UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR - UNTELSFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELECTRÓNICA Y AMBIENTAL CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA PROYECTO DE TESIS “DISEÑO DE UN SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAÍCO DE 150KW PARA EL SUMINISTO DE ENERGIA ELÉCTRICA DEL DISTRITO DE COCHARCAS” PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO Y ELÉCTRICO YERBER ZEDANO QUISPE Lima, Diciembre de 2016 PERÚ DEDICATORIA: Dedico este trabajo principalmente a Dios por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos y a mi madre por haberme apoyado en todo momento motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. 1 ÍNDICE 1 PLANTIAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN............................................................. 8 1.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ...........................................................................8 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................8 1.2.1 PROBLEMA GENERAL .............................................................................................................. 8 1.2.2 PROBLEMA ESPECÍFICO .......................................................................................................... 9 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .........................................................................9 1.3.1 OBEJETIVO GENERAL .............................................................................................................. 9 1.3.2 OBJETIVO ESPECIFICO ............................................................................................................. 9 1.4 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................... 10 2 MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 11 2.1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO .............................................................................. 11 2.2 RADIACIÓN SOLAR .............................................................................................. 13 2.2.1 GEOMETRÍA SOLAR ............................................................................................................... 15 2.2.2 HORA DEL SOL PICO .............................................................................................................. 16 2.3 PANEL FOTOVOLTAICO........................................................................................ 17 2.3.1 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS .................................................................................................... 18 2.3.2 PARÁMETROS CARACTERISTICOS ......................................................................................... 20 2.3.3 CURVAS CARACTERISTICAS ................................................................................................... 21 2.3.4 EFECTO SOMBRA .................................................................................................................. 22 2.4 COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO .................................. 23 2.4.1 LA BATERIA ........................................................................................................................... 23 2.4.2 UNIDAD DE CONTROL ........................................................................................................... 25 2.4.3 INVERSOR ............................................................................................................................. 26 2.4.4 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ............................................................................................... 28 2.4.5 CABLES .................................................................................................................................. 28 2.4.6 ESTRUCTURA DE SOPORTE ................................................................................................... 29 3 VARIABLES Y HIPÓTESIS ................................................................................... 31 3.1 VARIABLE DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................... 31 3.2 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES ........................................................... 31 3.3 HIPÓTESIS ........................................................................................................... 32 3.3.1 HIPÓTESIS GENERAL ............................................................................................................. 32 3.3.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICO .......................................................................................................... 32 4 METODOLOGÍA ................................................................................................ 32 4.1 TIPO DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................. 32 4.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ..............................................................................0 4.3 POBLACION Y MUESTRA ........................................................................................1 4.4 TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .....................................1 2 4.5 PROCEDIMIENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .....................................................2 4.6 PROCESAMIENTO ESTATICO Y ANALISIS DE DATOS ................................................3 5 CÁLCULOS .......................................................................................................... 4 5.1 DISEÑO FOTOVOLTAICO ........................................................................................4 5.2 UBCACIÓN ............................................................................................................7 5.3 SEGUIDORES DEL SOL ............................................................................................8 5.4 INCLINACIÓN DE LOS PANELES ..............................................................................9 5.5 DETERMINACIÓN DE LA CARGA ........................................................................... 10 5.6 DIMENCIONAMIENTO FOTOVOLTAICO ................................................................ 11 5.6.1 INCLINACIÓN Y RADIACIÓN .................................................................................................. 11 5.6.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA BATERÍA .................................................................................. 12 5.6.3 DIMENSIONAMIENTO DE PANELES ...................................................................................... 14 5.6.4 DIMENSIONAMIENTO DEL CONTROLADOR .......................................................................... 17 5.6.5 DIMENSIONAMIENTO DE INVERSOR .................................................................................... 18 5.7 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA............................................................................. 19 5.8 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA ................................................................................ 