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UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

TESIS Para Optar el Título Profesional de

INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA “DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE ALUMBRADO EN EL HOSTAL LANCELOT UBICADO EN CHICLAYO - CHICLAYO LAMBAYEQUE”

Presentado Por:

Br. JULIO CESAR CIEZA CORONADO Asesor:

Ing. Msc. CARLOS JAVIER COTRINA SAAVEDRA LAMBAYEQUE – PERÚ 2017

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UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

TESIS Para Optar el Título Profesional de

INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA “DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE ALUMBRADO EN EL HOSTAL ELECTRICISTA LANCELOT UBICADO EN CHICLAYO - CHICLAYO LAMBAYEQUE” Presentado Por:

Br. JULIO CESAR CIEZA CORONADO Aprobado por el Jurado Examinador

PRESIDENTE: Msc. ING. SEGUNDO ABELARDO HORNA TORRES SECRETARIO: Msc. ING. JONY VILLALOBOS CABRERA VOCAL:

Msc. ING. DANIEL CARRANZA MONTENEGRO

ASESOR:

Msc. ING. CARLOS JAVIER CORTRINA SAAVEDRA

Lambayeque – Perú 2017 2

UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO” Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

TESIS TITULO “DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS DE ALUMBRADO EN EL HOSTAL LANCELOT UBICADO EN CHICLAYO - CHICLAYO - LAMBAYEQUE”

CONTENIDOS CAPITULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN. CAPITULO II: MARCO TEÓRICO. CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO. CAPITULO IV: PROPUESTA DE LA INVESTIGACIÓN CAPITULO V: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS. CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

____________________________________________ Msc. ING. SEGUNDO ABELARDO HORNA TORRES PRESIDENTE

________________________________________ Msc. ING. DANIEL CARRANZA MONTENEGRO VOCAL

____________________________________ Msc. ING. JONY VILLALOBOS CABRERA SECRETARIO

____________________________________________ Msc. ING. CARLOS JAVIER CORTRINA SAAVEDRA ASESOR

Lambayeque – Perú 2017 3

DEDICATORIA

A mis padres, el Sr Guillermo Cieza Zorrilla y la Sra. María Coronado Mendoza, quien con su ternura y enseñanzas han inculcado valores y su apoyo a lo largo de mi formación académica y profesional y a toda mi familia y amigos que es lo más valioso que Dios me ha dado, eternamente agradecido.

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AGRADECIMIENTO

A Dios por brindarme la oportunidad de vivir y guiarme por el camino correcto. A mi asesor Ing. Msc Carlos Javier Cotrina Saavedra, expresar un total agradecimiento por sus consejos y orientación a lo largo del desarrollo de mi tesis, además agradecer su compromiso, tiempo y paciencia. Al Sr José Viera, administrador del hostal Lancelot por su apoyo en todo momento en la información brindada. A los docentes de la facultad Ingeniería Mecánica Eléctrica -UNPRG, por tantas enseñanzas brindadas.

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RESUMEN

El Objetivo del proyecto de tesis es el diseño de un sistema solar fotovoltaico para el suministro de energía al circuito de alumbrado, para el Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en el departamento de Lambayeque, provincia de Chiclayo, distrito de Chiclayo, en el cual se encontró que el número de lamparas 138 con una potencia 18 W, dando como resultado un consumo de energía promedio diario 17,39 kWh/día. Los componentes del sistema fotovoltaico que se seleccionaron son de 24 paneles fotovoltaicos de 320 Wp, dos controladores BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr, un inversor Victron 48/5000-230V; 24 baterías ROLLS 12 CS 11 PS. La presente tesis contribuirá con el medio ambiente pues promueve la utilización de las energías no convencionales. Palabras clave: irradiancia, célula solar, inversor, Energía eléctrica.

ABSTRACT The objective of the thesis project is the design of a photovoltaic solar system for the supply of energy to the lighting circuit, for the Hostal Lancelot, located at Calle Alfonso Ugarte Nº 639 in the department of Lambayeque, province of Chiclayo, Chiclayo district, in which it was found that the number of lamps 138 with a power 18 W, resulting in an average daily energy consumption of 17.39 kWh / day. The components of the photovoltaic system that were selected are 24 photovoltaic panels of 320 Wp, two BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr controllers, a Victron 48 / 5000-230V inverter; 24 batteries ROLLS 12 CS 11 PS. This thesis will contribute to the environment as it promotes the use of unconventional energies. Key words: irradiance, solar cell, inverter, Electric power.

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ÍNDICE DEDICATORIA

………………………………………………………………………….4

AGRADECIMIENTO ..................................................................................................... 5 RESUMEN .................................................................................................................... 6 ÍNDICE ......................................................................................................................... 7 ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................... 9 ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................... 9 CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN........................................................ 12 1.1. Realidad Problemática ..................................................................................... 12 1.2. Formulación del Problema ................................................................................ 13 1.3. Delimitación de la Investigación ....................................................................... 13 1.4. Justificación e Importancia de la Investigación ................................................. 14

1.5. Limitaciones de la Investigación ....................................................................... 15 1.6. Objetivos .......................................................................................................... 15 1.6.1. Objetivo General ........................................................................................ 15 1.6.2. Objetivo Específicos .................................................................................. 15 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO............................................................................... 15 2.1. Antecedentes de Estudios ................................................................................ 16 2.2. Desarrollo de la temática correspondiente al tema desarrollado ....................... 18 2.2.1. Radiación solar .......................................................................................... 18

2.2.2. Módulo fotovoltaico .................................................................................... 22 2.2.3. Sistemas fotovoltaicos ............................................................................... 32 2.2.4. Componentes de un sistema fotovoltaico ................................................... 35 2.2.5. Marco legal. ............................................................................................... 48 2.3. Definición conceptual de la terminología empleada. ......................................... 48 CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO ................................................................ 52 3.1. Tipo y diseño de investigación.......................................................................... 52 3.2. Población y muestra ......................................................................................... 52 3.3. Hipótesis .......................................................................................................... 53 3.4. Operacionalización de variables ....................................................................... 54 Tabla 2: Operacionalización de Variables ............................................................... 54 3.5. Métodos y Técnicas de investigación ............................................................... 54 7

3.6. Descripción de los instrumentos utilizados ....................................................... 54 3.7. Análisis Estadístico e interpretación de los datos ............................................. 56 CAPITULO IV: PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN ................................................... 57 4.1. Propuesta de la investigación ........................................................................... 57 4.1.1. Equipamiento del sistema fotovoltaico ....................................................... 57 4.1.2. Ubicación del sistema fotovoltaico ............................................................. 58 4.1.3. Programa de mantenimiento preventivo para el sistema fotovoltaico ......... 58 CAPITULO V: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS .................. 63

5.1. Calculo del consumo de energía eléctrica diaria del sistema de iluminación de Hostal Lancelot ....................................................................................................... 63 5.2. Evaluación de la Radiación Solar ..................................................................... 65 5.2.1. Radiación solar de Lambayeque usando el atlas solar............................... 65 5.2.2. Radiación solar de la ubicación del hostal Lancelot consultando página de la NASA................................................................................................................... 67 5.2.3. Radiación solar de la ubicación del hostal Lancelot del software NASTEC 69 5.3. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico ...................................................... 70 5.3.1. Cálculo de la energía y potencia eléctrica de diseño .................................. 70 5.3.2. Elección del tipo y número de módulos fotovoltaicos ................................. 71 5.4. Metrado y presupuesto ..................................................................................... 96 5.4.1. Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico ......................................... 96 5.4.2. Evaluación del proyecto de inversión ......................................................... 97 5.4.3. Inversión: ................................................................................................... 98 5.4.4. Tasa de descuento .................................................................................... 98 5.4.5. Horizonte del Proyecto ............................................................................... 98 5.4.6. Flujo de caja proyectado ............................................................................ 98

5.4.7. Estructura del flujo de caja ......................................................................... 99 5.4.8. Valor Actual Neto (VAN) ............................................................................ 99 CAPITULO VI: RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES .................................... 104 6.1. Conclusiones .................................................................................................. 104 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 105 ANEXO N°01. FICHA TÉCNICA DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS SELECCIONADOS ............................................................................................... 107 ANEXO N°02. FICHA TÉCNICA DE LOS REGULADORES SELECCIONADOS .. 107 ANEXO N°03. FICHA TÉCNICA DE LOS INVERSORES SELECCIONADOS ...... 107 ANEXO N°04. FICHA TÉCNICA DE LAS BATERIAS SELECCIONADOS ............ 107 ANEXO N°05. CATALOGO DE CABLES NYY DUPLEX ....................................... 107 ANEXO N°06. PLANO DEL EQUIPAMIENTO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO .. 107 8

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1:Componentes de la radiación solar ......................................................................... 20 Tabla 2: Operacionalización de Variables ................................................................................... 54 Tabla 3: Equipamiento del sistema fotovoltaico del Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.............................................................................................................................. 58 Tabla 4: Numero de lamparas en el Hostal Lancelot .......................................................... 64 Tabla 5: Latitud y longitud del hostal Lancelot..................................................................... 67 Tabla 6: Radiación Solar según la NASA en el Hostal Lancelot....................................... 68 Tabla 7: Radiación solar según software NASTEC ............................................................ 69 Tabla 8: Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR ....... 72 Tabla 9: Características Mecánicas Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR ..................................................................................................... 72 Tabla 10: Parámetros eléctricos para el sistema de captación 24 módulos ................... 75 Tabla 11: Especificaciones Técnicas controlador ............................................................... 79 Tabla 12: Especificaciones técnicas del inversor Victron 48/5000-230V ........................ 81 Tabla 13: Características técnicas de la batería ROLLS 12 CS 11 PS .......................... 83 Tabla 14: Caída de tensión por cada tramo del sistema fotovoltaico .............................. 87 Tabla 15: Conductores eléctricos NYY ................................................................................. 90 Tabla 16: Secciones de conductores eléctricos NYY seleccionado para cada tramo .. 91 Tabla 17: Modelos de fusibles ................................................................................................ 92 Tabla 18: Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico ................................................ 96 Tabla 19: Presupuesto del sistema fotovoltaico .................................................................. 97 Tabla 20: Tasa efectiva anual ................................................................................................ 98 Tabla 21: Depreciación anual de los equipos ...................................................................... 99 Tabla 22: Flujo de caja proyectados en un horizonte de 20 años, con cuotas del Banco de la nación (elaboración propia)......................................................................................... 101 Tabla 23: Valor actual neto del proyecto ............................................................................ 102 Tabla 24: Emisión de CO2 al medio ambiente ................................................................... 103

ÍNDICE DE FIGURAS figura 1: Ubicación del Hostal Lancelot calle Alfonso Ugarte N.º 639 distrito de Chiclayo -Chiclayo-lambayeque ............................................................................................. 13 figura 2: Vista frontal del Hostal Lancelot en Lambayeque ............................................... 14 figura 3: Espectro de radiación solar estándar a la distancia media entre el sol y la tierra............................................................................................................................................ 19 figura 4: Valores referenciales de aire-masa en función de la altura solar ..................... 20 Figura 6: Radiación solar y componentes ........................................................................... 21 figura 7: Horas Pico Solar ....................................................................................................... 22 figura 8: Fabricación de la célula y del módulo fotovoltaico .............................................. 23 9

figura 9: Funcionamiento célula de Silicio ............................................................................ 24 figura 10: Características i-V y p-v de una célula fotoeléctrica ......................................... 26 figura 11: Efecto de la temperatura ....................................................................................... 27 figura 12: Efecto de la radiación solar sobre un panel de 50 Wp ..................................... 27 figura 13: Distancia entre filas de módulos fotovoltaicos ................................................... 28 figura 14:Conexion en serie de módulos fotovoltaicos ....................................................... 30 figura 15: Conexión en paralelo de módulos fotovoltaicos ................................................ 31 figura 16: Conexión serie/paralelo de módulos fotovoltaicos ............................................ 31 figura 17: Instalación fotovoltaicas aislada de la red eléctrica .......................................... 33 figura 18: Instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica ......................................... 34 figura 19: Instalación hibrida solar eólica.............................................................................. 35 figura 20: Conexiones del regulador en una instalación fotovoltaica ............................... 37 figura 21: Curva típica de eficiencia del inversor ................................................................. 40 figura 22: Batería para sistemas fotovoltaicos ..................................................................... 42 figura 23: Estructura fija........................................................................................................... 47 Figura 24: Administrador de Hostal Lancelot ....................................................................... 56 Figura 25: Lampara de 18 W .................................................................................................. 65 figura 26: Radiación solar en el departamento de Lambayeque ...................................... 66

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INTRODUCCIÓN La electricidad es una de las formas de energía más versátiles y que mejor se adoptan a cada necesidad. Su utilización está tan extendida que difícilmente podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella. Los sistemas tradicionales de producción de electricidad tienen una problemática asociada, los expertos coinciden en afirmar que la producción, transformación y consumo de energía convencional son las principales causas de la degradación medioambiental. Este hecho ha propiciado la búsqueda de nuevas fuentes de energía, y nuevos sistemas de producción eléctrica, basados fundamentalmente, en el uso de energías renovables, las instalaciones fotovoltaicas se presentan como una alternativa real y positiva de abastecimiento de electricidad1. Este proyecto tiene la finalidad de implementar un sistema fotovoltaico que es una tecnología que contribuirá de manera significativa a la reducción de emisiones de contaminantes, y se presentan como una de las herramientas clave para el cumplimiento de las obligaciones del Convenio Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (Acuerdo de PARIS).

