ensayo de proyecto de eficiencia energetica

8/18/2019 Ensayo de Proyecto de Eficiencia Energetica

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Proyecto deSuministrar EnergíaElectrica mediantePaneles SolaresÁrea Planta Piloto

Roberto Cumpen Quiroz

Carlos A. Montoro Labaos


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PROYECTO DE SUMINISTRAR ENERGIA

ELECTRICA MEDIANTE PANELES SOLARES

#. PLA$%EAM#E$%& 'EL PR&(LEMA

Hoy en día nos parece difícil la vida, tal como la conocemos, sin laenergía eléctrica y todos los benecios que trae consigo, sería aún másdura, sin embargo existen muchas comunidades rurales de nuestroentorno que carecen de este importante recurso y enfrentan problemasde los que, nosotros ni siquiera tenemos consciencia:

a inseguridad por falta de una iluminaci!n eciente" a obtenci!n de agua para riego y para satisfacer las necesidades

personales elementales" a educaci!n a distancia, si no existe otra forma, por la le#anía" a comunicaci!n con las personas de nuestro entorno" a informaci!n de lo que ocurre en nuestro alrededor" a conservaci!n de alimentos perecederos" a comodidad de utili$ar aparatos eléctricos para reali$ar tareas

domésticas, me#or y más rápidamente"

a empresa %tevia &ne cuenta con este recurso muy indispensable en lavida humana, pero no se trata solo de consumirla sino ver la forma dec!mo reducir este consumo"

as preguntas esenciales para el ahorro de energía eléctrica en %tevia&ne 'erú, motivo de nuestro estudio son:

()s factible la aplicaci!n de la energía fotovoltaica parasuministrar a un área especíca el cual necesita energía eléctricadurante todo el dia*

(+!mo se puede aplicar un sistema de celdas fotovoltaicas parauna instalaci!n que suministre )nergia )léctrica en el área de'lanta 'iloto*

(+uáles serían los benecios al aplicar esta tecnología para elsuministro de )nergía en esta empresa en donde la energíaeléctrica es fundamental todo el día*


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)l consumo de energía eléctrica en las grandes empresas como lo es%tevia &ne 'erú, ree#a cuán importante es este recurso, generando así facturaciones econ!micas muy elevadas"'or tal motivo queremos implementar una soluci!n a este problema por

medio de una fuente de energía renovable llamada Energía)oto*oltaica y de un dispositivo llamado Panel )oto*oltaico entreotros, con el ob#etivo de poder electricar de forma individual esta area,para reducir el consumo de energía eléctrica, el cual va ser muy notorioal tener que facturar los respectivos recibos y a de forma colateralapoyando al plan de eciencia energética que tenemos en la empresa,solventando así nuestras necesidades de consumo de energía eléctrica"

##. +,S%#)#CAC#-$


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)l proyecto de nuestra empresa está enfocado a electricar un área enespecíco de la )mpresa %tevia &ne, ubicada en el distrito de +al$ada-'rovincia de .oyobamba, por medio de celdas o paneles solares sepretende solventar las necesidades principales como son el ahorro de

energía eléctrica en la suministracion de esta mencionada área, el cualayudará a llevar a cabo el plan de eciencia energética por lo que deesta forma el proyecto podrá beneciar en simultaneo a toda laempresa"

)ste proyecto presenta como ahorrar energía eléctrica al electricar pormedio de paneles de energía solar, el área de 'lanta 'iloto" Haciendo elestudio del modelo del area, el cual incluye cálculo de la cargaconsumida promedio en días normales para determinar los parámetrosdel sistema de captaci!n, acumulaci!n, conversi!n, distribuci!n y gastode la energía eléctrica obtenida" /ichos parámetros se requieren para

hacer un presupuesto estimado de la inversi!n inicial para valorar suconveniencia"

'ara la reali$aci!n de este proyecto se necesitaría una gran inversi!n,pero al compararlo con el consumo y la sobrepotencia facturada deforma normal a través de una red de suministros resulta muyecon!mico, por lo que concluimos que sería factible por que se reduciráel consumo"


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###. &(+E%#&S

+onocer las características principales y benecios que puedeaportar la energía fotovoltaica, como fuente de energía

alternativa"

0plicar la tecnología fotovoltaica para resolver la problemática deexceso de consumo eléctrico en el área de 'lanta 'iloto"

&bservar los benecios proporcionados a la )mpresa %tevia &ne através de las celdas solares fotovoltaicas y apoyar al plan de)ciencia )nergética"

#. C&$S#'ERAC#&$ES %E-R#CAS 'E ,$ S#S%EMA

)&%&&L%A#C&

A. S#S%EMA )&%&&L%A#C&

/enici!n: 1n sistema fotovoltaico es el con#unto de dispositivoscuya funci!n es transformar la energía solar directamente en


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energía eléctrica, acondicionando esta última a los requerimientosde una aplicaci!n determinada"

(. C&MP&$E$%ES PR#$C#PALES 'E ,$ S#S%EMA)&%&&L%A#C&

+onsta principalmente de los siguientes elementos:

'aneles 2otovoltaico )structura y cimientos del arreglo 3eguladores de volta#e

+ontrolador de carga de batería

4nversor de corriente cd5ca o un recticador ca5cd

6aterías de almacenamiento eléctrico y recinto para ellas 4nstrumentos

+ables e interruptores

3ed eléctrica circundante

+ercado de seguridad sin incluir las cargas eléctricas

'iagrama )ísico de una #nstalaci/n )oto*oltaica.