20 5.8.1 ESTRUCTURA DE SOPORTE ................................................................................................... 20 5.8.2 CONSIDERACIONES DE LA MATERIA SUMINISTRADA ........................................................... 20 5.8.3 DISEÑO ESTRUCTURAL .......................................................................................................... 21 5.8.4 ESTIMACIÓN DE CARGAS ...................................................................................................... 22 5.9 CONSIDERACIONES PARA EL MONTAJE ................................................................ 23 3 LISTA DE FIGURAS: FIGURA 1: ESQUEMA DE LA RADIACIÓN SOLAR......................................................................... 13 FIGURA 2: MAPA IRRADIACIÓN HORIZONTAL DE LATINOAMÉRICA Y EL CARIBE ...................... 14 FIGURA 3: GEOMETRÍA SOLAR ................................................................................................... 15 FIGURA 4: HORAS SOL PICO ....................................................................................................... 16 FIGURA 5: CÉLULAS FOTOVOLTAICAS ........................................................................................ 18 FIGURA 6: FUNCIONAMIENTO CÉLULA SILICIO .......................................................................... 19 FIGURA 7: CURVA I VS V / P VS V ............................................................................................... 21 FIGURA 8: EFECTO DE RADIACIÓN EN PANEL 50 WP EVEREXCEED ........................................... 22 FIGURA 9: DISTANCIA ENTRE FILAS DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ........................................ 23 FIGURA 10: PARTES DE UNA BATERÍA ........................................................................................ 24 FIGURA 11: TENSIÓN EN LA BATERÍA 12V .................................................................................. 26 FIGURA 12: CURVA TÍPICA DE EFICIENCIA DEL INVERSOR ......................................................... 28 FIGURA 13: ESTRUCTURA FIJA .................................................................................................... 29 FIGURA 14: INSTALACIÓN DE SEGUIDORES DE SOL ................................................................... 30 FIGURA 15: MAPA DEL DISTRITO DE COCHARCAS ....................................................................... 8 FIGURA 16: SEGUIDOR DEL SOL ................................................................................................... 9 FIGURA 17: DIMENSIONAMIENTO DE LA BATERÍA .................................................................... 13 FIGURA 18: SISTEMA PUESTA A TIERRA ..................................................................................... 19 FIGURA 19: PROPIEDADES MECÁNICAS DE ACERO ASTM A500 ................................................ 21 4 ................................................................................ 0 TABLA 3: LISTA DE EXIGENCIAS ............................................. 12 5 ............ 20 TABLA 2: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............LISTA DE TABLAS: TABLA 1: RADIACIÓN SOLAR POR ESTACIÓN Y PROMEDIO ............................................................................................................................................................... 5 TABLA 4: HORA SOL PICO INVIERNO ..................... RESUMEN Dentro del desarrollo del proyecto se emplea la Investigación histórica. cálculo de paneles. conexión de paneles. Dicha información se emplea mediante las fórmulas. una vez empleados en la investigación arrojaron datos de entrega de energía en sitio que fueron expuestos. natural y de irradiación del sol. Dentro de los primeros resultados arrojaba que la capacidad entregada mediante la utilización de un número reducido de paneles. consumo de energía medio en Ah/día. las cuales pueden ser aplicadas a cualquier entorno aislado del planeta. por tanto. mediante el aprovechamiento de la fuente calórica. Palabras claves: generación de energía limpia. montaje del sistema fotovoltaico 6 . se debió aumentar la capacidad en Wattios de los paneles. ya que con base en acontecimientos y fuentes históricas sobre montajes de sistemas de energía fotovoltaicos en otros distritos. para hallar consumos medios diarios. no iba alcanzar a suministrar la capacidad de almacenamiento de energía para el cargue de baterías en horas de la noche. se puede emplear y describir este tipo de tecnologías. que cumpla con las condiciones básicas para emplear este método. los cuales. capacidad de banco de baterías y conexión de paneles. was not going to achieve to supply the energy storage capacity for the charge of batteries in hours of night. that fulfills the basic conditions to use this method. which. therefore. average energy consumption in Ah / day. once employed in the research. to find average daily consumption. provided on-site energy delivery data that were exposed. through the use of the heat source.ASBTRACT In the development of the project historical research is used. which can be applied to any isolated environment Of the planet. it is possible to use and describe this type of technologies. calculation of panels. had to increase capacity In Watts of the panels. Within the first results showed that the capacity delivered through the use of a reduced number of panels. natural and irradiation of the sun. since based on events and historical sources on the assemblies of photovoltaic energy systems in other districts. 7 . panel connection. battery bank capacity and panel connection. This information is used by the formulas. mareomotriz. La primera es usar de forma consiente y eficiente la energía. esto atraves de dispositivos eléctricos eficientes. solar.2. Por esta razón desde años atrás se busca una alternativa que permita reducir estos costos. 1 PLANTIAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 PROBLEMA GENERAL ¿Cómo diseñar el sistema fotovoltaico para obtener mayor cantidad de potencia de energía eléctrica? 8 . aplicando medios de ahorro por ejemplo apagando luces que no se utilizan.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1. y para esto pueden existir dos vías. para lo cual es necesario buscar una forma alternativa de abastecimiento factible y económicamente viable que permita energizar a las comunidades. etc. específicamente al distrito de cocharcas.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA La crisis energética es un problema que a todos nos afecta. un ejemplo de esto es el aumento de los costos de la energía eléctrica y falta de abastecimiento en algunas comunidades. El segundo es utilizando algún tipo de energía alternativa como. 1. eólica. Y que pueda ser aprovechada para convertirla en energía eléctrica El problema que aquí se plantea esta dado por la falta de abastecimiento de energía eléctrica en las comunidades más lejanas en donde sus vías de acceso son difíciles. 