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Diaz Corcobado, Tomas. Instalaciones solares fotovoltaicas. Mexico, 2008.

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CAPITULO I: PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. Realidad Problemática El aumento de la población y la utilización de las nuevas tecnologías en los distintos sectores han provocado un incremento de la demanda de energía eléctrica en el país, conllevando a mayores emisiones de gases de efecto invernadero y por lo tanto un crecimiento de la huella de carbono. Esto contribuye a acelerar el cambio climático y a la vez repercute en la economía de la población. El estado peruano ha decidido impulsar decididamente el uso y aplicación de las energías renovables: biomasa, solar, geotérmica, hidráulica y mareomotriz (Según el Artículo 3° de DLEG-1002-2008) que jugarán un rol central en el futuro bienestar de nuestra sociedad. El Plan Nacional de Energías Renovables incluye aquellas estrategias, programas y proyectos a desarrollarse utilizando energías renovables, que tienden a mejorar la calidad de vida de la población y proteger el medio ambiente (Según el Artículo 11° de DLEG-1002-2008). En vista de esta situación, con la finalidad de disminuir el uso de energías convencionales y por lo tanto contribuir con la disminución de los gases de efecto invernadero se propone implementar un sistema fotovoltaico para suministrar de energía eléctrica en el Hostal Lancelot ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639-chiclayo-Chiclayo–Lambayeque.

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1.2. Formulación del Problema ¿Aprovechando la radiación solar será posible suministrar de energía eléctrica al sistema de alumbrado interior del Hostal Lancelot, en el distrito de Chiclayo? 1.3. Delimitación de la Investigación

Ubicación Política Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 (Ver figura 1 y figura 2) Departamento: Lambayeque; Provincia: Chiclayo; Distrito: Chiclayo

figura 1: Ubicación del Hostal Lancelot calle Alfonso Ugarte N.º 639 distrito de Chiclayo -Chiclayo-lambayeque2

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Google maps

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figura 1: Vista frontal del Hostal Lancelot en Lambayeque3

1.4. Justificación e Importancia de la Investigación Con la implementación de un sistema fotovoltaico se disminuirá daños al medio ambiente ya que este tipo de energía no proviene del petróleo. Promueve la utilización de las energías no convencionales. No requiere de mucho mantenimiento por lo que la integración de un sistema fotovoltaico para suministrar energía eléctrica al circuito de alumbrado en el hostal Lancelot es de gran importancia. 3

Elaboración propia

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1.5. Limitaciones de la Investigación Escasa bibliografía sobre sistemas fotovoltaicos aislados. Con respecto a los datos de radiación solar nos hemos limitado a usar la base de datos de NASA, ATLAS SOLAR del SENAMHI y NASTEC. 1.6. Objetivos 1.6.1. Objetivo General

Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico para las instalaciones eléctricas de alumbrado en el Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639, en el distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque. 1.6.2. Objetivo Específicos

a) Determinar la potencia eléctrica requerida y el número de horas de utilización para el sistema de alumbrado del Hostal Lancelot, en el distrito de Chiclayo. b) Evaluar la radiación solar promedio del lugar. c) Elaborar el diagrama unifilar del sistema solar fotovoltaico. d) Realizar el presupuesto del sistema solar fotovoltaico.

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO

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2.1. Antecedentes de Estudios Según Paulo Daniel Valdiviezo Sales en su trabajo de tesis de "Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energía eléctrica a 15 computadoras portátiles de la PCPU”. En esta tesis se plantea el uso de la energía solar, como alternativa de solución El principal objetivo de la tesis es fomentar el interés e investigación en energía renovable por parte de la comunidad con estudios superiores, mediante el diseño de un sistema fotovoltaico aislado para abastecer a 15 computadoras portátiles en la PUCP. Se definen los conceptos más relevantes, los principales fundamentos teóricos y las características de los equipos que conforman una instalación fotovoltaica aislada, utilizando bibliografía de autores con presencia en la industria fotovoltaica. Los datos de radiación solar fueron obtenidos de la Estación climatológica Hipólito Unanue en la PUCP y se estima la demanda del consumo energético, el cual tiene un valor de 158.4 Ah/día. Luego, se dimensiona la cantidad de baterías, paneles fotovoltaicos, inversores y controladores a emplear. Se obtiene el siguiente arreglo, al iterar varias veces: 12 baterías 250 Ah / 12V (3 ramales de 2 paralelo y 2 en serie). 24 paneles de 150 Wp. (3 ramales de 4 paralelo y 2 en serie) 3 controladores de 50A y 24V. 1 inversor 24V/230V – 1200w Asimismo, se estima la distancia y características de los cables de acuerdo a la ubicación y cargas, y se dimensionan elementos de protección4. 4

Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima.

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(PÉREZ GARRIDO D. 2009) En su trabajo de tesis de "Análisis de un sistema de iluminación utilizando ampolletas de bajo consumo y alimentado por paneles fotovoltaicos” En esta tesis se plantea sistemas alternativos de generación eléctrica, como lo son los sistemas fotovoltaicos, además de utilizar

la tecnología Led el

cual se está insertando lentamente en

sistemas de iluminación, dadas sus ventajas de eficiencia en la conversión y su bajo consumo de energía (3 W, 5W 8W, etc.), en el corto plazo y gracias al desarrollo tecnológico se transformarán en una alternativa muy conveniente, tanto en el aspecto técnico como económico. Al final de este trabajo se realiza el diseño de un sistema fotovoltaico para alimentar una vivienda, la cual fue iluminada con lamparas Led. (Alvarado Guanin 2015) En su trabajo de tesis de titulado “Diseño y construcción de un sistema de iluminación autosustentable fotovoltaico para una parada de buses y su valla informativa del sistema integrado de transporte de cuenca”. En este proyecto la finalidad de este era proveer de un adecuado nivel lumínico al espacio bajo la marquesina de una estación de una parada de buses del sistema integrado de transporte, se estableció que en este punto se debe tener unos mínimos de iluminancias que están entre 50 y 80 luxes, para la publicidad y plano de trabajo respectivamente, objetivo que se cumplió a cabalidad mediante la implementación de luminarias LED de alto brillo. Para la alimentación del sistema de luminarias se utilizó un sistema fotovoltaico La energía que se produce por efecto fotovoltaico tiene eficiencias que van desde 9 a 18% dependiendo de la fabricación de los cristales que lo conforman, por tal motivo la utilización de estos sistemas conlleva la agrupación de

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paneles en serie-paralelo que se ajusten a las necesidades y cumplan los requerimientos de tensión y corriente de diseño, en el presente diseño se realizó pruebas con dos tipos de generadores fotovoltaicos observándose que la generación máxima que puede darse es de aproximadamente un 60% de la potencia nominal para paneles de 50 W y 100 W, esto debido a las condiciones climáticas propias de la ciudad más específicamente de la Universidad. 2.2. Desarrollo de la temática correspondiente al tema desarrollado 2.2.1. Radiación solar El Sol es una estrella cuya superficie se encuentra a una temperatura media de 5 500°C, y debido a complejas reacciones que producen una pérdida de masa, ésta se convierte en energía. Dicha energía, liberada del Sol, se transmite al exterior mediante la denominada radiación solar. Si examinamos el espectro de la radiación solar, observamos que la mayor parte de la energía emitida por el Sol se encuentra en la parte visible de dicho espectro y ésta representa el 47% del total. (Ver figura 3) Es cierto que las radiaciones ultravioletas son muy energéticas, pero también es cierto que son poco abundantes, ya que tan sólo el 7 % del total pertenece a dicho tipo de radiación. Al contrario, ocurre con las radiaciones infrarrojas, que son muy abundantes (46% del total) pero mucho menos energéticas que las anteriores. Por esta razón, se dice comúnmente que podemos convertir la “luz” en electricidad mediante las células solares, que más adelante estudiaremos en profundidad. La radiación solar recibida fuera de la atmósfera terrestre es de 1 353 W/m2, medida sobre una superficie perpendicular a la dirección de su

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propagación. A este valor se le denomina Constante Solar y difiere sensiblemente del que recibimos en la superficie terrestre5.

figura 2: Espectro de radiación solar estándar a la distancia media entre el sol y la tierra6

2.2.1.1. Efectos de la atmosfera sobre la radiación solar Es evidente que mientras menor sea la distancia del sol, mayor será la radiación solar. Esto ocurre cuando el sol se encuentra más cerca de la Tierra, es decir, α = 90°. Ver figura 4. Es necesario definir el concepto de masa de aire (AM), es una medida de la distancia que recorre la radiación al atravesar la atmósfera (Valdiviezo Salas 2014). Se obtiene la masa de aire mediante la siguiente fórmula:

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6

(E. ALCOR s.f.) INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS. E. ALCOR. (s.f.). INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS.

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figura 3: Valores referenciales de aire-masa en función de la altura solar7

2.2.1.2. Componentes de radiación solar sobre una superficie

Se distinguen tres componentes de la radiación solar. (Ver Tabla 1 y figura 5) Tabla 1:Componentes de la radiación solar

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Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima.

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Figura 5: Radiación solar y componentes8 Fuente: (TECSUP n.d.) 2.2.1.3. Horas sol pico (H.S.P.) Para facilitar el proceso de cálculo en las instalaciones fotovoltaicas, se emplea un concepto relacionado con la radiación solar, que simplifica el cálculo de las prestaciones energéticas de este tipo de instalaciones, son las “horas sol pico” (HSP). Se denomina HSP al número de horas diarias que, con una irradiancia solar ideal de 1000 W/m² proporciona la misma irradiación solar total que la real de ese día. Es decir, si se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día y se divide entre 1000, se obtienen las HSP. Se puede deducir fácilmente que, si los valores de radiación solar disponibles están expresados en kWh/m2, coinciden numéricamente con los que resultan al expresarlos en HSP. Las horas sol pico, nos van a ayudar a conocer la energía disponible9. Este concepto se explica gráficamente en la Figura 6.

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TECSUP. (s.f.). Generación de energía fotovoltaica.pdf - TECSUP.

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figura 6: Horas Pico Solar10

2.2.2. Módulo fotovoltaico

Un módulo fotovoltaico es la conexión de varias células en paralelo y/o en serie, se conectan en serie para aumentar la corriente y en paralelo para incrementar el voltaje. Para ensamblar un panel fotovoltaico, se cuentan con plantas que deben estar certificadas con altos estándares de calidad sobre todo en soldadura. Se utilizan principalmente, metales (buenos conductores) y vidrios. En la figura 7, se muestra la composición de la célula fotovoltaica a la izquierda y el panel fotovoltaico a la derecha.

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http://calculationsolar.com/blog/?cat=3 TECSUP. (s.f.). Generación de energía fotovoltaica.pdf - TECSUP.

