimentar innumerables
aplicaciones y aparatos autónomos, para abastecer refugios o
viviendas aisladas de la red eléctrica y para producir electricidad a
gran escala a través de redes de distribución.
2.2.5.2.2 Sistema Fotovoltaico Autónomo:
La energía eléctrica producida a partir de la conversión
fotovoltaica se utiliza para cubrir una determinada demanda
eléctrica en lugares remotos aislados de la red eléctrica, donde
resultan competitivos con los sistemas convencionales, tanto en
términos económicos como de fiabilidad de suministro.
Las posibles configuraciones de los sistemas fotovoltaicos
autónomos pueden abarcar desde sistemas simples, tales como
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67
un generador FV operando un consumos DC, hasta sistemas con
almacenamiento y con consumos en DC o en DC+AC. La
incorporación de un inversor en el sistema fotovoltaico para
posibilitar la utilización de consumos en corriente alterna tiene
como efecto una disminución del rendimiento de operación del
sistema a potencias muy inferiores a la potencia nominal del
inversor, debido a la curva de rendimiento típica de inversores
a
u
t
ó
n
o
m
os.
2.2.5.2.3 Radiación Solar:
Conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. No
toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas
ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los gases de la
atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide
la radiación solar que llega a la Tierra es la irradiación, que mide
la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra.
Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado).
A. Radiación directa:
Ilustración 22- Esquema general básico de un
sistema fotovoltaico autónomo AC
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68
Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido
cambio alguno en su dirección. Este tipo de radiación se
caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos
opacos que la interceptan.
B. Radiación difusa
Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada
por las nubes o absorbida por éstas. Esta radiación, se
dirige en todas direcciones, como consecuencia de las
reflexiones y absorciones. No produce sombra respecto a
los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales
son las que más radiación difusa reciben, ya que ven toda la
bóveda celeste.
C. Radiación reflejada
La radiación reflejada es, como su nombre indica, aquella
reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación
depende del coeficiente de reflexión de la superficie,
también llamado albedo. Las superficies horizontales no
reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna
superficie terrestre y las superficies verticales son las que
más radiación reflejada reciben.
2.2.5.2.4 Irradiación:
Es la magnitud utilizadapara describir la potencia o
radiación incidente por unidad de superficie, la cual indica la
intensidad de la radiación solar. La irradiación sirve de base
para la definición de magnitudes físicas similares, entre las
que la irradiación (energía emitida por unidad de superficie
y por unidad de ángulo sólido) es la más utilizada.
lOMoARcPSD|14515511

69
2.2.5.2.5 Heliofania:
Es el tiempo, en horas, durante el cual el sol tiene un brillo
solar efectivo en el que la energía solar directa alcanza o
excede un valor umbral variable entre 120 y 210 W/m2, que
depende de su localización geográfica, del equipo, del clima
y del tipo de banda utilizada. También se le suele denominar
“brillo solar” o “insolación”.
2.2.6 Evaluación Económica(Arturo, 2011)
A. Valor Actual Neto (VAN)
El VAN es un indicador financiero que mide los flujos de los futuros ingresos y
egresos que tendrá un proyecto, para determinar, si luego de descontar la
inversión inicial, nos quedaría alguna ganancia. Si el resultado es positivo, el
proyecto es viable.
Basta con hallar VAN de un proyecto de inversión para saber si dicho proyecto
es viable o no. El VAN también nos permite determinar cuál proyecto es el
más rentable entre varias opciones de inversión. Incluso, si alguien nos ofrece
comprar nuestro negocio, con este indicador podemos determinar si el precio
ofrecido está por encima o por debajo de lo que ganaríamos de no venderlo.
La fórmula del VAN es:
Ecuación 23: VAN
𝑽𝑨𝑵 = 𝑩𝑵𝑨 − 𝑰𝑵𝑽𝑬𝑹𝑺𝑰𝑶𝑵
Donde el beneficio neto actualizado (BNA) es el valor actual del flujo de caja o
beneficio neto proyectado, el cual ha sido actualizado a través de una tasa de
descuento.
La tasa de descuento (TD) con la que se descuenta el flujo neto proyectado,
es el la tasa de oportunidad, rendimiento o rentabilidad mínima, que se espera
lOMoARcPSD|14515511