2 PROBLEMA ESPECÍFICO ¿Cuáles serán las características del sistema solar fotovoltaico para atender la demanda de la anergia eléctrica del distrito de cocharcas? ¿Cuáles serán las funciones de los comuneros en cuanto en cuanto a la instalación del sistema fotovoltaico? ¿Cuáles serán las características de los paneles solares? 1.2 OBJETIVO ESPECIFICO Instalar paneles solares que estén adecuadamente normados de tensión. Utilizar energía renovable para conservar el medio ambiente 9 ..3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.2.3.3. 1.1.1 OBEJETIVO GENERAL Diseñar el sistema solar fotovoltaico para el mejoramiento de prestación de servicio de energía eléctrica en el distrito de Cocharcas. Buscar un método de financiación hacia al gobierno provincial para facilitar la obtención de sistema fotovoltaico. potencia y frecuencia para abastecer a las cargas del sistema. ya que hoy en día de él dependen otros servicios como educación. pues a causa de difícil geografía de nuestro territorio. Y este proyecto podrá beneficiar a las a cada una de las familias del distrito de cocharcas. el uso de electrodomésticos para las actividades diarias y acceder a medios que permitan el desarrollo cultural y académico como la televisión y el internet. velas .4 JUSTIFICACIÓN Este proyecto se justifica en los siguientes ámbitos: Social: Por medio de paneles solares se pretende solventar las necesidades principales como la iluminación de las viviendas.etc. baterías.1. salud. Al implementar el sistema fotovoltaico las personas tendrán un ahorro económico ya que reducirá la compra de pilas . Tecnológico: El suministro de energía eléctrica a nivel familiar facilitará la posibilidad de activar microempresas. 10 . Económico: Con la implementación de energía fotovoltaica las personas tendrán acceso a nuevas tecnologías y así podrán mejorar sus formas de vivir. Ambiental: La energía fotovoltaica que se genera atreves de los paneles solares son las más limpias. mejorando de esta forma la calidad de vida. si ruido ni polución química y es ideal para lugares rurales como el distrito de cocharcas. la falta de inversión de las autoridades y sobre todo por la falta de la tecnología no ha sido posible abastecer energía eléctrica a este distrito. trabajo para la especialización de proyectos (Bogotá. se analiza una alternativa de solución para satisfacer las necesidades básicas de electricidad de los pobladores de wayuu mediante el suministro energético con celdas solares. Colombia. Lima. 11 . DEPARTAMENTO DE LA GUAJIRA – COLOMBIA” por Jhon Sebastián Gálviz Garzón y Robinson Gutiérrez Gallego de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD .1 ANTECEDENTES DEL ESTUDIO “PROYECTO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN SOLAR FOTOVOLTAICA PARA LA POBLACIÓN WAYUU EN NAZARETH CORREGIMIENTO DEL MUNICIPIO DE URIBIA. “ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Y FOTOVOLTAICA AISLADA PARA PEQUEÑAS COMUNIDADES EN PERÚ” por Imanol Yalli Piriz Sagahon y Alejandro Josa García de la universidad agraria de la Molina. los colegios mejoraran la calidad de enseñanza porque tendrán acceso al internet. como sabemos el Perú tiene una formación geográfica muy complicada esto hacer que muchas de las comunidades no cuentes con acceso a la energía eléctrica. Bogotá. teniendo en cuenta distintos factores técnicos y económicos. Mediante instalación de celdas fotovoltaicas el poblador tendrá acceso a maquinas eléctricas y así mejorar su condición de vida. 2 MARCO TEÓRICO 2. trabajo para obtener el grado de magister (Lima 22 de noviembre de 2013). 6 de octubre de 2014) En el presente trabajo. Perú. Este trabajo buscar satisfacer las necesidades de los pobladores mas alejados del Perú. si la electricidad el desarrollo de estas comunidades es casi nulo. (Huancavelica 2012 -2013) este trabajo busca suministrar energía eléctrica a la facultad de ingeniaría de la universidad nacional de Huancavelica haciendo uso de la energía fotovoltaico y así satisface las necesidades eléctricas de esa casa de estudios. Jhon Alberto Matos Quispe de la universidad nacional de Huancavelica. Edison Estrada Pulgar de la universidad politécnica salesiana. Huancavelica. Este proyecto busca satisfacer las necesidades básicas de la población generando electricidad aprovechando la alta radiación solar que hay en el lugar. Por Gustavo Guillermo Gonzales. Raúl Padilla Sánchez. este trabajo estará financiado por los fondos externos del FOCAM “ESTUDIO. DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN SITEMA DE ENERGIA SOLAR EN LA COMUNA PUERTO ROMA DE LA ISLA MONDRAGON DE GOLFO DE GAYAQUIL. Carlos Abel Galván Maldonado. ecuador. Juan Sambrano Monosalvas. es más evidente en la isla de Mondragón de golfo de Guayaquil pues las familias no cuentan con el suministro. trabajo de investigación tecnologías limpias. Est. trabajo para obtener el título de ingeniero eléctrico (Guayaquil.“SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA PARA EL CENTRO DE PRODUCCIÓN E INVESTIGACIÓN ACRAQUIA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERÍA DE LA UNH” por Ing. PROVINCIA DE GUAYAS”. abril 2014) El presente proyecto evidencia la falta de suministro eléctrico en algunos lugares de ecuador. Perú. Ing. 12 . Título: “Meteorología Descriptiva”. Autor: Juan Carlos Inzunza B. 13 . Directa: es la que proviene del sol si desviar su paso por la atmosfera. FIGURA 1: ESQUEMA DE LA RADIACIÓN SOLAR FUENTE: ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. 1 Instituto Geofísico del Perú. AUTOR: JAVIER MÉNDEZ MUÑIZ Existen tres componentes de la radiación solar: Difusa: es la que sufre cambios debido a la reflexión difusión en la atmosfera.2.2 RADIACIÓN SOLAR La radiación solar absorbida por la atmosfera no es aprovechado al 100% según el instituto geofísico del Perú1. Solo el 24% de la radiación llega directamente y el 22% de la radiación no llega directamente y el 29% se pierde en el espacio. esto se puede observar en el siguiente cuadro: FIGURA 2: MAPA IRRADIACIÓN HORIZONTAL DE LATINOAMÉRICA Y EL CARIBE FUENTE: TTP://GEOMODELSOLAR. y es solo superado por chile . El Perú es uno de los países que cuenta con la mayor radiación solar solar en el mundo. Alberdo: es la que recibe por reflexión en el suelo y puede ser directa o difusa. La radiación directa es la más importante en el diseño de un sistema fotovoltaico.EU 14 . por ello cuenta con un gran potencial de desarrollo en el sector de energía fotovoltaica. (Positivo hacia el oeste) La altura del sol (α) varía de acuerdo a las estaciones. este parámetro es importante.” RADIACIÓN SOLAR “ 15 . Se mide apartir del horizonte. con un valor de 0° y es positivo en el cenit.1 GEOMETRÍA SOLAR Conocer la geometría solar es fundamental para poder estimar la cantidad de energía que se pueda aprovechar por un panel fotovoltaico y la disposición óptima del mismo. FIGURA 3: GEOMETRÍA SOLAR FUENTE: VALERIANO RUIZ HERNÁNDEZ. La orientación se define mediante el ángulo Azimut (Ψ). ya que aporta en la creación de sombras y en la irradiación recibida por el módulo.2. como se observa en la figura el Azimut se define como el ángulo que forma la dirección sur con el