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figura 7: Fabricación de la célula y del módulo fotovoltaico11

2.2.2.1. Célula fotovoltaica

El componente principal de los paneles fotovoltaicos es la célula, su funcionamiento es el que hace posible la obtención de electricidad a partir de luz solar. Las células fotovoltaicas son sensibles a la luz, están hechas de un material semiconductor, silicio en la mayoría de los casos, el cual se excita ante la presencia de radiación (aumento de temperatura) y los electrones pueden fluir

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Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima

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del tipo P (positivo) al tipo N (negativo), esto ocasiona un voltaje interno, el cual ante la presencia de una resistencia se produce una corriente (ver figura 8).

figura 8: Funcionamiento célula de Silicio12

Los átomos de silicio tienen cuatro electrones en su orbital de valencia, electrones que forman una red cristalina con otros átomos de silicio, tal como muestra la figura. Los átomos comparten cada uno de sus cuatro electrones con los demás átomos que los rodean, formando poderosos enlaces que mantienen unida la estructura. Al compartir dichos electrones con sus cuatro átomos vecinos, el átomo de silicio adquiere su configuración de gas noble. 2.2.2.2. Parámetros fundamentales de una célula solar En las fichas técnicas los paneles muestran datos de eficiencia, voltaje y amperaje bajo 12

Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima

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condiciones estándares, las cuales son llamadas STC (Standard Testing Condition). Estos parámetros son los siguientes: a) Irradiación 1000 W/m2 b) Temperatura del módulo 25°C c) AM 1.5. El voltaje y la intensidad producida por los paneles fotovoltaicos depende de diversos factores, los más importantes son la irradiación y la temperatura a la cual se encuentre el módulo. 2.2.2.3. Curvas características

a) Curvas Intensidad vs Tensión y Potencia vs Tensión La figura 9 muestra puntos característicos en los catálogos de paneles, usualmente se expresa la potencia del panel en el Punto de Máxima Potencia (Valdiviezo Salas 2014) (PMP), aunque para el cálculo del cableado es recomendable utilizar el punto de corto circuito (Icc).

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figura 9: Características i-V y p-v de una célula fotoeléctrica13 . b) Efecto de la temperatura

En la figura 10 podemos notar que conforme disminuye la temperatura, aumenta la tensión de salida (también la potencia), y la corriente se mantiene casi constante. Este efecto se debe a que las propiedades del silicio varían con la temperatura.

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Agustin Castejon, German Santamaria. instalaciones solares fotovoltaicas. España, s.f.

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figura 4: Efecto de la temperatura14

c) Efecto de la radiación Es evidente que, a mayor radiación, el panel produzca una potencia mayor. Este efecto se muestra en la figura 11.

figura 5: Efecto de la radiación solar sobre un panel de 50 Wp15

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Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima

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d) Efecto sombras Las sombras pueden ser muy perjudiciales tanto para la potencia entregada como para la vida útil de los paneles fotovoltaicos. Es siempre recomendable evitar sombras en los paneles. Como recomendación, la distancia mínima que debe existir entre un muro, árbol o panel y un panel solar debe ser la siguiente: Donde: d: Distancia entre el panel fotovoltaico y cualquier objeto causante de sombra. H: Altura de objeto causante de sombra sobre el panel fotovoltaico. Lo cual garantiza que los paneles se encuentren libres de sombras durante por lo menos 8 horas diarias (figura 12), centradas al mediodía, y a lo largo de todo el año16 .

figura 6: Distancia entre filas de módulos fotovoltaicos17

2.2.2.4. Conexión de módulos fotovoltaicos

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Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima 16

Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima 17

Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima

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La intensidad y la tensión de un módulo fotovoltaico no siempre satisfacen los recursos de tensión e intensidad de un sistema. Es necesario agrupar varios módulos para conseguir valores adecuados, teniendo en cuenta que conectando módulos en serie aumenta la tensión del sistema y conectando módulos en paralelo se aumenta la intensidad de corriente del sistema más características de tensión y de corriente no siempre satisfacen18. Se pueden realizar tres tipos de conexiones en función de las necesidades que se detallan a continuación: Conexión serie para elevar la tensión del generador. Conexión paralela para elevar la intensidad de corriente del generador. Conexión serie/paralela para elevar la tensión y la intensidad de corriente del generador. A. Conexión de módulos Serie Al conectar los paneles en serie, lo que estamos haciendo es conectar un polo positivo de un módulo con el polo negativo del siguiente módulo. Con ello se consigue aumentar la tensión y mantener el mismo valor de corriente generada (ver figura 13). La tensión generada es igual a la suma de todas las tensiones por cada módulo fotovoltaico, o lo que es lo mismo al producto de la tensión de un módulo por el número de módulos fotovoltaicos (ya que se supone que tienen las mismas características). 18

(Castejon 1998)

29

figura 7:Conexion en serie de módulos fotovoltaicos19

B. Conexión de módulos en paralelo Cuando conectamos los paneles en paralelo, lo que estamos haciendo es conectar todos los polos positivos y por separado todos los polos negativos. Con ello conseguimos aumentar la corriente generada (sumar la intensidad eléctrica de los paneles) y mantener fijo el voltaje, tal como se muestra en la figura 14. La corriente generada es igual a la suma de todas las corrientes generadas por cada módulo, o lo que es lo mismo al producto de la corriente generada por un módulo por el número de módulos (ya que se supone que tienen las mismas características).

19

FOTOVOLTAICA, E. (s.f.). manual sobre tecnologias, projecto e instalacao.

30

figura 8: Conexión en paralelo de módulos fotovoltaicos20

C. Conexión de módulos en serie/paralelo La tensión del generador es la tensión del módulo multiplicado por el número de módulos en serie y la intensidad de corriente es la intensidad de corriente del módulo multiplicado por el número de módulos en paralelo21 (ver figura 15).

figura 9: Conexión serie/paralelo de módulos fotovoltaicos22

20 21

22

FOTOVOLTAICA, E. (s.f.). manual sobre tecnologias, projecto e instalacao. (Castejon 1998)

Agustin Castejon, German Santamaria. instalaciones solares fotovoltaicas. España, s.f.

TECSUP. Generación de energía fotovoltaica.pdf - TECSUP. s.f. 31

2.2.3. Sistemas fotovoltaicos

2.2.3.1. Los sistemas fotovoltaicos aislados de la red eléctrica Son utilizadas en sectores alejados, que no tienen acceso a la red eléctrica, generalmente sectores rurales, iluminación de áreas aisladas, antenas de comunicaciones, balizas o boyas de señalización, bombeo de agua, etc. Estos sistemas van acompañados de inversores de corriente, para pasar de corriente continua a corriente alterna, reguladores de voltaje y bancos de baterías que permiten almacenar la energía que no se está utilizando. (Proyecto_Simec_Chile.pdf) Esto puede ser apreciado en la Figura 16

a)

El sistema centralizado

Consiste en un único sistema que cubre las necesidades del conjunto de usuarios. De esta forma se disminuyen los costos del sistema, sin afectar la calidad del suministro. (Proyecto_Simec_Chile.pdf). b)

El sistema descentralizado Al contrario del sistema centralizado, en este caso se instala individualmente el sistema completo en la vivienda o lugar a energizar. Los costos en este tipo de instalaciones son más altos. (Ver Figura 16)

Valdiviezo Salas, Paulo Daniel. «Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP.» Lima, 2014. 32

figura 10: Instalación fotovoltaicas aislada de la red eléctrica23

2.2.3.2. Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica Este tipo de instalaciones se encuentra permanentemente conectado a la red eléctrica, de tal forma que, en periodos de irradiación solar, sea el sistema fotovoltaico quien entregue energía, mientras que, en periodos de radiación limitada o nula, sea la red eléctrica quien entregue la electricidad necesaria para satisfacer la demanda. En el caso de que la energía generada por el sistema sea superior a la demanda localmente, la red eléctrica aceptará todo excedente de energía que no sea utilizado. Los equipos que forman parte de estas instalaciones son: panel fotovoltaico, inversor de corriente para pasar de CC a CA y un Contador que permita contabilizar la energía producida por el sistema. Para poner en funcionamiento una instalación fotovoltaica de este tipo es necesario contar con un punto de acceso a la red eléctrica, que permitirá entregar la energía generada, este punto de acceso es

23

Proyecto_Simec_Chile.pdf

33

asignado por la compañía eléctrica del sector donde se realice la instalación. Si bien es cierto, estas instalaciones en estricto rigor están permanentemente conectadas a la red eléctrica, por lo cual no necesitan de sistemas de conversión y almacenamiento como en el caso de las aisladas, también sería posible utilizarlas como los sistemas aislados, esto en el caso de que sea una instalación pequeña que cubra parcialmente la demanda local y que desee cubrir la energía faltante con la red eléctrica. Para esto, además es necesario utilizar un conmutador que permita realizar el cambio entre la energía entregada por el sistema fotovoltaico a la energía de la red (Proyecto_Simec_Chile.pdf). La Figura 17, muestra un esquema de instalación conectada a la red.

figura 11: Instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica24

24

Proyecto_Simec_Chile.pdf

34

2.2.3.3. Sistemas híbridos

En este tipo de

instalaciones se combinan los sistemas

fotovoltaicos con una o más fuente de energía renovable o no renovable, como, por ejemplo: sistemas eólicos, mareomotriz, biomasa, geotermia, generadores, etc. según se muestra en la Figura 18, aumentando de esta forma la confiabilidad de la instalación, ya se evita la dependencia de la plena de un solo medio de generación, como lo es el fotovoltaico, permitiendo en cambio,

la

complementación

de

estos

sistemas.

(Proyecto_Simec_Chile.pdf)

figura 12: Instalación hibrida solar eólica25

2.2.4. Componentes de un sistema fotovoltaico

25

Proyecto_Simec_Chile.pdf

35

2.2.4.1. Regulador

Para un funcionamiento correcto de la instalación, entre los paneles (captador) y las baterías (acumulador) ha de instalarse un sistema de regulación de carga (regulador) que será siempre necesario excepto en el caso de pequeños paneles autorregulados. El regulador tiene como misión fundamental impedir que la batería continúe recibiendo energía del colector solar una vez que ha alcanzado su carga máxima, pues si esto se produce se inician en la batería procesos de gasificación (hidrólisis del agua en hidrógeno y oxígeno) o de calentamiento, que pueden llegar a ser peligrosos y, en cualquier caso, acortarían sensiblemente la vida de la misma. Otra función es evitar la sobredescarga, con el fin de evitar que se agote en exceso la carga de la batería, pues como sabemos este fenómeno puede provocar una sensible disminución de la capacidad de carga, el regulador puede incorporar una alarma luminosa o sonora, o ambas a la vez, previa a la desconexión a fin de que se proceda en consecuencia por el usuario (Sanchez Quiroga 2012). Modernos reguladores informan del estado de la carga, el nivel de tensión y van provistos de protecciones adecuadas como fusibles, diodos Zener etc. para proteger contra sobreintensidades o sobretensiones. Existen diversas tecnologías comercializadas para aplicaciones fotovoltaicas. Si nos referimos a la forma de conmutación con la batería, encontramos dos tipos de sistemas de regulación: En paralelo, donde el exceso de tensión se controla derivando la corriente a un circuito que disipa la energía sobrante. (Ver figura 19) 36

En

serie,

que

incorpora

interruptores,

electromecánicos

o

electrónicos, que desconectan el generador cuando la tensión excede de un determinado nivel de referencia (Sanchez Quiroga 2012).

figura 19: Conexiones del regulador en una instalación fotovoltaica26

Los fabricantes nos proporcionarán los valores de trabajo del regulador sobre una hoja de características. En estas hojas aparecerán: i. Características físicas del regulador: peso, dimensiones, material empleado en su construcción, etc. ii. Características eléctricas. iii. Normas de seguridad que cumple. También hay que considerar otro tipo de aspectos, como pueden ser medidas de seguridad, etc. El regulador debe proteger tanto la instalación como a las personas que lo manejen, por lo que deberá 26

Sanchez Quiroga, D. (2012). Sistema de energia solar fotovoltaica aislada para vivienda unifamiliar aislada.

