Proyecto de fin de curso.Energa Solar.Tema:-Diseo de un sistema fotovoltaico en la caseta de vigilancia para reducir costos en el complejo tecnolgico La Salle (Junio - 2015).

Autores: Yader Salvador Garcia Carrion. Bayron Martin Chamorro Berrios.Tutor Iic. Norman Reyes.

26/06/15

ndice.Energa Solar.ndice.2Antecedentes y Justificacin.3Planteamiento del problema.4Objetivos.5Objetivos generales.5Objetivos especficos.5Marco Referencial.6La energa Solar.6Utilizacin pasiva de la energa solar.7Energa fotovoltaica.7Aplicaciones.8Diseo de la investigacin.9Balance de cargas.9Seleccin de panel.9Acumuladores.10Regulador e inversor.11Conductores.12Presupuesto.13Resultados esperados.14Bibliografa.18

Antecedentes y Justificacin.

El presente proyecto es parte del curso de energa solar impartido por la universidad Tecnolgica de la Salle con el propsito de dar a conocer loa beneficios que se pueden obtener con la energa solar ya que es energa limpia y renovable a diferencia del gas, aceite o carbn y no contamina al medio ambiente.De igual manera es importante conocer los beneficios de la energa solar a la poblacin ya que una de las problemticas es el calentamiento global y la contaminacin que origina el efecto invernadero. A s mismo el estudio de factibilidad econmica pretende reducir costo en la factura de luz en el complejo tecnolgico La Salle.

Planteamiento del problema.

Debido a las grandes sumas de dinero que se ven reflejadas en los recibos de energa del complejo tecnolgico La Salle, se tiene la necesidad de implementar sistemas de ahorro energtico para reducir costos y crear un sistema de ahorro. Para darle solucin a este problema de altos costos generados, se propone realizar un sistema fotovoltaico en la caceta de vigilancia debido a algunos equipos que son utilizados las 24 horas del da causando un alto consumo.

Objetivos.

Objetivos generales. Implementar un Nuevo sistema fotovoltaico autnomo en la caseta de vigilancia del complejo tecnolgico La Salle Reducir el costo energtico de la factura del complejo tecnolgico La Salle. Aprovechar de optima los beneficios de las Fuentes renovables.Objetivos especficos. Determinar la carga promedio instalada en la caseta de vigilancia y sus alrededores. Disear un sistema eficiente de acuerdo a las necesidades especficas en la caseta de vigilancia. Realizar un estudio de factibilidad econmica.

Marco Referencial.

La energa Solar.

La energa solar es la que se aprovecha directamente de la radiacin solar.Algunos datos de inters: Potencia del Sol = 41026 W Energa del Sol que llega a la Tierra = 5,51024 J/ao Intensidad de radiacin que llega en las capas altas de la atmsfera = 138 kW/m2 Intensidad de la radiacin que llega a la superficie terrestre ~ 900 W/m2De qu depende la incidencia del Sol? - La hora - La inclinacin de la Tierra respecto del Sol, variable a lo largo del ao. - Condiciones meteorolgicas - Grado de contaminacinDe qu formas podemos aprovechar la energa del Sol? - Aprovechando el calor (conversin trmica) - Aprovechando la luz (conversin fotovoltaica)La energa solar presenta dos caractersticas que la diferencian de las fuentes energticas convencionales: Dispersin: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades energticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captacin o sistemas de concentracin de los rayos solares. Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energa captada El primer paso para el aprovechamiento de la energa solar es su captacin, aspecto dentro del que se pueden distinguir dos tipos de sistemas: Pasivos: no necesitan ningn dispositivo para captar la energa solar, el aprovechamiento se logra aplicando distintos elementos arquitectnicos. Aqu, se introduce el concepto de arquitectura bioclimtica con el diseo de edificaciones para aprovechar al mximo los recursos disponibles (sol, viento,) reduciendo as, en lo posible, el consumo energtico y minimizando el impacto ambiental. Activos: captan la radiacin solar por medio de un elemento de determinadas caractersticas, llamado "colector"; segn sea ste se puede llevar a cabo una conversin trmica aprovechando el calor contenido en la radiacin solar (a baja, media o alta temperatura), o bien una conversin elctrica, aprovechando la energa luminosa de la radiacin solar para generar directamente energa elctrica por medio del llamado "efecto fotovoltaico"

Utilizacin pasiva de la energa solar.