objeto.2. Se puede notar que cuando la irradiancia se expresa es numéricamente similar a las H.2.P.S.2. Este concepto es importante. FIGURA 4: HORAS SOL PICO FUENTE: “SELECCIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS”. La distribución de la radiación a lo largo del día y el concepto de horas pico de sol y se muestran en la siguiente figura. ya que junto con un factor de pérdidas ayuda a estimar la potencia producida por los paneles fotovoltaicos. AUTOR: MIGUEL ÁNGEL HADZICH 16 .2 HORA DEL SOL PICO Las horas de sol pico son las horas se definen como el número de horas al día con una irradiancia hipotética de 1000 que sumen la misma irradiación total que la real ese día. se cuentan con plantan que deben estar certificadas con altos estándares de calidad sobretodo en soldadura. Se utilizan principalmente. Cualificación del diseño y aprobación de tipo” o equivalente2 Dicha norma establece las pruebas necesarias para evaluar los siguientes aspectos: Diagnóstico Requerimientos eléctricos Parámetros de rendimiento Requerimientos térmicos Requerimientos de irradiación Requerimientos de ambientales Requerimientos de mecánicos Protecciones 2 “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp” Minem 2005 17 .2. metales (buenos conductores) y vidrios. Para ensamblar un panel fotovoltaico. En la figura se muestra la composición de la célula fotovoltaica a la izquierda y el panel fotovoltaico a la derecha.3 PANEL FOTOVOLTAICO Un panel 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. Es un requisito que los módulos se fabriquen de acuerdo a la norma internacional IEC 61215 “Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para aplicación terrestre. FIGURA 5: CÉLULAS FOTOVOLTAICAS FUENTE: “PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGIES” HTTP://WWW.odec. esto ocasiona un voltaje interno.3 3 Photovoltaic Technologies” http://www. su funcionamiento es el que hace posible la obtención de electricidad a partir de luz solar.1 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS El componente principal de los paneles fotovoltaicos es la célula.3. el cual ante la presencia de una resistencia se produce una corriente.ODEC.CA 2.ca 18 . el cual se excita ante la presencia de radiación (aumento de temperatura) y los electrones pueden fluir del tipo P (positivo) al tipo N (negativo). están hechas de un material semiconductor. Las células fotovoltaicas son sensibles a la luz. silicio en la mayoría de los casos. BERLIN 2011.4 FIGURA 6: FUNCIONAMIENTO CÉLULA SILICIO FUENTE: PHOTOVOLTAIC INDUSTRIAL SYSTEMS” AUTOR: PAPADOPOULOU. existen varios tipos de células fotovoltaicas con diversas tecnologías. Coeficiente de absorción: Indica como la luz puede penetrar antes de ser absorbida por el material. policristalino o amorfo. Esto depende del material de la célula y de la longitud de onda de la luz. 4 “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp”Minem 2005. cada una de ellas tiene diferentes propiedades y se debe escoger la más apropiada dependiendo de los siguientes factores: Cristalinidad: Indica el grado de orden en la estructura cristalina de los átomos de silicio. cada módulo debe contener un mínimo de 36 células fotovoltaicas.Debido a que la instalación se realizará en la costa. 19 . Puede ser: monocristalino. En la actualidad. entre otros. voltaje y amperaje bajo condiciones estándares. las cuales son llamadas STC (Standard Testing Condition). necesidad de ambiente especial.5. Costo y complejidad de fabricación: Depende de un gran grupo de factores. número de pasos implicados.2 PARÁMETROS CARACTERISTICOS En las fichas técnicas los paneles muestran datos de eficiencia. Estos parámetros son los siguientes: Irradiación 1000 Temperatura del módulo 25°C AM 1. 2. TABLA 1: RADIACIÓN SOLAR POR ESTACIÓN Y PROMEDIO FUENTE: SISTEMA INTEGRAL DE MONITORIO AMBIENTAL 20 . cantidad y tipo de material. necesidad de mover las células.3. 3. los más importantes son la irradiación y la temperatura a la cual se encuentre el módulo 2.El voltaje y la intensidad producida por los paneles fotovoltaicos depende de diversos factores. CURVAS INTENSIDAD VS TENSIÓN Y POTENCIA VS TENSIÓN La figura se muestra puntos característicos en los catálogos de paneles.3 CURVAS CARACTERISTICAS Los paneles fotovoltaicos tienen curvas características en las cuales se muestra el funcionamiento de los paneles y cuál es el efecto antes cambios en la temperatura o radiación. BERLIN 2011 21 . aunque para el cálculo del cableado es recomendable utilizar el punto de corto circuito (Icc) FIGURA 7: CURVA I VS V / P VS V FUENTE: PHOTOVOLTAIC INDUSTRIAL SYSTEMS” AUTOR: PAPADOPOULOU. usualmente se expresa la potencia del panel en el Punto de Máxima Potencia (PMP). EFECTO DE LA RADIACIÓN Es evidente que a mayor radiación. Este efecto se muestra en la siguiente figura. PANEL 50 WP MARCA EVEREXCEED 2. Autor: Javier Méndez Muñiz 22 . FIGURA 8: EFECTO DE RADIACIÓN EN PANEL 50 WP EVEREXCEED FUENTE: HOJA DE DATOS TÉCNICOS ESM50-156. árbol o panel y un panel solar debe ser la siguiente:5 5 “Energía Solar Fotovoltaica” 4ta Edición. el panel produzca una potencia mayor.3.4 EFECTO SOMBRA 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 panel La distancia mínima que debe existir entre un muro. FIGURA 9: DISTANCIA ENTRE FILAS DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS FUENTE: INSTITUTO PARA LA DIVERSIFICACIÓN Y AHORRO DE LA ENERGÍA.1 LA BATERIA La batería es un dispositivo electroquímico capas de acumular energía en forma química y transformarla en energía eléctrica.Donde. H: altura de objeto de causante de sombra sobre el panel fotovoltaico. D: distancia ente panel fotovoltaico y cualquier objeto causante de sombra.4 COMPONENTES DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO 2. MADRID 2011 2. 23 .4. La batería utilizada para la aplicación fotovoltaica es la recargable. Electrólito: Puede ser líquido. la capacidad disminuye. si la temperatura es menor. siendo el voltaje de cada celda de 2V. si la temperatura es mayor a la indicada en el catálogo. El voltaje o la tensión de la batería es función del número de celdas electroquímicas. 24 . es un conductor iónico que se descompone al pasar la corriente eléctrica. FIGURA 10: PARTES DE UNA BATERÍA FUENTE: CATÁLOGO DE BATERÍAS HELLAMEX. Los principales parámetros que determinan el comportamiento de la batería son: Capacidad de descarga (Ah): Es el producto de la intensidad de descarga por el tiempo que actúa. Las partes esenciales para explicar su funcionamiento son las siguientes: Placas: Son conductores metálicos de diferente polarización. sólido o en pasta. puede afectar la vida útil de la batería. con lo cual permiten un flujo de electrones. MÉXICO. Se expresa en Amperios Hora. es decir. La vida útil depende del espesor de las placas. se desconecta al llegar a 14. Se utilizará un regulador de dos etapas. descargas entre 75% . controlará la carga y descarga de la batería. cuida la vida útil de la batería. de tal manera que el panel trabaje siempre con la máxima potencia.80%. para ello monitorea la tensión de la batería.8V y se debe recargar al llegar al valor de 10. Profundidad de la descarga: Es el porcentaje de la capacidad total de la batería que es utilizada durante un ciclo de carga/descarga. Para aplicaciones fotovoltaicas es común utilizar baterías de descarga profunda. Vida útil en ciclos: Se expresa en ciclos.2 UNIDAD DE CONTROL El regulador evita la descarga de las baterías sobre los paneles. concentración del electrolito y principalmente de la profundidad de descarga. es decir.4. para ello utiliza un diodo.18. La unidad de control puede estar equipada con un microprocesador que permite adaptar las características de producción del campo fotovoltaico a las exigencias de la carga. la cantidad de cargas/descargas que llega a tener la batería. como se observa en figura 1. es decir con un seguidor de máxima potencia (MPPT) 25 . 