37

llevar sistemas que proporcionen las medidas de seguridad adecuadas para cada uno de los casos. Los fabricantes nos proporcionan también este tipo de información. En los catálogos se nos indica el tipo de regulación que lleva (si es serie o paralelo), el tipo de batería que podemos conectar a la salida del equipo, así como todas las alarmas que proporciona ante un mal funcionamiento, y las protecciones que lleva. Como en todos los equipos, se hace mención de la temperatura a la que va a trabajar el aparato y la posible influencia que pueda tener esta sobre el correcto funcionamiento del mismo (no es igual realizar una instalación en una zona de frío extremo que en una zona cálida). La principal consideración en la ubicación del Regulador, es la longitud del cableado y del circuito Regulador-Batería (por ser el más exigente en cuanto a caída de la tensión máxima admisible). Así pues, el Regulador debe situarse lo más cerca posible de la Batería. Existen Reguladores aptos para su ubicación tanto en el interior como a la intemperie. En cualquier caso, se puede alojar al regulador dentro de un armario especial para el uso en intemperie. (componentes de una instalación solar fotovoltaica.pdf). 2.2.4.2. Inversor

Los inversores transforman la corriente continua en corriente alterna. Se basan en dispositivos electrónicos que permiten interrumpir y conmutar su polaridad. 38

Para las aplicaciones de una instalación aislada, deben ser auto conmutados, es decir, no utilizan energía de una fuente exterior. Debido a que se alimentarán cargas del tipo electrónico, es recomendable utilizar un inversor que genere una onda senoidal pura, es decir, muy similar a la de la red eléctrica. (Valdiviezo Salas 2014). De acuerdo al Reglamento técnico “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp”, se deben cumplir las siguientes condiciones: La distorsión harmónica total en tensión del inversor debe ser inferior a 5 % en relación a la tensión fundamental RMS. La frecuencia nominal se debe mantener entre ± 5 % del valor nominal. La caja del inversor debe cumplir con un índice de protección de IP 54. Deben arrancar y operar todas las cargas especificadas en la instalación y entregar la potencia nominal de forma continua. El autoconsumo del inversor sin carga conectada no deberá ser mayor al 2% de la potencia nominal de salida; mientras que las pérdidas diarias por el inversor no deberán exceder el 5% del consumo total diario. El inversor se debe proteger antes las siguientes circunstancias: Tensión de entrada fuera del rango de operación. Desconexión de las baterías. Cortocircuito en la salida de corriente alterna. Sobrecargas que excedan la duración y límites permitidos.

39

La superficie del inversor debe ser de material inoxidable o, en su defecto, arenado y pintados al horno, con doble base anticorrosiva (epóxica) o similar. (Ver figura 20)

figura 13: Curva típica de eficiencia del inversor27

2.2.4.3. Batería de acumuladores

Debido a que la radiación solar es un recurso variable, en parte previsible (ciclo día-noche), en parte imprevisible (nubes, tormentas); se necesitan equipos apropiados para almacenar la energía eléctrica cuando existe radiación y para utilizarla cuando se necesite. El almacenamiento de la energía eléctrica producida por los módulos fotovoltaicos se hace a través de las baterías (ver figura 21). Estas baterías son construidas especialmente para sistemas fotovoltaicos. Las baterías fotovoltaicas son un componente muy importante de

27

Valdiviezo Salas, P. D. (2014). Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP. Lima

40

todo el sistema pues realizan tres funciones esenciales para el buen funcionamiento de la instalación: Almacenan energía eléctrica en periodos de abundante radiación solar y/o bajo consumo de energía eléctrica. Durante el día los módulos solares producen más energía de la que realmente se consume en ese momento. Esta energía que no se utiliza es almacenada en la batería (http://www.bunca.org/publicaciones/FOTOVOLT.pdf.) Proveen la energía eléctrica necesaria en periodos de baja o nula radiación solar. Normalmente en aplicaciones de electrificación rural, la energía eléctrica se utiliza intensamente durante la noche para hacer funcionar tanto lámparas o bombillas, así como un televisor o radio, precisamente cuando la radiación solar es nula. Estos aparatos pueden funcionar correctamente gracias a la energía eléctrica que la batería ha almacenado durante el día. Proveen un suministro de energía eléctrica estable y adecuado para la utilización de aparatos eléctricos. La batería provee energía eléctrica a un voltaje relativamente constante y permite, además, operar aparatos eléctricos que requieran de una corriente mayor que la que pueden producir los paneles (aún en los momentos de mayor radiación solar). Por ejemplo, durante el encendido de un televisor o durante el arranque de una bomba o motor eléctrico (http://www.bunca.org/publicaciones/FOTOVOLT.pdf).

41

figura 14: Batería para sistemas fotovoltaicos28

Características de las baterías: La Figura 21 muestra una batería típica para aplicaciones fotovoltaicas. En su apariencia externa este tipo de baterías no difiere mucho de las utilizadas en automóviles. Sin

embargo,

internamente

las

baterías

para

aplicaciones

fotovoltaicas están construidas especialmente para trabajar con ciclos de carga/descarga lentos. Las baterías para sistemas fotovoltaicos generalmente son de ciclo profundo, lo cual significa que pueden descargar una cantidad significativa de la energía cargada antes de que requieran recargarse. En comparación, las baterías de automóviles están construidas especialmente para soportar descargas breves pero superficiales durante el momento de arranque; en cambio, las baterías fotovoltaicas están construidas especialmente para proveer durante muchas horas corrientes eléctricas moderadas. Así, mientras una batería de automóvil puede abastecer sin ningún problema 100 amperios durante 2 segundos, una batería fotovoltaica de ciclo profundo puede abastecer 2 amperios durante 100 horas.

28

: http://www.bun-ca.org/publicaciones/FOTOVOLT.pdf 42

Aunque el costo inicial es más bajo, no es recomendable utilizar baterías de automóviles en sistemas fotovoltaicos dado que no han sido construidas para estos fines. Las consecuencias más graves del empleo de batería de automóviles son: a) La vida útil de este tipo de baterías se acorta considerablemente, b) los procesos de carga/descarga se hacen ineficientemente. Así, el ahorro en costos que puede tener comprar baterías de automóviles (en lugar de baterías fotovoltaicas) se pierde ante la necesidad de reemplazarlas frecuentemente. Aunque el costo inicial es más bajo, no es recomendable utilizar baterías de automóviles en sistemas fotovoltaicos dado que no han sido construidas para estos fines. Las consecuencias más graves del empleo de batería de automóviles son: La capacidad de la batería se mide en “amperio-hora (Ah)”, una medida comparativa de la capacidad de una batería para producir corriente. Dado que la cantidad de energía que una batería puede entregar depende de la razón de descarga de la misma, los Ah deben ser especificados para una tasa de descarga en particular. La capacidad de las baterías fotovoltaicas en Ah se especifica frecuentemente a una tasa de descarga de 100 horas (C-100). La capacidad de la batería para un sistema fotovoltaico determinado se establece dependiendo de cuanta energía se consume diariamente, de la cantidad de días nublados que hay en la zona y de las características propias de la batería por utilizar. Además, se recomienda usar, cuando sea posible, una sola batería con la 43

capacidad necesaria. El arreglo de dos o más baterías en paralelo presenta

dificultades

de

desbalance

en

los

procesos

de

carga/descarga. Estos problemas ocasionan algunas veces la inversión de polaridad de las placas y, por consiguiente, la pérdida de capacidad de todo el conjunto de baterías. También se recomienda colocarlas en una habitación bien ventilada y aislada de la humedad del suelo. Durante el proceso de carga se produce gas hidrógeno en concentraciones no tóxicas, siempre y cuando el local disponga de orificios de ventilación ubicados en la parte superior de la habitación. Después que las baterías hayan alcanzado su vida útil, deberán ser retiradas y llevadas a centros de reciclaje autorizados (en el caso de algunos proveedores con la venta de la batería se responsabilizan también del retiro y reciclaje). Por ningún motivo deben desecharse en campos abiertos o basureros, pues el derrame de la solución de ácido sulfúrico que contienen ocasiona graves daños al suelo, personas y animales. Finalmente, es importante mantener alejados a los niños de las baterías para evitar cortocircuitos o quemaduras de ácido accidentales. Al igual de lo que sucede con los módulos fotovoltaicos, se recomienda la ayuda de un conocedor del tema para que sugiera el tipo de batería que más conviene a una instalación fotovoltaica particular. En términos generales, se debe adquirir baterías fotovoltaicas de calidad, que cumplan al menos las especificaciones mínimas. Mantenimiento y vida útil: Diferentes tipos y modelos de baterías requieren diferentes medidas de mantenimiento. Algunas requieren la adición de agua destilada o electrolito, mientras que otras, llamadas „baterías libres 44

de mantenimiento‟, no lo necesitan. Generalmente, la vida útil de una batería de ciclo profundo es entre 3 y 5 años, pero esto depende en buena medida del mantenimiento y de los ciclos de carga/descarga a los que fue sometida. La vida útil de una batería llega a su fin cuando esta "muere súbitamente" debido a un cortocircuito entre placas o bien cuando ésta pierde su capacidad de almacenar energía debido a la pérdida de material activo de las placas. Las baterías para aplicaciones fotovoltaicas son elementos bastante sensibles a la forma como se realizan los procesos de carga y descarga. Si se carga una batería más de lo necesario, o si se descarga más de lo debido, ésta se daña. Normalmente, procesos excesivos de carga o descarga tienen como consecuencia que la vida útil de la batería se acorte considerablemente. Debido a que el buen estado de la batería es fundamental para el funcionamiento correcto de todo el sistema y a que el costo de la batería puede representar hasta un 15-30 % del costo total, es necesario disponer de un elemento adicional que proteja la batería de procesos inadecuados de carga y descarga, conocido como regulador o controlador

de

carga

(http://www.bun-

ca.org/publicaciones/FOTOVOLT.pdf).

2.2.4.4. Cables

Los cables para la instalación deben contar con el aislamiento adecuado, la selección de los mismos depende de la aplicación y del 45

tipo de canales utilizados. Para realizar los cálculos se seguirán las indicaciones de la Norma Técnica Peruana (NTP) y del Código Nacional de Electricidad (CNE). Las secciones de los conductores deben ser tales que las caídas de tensión en ellos sean inferiores al 3 % entre el generador fotovoltaico y el regulador de carga, inferiores al 1 % entre la batería y el regulador de carga, e inferiores al 5 % entre el regulador de carga y las cargas. Todos estos valores corresponden a la condición de máxima corriente. Los cables expuestos a la intemperie deberán cumplir la norma internacional IEC 60811: “Métodos de ensayo comunes para materiales de aislamiento y cubierta de cables eléctricos” (Valdiviezo Salas 2014). 2.2.4.5. Elementos de protección

Además de los sistemas de protección inherentes a la unidad de control, se puede contar con sistemas de protección externos, los cuales pueden ser desconectadores térmicos (fusibles o relés), protección contra altas tensiones tanto para corriente alterna como para corriente continua y diodos. Los fusibles deben elegirse de modo tal que la máxima corriente de operación esté en el rango del 50 al 80 % de la capacidad nominal del fusible (I. nom). (Valdiviezo Salas 2014).

46

2.2.4.6. Estructuras de soporte fijo Son muy utilizadas en el ámbito de los módulos fotovoltaicos planos. Dotan a los paneles de ángulos fijos, determinados por la latitud del lugar, que maximizan la eficiencia de la instalación. (ver figura 22). Existen modelos para tejado, pared, suelo, poste e inclusive con integración arquitectónica, presentando las siguientes ventajas: a)

Su coste es menor.

b)

La periodicidad del mantenimiento y el coste del mismo, también.

c)

Se trata de elementos de gran fiabilidad.

d)

No consumen energía.