Un diseo pasivo es un sistema que capta la energa solar, la almacena y la distribuye de forma natural, sin mediacin de elementos mecnicos. Sus principios estn basados en las caractersticas de los materiales empleados y en la utilizacin de fenmenos naturales de circulacin del aire. Los elementos bsicos usados por la arquitectura solar pasiva son: Acristalamiento: capta la energa solar y retiene el calor igual que un invernadero Masa trmica: constituida por los elementos estructurales del edificio o por algn material acumulador especfico (agua, tierra, piedras). Tiene como misin almacenar la energa captada. Las aplicaciones ms importantes de los sistemas solares pasivos son la calefaccin y la refrigeracin. La refrigeracin surge ms bien como una necesidad de utilizar los sistemas de calefaccin de forma continuada durante todo el ao.Energa fotovoltaica.

La conversin de la energa solar en energa elctrica est basada casi por completo en el denominado "efecto fotovoltaico", o produccin de una corriente elctrica en un material semiconductor como consecuencia de la absorcin de radiacin luminosa.La luz del Sol se transforma directamente en energa elctrica en las llamadas clulas solares o fotovoltaicas, constituidas por un material semiconductor, como, por ejemplo, silicio. Al incidir luz (fotones) sobre estas clulas se origina una corriente elctrica (efecto fotovoltaico), aunque el rendimiento de este proceso es muy pequeo, pues en el mejor de los casos slo un 25% de la energa luminosa se transforma en elctrica.Para obtener suficiente amperaje, se conectan varias de ellas en serie. Son los llamados mdulos o paneles fotovoltaicos. Las clulas del panel estn protegidas por un cristal y se construyen de forma que se pueden unir con otros paneles. Las instalaciones fotovoltaicas han de ir provistas de acumuladores, capaces de almacenar la energa elctrica no utilizada en forma de energa qumica. En algunos casos, tambin puede estar conectado en paralelo con la red, para emplear la energa de la misma cuando falte el Sol.

Aplicaciones.

Aplicaciones remotas: lugares donde slo se prev un pequeo consumo de electricidad (repetidores de radio y televisin, radiofaros, balizas, etc.), y en los que es necesario una acumulacin a base de bateras Usos rurales: instalaciones aisladas de la red general que no suelen requerir acumulacin (riego, molienda, descascarillado, etc.) Autogeneracin: centros de consumo conectados a la red, utilizando la energa solar como base y la de la red como complemento Grandes centrales: generacin masiva de electricidad, slo posible en condiciones favorables de evolucin de la tecnologa fotovoltaica, el coste de las fuentes energticas convencionales y las condiciones climticas Es necesario destacar que los costes de las clulas fotovoltaicas siguen siendo altos en la actualidad, debido principalmente a la complejidad de la fabricacin de las mismas. Es por ello que se siguen realizando importantes investigaciones respecto a la reduccin de costes de las clulas, centrados en dos facetas fundamentales: Utilizacin de nuevos materiales: existen semiconductores con propiedades fotovoltaicas, cuyo coste de produccin es mucho ms bajo que el del silicio Aumento de la radiacin incidente: existen dos opciones al respecto; o utilizar clulas bifaciales, capaces de recibir la radiacin solar por ambas caras, o utilizar concentracin ptica por medio de lentes

Diseo de la investigacin.Balance de cargas.

Se pretende realizar un sistema fotovoltaico en la caceta de vigilancia del complejo tecnolgico La Salle el cual se encuentra en las entradas del complejo el cual cuenta con el siguiente sistema: Un monitor que funciona las 24 horas del da, un reloj marcador que de igual manera se mantiene encendido 24 horas diarias y 7 iluminaciones de bajo consumo, siendo estos dispositivos los cuales se quiere independizar de la red implementando un sistema fotovoltaico con 2 das de autonoma para el cual se realiz el siguiente balance de carga:Balance de cargas.

cantidadDescripcinPotencia [W]Potencia Total [W]Tensin [V]Tiempo [h]Energa [Wh]

1Monitor/computadora10090120242160

1Reloj marcador151512024360

7Iluminacin963120163

Total carga AC1241682583

Kwh/Dia2,583

Seleccin de panel.