70
ganar; por lo tanto, cuando la inversión resulta mayor que el BNA (VAN
negativo o menor que 0) es porque no se ha satisfecho dicha tasa. Cuando el
BNA es igual a la inversión (VAN igual a 0) es porque se ha cumplido con
dicha tasa. Y cuando el BNA es mayor que la inversión es porque se ha
cumplido con dicha tasa y además, se ha generado una ganancia o beneficio
adicional.
VAN > 0 → el proyecto es rentable.
VAN = 0 → el proyecto es rentable también, porque ya está incorporado
ganancia de la TD.
VAN < 0 → el proyecto no es rentable.
Entonces para hallar el VAN se necesitan:
i. Tamaño de la inversión.
ii. Flujo de caja neto proyectado.
iii. Tasa de descuento.
B. Tasa interna de retorno (TIR)
La TIR es la tasa de descuento (TD) de un proyecto de inversión que permite
que el BNA sea igual a la inversión (VAN igual a 0). La TIR es la máxima TD
que puede tener un proyecto para que sea rentable, pues una mayor tasa
ocasionaría que el BNA sea menor que la inversión (VAN menor que 0).
Entonces para hallar la TIR se necesitan:
i. Tamaño de inversión.
ii. Flujo de caja neto proyectado.
C. Comparación VAN y TIR
Cuando los resultados del VAN contraponen a los de la TIR; la decisión se
hace en bases al VAN.
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71
Si se trata de aceptar o rechazar una inversión, dependiente, sin
restricción de capital; la TIR determinara la misma decisiones del VAN.
Indicadores económicos para el análisis del proyecto:
Para carteras compuestas por dos o más alternativas de inversión, las
cuales son mutuamente excluyente entre sí:
El criterio de la TIR puede dar recomendaciones menos correctas que la
regla del VAN.
Esto puede suceder cuando el tamaño de las inversiones sea diferentes o
cuando el horizonte de evaluación de los proyectos sea diferente.
2.3 Marco Metodológico
La metodología utilizada para el desarrollo de este documento es de tipo
cuantitativa, ya que pretende examinar los datos de manera numérica a través
de fórmulas para calcular el costo de la energía solar, comparación de tarifas,
etc. y además emplea métodos de recolección de datos que no son
cuantitativo con el propósito de explorar las relaciones sociales producto de la
energía fotovoltaica.
2.3.1 Tipo y diseño de la investigación
2.3.1.1 Tipo de la investigación
La investigación desarrollada en el presente escrito es de tipo
descriptiva correlacional, ya que emplea métodos de recolección de
datos de estudios previos sobre el tema buscando explicar razones de
los impactos generados por los sistemas fotovoltaicos, y además
realiza el estudio de determinada variables sin llegar a manipularla,
estudiando éstas según la naturaleza de los grupos (sectores
aislados).
2.3.1.2 Diseño de la investigación
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72
El diseño de esta investigación es de tipo cuantitativa, debido a que
identificamos variables, características de los problemas posibles a
solucionar en el proyecto y utilizaremos instrumentos de medición el
cual encontraremos con su respectiva unidad de medición. En cuanto
a la dimensión temporal, este estudio se plantea como un diseño
prospectivo (hacia el futuro).
2.3.2 Población
Tabla 3- Población - Habitantes
LOCALIDAD / AÑO 2011 2013 2015
Caserío Briceño 510 521 543
TOTAL
HABITANTES
510 521 543
Tabla 4- Población - Viviendas
LOCALIDAD/ AÑO 2011 2013 2015
Caserío Briceño 85 87 90
Problema
•Carencia de suministro
electrico confiable en las
poblaciones rurales.
Solucion
•Diseño de un
sistema solar
fotovoltaico
para el
beneficio del
caserio.
Expectativas
a futuro
• Energia electrica confiable.
• Mejorar la calidad de vida.
• Contribuir al cuidado del medio
ambiente.
• Mejorar ingresos economicos de la
poblacion rural.
lOMoARcPSD|14515511

73
TOTAL VIV.
DOMESTICAS
85 87 90
Pdta.: La fuente donde se obtuvo los datos ya mostrados en tabla 3 y tabla 4 fueron
obtenidos a través de la Municipalidad de Motupe, corroborándolo la veracidad de los
datos en el caserío de Briceño.
2.3.3 Muestra
El diseño de un sistema fotovoltaico autónomo centralizado de generación
eléctrica, beneficiara a los habitantes del caserío Briceño brindándoles
electricidad para mejorar su calidad de vida.
2.3.4 Hipótesis
El sistema fotovoltaico solar me garantizara la energía eléctrica para el uso
doméstico en el caserío de Briceño.
2.3.5 Variables
Variable Dependiente:
Energía Eléctrica
Variable Independiente:
Radiación Solar
lOMoARcPSD|14515511

2.3.6Operacionalización
VARIABLES DIMENSIÓN INDICADORES SUBINDICADORES ÍNDICES
TÉCNICAS DE
RECOLECCIÓN
DE
INFORMACIÓN
INSTRUMENTOS
DE
RECOLECCIÓN
DE
INFORMACIÓN
INSTRUMENTOS
DE MEDICIÓN
INDEPENDIENTE
Radiación
Solar
Luz solar Radiación solar
Irradiación del lugar
de emplazamiento
W/ m2 Análisis de
documentos
Guía de Análisis de
documentos Piranómetro o
Solarímetro
Potencia
requerida
Demanda de
potencia
Potencia consumida
KW
Análisis de
documentos
Encuesta
Guía de análisis de
documentos
Recolección de
datos
Vatímetro
Localizar el
lugar
apropiado
para la central
Debe tener un
ángulo de
inclinación
Este ángulo debe de
ser de ≤ 5° Grados(°)
Observación y
Análisis de
documentos
Guía de observación
y de Análisis de
documentos
Teodolito
lOMoARcPSD|14515511

75
DEPENDIENTE
Energía
Eléctrica
Energía
requerida
Energía
generada
Energía consumida KW-h
Análisis de
documentos
Entrevista
Guía de análisis de
documentos
Cuestionario
Contador de
energía
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