Fuente: http://www.solarmat.es/blog/soportes-para-placas-solares-el-

patito-feo-de-las-instalaciones/ figura 15: Estructura fija29

29

http://www.solarmat.es/blog/soportes-para-placas-solares-el-patito-feo-de-las-instalaciones/

47

2.2.5. Marco legal. A continuación, se enumeran todas las leyes, reglamentos y normas existentes: 1. N.T.E. EM. 080 instalaciones con energía solar (Norma técnica de edificación EM 080 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 fototérmicos (para el calentamiento del agua). 2. Resolución ministerial R.M. N° 037-2006-MEN/DM (Código nacional de electricidad – utilización: sección 350) Nos hace referencia a los sistemas solares fotovoltaicos. 3. Norma Técnica Peruana NTP 399.403 2007: Sistemas fotovoltaicos hasta 2000Wp. Reglamento técnico 4. R.M. N° 139 – 2006 – EM / DGE (p. 17/Enero/2006) Código Nacional de Electricidad de Sistema de utilización TOMO V 5. Ley N°28611 – Ley General del medio ambiente en el Perú

2.3. Definición conceptual de la terminología empleada.

Célula solar o fotovoltaica Dispositivo

semiconductor

que

convierte

energía

luminosa

en

electricidad DC. Modulo o panel fotovoltaico Serán los encargados de la generación eléctrica. Pueden ser de varios tipos, entre ellos, los más utilizados para este tipo de instalación son los paneles con tecnología mono cristalino y poli- cristalina. 48

Instalación fotovoltaica Aquella que se disponen de módulos fotovoltaicos para la conversión directa de la radiación solar en energía eléctrica sin ningún paso intermedio. Radiación solar Energía procedente del sol en forma de ondas electromagnéticas. Irradiancia Es la magnitud que describe la radiación o intensidad de iluminación solar que llega hasta nosotros medida como una potencia instantánea por unidad de superficie, W/m2 o unidades equivalentes.

Irradiación Es la cantidad de irradiancia recibida en un lapso de tiempo determinado, es decir, la potencia recibida por unidad de tiempo y por unidad de superficie. Se suele medir en Wh/m2 o, en caso de un día, en Wh/m2/día o unidades equivalentes. Acumulador: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el sistema de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las horas del día que no luzca el sol. Las más recomendadas para este tipo de instalaciones son las estacionarias de plomo ácido, con vasos de 2V cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12, 24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso Amperio-hora: Unidad usada para especificar la capacidad de una batería. Inversor 49

Equipo que transforme la corriente continua procedente del regulador en corriente alterna para alimentar las cargas Caja de conexión: Caja a donde se llevan los cables para realizar las conexiones. Regulador: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la descarga y evitar cargas o descargas excesivas Carga: Régimen al que se realiza el trabajo eléctrico, en términos generales dentro del cálculo de la energía eléctrica. Está definida como la potencia activa nominal consumida o absorbida por una red, una maquina o un dispositivo eléctrico. Condiciones de prueba estándar: Condiciones en las cuales se prueban los módulos fotovoltaicos en laboratorio (1 kWh/m 2 de radiación solar, 25°C de temperatura de la celda solar y espectro solar correspondiente a una masa de aire de 1,5). Conexión en paralelo: Método de conexión en el cual todos los bornes positivos y negativos se juntan. Si los módulos son todos iguales, la corriente se suma y la tensión permanece igual. Conexión en serie: Método de conexión en el cual el borne positivo de un módulo se conecta al borne negativo del siguiente y así sucesivamente. Si los módulos son todos iguales, el voltaje se suma y la corriente permanece igual. Conductor eléctrico: Elemento del circuito cuya finalidad es la de trasmitir energía eléctrica desde la fuente hasta la carga. Consumo eléctrico: Número de Watts hora (Wh) o Kilowatts hora (kWh) utilizados para que funcione un aparato eléctrico durante un

50

tiempo. Depende de la potencia del aparato y del tiempo que esté funcionando. Corriente de corto circuito: Corriente que se mide en condiciones de corto circuito en los terminales de un módulo. Corriente de máxima potencia: Corriente correspondiente al punto de máxima potencia. Curva

I-V:

Característica

Intensidad

vs.

Voltaje

tomada

bajo

condiciones determinadas de radiación. Es la información esencial para caracterizar a los módulos fotovoltaicos. Instalación eléctrica: Conjunto de elementos y dispositivos, conectados en forma ordenada paras cumplir una determinada función eléctrica Interruptor: Son dispositivos eléctricos, que cierra, abre o cambia conexiones en un circuito eléctrico bajo condiciones de carga nominal. Masa de aire: Medida de la distancia que atraviesa la luz en la atmósfera en su trayectoria hacia la superficie terrestre. Voltaje de circuito abierto: Voltaje que se mide en los terminales sin carga de un sistema fotovoltaico. Voltaje de máxima potencia: Voltaje correspondiente al punto de máxima potencia. Watt pico: Unidad de medida de un módulo solar fotovoltaico, que significa la cantidad de potencia máxima que puede generar el módulo a condiciones estándar de funcionamiento (1000 W/m2, 25°C y 1,5 de masa de aire).

51

CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO 3.1. Tipo y diseño de investigación

Los criterios de investigación que nos permitió desarrollar y concluir se detallan a continuación. a) Investigación Aplicada: Porque se hará uso de los conocimientos y bases teóricas de la ingeniería para dar solución al diseño del sistema fotovoltaico.

b) Investigación Descriptiva: Porque se describe las características de los equipos seleccionados y las variables en estudio (radiación solar y energía fotovoltaica) a través tal y como se presentan en la realidad.

c) Investigación Explicativa: Porque nos permitió analizar e interpretar su comportamiento para la solución del problema.

3.2. Población y muestra

En el desarrollo de la tesis, en el proceso de investigación se identificó la muestra igual a la población, el cual es el Sistema eléctrico de alumbrado

52

Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque. 3.3. Hipótesis Si se aprovecha la radiación solar entonces con el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico se podrá suministrar de energía eléctrica a las instalaciones de alumbrado en el Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639, en el distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.

TIPO

DEFINICIÓ

TÉCNICA

INSTRUMENTO

INDICADORES

N

1. Fichaje Diseño de sistema

2. Entrevista

solar fotovoltaic DEPENDIENTE

o

3. Observación

1.1. Resumen 2. 2.1. Cuestionario 3. 3.1. Lista de Chequeo

 Calculo de la energía diaria promedio en circuito de alumbrado.  Determinación de la radiación solar promedio  Selección del tipo y numero de módulos  Dimensionamien to del banco de baterías  Dimensionamien to del regulador de voltaje.  Dimensionamien to del inversor.  Dimensionamien to de los conductores eléctricos y elementos de protección. 53

INDEPENDIENTE

4. Fichaje Radiación solar

5. Observación

5.1 Lista de

 Determinación de la radiación solar promedio  Angulo de inclinación

Chequeo

6 LOCALIZACIÓN

4.1 Resumen

Observación

Hostal Lancelot

6.1 Fotografías 6.2 Mapas 6.3 Planos

3.4. Operacionalización de variables Tabla 2: Operacionalización de Variables

Fuente: elaboración propia 3.5. Métodos y Técnicas de investigación

Método deductivo. Las técnicas principales empleadas son las siguientes: A partir de las visitas técnicas al Hostal Lancelot se obtienen los datos de las cargas y además posible ubicación del sistema fotovoltaico. a) La Entrevista Lo utilizaremos para recopilar información de los equipos de alumbrado y a potencia con los que cuentan el Hostal Lancelot. b) El Fichaje Este instrumento de medición se utilizará para registrar los datos que se van obteniendo en los instrumentos llamados fichas. 3.6. Descripción de los instrumentos utilizados

54

Los instrumentos utilizados en el presente trabajo de investigación; son distintos para cada una de las variables como las etapas del trabajo efectuado. 1)

Resumen

Este instrumento se utilizará para rescatar ideas principales de normas emitidas por el Ministerio de Energía y Minas del Perú y de otros países que nos ayudaran a tomar como base para nuestro trabajo de investigación.

2)

Lista de chequeo

Este instrumento se utilizó para rescatar la información científica, leyes y normas emitidas por el Ministerio de Energía y Minas del Perú y de otros países con lo que elaboramos nuestro marco conceptual y metodológico. 3)

Fotografías

Con la finalidad de fotografiar las cargas en el Hostal y evidenciar nuestra presencia. (Ver Figura 24)

55

Figura 16: Administrador de Hostal Lancelot30

4)

Mapas

Nos facilitara la ubicación geográfica del hostal el cual es el objeto de estudio para el trabajo de investigación.

5)

Planos

Nos permite tener un enfoque general acerca de la distribución y ubicación de las lámparas y otras cargas conectadas. 3.7. Análisis Estadístico e interpretación de los datos Medidas de tendencia central a) Media (Promedio)

30

: Elaboración propia 56

La

media

de

un

conjunto

de

números,

algunas

ocasiones

simplemente llamada el promedio, es la suma de los datos dividida entre el número total de datos.: n

X 

x i 1

i

n

Medidas de dispersión a)

Rango

Mide la amplitud de los valores de los datos y se calcula por la diferencia entre el valor más elevado y el valor más bajo.

CAPITULO IV: PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN 4.1. Propuesta de la investigación

Con el objetivo de suministrar energía eléctrica a las instalaciones de alumbrado del Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque; se propone el diseño de un sistema fotovoltaico. Para lo cual se propone o siguiente:

4.1.1. Equipamiento del sistema fotovoltaico

En el ANEXO 6 y tabla 2 muestra el equipamiento y configuración, así como el número de paneles solares utilizados, reguladores, baterías, inversores. (Ver figura 37)

57

Tabla 3: Equipamiento del sistema fotovoltaico del Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque. Equipamiento

Cantidad

Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR.

24

Baterías de la marca ROLLS modelo 11 CS 11PS; 12 ramas de 4 baterías.

24

Controlador de carga BLUE SOLAR MPPT 150/70 - 4000 W

2

Inversor Victron 48/5000-230V 1 Fuente: elaboración propia 4.1.2. Ubicación del sistema fotovoltaico

El sistema fotovoltaico estará ubicado en la azotea del Hostal Lancelot, ubicado en la calle Alfonso Ugarte N.º 639 en distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque.

4.1.3. Programa de mantenimiento preventivo para el sistema fotovoltaico

Las instalaciones solares fotovoltaicas, en su conjunto, requiere un mantenimiento. Sin embargo, una instalación que no tenga el mantenimiento adecuado fácilmente tendrá problemas en un plazo más o menos corto. 58

Hay tareas de mantenimiento que de no llevarse a cabo conducirán simplemente a una reducción del rendimiento de la instalación, pero las omisiones de otras podrían provocar el deterioro de algunos de los elementos o el acortamiento de su vida útil. 4.1.3.1. Mantenimiento del panel fotovoltaico El mantenimiento básico del panel solar fotovoltaico comprende las acciones siguientes: Limpiar sistemáticamente la cubierta frontal de vidrio del panel solar fotovoltaico (se recomienda que el tiempo entre una limpieza y otra se realice teniendo en cuenta el nivel de suciedad ambiental. La limpieza debe efectuarse con agua y un paño suave; de ser necesario, emplear detergente. Verificar que no haya terminales flojos ni rotos, que las conexiones estén bien apretadas y que los conductores se hallen en buenas condiciones. Verifique que la estructura de soporte esté en buenas condiciones. En caso de que esta no se encuentre protegida contra la intemperie (es decir, que no sea de aluminio, acero inoxidable o galvanizado), dar tratamiento con pintura anti óxido. Nunca tratar de limpiar suciedades en la cubierta frontal del panel solar fotovoltaico con objetos cortantes o punzantes que puedan dañarlo.

4.1.3.2. Mantenimiento de la batería de acumulación. La batería de acumulación es el elemento de los sistemas solares fotovoltaicos de pequeña potencia que representa mayor peligro para 59

cualquier persona necesitada de manipularla (aunque sea para un mantenimiento básico), tanto por sus características eléctricas como por las químicas. Por tanto, antes de brindar las reglas de mantenimiento básico se exponen los riesgos fundamentales que pueden ocurrir, así como algunas recomendaciones y consideraciones que deben tenerse en cuenta para evitar accidentes. Riesgos del electrólito El electrólito utilizado en las baterías de acumulación de plomo-ácido (comúnmente usadas en estos sistemas) es ácido diluido, el cual puede causar irritación e incluso quemaduras al contacto con la piel y los ojos. El contacto accidental de los bornes con una herramienta metálica puede provocar una chispa que haría explotar el hidrógeno

que

desprenden las baterías durante el proceso de carga.