Para la seleccin del panel se realizan los clculos adecuados tomando los siguientes coeficientes de perdidas dados por el diseo propuesto por el grupo de estudio:Coeficientes de perdidas

Coeficiente de prdidas por las bateras (Kb)0,2

Coeficiente de prdidas por auto descarga(Ka)0,02

Perdidas por el rendimiento del inversor (Kc)0,2

Perdidas varias (Kv)0,2

Coeficiente de prdidas de cargas (Pd)0,5

Das de autonoma de la instalacin (N)2

Horas solar pico tomadas del mes ms bajo 5,31

Tomando en cuenta estos coeficientes de prdidas se realiza un sobredimensionado el cual puede garantizar que el diseo presentado tiene un grado mas de confiabilidad y de igual manera asegura un buen funcionamiento de los equipos, sin saturaciones y sin elevados costos de mantenimiento

Para realizar los debidos clculos de:Energa consumida por la instalacin (ET)

ET=3228,75

Rendimiento global de instalacin.

R=0,552

Energa Necesaria.

E=5849,18

Energa que debe generar

Eg=6499,16,4990942

Voltios picos instalados

EP=4,78

Potencia pico.

Pp=1359,93

Mdulos a conectar en serie

ms=0,70588235

1

Mdulos a conectar en paralelo

mp=4,18439275

5

Total de paneles5

Una vez que se calcul la potencia pico se realiz una pre seleccin de un panel Suniva, que posteriormente fue el seleccionado debido a que cumpla con todas las expectativas propuestas en el diseo respaldando la decisin los clculos realizados; Panel seleccionado:Panel SeleccionadoSuniva Optimus OPT325-72

P 325Costo$365,00

V12

C en Corto9,25

Acumuladores.

Batera Seleccionada.Dimensionado del acumulador (Bateras.)

Bateria Synthesis 12/105

Voltaje12

Ah105

Costo$120,00

Respaldo en clculos y dimensionado de bateras en serie y paralelo.

Capacidad util. (Cu)

E5033,97Cu (Ah)=838,9945652

N2

Vns12

Capacidad Nominal (C)

Cu838,994565C (Ah)=1048,743207

pd0,8

Baterias en serie

Vns12Bs=1

Vnb12

Baterias en paralelo

Cb105Cp=9,988030538

C 1048,7432110

Total de baterias

bt=10

Regulador e inversor.Dimensionado del regulador (Controlador)

Mp4Ig=46,25

Ip9,2550

Controlador mppt 12v/50A

$ 229

Inversor conectado al regulador (Controlador)

Pca2223Ic=148,2

Vns12

Kc0,2

Determinar la potencia de entrada del inversor.

Pca2223Pi=2778,75

Kc0,23100

3KW Solar inverter Fronius GALVO 3,1-1

$ 1900

Conductores.Una vez realizado el dimensionado de los componentes del sistema fotovoltaico se procede a realizar el dimensionado del cableado que cubrir el rea, debido a que la caceta de vigilancia se encuentra en un rea reducida la longitud del cableado es de corto alcance, los clculos nos da el calibre de cada conductor reflejado en la siguiente tabla:Dimensionado del cableado

Dimensin de cableado en el panel regulador.

Ig46,25

Igm57,8125

Caida V0,6

L3

S10,40625

Conductor seleccionadoCosto

AWG 6$3,30

Dimensin de cableado en el circuito regulador batera.

Im=Igm57,8125

Caida V0,5

L2

S8,325

Conductor seleccionadoCosto

AWG 8$2,00

Dimensin de cableado en el circuito bateria inversor.

Vns12

Pca2223

Kc0,2

Ibm289,453125

Caida V0,5

L2,5

S52,1015625

Conductor seleccionadoCosto

AWG 1/0$5,31

Conductor en circuito de alimentacin en alterna.

Pca2223

Vca120

Icam23,15625

Caida V3

L10

S2,77875

Conductor seleccionadoCosto

AWG 12$0,40

18 Energa Geotrmica. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA LA SALLEPresupuesto.

CANTIDADDESCRIPCION DEL PRODUCTOPrecio Unit. U$TOTAL U$

5Modulo fotovoltaico Suniva Optimus OPT325-72$365,00$1.825,00

10Bateria Synthesis 12/105$120,00$1.200,00

1 Controlador mppt 12v/50A $229,00$229,00

13KW Solar inverter Fronius GALVO 3,1-1$1.900,00$1.900,00

3Conductor AWG calibre #6$3,30$9,90

2Conductor AWG calibre #8$2,00$4,00

2,5Conductor AWG calibre #1/0$5,31$13,28

10Condcutor AWG calibre #12$0,40$4,00

1ESTRUCTURA SOPORTE DE PANELES SOLARES$150,00$150,00

1INSTALACION$120,00$120,00

0TOTAL$5.455,18

Resultados esperados.