2. es decir. Asimismo.8V. El regulador quedará definido conociendo la tensión del sistema y la corriente máxima que deberá manejar. deben ser auto conmutados.5 % (± 10 mV/celda.4. reconexión y alarma deben tener una precisión de ± 0. 2. Las tensiones de desconexión. 26 .3 INVERSOR Los inversores transforman la corriente continua en corriente alterna. Se basan en dispositivos electrónicos que permiten interrumpir y conmutar su polaridad. Para las aplicaciones de una instalación aislada. Las cajas de los reguladores de carga deben como mínimo proveer protección IP 32. no utilizan energía de una fuente exterior. FIGURA 11: TENSIÓN EN LA BATERÍA 12V Si se utilizan relés electromecánicos. la reposición de la carga debe retardarse entre 1 y 5 minutos. es decir. o ± 60 mV/batería de 12 V). arenado y pintados al horno. es decir. Sobrecargas que excedan la duración y límites permitidos. en su defecto. La frecuencia nominal se debe mantener entre ± 5 % del valor nominal. De acuerdo al Reglamento técnico “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp”. 27 . Desconexión de las baterías. La caja del inversor debe cumplir con un índice de protección de IP 54. con doble base anticorrosiva (epóxica) o similar. La superficie del inversor debe ser de material inoxidable o. 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. Cortocircuito en la salida de corriente alterna. mientras que las pérdidas diarias por el inversor no deberán exceder el 5% del consumo total diario. muy similar a la de la red eléctrica. 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. El inversor se debe proteger antes las siguientes circunstancias: Tensión de entrada fuera del rango de operación. es recomendable utilizar un inversor que genere una onda senoidal pura.Debido a que se alimentarán cargas del tipo electrónico. protección contra altas tensiones tanto para corriente alterna como para corriente continua y diodos.4 ELEMENTOS DE PROTECCIÓN Además de los sistemas de protección inherentes a la unidad de control. se puede contar con sistemas de protección externos. FIGURA 12: CURVA TÍPICA DE EFICIENCIA DEL INVERSOR FUENTE: PHOTOVOLTAIC INDUSTRIAL SYSTEMS” AUTOR: PAPADOPOULOU. 28 . 2. los cuales pueden ser interruptores térmicos (fusibles o relés).4.5 CABLES Los cables para la instalación deben contar con el aislamiento adecuado.4. 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 (Inom). la selección de los mismos depende de la aplicación y del tipo de canales utilizados. BERLIN 2011 2. Para realizar los cálculos se seguirán las indicaciones de la Norma Técnica Peruana (NTP) y del Código Nacional de Electricidad (CNE). 6 ESTRUCTURA DE SOPORTE Son de dos tipos: SISTEMA FIJO Este sistema está fijo y para ello se debe realizar un estudio de determinación de la inclinación adecuada. Debido a que no puede variar la inclinación. es la estructura que genera menor eficiencia pero es la más económica. e inferiores al 5 % entre el regulador de carga y las cargas. El mantenimiento es mínimo. Todos estos valores corresponden a la condición de máxima corriente6 2. 29 .4. 6 “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp”Minem 2005.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. El sistema fijo tiene mayor duración y casi no requiere mantenimiento. se debe considerar la lluvia y efecto de sombras en la elección de la inclinación FIGURA 13: ESTRUCTURA FIJA FUENTE: INSTALACIÓN REALIZADA POR SUN-NEST. ya que se necesitan sistemas de control para modificar la inclinación (seguir al sol). Estos incrementan los costos iniciales.DE INSTALACIÓN EN ITALIA 30 . se suele utilizar seguidores solares. con alto efecto de radiación directa (nubosidad baja).LORENTZ. engranajes y demás elementos mecánicos. un motor. FIGURA 14: INSTALACIÓN DE SEGUIDORES DE SOL FUENTE: WWW. Existen diversos tipos de seguidores solares en la actualidad. SEGUIDORES SOLARES Especialmente en cielos despejados. Además. suelen incrementan las potencias generadas. se necesitan realizar un mantenimiento a estos equipos mecánicos. Sin embargo. al seguir al sol en su trayectoria. 1 VARIABLE DE LA INVESTIGACIÓN Variable independiente sistema que utiliza el central fotovoltaico para generar electricidad Variable dependiente Diseño de un central fotovoltaica 3. 3 VARIABLES E HIPÓTESIS 3. acomuladores Diseño de un Cantidad de Kw/m2 sistema radiación solar fotovoltaico 31 .2 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES sistema que Panel solar Transformación de Conversor de energía utiliza el central corriente Convertir energía de fotovoltaico para continúa DC a AC Regulador de generar Regular la descarga de carga electricidad las baterías. 1 HIPÓTESIS GENERAL Si. corriente eléctrica y frecuencia adecuadas permiten abastecer electricidad a las cargas del sistema. 32 . entonces la captación de radiación solar será máxima y se generara varios watts de potencia eléctrica.3.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICO Las características normalizadas de tensión.1 TIPO DE LA INVESTIGACIÓN El tipo de investigación es tecnológico porque busca resolver un problema práctico para satisfacer la necesidad de contar con energía eléctrica.3 HIPÓTESIS 3. instalamos los paneles solares seguidores del sol en un lugar despejado. Las características del sistema de generación de energía eléctrica mediante sistemas fotovoltaicos permiten abastecer la demanda del distrito de cocharcas Electrificar este distrito ayudara a los poblares estar comunicados y informados 4 METODOLOGÍA 4.3. potencia. 3.3. El nivel de investigación es experimental ya que se busca manipular las variables independientes para maximizar la captación de energía solar y producir varios KW de energía eléctrica. solar B1 B2 B1 B2 B: DC a AC C1 C2 C1 C2 C1 C2 C1 C2 C:regulador D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D1 D2 D: acomulador A A A A A A A A A A A A A A A A Tratamientos( B B B B B B B B B B B B B B B B Convinacion de dimensiones) C C C C C C C C C C C C C C C C D D D D D D D D D D D D D D D D TÉCNICAS DE LA RECOLLECCIÓN DE Medición de la radiación solar utilizando pirómetro DATOS TÉCNICAS DE Estadística descriptiva y experimental PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS . entonces la captación de radiación solar será máxima y se generara varios watts de potencia eléctrica. TIPO DE Investigación tecnológica INVESTIGACIÓN OBJETIVO DE INVESTIGACIÓN VARIABLES INDEPENDIENTE DEPENDIENTE ESCALA DE MEDICIÓN sistema que utiliza el central fotovoltaico para generar Diseño de un sistema fotovoltaico electricidad ESCALAS DE MEDICION Transformación de energía Kw/m2 Convertir energía de DC a AC Regular la descarga de las baterías acomulador DISEÑO DE LA Diseño factorial 2x2x2x2 completamente al azar INVESTIGACIÓN A1 A2 A: p.