Riesgos eléctricos La batería de acumulación puede presentar riesgos de cortocircuitos. Se recomienda al manipularlas observar las siguientes reglas: Quítese relojes, anillos, cadenas u otros objetos metálicos de adorno personal que pudieran entrar en contacto accidentalmente con los bornes de la batería de acumulación. Siempre que las necesite, use herramientas con mangos aislados eléctricamente. 60

Riesgos de incendio Las baterías de acumulación presentan riesgos de explosión y por consiguiente de incendio, debido a que generan gas hidrógeno. Se recomienda lo siguiente: Proporcione una buena ventilación en el lugar de ubicación de la batería de acumulación para evitar acumulación de gases explosivos. No fume en el área donde está ubicada la batería de acumulación ni prenda chispas para observar el nivel del electrólito. Mantenga el área de la batería de acumulación fuera del alcance de llamas, chispas y cualquier otra fuente que pueda provocar incendio. No provoque chispas poniendo en cortocircuito la batería para comprobar su estado de carga, pues también puede provocar explosión. Mantenimiento básico El mantenimiento básico de la batería de acumulación comprende las siguientes acciones: Verifique que el local de ubicación de las baterías de acumulación esté bien ventilado y que las baterías se encuentren protegidas de los rayos solares. Mantenga el nivel de electrólito en los límites adecuados (adicione solamente agua destilada cuando sea necesario para reponer las pérdidas ocasionadas durante el gaseo). Se recomienda, en la práctica, 61

que siempre el electrólito cubra totalmente las placas, entre 10 y 12 mm por encima del borde superior. En caso de que la caja exterior de la batería de acumulación sea transparente y posea límites de nivel del electrólito, este se situará entre los límites máximo y mínimo marcados por el fabricante. Limpie la cubierta superior de la batería y proteja los bornes de conexión con grasa antioxidante para evitar la sulfatación. Verifique que los bornes de conexión estén bien apretados. Verifique que el uso de las baterías sea el adecuado y que su estructura de soporte esté segura y en buen estado.

4.1.3.3. Mantenimiento del controlador de carga.

Mantenga el controlador de carga colocado en posición correcta, lugar limpio, seco y protegido de los rayos solares. Verifique que las conexiones estén correctas y bien apretadas.

4.1.3.4. Mantenimiento del inversor o convertidor CD/CA

Verifique que el área de ubicación del inversor se mantenga limpia, seca y bien ventilada. Verifique que el inversor esté protegido de los rayos solares.

62

Compruebe que el inversor funciona adecuadamente y que no se producen ruidos extraños dentro de él.

CAPITULO V: ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

5.1. Calculo del consumo de energía eléctrica diaria del sistema de iluminación de Hostal Lancelot

63

Para diseñar el sistema fotovoltaico necesitamos calcular la energía promedio consumida por el sistema de iluminación (Ver figura 25). Con el plano de instalaciones eléctricas facilitado por el administrados del Hostal Lancelot y las visitas acampo se determinó el número de lamparas en el edificio, tal como se muestras en la siguiente tabla: Tabla 4: Numero de lamparas en el Hostal Lancelot primer piso segundo piso tercer piso cuarto piso quinto piso azotea TOTAL

# lamparas 38 28 27 28 15 2 138

Fuente: elaboración propia Además, la potencia de las lamparas que se utilizan son de 18 w El número promedio de horas de utilización: 7

 E=7x18x138/1000 = 17,39 kWh/día

64

Figura 17: Lampara de 18 W31

5.2. Evaluación de la Radiación Solar

Para obtener el valor de la radiación solar promedio hemos considerado diferentes fuentes los cuales se detallan a continuación. 5.2.1. Radiación solar de Lambayeque usando el atlas solar

Del atlas de radiación solar (SENAMHI 2003), que se muestra en la figura 26, se puede observar que el valor minino de radiación solar promedio oscila entre 4,0 kWh/m2/día a 5 kWh/m2/día, con un promedio de 4,5 kWh/m2/día

31

Elaboración Propia

65

figura 18: Radiación solar en el departamento de Lambayeque32

32

SENAMHI. (2003). Atlas de energia solar del Peru.

66

5.2.2. Radiación solar de la ubicación del hostal Lancelot consultando página de la NASA a) Ubicación geográfica de Lambayeque en términos de altitud y longitud A partir de la dirección del hostal Lancelot Alfonso Ugarte N°. 639, procedemos a determinar la ubicación geográfica en términos de latitud y longitud, lo podemos consultar en internet tal como se muestra en la siguiente Tabla 4: Tabla 5: Latitud y longitud del hostal Lancelot. .

fuente:

http://www.distanciasentre.com/pe/chiclayo-latitud-longitud-

chiclayo-latitud-chiclayo-longitud/LatitudLongitudHistoria/1270.aspx b)

A partir de los datos de latitud y longitud podemos conocer la

información de la radicación solar consultando la página web de la NASA (https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi ) , obteniendo un valor mínimo de 4,47 kWh/m2/día. (Ver figura 28)

67

Tabla 6: Radiación Solar según la NASA en el Hostal Lancelot

68

Fuente: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/grid.cgi

La radiación solar más desfavorable es en el mes de junio con un valor de 4,47 kWh/m2/día, que es el menor de los resultados obtenidos.

5.2.3. Radiación solar de la ubicación del hostal Lancelot del software NASTEC

De Los datos de radiación solar del software NASTEC, que se muestra en la Tabla, se puede observar que el valor minino de radiación solar

Tabla 7: Radiación solar según software NASTEC

es 4,65 kWh/m2/día

Fuente: Software NASTEC

69

5.3. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico 5.3.1. Cálculo de la energía y potencia eléctrica de diseño Del ítem 5.1 tenemos que el consumo de energía eléctrica promedio en el sistema de iluminación del Hostal Lancelot=17,39 kWh/día Del

ítem

5.2

tenemos

que

irradiación

promedio

anual

que

consideraremos para el cálculo es de 4,47 kWh/m2/día entonces H.S.P.=4,47 h, entonces la potencia de la carga es: P=E/4,47=3,89 kW Ahora para determinar la energía de entrada para el sistema fotovoltaico, hay que considerar las pérdidas ocasionadas en el inversor, regulador, batería de acumuladores, perdidas de potencia por efecto joule en los conductores, no trabajar en el punto de máxima potencia de los módulos fotovoltaicos, etc. Para facilitar el cálculo de la potencia del generador estas pérdidas se agrupan en un coeficiente que recoge el rendimiento energético de la instalación; para el caso de sistemas con regulador, inversor, batería de acumuladores se considera: 0,6 (Agustin Castejon s.f.)

E /(

)

17,39 / (0,60) kWh/día kWh/día kW

70

5.3.2. Elección del tipo y número de módulos fotovoltaicos 5.3.2.1. Características del módulo fotovoltaico seleccionado Consideraremos trabajar con Módulos Fotovoltaicos de 320 Wp Policristalino por ser un módulo más comercial, con fácil configuración y reemplazo. Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR, las características principales según se muestra en la figura 29, figura 30 y figura 31.

71

Tabla 8: Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO S O L A R F u e n t e : C a t a l ogo JINKO SOLAR ANEXO 01

Tabla 9: Características Mecánicas Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR

Fuente: Catalogo JINKO SOLAR ANEXO 01

72

figura 27: Geometría del Panel Solar Policristalino 72 Celdas 320Wp JKM320PP JINKO SOLAR33

5.3.2.2. Cálculo del número mínimo de módulos necesarios La potencia nominal del generador fotovoltaico debe cumplir

Nmf Ppico 

Eelec Hs

Donde: = Número mínimo de módulos fotovoltaicos necesarios. = Consumo de energía eléctrica total media diaria (Wh/día). = Horas solar pico de la zona.

33

Catalogo JINKO SOLAR ANEXO 01

73

= Potencia nominal o pico del módulo fotovoltaico (320 Wp). = Se considerarán 24 módulos fotovoltaicos. A) Cálculo del número de módulos conectados en serie / Donde: = Número de módulos fotovoltaico

que

deben

conectarse en serie = Tensión de trabajo del sistema fotovoltaico (48 V). = Tensión nominal de un módulo fotovoltaico (24 V). / 24

B) Cálculo del número de ramas conectadas en paralelo / Donde: = Número de ramas conectadas en paralelo. = Número de módulos fotovoltaicos. = Número de módulos fotovoltaicos conectados en serie. /2 74

C) Cálculo del número total de módulos x X

D)

Parámetros eléctricos totales del sistema fotovoltaico

Tabla 10: Parámetros eléctricos para el sistema de captación 24 módulos Potencia pico total (kWp)

Potencia Pico por paneles

7.68

x Total de paneles Corriente total de máxima potencia(A)

Corriente de máxima potencia. 102,72 Por panel x Total de paneles paralelo

Corriente total de cortocircuito(A) Tensión nominal total de

Corriente

de

cortocircuito

por 108,60

panel x Total de paneles paralelo Tensión de trabajo

48

salida del sistema (V) tensión de máxima potencia Tensión de máxima potencia por 74,80 total del sistema (V) Tensión total en circuito abierto del sistema (V)

Panel x Total de paneles serie Tensión de circuito abierto Panel 92,80 x Total de paneles serie

Fuente: elaboración propia E)

Angulo óptimo de inclinación:

La orientación óptima será un valor constante, con una inclinación (β) que va a depender de la latitud ( ) del lugar y un acimut (α) que depende del hemisferio en el que está situado el generador. 75

Si pretendemos maximizar la captación de energía solar, la superficie se debe orientar hacia el Sur si está situada en el hemisferio norte o hacia el Norte si es está en el hemisferio sur. Para determinar la inclinación óptima de una superficie fija se usa una fórmula basada en análisis estadísticos de radiación solar anual sobre superficies con diferentes inclinaciones situadas en lugares de diferentes latitudes, que proporciona la inclinación óptima en función de la latitud del lugar: | |) :

Angulo de inclinación optimo | |

Latitud del lugar sin signo

La fórmula es válida para aplicaciones de utilización anual que busquen la máxima captación de energía solar a lo largo del año. Por lo tanto, tomando en cuenta el método de inclinación óptima anual, se ingresan los datos en la fórmula; sabiendo que la latitud es de 6,7723°. |

|

luego el ángulo óptimo es de 8,37° y es la inclinación que deben tener los paneles solares para recolectar la mayor cantidad de energía solar durante el día. Según el reglamento técnico RD 003-2007-EM/DGE. Debe tener un ángulo de inclinación no menor de 10°.Para nuestro proyecto consideraremos una elevación de 15° para las estructuras de los 76

paneles solares, con el fin de evitar la polución, agua en épocas de lluvias y facilitar su mantenimiento. 5.3.2.3. Dimensionamiento del Regulador Necesario A) Características del Regulador seleccionado las características del regulador seleccionado se muestran en la figura 32 y figura 33. B) Cálculo de la corriente máxima que debe soportar el regulador = 1,2 x

x

Donde: = Corriente máxima que debe soportar el regulador (A). = Corriente de cortocircuito del panel fotovoltaico (A). = Número de ramas conectadas en paralelo. 1,2 = Es un factor de sobredimensionamiento más comúnmente utilizado; correspondiente al 20%. = 1,2 x

x

= 130,32 A C) Cálculo del voltaje máximo que debe soportar el regulador = 1,2 x

x

Donde: = Voltaje máx. Que debe soportar el regulador (V). = Voltaje de circuito abierto (V). = Número de módulos conectados en serie. 77

= 1,2 x

x

= 111,36 V

Figura 28: Controlador BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr34

34

Controlador BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr (anexo 02)

78

Tabla 11: Especificaciones Técnicas controlador

Fuente: Catalogo controlador BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr Anexo 02 D) Cálculo del número de reguladores =

/

Donde: = Número de reguladores = Corriente máxima que debe soportar el regulador (A). = Corriente de cada regulador (A). = 130,32 / = 1,86 En tanto se consideran 2 reguladores Cálculo del número de ramas de módulos que deben conectarse a cada regulador Ramas por regulador = Ramas por regulador =

/ / 79

Ramas por regulador = E) Comprobación Los 24 módulos fotovoltaicos se van a agrupar en 2 grupos de 12 módulos, para ser conectados a los 2 reguladores debemos de comprobar que las 6 ramas en paralelo de dos módulos en serie tienen características por debajo de la del regulador Para el caso de la tensión de circuito abierto tenemos según la tabla 16, es de 2x46,4 V =92,8 V<150 V Para el caso de la tensión a potencia máxima del sistema fotovoltaico de 6 ramas de dos módulos en serie tenemos según la tabla 16, es de 2x37,4 V =74,8 V<150 V. La potencia para el regulador es de 4 000 w, según figura 70; ahora la potencia de los 12 módulos fotovoltaicos es de 12x320=3 840 w < 4 000 W. Del cálculo utilizaremos 2 controladores BlueSolar MPPT 150 I 70 Tr 5.3.2.4. Cálculo de la Potencia del inversor requerido