Primeramente para analizar resultados esperado, es necesario comprender el cmo se obtienen ciertos valores, primeramente se calcula por medio del balance de cargas, la cantidad de Watts totales consumidos por el establecimiento mensualmente tomando en cuenta cada mes del ao con su respectivos das, posteriormente se hace un costo de estructura para poder obtener el costo del Kwh que ser consumido por el sistema fotovoltaico, para realizar una comparacin en costos con el sistema distribuidor de energa se realiza un estudio del costo del Kwh al que se cobra en la actualidad el distribuidor y por ultimo un estudio de ahorro energtico tomando en cuenta los aos en los que se recuperara la inversin realizada por el diseo:Calculo de KWH/MENSUAL

KWH (Eg, Enega que debe generar el campo PV) 6,50

EneroFebreroMarzo Abril Mayo

SABADOS KWH0,00000,00000,00000,00000,0000

DIAS HABILES KWH4835,32614367,39134835,32614679,34784835,3261

DOMINGOS KWH00000

Produccion de KWH/MENSUAL4835,3264367,3914835,3264679,3484835,326

Junio Julio AgostoSeptiembreOctubreNoviembre Diciembre

0,00000,00000,00000,00000,00000,00000,0000

4679,34784835,32614835,32614679,34784835,32614679,34784835,3261

0000000

4679,3484835,3264835,3264679,3484835,3264679,3484835,326

En el costo de estructura se toma en cuenta todos los parmetros para realizar este tipo de proyecto con sus costos mensuales.Estructura de Costo

ENEROFEBREROMARZO ABRILMAYO

Produccin de KWH/MENSUAL4835,32614367,39134835,32614679,34784835,3261

Mano de Obra U$150,0000150,0000150,0000150,0000150,0000

Mtto a Paneles U$50,000050,000050,000050,000050,0000

Seguro U$50,000050,000050,000050,000050,0000

Depreciacin U $45,4645,4645,4645,4645,46

subtotal U$295,4598295,4600295,4600295,4600295,4600

Costo $/KWH0,06110,06770,06110,06310,0611

Promedio del costo $/KWH (Costo de celda FV)0,0623

JUNIO JULIOAGOSTOSEPTIEMBREOCTUBRENOVIEMBREDICIEMBRETOTAL

4679,34784835,32614835,32614835,32614835,32614679,34784679,347856932,0652

150,0000150,0000150,0000150,0000150,0000150,0000150,00001800,0000

50,000050,000050,000050,000050,000050,000050,0000600,0000

50,000050,000050,000050,000050,000050,000050,0000600,0000

45,4645,4645,4645,4645,4645,4645,46545,52

295,4600295,4600295,4600295,4600295,4600295,4600295,46003545,5198

0,06310,06110,06110,06110,06110,06310,06310,0623

Calculo de depreciacin, tomando 10 aos a depreciarCALCULO DE LA DEPRECIACION

INVERSION $ 5.455,18

AOS A DEPRECIAR10

DEPRECIACION ANNUAL $ 545,52

DEPRECIACION MENSUAL $ 45,46

Posteriormente es necesario saber cunto cuesta el Kwh en el complejo el cual se obtiene mediante un promedio de costos del Kwh de un recibo. Y de igual manera analizando los datos obtenidos por las tablas anteriores se procede hacer la comparacin econmica:Activa punta KwC$/Kwh

231 6,35980

2079 6,30570

Activa Valle Kw

2520 4,22770

22680 4,24490

Total/promedio 5,2845

Costo $ KW/h 0,1957

COMPARACION ECONOMICA

union fenosa

COSTO KWH UNION FENOSA U$0,1957

KHW PROMEDIO MENSUAL4744,3388

COSTO MENSUAL U$/KWH928,5769

generacion

COSTO KWH CELDAS FOTOVOLTAICAS U$0,0623

KHW PROMEDIO MENSUAL4744,3388

COSTO MENSUAL U$/KWH295,7098

AHORRO EN U$ MENSUAL632,8672

Por ltimo se estima en cuantos aos se recuperar la inversin utilizando la funcin TIR.TIRAOS

0123

EGRESOS15942,26

INGRESOS7594,40597594,40597594,4059

FLUJO-15942,267594,40597594,40597594,4059

PORCENTAJE DE RETORNO20%

CONCLUSIONLA INVERSION SE RECUPERARA EN 3 AOS CON UN PORCENTAJE DEL 20% ANNUAL

Bibliografa.

[1]. Energia Solar Nestor QUADRI.[2]. Calculo de la energia Solar- Jose Javier Badell Lapetura.[3]. Clase de energa Solar 1-11,- Lic. Norman Reyes.