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN TABLA 2: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN PROBLEMA ¿Cómo diseñar el sistema fotovoltaico para obtener mayor cantidad de potencia de energía eléctrica? HIPÓTESIS Si.4. instalamos los paneles solares seguidores del sol en un lugar despejado. El procedimiento estadístico a ser aplicado en la investigación para explicar. La muestra se establecerá aplicando la fórmula del muestreo aleatorio simple y esta fórmula solo se aplica siempre y cuando se conozca el tamaño de la población.4.4 TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS Los datos se captaran de la encuesta que se va realizar a todas las personas del distrito de cocharcas. demostrar. y verificar lo planteado en la hipótesis. consistirá 1 . El método de investigación es cuantitativo. Esto permitirá tener datos con respecto a la implementación del sistema fotovoltaico y Se aplican métodos de investigación que a continuación se indican: Experimental: durante el proceso de investigación se realizan encuestas correspondientes. son 42 viviendas las cuales tienen un promedio de 6 personas por vivienda para un total 252 personas. n= 32 S: probabilidad de error N: tamaño de la población Z: nivel de confianza E: Estimación 0. por la forma de investigación realizada.05 4.3 POBLACION Y MUESTRA Dentro del presente documento la cantidad de usuarios a beneficiar. 1. ¿Qué opinión Tiene acerca de un servicio de energía solar? a) Muy interesante b) Interesante c) Neutro d) Poco interesante 2.5 PROCEDIMIENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS Se recolectaran los datos mediante la encuesta. díganos cuál o cuáles son sus razones por las que no le atrae el servicio a) Es desconocido b) Es complicado c) Es inseguro 4. Por favor. ¿cree UD. Que el proyecto beneficiará a todo los pobladores? a) Si b) no c) desconoce 5. primeramente en el desarrollo y estructuración del instrumento encuesta a ser aplicado a los pobladores del distrito de cocharcas. A sí mismo en el instrumento encuesta se formulan interrogantes relacionados a la inclusión de la energía fotovoltaica y también la inclusión de la cultura electricidad básica en los usuarios. 4. ¿Cuál o cuáles de los siguientes aspectos le atraen del servicio de Energía fotovoltaica? a) Facilidad de uso b) Diseño c) Que es nuevo d) Precio 3. ¿estaría usted dispuesto a adquirir los paneles solares? a) Si b) no 2 . Relación de equipos y materiales a utilizar para la implementación y materialización de la hipótesis. ¿cuenta usted con algún negocio? a) Si b) no 4.6 PROCESAMIENTO ESTATICO Y ANALISIS DE DATOS Se utilizara la estadística descriptiva y cuantitativa sus indicadiores que analizaremos se mencionan a continuación: Pruebas para la determinación de los parámetros eléctricos a tomar en cuenta. Utilizar la estadística descriptiva por medio de susindicadores tales como: Tipo de baterias Tipo de panel fotovoltaico Diseño del sistema otros 3 . 6. la vivienda donde usted vive es: a) propia b) alquilada 8. ¿ha escuchado hablar sobre los beneficios de la energía solar? a) Si b) no 7. 5 CÁLCULOS 5.1 DISEÑO FOTOVOLTAICO Se muestran la lista de exigencias para el diseño del sistema fotovoltaico para el suministro de la energía eléctrica a 42 viviendas del distrito de cocharcas. Se mencionan las siguientes descripciones: Función principal Energía Diseño Seguridad Materiales Geometría Costo Ergonomía Uso Plazo de entrega 4 . 5 . 21/02/2017 E SEGURIDAD: Zedano Quispe Yerber El diseño de la estación será de tal modo que no ponga en riesgo a los usuarios de la misma. 21/02/2017 E DISEÑO: Zedano Quispe Yerber Se ubicará en un lugar con pocas sombras De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones. el soporte deberá soportar vientos de hasta 120 km/h. TABLA 3: LISTA DE EXIGENCIAS LISTA DE EXIGENCIAS TESIS DISEÑO DE UN SISTEMA FECHA: 21/02/2017 FOTOVOLTAICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA A 42 CASAS DEL REVISADO: Yarin Achachagua DISTRITO DE COCHARCAS Anwar CLIENTE: DISTRITO DE COCHARCAS ELABORADO: Zedano Quispe Yerber FECHA Deseo o DESCRIPCIÓN RESPONSABLE: Exigencia 21/02/2017 E FUNCIÓN PRINCIPAL: Zedano Quispe Yerber Suministrar energía solar eléctrica a 42 viviendas del distrito de cocharcas 21/02/2017 E ENERGIA: Zedano Quispe Yerber La energía proveniente de los Paneles fotovoltaicos debe ser la suficiente para 42 viviendas . Se debe ubicar en un lugar donde que no árboles o sombras para mejorar la vida del sistema. Los componentes serán ubicados de tal manera que se pueda disminuir el cableado 21/02/2017 D COSTO: Zedano Quispe Yerber El costo estimado de los componentes e instalación se encuentra detallado en el siguiente capitulo 21/02/2017 E ERGONOMIA: Zedano Quispe Yerber Los toma corrientes deben ser de fácil acceso para los usuarios. 21/02/2017 D GEOMETRIA: Zedano Quispe Yerber Se deberá instalar seguidores del sol para obtener la mayor radiación solar posible. La estructura no debe perjudicar de ninguna manera la movilización de los pobladores 6 . teniendo en cuenta las condiciones del sitio.LISTA DE EXIGENCIAS TESIS DISEÑO DE UN SISTEMA FECHA: 21/02/2017 FOTOVOLTAICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA A 42 CASAS DEL REVISADO: Yarin Achachagua DISTRITO DE COCHARCAS Anwar CLIENTE: DISTRITO DE COCHARCAS ELABORADO: Zedano Quispe Yerber FECHA Deseo o DESCRIPCIÓN RESPONSABLE: Exigencia 21/02/2017 E MATERIALES: Zedano Quispe Yerber El soporte debe ser capaz de resistir 10 años como mínimo. a la exposición a la intemperie sin corrosión o fatiga apreciable. 7 En ella se puede realizar turismo de aventura. en que se puede practicar canotaje. el Templo colonial más de cuatro siglos de existencia. Tiene un relieve accidentado. aptas para el desarrollo de agricultura y ganadería. cuenta con un imponente río Pampas. con pendientes bastantes inclinadas y partes planas. y ni que hablar del turismo cultural religiosa.gob.2 UBCACIÓN Cocharcas está ubicado en la provincia de chincheros departamento de Apurímac.pe/ 7 . visitas a lugares turísticas. 7 http://munichinchero. realizar turismo. La estación beneficiará los pobladores del distritos 21/02/2017 E El proyecto será entregado el 2 Zedano Quispe Yerber 1/02/2017 5. LISTA DE EXIGENCIAS TESIS DISEÑO DE UN SISTEMA FECHA: 21/02/2017 FOTOVOLTAICO PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA A 42 CASAS DEL REVISADO: Yarin Achachagua DISTRITO DE COCHARCAS Anwar CLIENTE: DISTRITO DE COCHARCAS ELABORADO: Zedano Quispe Yerber FECHA Deseo o DESCRIPCIÓN RESPONSABLE: Exigencia 21/02/2017 E USO: Zedano Quispe Yerber El uso no generará ningún costo adicional. pues cuenta con importantes restos arqueológicos. FIGURA 15: MAPA DEL DISTRITO DE COCHARCAS FUENTE: MUNICIPALIDAD DE COCHARCAS. 