Se utilizarán inversores Victron 48/5000-230 V, de las siguientes características:

(Ver

figura

34)

80

Tabla 12: Especificaciones técnicas del inversor Victron 48/5000-230V

fuente: catalogo inversor Victron 48/5000-230V (ANEXO 03)

81

A) Cálculo de la potencia de entrada del inversor Pot. de entrada, del inversor = Pot. de salida / Rend. del inver. Pot. de entrada, del inversor = (3,89) / 0,95 kW Pot. de entrada, del inversor = 4,09 kW B) Cálculo del número de Inversores N° de inversores = Pot. Entrada del inversor/Pot. de cada inversor Número de inversores = 4,09 kW / 5 kW =0,82 se utilizará 1 inversor 5.3.2.5. Dimensionamiento del banco de baterías A) Características de las baterías seleccionada La batería que se utilizará para sistema fotovoltaico será las baterías inundadas de plomo ROLLS, las cuales cuentan con placas positivas envueltas que dan un doble aislamiento eliminando una posibilidad de desalineación, grietas, ranuras o cortocircuitos en el fondo o a los lados de los separadores. La batería tiene una reserva líquida que extiende los intervalos en que se añade agua destilada, lo que significa menos mantenimiento. Además, cuenta con las siguientes características principales: (Ver figura 35)

82

Tabla 13: Características técnicas de la batería ROLLS 12 CS 11 PS

fuente: Catalogo de baterías ROLLS (ANEXO 04) Asimismo, es necesario definir el número máximo de días de autonomía del banco de baterías, es decir el número de días consecutivos (totalmente cubiertos o nublados) durante las cuales los paneles fotovoltaicos no generan prácticamente 83

energía. Para electrificación de viviendas de uso permanente usualmente se considera el rango entre 2-5 días. Para nuestro caso consideramos

= 2 días de autonomía.

Además, para mantener las baterías sanas y prolongar vida de batería, la mayoría de fabricantes sugieren limitar la profundidad de la descarga al 30%. (Ese significa que las baterías estarán en capacidad de mínimo 70%) Para nuestro caso consideramos

.

B) Cálculo de la capacidad mínima del banco de baterías (

x

)

Donde: = Capacidad mínima del banco de baterías, expresada en Ah. = Número de días de autonomía (rango entre 2 a 5 días). = Energía eléctrica total media diaria (Wh/día). = Profundidad máxima de descarga profunda u ocasional, expresada en tanto por uno. Para baterías de plomo ácido puede valer entre 0,6 y 0,8. = Tensión de trabajo del sistema fotovoltaico elegida por el proyectista. : eficiencia del inversor : eficiencia del conjunto regulador batería (0,7 x 48x0,85x0,80) Ah

C) Cálculo del número de baterías que deben conectarse en serie

84

Donde: = Número de baterías que deben conectarse en serie. = Tensión de trabajo del sistema fotovoltaico (V). = Tensión nominal de la batería (V). 12

D) Cálculo del número de baterías que deben conectarse en paralelo

Donde: = Número de baterías conectados en paralelo. = Capacidad total del banco de baterías (Ah). = Capacidad individual de una batería (Ah).

Del resultado consideraremos 3 ramas de baterías en paralelo E) Cálculo del número total de baterías

=12 baterías (12 baterías por grupo) 5.3.2.6. Cálculo de la selección de los conductores de la instalación Para la selección de conductores se considera 2 criterios. Por capacidad de corriente y caída de tensión. A)

Cálculo de la Intensidad máxima que debe soportar el tramo

Módulos fotovoltaico – Controlador = 1,25 x

x 85

Donde: = Corriente máxima en la línea Paneles-Regulador (A). = Corriente de cortocircuito del panel utilizado (A). = Número de ramas de paneles que deben conectarse a cada regulador. 1,25 = Factor de sobredimensionamiento del 25% para cubrir el exceso de corriente de cortocircuito debido al aumento de la irradiancia y temperatura. (Los paneles pueden calentar hasta los 75°), podemos disponer irradiancia ocasional de 1200W/

. = 1,25 x 9,05 x 6 = 67,88 A

B)

Cálculo de la intensidad máxima que debe soportar el tramo

Controlador – inversor = 1,25 x

/(

x

)

Donde: = Corriente máxima en la línea Controladorinversor (A). = Potencia del inversor en servicio continúo (A). = 48 v = Rendimiento del inversor a plena potencia en tanto por uno (%). = 1,25 x

/(

x

)/2

=76, 59 A

C)

Cálculo de la Intensidad máxima que debe soportar el Batería

– Controlador La intensidad de corriente que soporta el tramo Batería- Controlador es igual a la corriente del tramo Módulos fotovoltaicos - Controlador 86

Luego de calcular la corriente eléctrica, calculamos la caída de tensión para una sección determinada considerando que esta caída de tensión están dentro de las tolerancias que se muestran en la siguiente tabla 5 Tabla 14: Caída de tensión por cada tramo del sistema fotovoltaico TRAMO DEL SISTEMA

CAÍDA DE TENSIÓN

PANELES-REGULADOR

3 % recomendado 1 %

REGULADOR-BATERÍAS

1 % recomendado 0,5 %

BATERÍA-INVERSOR

1 % recomendado 1 %

REGULADOR-INVERSOR

1 % recomendado 1 %

LÍNEAS DE ILUMINACIÓN

3 % recomendado 3 %

OTROS EQUIPOS

5 % recomendado 3 %

Fuente: elaboración propia

calcularemos la caída de tensión para cada tramo aplicando la siguiente ecuación: ∆V =

x

/ 100

Donde: ∆V = Caída de tensión máxima permitida para cada tramo (V). = Tensión de trabajo del sistema (V). = Caída de tensión en tanto por ciento, elegidos para cada tramo (%). Luego, calcularemos la sección mínima del conductor para ello utilizaremos las siguientes formulas R=ρxL/S

ó

R = L / (σ x S) ó

R = ∆V / I

Donde: R = Resistencia en ohmios [Ω] ρ = Resistividad [Ω -

]

L = Longitud [m] S = Sección del conductor [mm2] σ = Conductividad (inversa de la resistividad) 87

∆V = Diferencia de potencial o caída de tensión I = Intensidad eléctrica Según las diferentes fórmulas que tiene la Resistencia se puede deducir las siguientes igualdades:

S=

ó

S=

Como habitualmente, el conductor utilizado es el cobre y el valor de su resistencia para hilo estirado en frío es de ρ = 0.01786 Ω -

/m.

Tenemos que: =

; Luego tenemos:

Luego tenemos ρ = 0.01786 Ω -

= = /m y

= 56

= 56 m/mm2 Ω

Por tanto:

=

=

Donde: = Sección mínima recomendada [

].

L = Longitud tramo [m]. = Corriente máxima para cada tramo de la instalación calculada previamente [A]. = Caída máxima permitida para cada tramo [V]. D) Cálculo de la caída de tensión del tramo paneles – regulador

∆V =

x

∆V =

/ 100 x / 100

∆V = E) Cálculo de la caída de tensión del tramo regulador – baterías ∆V =

x

∆V =

/ 100 x

/ 100

∆V = 88

F) Cálculo de la caída de tensión del tramo baterías – Inversor ∆V =

x

∆V =

/ 100 x

/ 100

∆V = G) Cálculo de la sección mínima del conductor para el tramo paneles – regulador =2xLx

/ (56 x ∆V)

= 2 x 8 x67,88 / (56 x 1,44) = 13,47 H)

Cálculo de la sección mínima del conductor para

el tramo regulador – baterías =2xLx

/ (56 x ∆V)

= 2 x 3 x 67,88/ (56 x 0,48) = 15,15 I)

Cálculo de la sección mínima del conductor para el tramo regulador – inversor =2xLx =2x3x

/ (56 x ∆V) / (56 x 0,48)

= 19,10 J) Selección del conductor NYY para cada tramo

89

Tabla 15: Conductores eléctricos NYY fuente: Catalogo de INDECO (ANEXO 05)

K) Calculo por capacidad de corriente De la tabla 6, podemos observar que para conductores de 25 (Indeco s.f.), del tipo NYY dúplex, tienen una capacidad de corriente de operación de 140 A. A este valor se le aplica los factores de corrección: Por temperatura ambiente < 42°C: 0,9 Por agrupamiento de conductores al ambiente: 0,9 140 x 0,9 x 0,9 = 113,4 A El valor obtenido del 113,4 A es mayor que la corriente que circula en los tramos (67,88 A y 76,59 A)

90

Tabla 16: Secciones de conductores eléctricos NYY seleccionado para cada tramo

TRAMO

PANELESREGULADOR REGULADORBATERÍA REGULADORINVERSOR

TENSIÓN DEL SISTEMA (V)

CORRIENTE ELÉCTRICA (A)

CAÍDA DE SECCIÓN SECCIÓN LONGITUD TENSIÓN TEÓRICA SELECCIONADA (m) PERMITIDA (mm2) (mm2) (V)

48

67,88

8

1,44

13,47

25

48

67,88

3

0,48

15,15

25

48

76,59

3

0,48

19,10

25

Fuente: elaboración propia Después de haber realizado el cálculo correspondiente por capacidad de corriente y por el cálculo de máxima corriente y caída de tensión se selecciona el conductor NYY dúplex de: 2-1x25 5.3.2.7. Elementos de protección Los componentes del sistema fotovoltaico y de cualquier sistema eléctrico en general pueden generar o transmitir sobre corrientes que pueden reducir la vida del componente o este podría fallar. A. Protección del generador fotovoltaico: Del diagrama unifilar observamos que cada grupo de generadores fotovoltaicos consta de seis ramas (de 2 módulos fotovoltaicos) por lo que es necesario una protección contra corrientes inversas en cada rama, como la caja de conexiones

del generador fotovoltaico tiene

fácil acceso para mantenimiento, se opta por fusibles en bases portafusibles seccionables: (Ver figura 36) Capacidad de los fusibles: IF= (1,5….2) * Isc= (1,5…2) * 9,05 A=13, 58.18,1 A 91

Elegimos cartuchos fusibles de 16 A tensión asignada es de UF>1,2 UGoc=1,2x92,8 V=111,4 V modelo: PF10 16A gR Tabla 17: Modelos de fusibles

fuente: fusiblegR.pdf

A) Interruptor general del generador fotovoltaico Se pondrá un interruptor por cada grupo de 8 ramas de módulos fotovoltaicos (ver figura 64) De las siguientes características: In>6Isc=6x9,05 A=54,3 A tensión nominal: UF>1,2 UGoc=1,2x92,8 V=111,4 V seleccionamos un interruptor termomagnético de 60 A B) Protección de la batería de acumuladores Se pondrá un interruptor por cada grupo de 16 baterías de acumuladores (ver figura 74) De las siguientes características: 92

In>6Isc=6x9,05 A=54,3 A tensión nominal: UF>1,2 UGoc=1,2x92,8 V=111,4 V seleccionamos un interruptor termomagnético de 60 A C) Protección del inversor Se trata de circuitos de corriente alterna y las protecciones son contra sobrecarga y cortocircuito, mediante interruptores termomagnéticos y contra contacto directos mediante interruptor diferencial, la corriente y tensión de servicio de estos dispositivos se determinan en función de la potencia y tensiones nominales del inversor. Se recomiendan interruptores diferenciales de alta sensibilidad. Se pondrá un interruptor automático bipolar y un interruptor diferencial bipolar de 30 mA de sensibilidad que tiene que cumplir las características de salida del inversor: = 1,25 x

/(

)

= 28,41 A

93

Distancia mínima entre filas de módulos fotovoltaicos Sino se deja la distancia suficiente entre filas se produce el sombreado de las filas posteriores por las delanteras, es necesario dejar una separación mínima entre filas que garantice como mínimo 4 horas de sol, en los días de menor elevación solar (Agustin Castejon s.f.). La distancia mínima que cumple el requisito anterior (ver figura 38)

d

h tg (61   )

h  Lsen( ) D  d  L cos( ) Por lo tanto, con las medidas de los módulos FV que son de 808x1580 cm. Y teniendo en cuenta que a cada regulador va conectado 8 ramas de dos módulos, entonces utilizaremos: 2 estructuras para 8 módulos de dos filas, más una estructura, formando una sola estructura de 8x2 dispuestos de forma horizontal (para no tener una gran altura y consecuentemente mayores sombras) tendremos:

94

figura 29: Distancia mínima entre filas de módulos instalados en el mismo plano35

L= 1616 mm β=15° Φ=-6,541° Reemplazando en las formulas anteriores tenemos: h=418,25 mm d=173,25 cm Dmin=1734,18 cm

35

Agustin Castejon, German Santamaria. instalaciones solares fotovoltaicas. España, s.f. 95

5.4. Metrado y presupuesto 5.4.1. Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico

Tabla 18: Metrado y presupuesto del sistema fotovoltaico ítem

Descripción

Und.