8 http://www.com 8 . Usamos sensores que buscan la luz más brillante todo el tiempo8. destinados en gran parte para autoconsumo y un pequeño porcentaje para comercialización. 5.instructables.La principal actividad económica de la población es la agricultura y en ella complementan con la producción de frutales sobre todo en valle de Pampas.3 SEGUIDORES DEL SOL Es un seguidor activo que está controlado por un programa de la computadora (vía un Arduino). Autor: Valeriano Ruiz Hernández y Manuel A. puede estimarse utilizando las siguientes expresiones Inclinación verano: L+15 = 28º Inclinación invierno: L-20 = -7 Inclinación óptima: 3. Universidad de Sevilla 2005 9 .69) = 12.67= 13º 9 “Radiación Solar: medidas y cálculos”. FIGURA 16: SEGUIDOR DEL SOL FUENTE: WWW. del sistema fotovoltaico en general.INSTRUCTABLES.COM/ID/UN-RASTREADOR-SOLAR-SIMPLE. teniendo en cuenta que la latitud del distrito de cocharcas es de 13º .4 INCLINACIÓN DE LOS PANELES Definir la inclinación es vital para optimizar la generación de energía de los paneles solares y por lo tanto. Silva Pérez.7 + (L*0.9 La inclinación de los paneles solares para una instalación independiente. Este parámetro está altamente influenciado por la latitud del sitio. 5. 5 h/día. C semanal : Es la cantidad de días utilizado a la semana. el mínimo es 0. es decir 7 días/semana.5 DETERMINACIÓN DE LA CARGA La carga total será los 42 viviendas como sabemos la intensidad y la tensión son 16 y 220v respectivamente para cada casa: V casa x I casa = W casa = 3520W W casa x Nº casa= W demanda = 147. V sistema : Es la tensión del sistema. es decir.85.84KW Dónde: V casa = es la tensión de cada vivienda y es igual 220v I casa = es la corriente promedio de cada vivienda es 16A Nº casa= es el número de casa a electrificar Debido a que se instalara en un área rural el consumo de energía será 5 horas al día 2 por la mañana y 3 por la tarde Entonces el consumo total diario (Qm) en Ah/dia se expresa con la siguiente ecuación: ? ??????? ? ? ??????? ? ? ?????? Q(m)= =27670.59 Ah/día ?? ????????? ? ? ??????? Donde: C diario : Es la cantidad de horas utilizado al día.5. F conversión: Es el factor para convertir DC/AC. para el proyecto será de 220 V 10 . así como la altura (α) y orientación (Ψ) del sol.6.98.55 Ah/día ???????? ? ?????????? F cableado: Es el factor de rendimiento debido al cableado. Se estimará la radiación global sobre superficies inclinadas en base al conocimiento de la radiación global sobre superficies planas. en base a factores de rendimiento de Cableado y de batería comunes en la industria: ?? Qm corregido = = 31372. F batería: Es el factor de rendimiento debido a las baterías. de acuerdo a la latitud del punto ubicado. no debe ser menor a 0. no debe ser menor a 0.10 En la tabla 5. 10 Radiación Solar.Como cálculo inicial. Silva Pérez. 5.1 INCLINACIÓN Y RADIACIÓN La radiación varía a lo largo de los días.6 DIMENCIONAMIENTO FOTOVOLTAICO Se dimensionara los equipos principales: 5. Autor: Valeriano Ruiz Hernández y Manuel A. el consumo corregido. Universidad de Sevilla 2005 11 .9.2 se muestran los resultados de los cálculos de las horas sol pico para la inclinación óptima de invierno. medidas y cálculos. de verano y la seleccionada. 048 136.6. ya que si se sub-dimensiona.05 Agosto 5.83 Enero febreo TABLA 5: HORA SOL PICO VERANO Ángulo Óptimo verano 28º Horas de sol pico Intensidad de Mes de (hrs/día) diseño (A) Diseño 1. los ciclos de vida se pueden reducir drásticamente.2 DIMENSIONAMIENTO DE LA BATERÍA Se debe tener especial cuidado con el dimensionamiento de las baterías.021 139.492 40.57 Julio TABLA 6: CÁLCULO DEL ÁNGULO 13º Ángulo Seleccionado 13º Horas de sol pico Intensidad de Mes de (hrs/día) diseño (A) Diseño 1. TABLA 4: HORA SOL PICO INVIERNO Ángulo Óptimo Invierno -7º Horas de sol pico Intensidad de Mes de (hrs/día) diseño (A) Diseño 3. lo cual se observa en la siguiente Figura: 12 . Debido a una profundidad de descarga mayor a la máxima. 3 Ah ????? ? ? ????. FIGURA 17: DIMENSIONAMIENTO DE LA BATERÍA FUENTE: CATÁLOGO DE BATERÍA DE GEL EVEREXCEED.9 11 Este valor se encuentra dentro del rango recomendado por “Especificaciones técnicas y ensayos de loscomponentes de sistemas fotovoltaicos domécticos hasta 500 Wp”. Se escogerá 1. es decir. normalmente 1. 13 . La profundidad de descarga máxima será de 80%. Dónde: DOA : Son los días de autonomía. con lo cual se cumplirán 1000 ciclos Para dimensionar el banco de baterías se debe conocer la capacidad necesaria del banco(C capacidad): ?? ?????????? ? ??? ? ? ????????? C banco= = 7034. F seguridad : Es un factor de seguridad. 80%. Minem Febrero 2005. es recomendable mayor a 3 días 11 PD Max : Es la profundidad máxima de descarga.6 F temp : Es el factor de temperatura es de 0.5 – 2. Nºbs : Es la cantidad de baterías en serie C batería : Es la capacidad de la batería. es decir. es por ello. esto se debe a que está comprobado que actualmente son los más económicos. es de 500 Ah. en este caso.3 DIMENSIONAMIENTO DE PANELES Los paneles serán del tipo policristalino. que se calcula de la siguiente manera: ?????? Nbp = = 15 ???????? ???????? Nbs = ???????? = 2 Dónde: Nºbp : Es la cantidad de baterías en paralelo. V batería : Es el voltaje de operación nominal de la batería. en este caso. El número de baterías debe poder satisfacer la capacidad necesaria. El número de baterías en paralelo define el nuevo valor de la capacidad del banco: C banco = Nºbp x Cbatería = 7500 Ah C útil = C banco (1.PDmax) = 6000Ah 5. su relación Wp/$ es la mayor.6. 14 . policristalino. 12 V. Un panel disponible comercialmente y de alta relación Wp/$ es el panel de 150 Wp. 4 A Dónde: I mes: Es la corriente de diseño para el mes crítico (enero febreo marzo). que para obtener la intensidad requerida de los paneles.4 V. el valor para el panel seleccionado es de 8. Los paneles no son los únicos elementos que entregan potencia a las cargas. para el mes crítico (agosto) son 1. la intensidad requerida por el generador fotovoltaico está dada por la siguiente ecuación: I generador = I mes – I batería = 288.05h.?.P. Voc : Es la tensión de circuito abierto.16 A. también lo harán las baterías. es necesario restarle una intensidad proveniente de las baterías.?. Isc : Es la corriente de corto-circuito. Fd : Es el factor de diseño recomendado.62 A.? ?? Dónde: H. la máxima tensión alcanzada por el panel. Imp : Es la corriente máxima pico. ? ???? I baterías= = 439. cuyo valor es 21. 15 . cuyo valor es 9. De esta manera. : Son las horas sol pico.56 A ?.S.6 V. cuyo valor es 151. el recomendado por el fabricante es 13. Es por ello.Cuyos datos más relevantes son los siguientes: Vmp : Es el voltaje máximo pico. es la tensión a la cual opera en su punto de máxima potencia.48 A. cuyo valor es 17. en el caso de poli cristalinos es 0. 16 . Nºps : Es la cantidad de paneles en serie. ? ????????? I generador = = 412A ?? Fd : Es el factor de diseño recomendado para paneles. un generador de una potencia de 150 x 100 = 15000 Wp.Es una buena práctica. el número total es de 48 x 2 = 86 paneles.7 Finalmente. utilizar factores de diseño para paneles cristalinos y para paneles poli cristalinos o amorfos. el número de paneles puede estimarse con la siguiente expresión: ? ????????? ? Nºpp = = 50 ??? ???????? Nºps = = 2 ? ?? Dónde: Nºpp : Es la cantidad de paneles en paralelo. Finalmente. Formando así. 6. se debe considerar el peor escenario. los elementos de este arreglo se muestran a continuación: 24 baterías 500 Ah / 12V (6 ramales de 2 paralelo y 2 en serie).4 DIMENSIONAMIENTO DEL CONTROLADOR Por el controlador debe pasar la energía generada por los paneles. Se requieren 12 controladores de 50 A y 24 V. es conveniente realizar un cálculo iterativo para alcanzar la propuesta más eficiente y económica. 17 .5 A El controlador seleccionado es de 50 A. Luego de analizar técnica y económicamente diversas opciones. I controlador = I sc x Nºpp x 1. Debido a la gran cantidad de controladores y a la obligación de utilizar cantidades múltiplos de 4 (ramales) y colocar mínimo un 2 unidades por ramal (alcanzar 24 V).5. (3 ramales de 6paralelo y 4 en serie) 12 controladores de 50A y 24V. se llegó a una solución que optimiza el diseño.25 = 592. y este es el de la intensidad de corto circuito para todos los paneles. 72 paneles de 150 Wp. Para ello se requieren 12 ramales de paneles solares y baterías. 8 KW El inversor escogido es: ZIGOR SOLAR 24 V (DC) – 220 V (AC).5 DIMENSIONAMIENTO DE INVERSOR El inversor se encarga de transformar la corriente DC en AC. Frecuencia: 60 Hz.6. 18 . asumiendo el caso crítico. W min inversor = W max inversor x CS = 147. es prudente colocar un coeficiente de simultaneidad de 100%. Sin embargo. Es muy poco probable que todas las cargas funcionen al mismo tiempo. es por ello que el parámetro que define a este equipo es la potencia mínima a convertir.5. Potencia: nominal 20kw Se instalara 1 inversores de este tipo. Las dimensiones serán como se muestra en la siguiente figura. La sección mínima de la línea principal de tierra es de 10mm2 según el CNE. bajo amperaje. la sección del Cu en los equipos y en el sistema en general. por ende. FIGURA 18: SISTEMA PUESTA A TIERRA . y esta será utilizada. debemos evitar que el cuerpo humano sea conductor y pueda sufrir algún daño fatal. El tipo de sistema de puesta a tierra será el de varilla.7 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA Por razones de seguridad para el usuario. FUENTE: AUTOR 19 . esto es debido a la baja potencia y. Se debe conocer el tipo de la puesta a tierra.5. 8 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA Se seguirán las recomendaciones indicadas en las normas aplicables.8.8. Asimismo.grado B (42ksi). Los electrodos de soldadura deberán ajustarse a los requisitos de la AWS D 1.1 y será como sigue: 12 “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp” Minem 2005. 5. deberán seguir las indicaciones establecidas en ASTM A6. Las cuales son: RNE: Reglamento Nacional de Edificaciones AISC: American Institute of Steel Construction 5.2 CONSIDERACIONES DE LA MATERIA SUMINISTRADA Las tolerancias de fabricación de elementos de acero estructural.8 octas. Según los datos climatológicos la nubosidad es de 6. Las conexiones se realizarán mediante pernos inoxidables ASTM A304. La nubosidad debe ser menor a 5 octas para considerar el uso de seguidores en la estructura. la provincia de chincheros con lo cual es recomendable utilizar un seguidor del sol12. la radiación directamente es indirectamente proporcional al índice de nubosidad.1 ESTRUCTURA DE SOPORTE Definir si la estructura será fija o incluirá seguidores depende directamente de la proporción de radiación directa frente a la radiación total. Los tubos de acero estructural (HSS) deberán ajustarse a los requerimientos ASTM A500.5. 20 . deberán satisfacer los requerimientos estipulados en el AISC 303. 21 . y se definió en el capítulo anterior.3 DISEÑO ESTRUCTURAL La inclinación de la estructura será de 13°. A los elementos galvanizados. Las propiedades mecánicas del ASTM A500 se muestran en la siguiente figura: FIGURA 19: PROPIEDADES MECÁNICAS DE ACERO ASTM A500 FUENTE = CATÁLOGO DE PRODUCTOS: ACEROS AREQUIP 13 “Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos hasta 500 Wp” Minem 2005.13 La separación mínima entre los paneles fotovoltaicos deberá ser de 5 cm. 5. como mínimo. según corresponda. Arco sumergido (SAW): AWS A5. el peso mínimo de la capa de zinc será de 600 gramos por metro cuadrado de superficie.17 F7XX-EXXX Las tolerancias en la fabricación en el taller. Las conexiones fueron diseñadas de acuerdo a las definiciones contenidas en AISC 303. asimismo. conforme a ASTM A123 y ASTM A153. Se deberán preparar de acuerdo a SSPC-SP 8. de los componentes de las estructuras de acero. Es preferible utilizar pedestales. se les aplicará una capa de zinc tras su fabricación. las estructuras de soporte deben soportar vientos de 120 km/h. Los paneles solares se conectarán a la estructura por medio de pernos: Estructura Soporte.8. Sección 6. Además. 88m el peso unitario es 25kg/m2 Carga de viento: La velocidad del viento de diseño es de 120 km/h.25 = 175 kg como las dimensiones es 2. La presión que ejerce el viento es de: P = 0.4 ESTIMACIÓN DE CARGAS La estimación de cargas de realizará mediante el método AISC-LRFD.B Módulo de elasticidad: Peso unitario del acero: Soldadura empleada AWS-E70XX Cargas muertas: El peso propio de los elementos estructurales será considerado de forma intrínseca en el modelo. además de ello se adicionarán las siguientes cargas muertas: Paneles: 13. Obreros: 2 obreros X 70 kg x i.005x C x V2 = 50.48 m x 2. Cargas vivas: Asumiendo que 2 obreros puedan apoyarse en los paneles durante la instalación o mantenimiento.67 m.6 kg/m2 y su dimensionamiento 1. Materiales: Planchas ASTM A36 Perfiles tubulares ASTM A 500 Gr.8.48 m x 0.4 kg/m2 22 .5. La superficie resultante quedará pareja. tal como se indica.13. Las tolerancias de montaje serán de acuerdo a AISC 303.Dónde: V: La velocidad del viento de diseño (Km/hm) C: factor adimensional para superficies inclinadas a 15° o menos es de 0. 5. áspera y libre de aceite. Antes del alineamiento de la base o plancha soporte sobre el concreto. Todas las juntas de unión. Las conexiones deberán ser soldadas en taller y empernadas en campo. sección 7. ni suciedad ni material extraño que no permitan que las piezas se ajusten adecuadamente. Las planchas base deberán alinearse y nivelarse en las posiciones y niveles que se indiquen en los planos. tuercas y arandelas. Deberán colocarse en su posición final antes de ser fijadas permanentemente. suciedad y partículas sueltas.9 CONSIDERACIONES PARA EL MONTAJE El montaje estructural deberá cumplir con los requerimientos detallados en AISC 303 y AISC 360. Se deberá colocar grout debajo de las planchas base. inclusive las adyacentes a las cabezas de los pernos. Además. 23 . no se requerirán ensayos no destructivos. y deberán colocarse completamente apoyadas sobre sus soportes. Todas las partes de la estructura deberán estar correctamente alineadas. aparte de inspección visual.7. antes de terminar las conexiones en obra. se eliminará de la superficie del concreto toda mezcla endurecida excedente o rebaba. no contendrán rebabas. mediante cincelado u otros. grasa.