01

Módulo de paneles fotovoltaicos

Unid.

Panel solar Policristalino 72 celdas 320Wp YL320 JKM Yinko Solar

Unid. 24

Sistema Controlador

Unid.

Controlador Blue Solar MPPT 150 I

Unid. 2

02

Cant.

Costo unitario S/

Sub-Total S/

1 000,00

24 000,00

3 240,00

6 480,00

3 240,00

77 760,00

4 860,00

4 860,00

1

5 000,00

5 000,00

1

1 500,00

1 500,00

70 Tr

03

04

05

06

Sistema de almacenamiento

Unid.

Batería Plomo ácido 12V 503 Ah ROLLS 12 CS 11PS

Unid. 24

Inversor de Corriente

Unid.

Inversor VICTRON 48/5000-230V

Unid. 1

Estructura del SFV

GLB.

Estructura Metálica de soporte

Glb.

Equipamiento Adicional

GLB.

Accesorios del SFV

Glb

TOTAL

119 600, 00

fuente: elaboración propia

96

Tabla 19: Presupuesto del sistema fotovoltaico ÍTEM DESCRIPCIÓN

TOTAL, S/

1

Suministro de materiales

119 600, 00

2

Transporte de materiales

450,00

3

Montaje electromecánico

3 000,00

4

Coto directo

123 050,00

5

Gastos generales

1 002,80

6

Sub-Total

124 052,80

7

IGV

22 329,50

COSTO TOTAL S/

146 382,30

fuente: elaboración propia 5.4.2. Evaluación del proyecto de inversión

Para la evaluación económica se hará uso de algunos indicadores: Valor Actual Neto (VAN): el cual nos mostrará en el presente el valor de los flujos de dinero a una Tasa de Descuento. Tasa Interna de Retorno (TIR): será otro indicador a utilizar, la cual representa la rentabilidad porcentual del proyecto. otro indicador será a relación beneficio costo. para cubrir la inversión inicial se ara por un préstamo bancario.

97

5.4.3. Inversión:

Suponiendo que se ejecute el proyecto la inversión será asumida por el propietario del Hostal Lancelot de S/. 146 382,30. 5.4.4. Tasa de descuento

Esta tasa representa una medida de la rentabilidad mínima que se exigirá al proyecto de acuerdo a su riesgo. Además, al obtenerla podremos utilizarla para conocer el Valor Actual Neto (VAN) del proyecto. Se ha indagado sobre la tasa de efectiva anual en el banco de la Nación, el cual se muestra en Tabla N° 18.

Tabla 20: Tasa efectiva anual Crédito a Micro empresas

Banco de la Nación

Tasa efectiva anual 17,52 %

Fuente: Simulador de préstamo del Banco del banco de la nación 5.4.5. Horizonte del Proyecto

El horizonte del proyecto es de 20 años. 5.4.6. Flujo de caja proyectado

El flujo de caja permitirá observar los ingresos y en los egresos. Se proyectará para un horizonte de 20 años.

98

Tabla 21: Depreciación anual de los equipos Equipos Paneles solares Controladores Inversores Baterias

Vida util (años) Costo total (S/.) Depreciacion (s/.) 20 24000 1200,00 10 6480 648,00 10 4860 486,00 8 77760 9720

Fuente: elaboración propia

5.4.7. Estructura del flujo de caja

Los componentes del flujo de caja son la inversión inicial, los diferentes ingresos y egresos que se darán durante el tiempo de operación del proyecto. (Tabla N° 20)

5.4.8. Valor Actual Neto (VAN)

El criterio para evaluar la rentabilidad del proyecto se basa en la evaluación presente y futura de los costos y beneficios esperados, medidos a través de la construcción de flujos de caja. Con estos flujos se determina si el VAN del proyecto es positivo, o sea si el proyecto es rentable. Aplicando la siguiente formula calculamos en VAN

Donde: Ft : son los flujos de dinero en cada periodo t I0 : es la inversión realiza en el momento inicial ( t = 0 ) n: es el número de periodos de tiempo k : es el tipo de descuento o tipo de interés exigido a la inversión 99

El proyecto se acepta siempre y cuando el VAN sea mayor a cero, caso contrario se rechaza. La tasa de descuento anual (costo de capital) con la que se

ha

evaluado

la

inversión

es

del

17,52

%

100

Tabla 22: Flujo de caja proyectados en un horizonte de 20 años, con cuotas del Banco de la nación (elaboración propia) Año 00 Inversion INGRESOS Fondos generados Mantenimiento Depreciacion de equipos Panel solar EGRESOS Controlador Inversor Baterias Flujo de efectivo Neto

Inversion INGRESOS Fondos generados Mantenimiento Depreciacion de equipos Panel solar EGRESOS Controlador Inversor Baterias Flujo de efectivo Neto

Año 01

Año 02

Año 03

Año 04

Año 05

Año 06

Año 07

Año 08

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

146382,3

-146382,3

120

120

120

120

120

120

120

120

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-5847,72

Año 09

Año 10

Año 11

Año 12

Año 13

Año 14

Año 15

Año 16

Año 17

Año 18

Año 19

Año 20

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

4382,28

120

120

120

120

120

120

120

120

120

120

120

120

6222,00

16428,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

6222,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

1200,00

648,00

6480

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

648,00

486,00

4860

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

486,00

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

3888

-1959,72

-23505,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

-1959,72

101

Con estas consideraciones obtenemos nuestros VAN donde podemos concluir que el proyecto no es económicamente rentable durante los 20 años de operación del proyecto (ver Tabla N° 21). Tabla 23: Valor actual neto del proyecto Tasa de descuento

VAN (S/.)

17,52%

-162 481,48

Decisión El proyecto no es rentable.

Fuente: elaboración propia

Entonces no se obtienen beneficios económicos, pero si tenemos beneficios para el medio ambiente. Teniendo en cuenta que la energía convencional proviene un porcentaje de la utilización de combustibles fósiles cuya combustión produce gases de efecto invernadero. 1 kWh de electricidad es equivalente a 0,6593 kg de CO2 36

Si se ejecuta el proyecto entonces considerando el consumo de energía promedio diario que es de: 17,39 kWh entonces se dejara de emitir al medio ambiente 83 696,16 kg de CO2, tal como se muestra en las siguientes tablas:

36

Fuente FONAM, documento de diseño de proyecto (PDD)” Central Hidroeléctrica OLMOS”, aprobado por la junta ejecutiva de MDL de la CMNUCC. Último factor de emisión valido para el Perú. Valor del año 2011.

102

Tabla 24: Emisión de CO2 al medio ambiente Año 01

Año 02

Año 03

Año 04

Año 05

Año 06

Año 07

Año 08

Energía Producida Anual (Kw/año) 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 Ahorro anual de emisiones de Co2 al medio ambiente (KgCo2/año) 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855

Año 09

Año 10

Año 11

Año 12

Año 13

Año 14

Año 15

Año 16

Año 17

Año 18

Año 19

Año 20

Energía Producida Anual (Kw/año) 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 4382,28 Ahorro anual de emisiones de Co2 al medio ambiente (KgCo2/año) 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855 4184,807855

Fuente: elaboración propia

103

CAPITULO VI: CONCLUSIONES 6.1. Conclusiones

a) Se dimensiono el sistema fotovoltaico el cual está compuesto por 32 módulos fotovoltaicos de 210 Wp, 24 baterías de acumuladores 503 Ah, 2 reguladores de carga MPPT 150/70 y 1 inversor 48/5000-230 V. Dando una potencia instalada del sistema de captación de energía de 6,48 kWp. b) Se realizó el cálculo de la potencia del sistema de alumbrado de 2,48 Kw con 7 horas promedio al día de utilización, obteniendo una energía de 17,39 KWh/día. c) Se obtuvo los datos de radiación solar promedio mensual donde según la NASA se ha obtenido un valor de 4,47 kWh/

/día, según el

SENAMHI (Atlas 2003) se ha obtenido un valor de 4,50 kWh/ del software NASTEC se ha obtenido un valor de 4,65 kWh/

/día y /día. De

estos tres valores se ha considerado el menor es decir 4,47kWh/

/día

para el cálculo del sistema fotovoltaico de Hostal Lancelot. d) Se diseñó el esquema unifilar para poder identificar gráficamente los componentes de todo el sistema fotovoltaico. (ANEXO 06). e)

Se presupuestó el sistema fotovoltaico donde el monto total es de: S/ 146 382,30

104

BIBLIOGRAFÍA

Agustin Castejon, German Santamaria. instalaciones solares fotovoltaicas. España, s.f. Alvarado Guanin, Christian Rene. «ILUMINACIÓN AUTOSUSTENTABLE FOTOVOLTAICO PARA UNA PARADA DE BUSES Y SU VALLA INFORMATIVA DEL SISTEMA INTEGRADO DE TRANSPORTE DE CUENCA.» 2015. Castejon, Agustin. Instalaciones solares fotovoltaicas. España, 1998. E. ALCOR. INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS. s.f. electricidad, Reglamento de Seguridad e higiene ocupacional del subsector. «Reglamento de Seguridad e higiene ocupacional del subsector electricidad.» peru, 2001. Energia Innovadora. «Cotizacion del sistema fotovoltaico de bombeo de agua.» 2017. FOTOVOLTAICA, ENERGIA. «manual sobre tecnologias, projecto e instalacao .» s.f. Indeco. «Catalogo de cables NYY -DUPLEX.» s.f. Ixtebe Portabelle, Cilveti. «Proceso de creacion de una planta solar fotovoltaica conectada a red.» Barcelona, 2010. Joachin Barrios, Carmencita De los Angeles. «Diseño de un sistema solar fotovoltaico aisado para el suministro de energia electrica ala comunidad Buena Vista, San Marcos.» Guatemala, 2008. Muñoz Anticona, Delfor Flavio. «Aplicacion de la energia solar para electrificacion rural en zonas marginales del pais.» Lima, 2005. Paredes Rubio, Arturo Romero. «Guia para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energia fotovoltaica.» Mexico, 2001. PEREIRA RIVEIRO, FRANCISCO DE ASSIS. «PROJECTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA ILUMINACION PUBLICA.» 2002. Sanchez Quiroga, David. «Sistema de energia solar fotovoltaica aislada para vivienda unifamiliar aislada.» 2012. 105

SENAMHI. «Atlas de energia solar del Peru.» 2003. TECSUP. Generación de energía fotovoltaica.pdf - TECSUP. s.f. Valdiviezo Salas, Paulo Daniel. «Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energia electrica a 15 computadoras portatiles en la PUCP.» Lima, 2014.

106

ANEXOS

ANEXO N°01. FICHA TÉCNICA DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS SELECCIONADOS ANEXO N°02. FICHA SELECCIONADOS

TÉCNICA

DE

LOS

REGULADORES

ANEXO N°03. FICHA TÉCNICA DE LOS INVERSORES SELECCIONADOS ANEXO N°04. FICHA TÉCNICA DE LAS BATERIAS SELECCIONADOS ANEXO N°05. CATALOGO DE CABLES NYY DUPLEX ANEXO N°06. FOTOVOLTAICO

PLANO

DEL

EQUIPAMIENTO

DEL

SISTEMA

107