1n sistema fotovoltaico no siempre consta de la totalidad de loselementos arriba mencionados" 'uede prescindir de uno o más de

éstos, dependiendo del tipo y tama7o de las cargas a alimentar, eltiempo, hora y época de operaci!n y la naturale$a de los recursosenergéticos disponibles en el lugar de instalaci!n"os componentes de un sistema fotovoltaico dependen del tipo deaplicaci!n que se considere y de las características de lainstalaci!n" 'ara el caso de un sistema aut!nomo, los


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componentes necesarios para que funcione correctamente y tengauna elevada abilidad son:

'iagrama El0ctrico de una instalaci/n 1oto*oltaica.

,na instalaci/n solar 1oto*oltaica sin in*ersor2 utilizaci/n a "!C.C.

,na instalaci/n solar 1oto*oltaica con in*ersor2 utilizaci/n a "!3

C.A.

". Paneles 1oto*oltaicos)l con#unto de paneles fotovoltaicos que puedan captar el soles parte de la instalaci!n a la que se le llama generador" %on


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un con#unto de placas fabricadas a partir del silicio, quecaptan la radiaci!n luminosa procedente del sol y latransforman en corriente continua, a ba#a tensi!n 89 ! ;


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os reguladores de carga son de dos tipos serie o shunt"0mbos reguladores tienen un circuito de censor y regula lacorriente hacia la batería cuando la tensi!n excede unumbral determinado" os reguladores en serie desconectan

la batería de los m!dulos si la tensi!n se eleva por encimadel umbral" +uando la batería se descarga el reguladorconecta nuevamente los m!dulos" )stos reguladores sonsimples pero tiene el problema que no toda la energíagenerada es empleada"

os reguladores shunt funcionan desviando la potencia haciaotra carga, %i la carga es una simple resistencia, estosreguladores disipan la energía lo cual es me#or quesobrecargar la batería o destruir la electr!nica" 'ero estambién posible emplear esta energía excedente en otros

usos"

5. Acumuladores o (aterías%on el almacén de la energía eléctrica generada,permitiendo disponer de la energía eléctrica fuera de lashoras de lu$ o días nublados" )n este tipo de aplicacionesnormalmente se utili$an baterías estacionarias2 las quetienen como característica de operaci!n más importante alciclado> durante un ciclo diario, la batería se carga durante eldía y se descarga durante la noche> sobrepuesto al cicladodiario hay un ciclo estacional, que está asociado a períodos

de reducida disponibilidad de radiaci!n"

Acumulador

6. Comportamiento de una batería.


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%e determina el comportamiento de una bateríafundamentalmente por dos factores: la capacidad en0mperes hora y la profundidad de la descarga"

7. Capacidad en Amperes 8ora.

os 0mperes hora de una batería son simplemente elnúmero de 0mperes que proporciona multiplicado por elnúmero de horas durante las que circula esa corriente"%irve para determinar, en una instalaci!n fotovoltaica,cuánto tiempo puede funcionar el sistema sin radiaci!nluminosa que recargue las baterías" )sta medida de los díasde autonomía es una de las partes importantes en el dise7ode la instalaci!n"

. #$S%ALAC#-$ 'EL S#S%EMA )&%&&L%A#C&

A. CA(LEA'&

". )l cable que se utili$a para interconectar celdas debe serresistente a la lu$ solar"

!. os cables que ba#an hacia las baterías deben estarcubiertos para la intemperie y deben ser de aislante deincombustible"

4. /eben ser resistente a la corrosi!n y humedad"5. )n caso de enterramiento deben estar a ;9cm de

profundidad"

6. a caída de volta#e entre las celdas y el resto de loscomponentes del %istema debe ser menor de 9? del volta#etotal"

(. PR&%E CC#-$ 'E S&(RE C&RR#E$%E 9 S&(RE&L%A+E

". 'ara evitar que una corriente excesiva da7e los cables y elresto de los componentes se deben instalar fusibles"

!. 0demás se contará con un interruptor que desconectara lasceldas para proteger el personal de excesivo volta#e cuandose requiere mantenimiento"

C. C&$E:#-$ A %#ERRA


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". @oda parte metálica que pueda ser tocada por el personaltécnico o usuario debe ser conectada a tierra"

!. %e puede usar dispositivos como varistores para prevenirque un volta#e más alto del esperado apare$ca en el bus +"/"que hay en el panel"

'. #$S%ALAC#-$ 'E ,$ S#S%EMA )&%&&L%A#C&

as celdas fotovoltaicas deberán ser colocadas sobre elpanel de monta#e en una conguraci!n rectangular simple")n el hemisferio norte, los paneles se montan orientadoshacia el sur geográco con una inclinaci!n con respecto alhori$onte, que corresponde al ángulo indicado para obtenerla máxima ganancia durante el invierno"os paneles pueden montarse sobre el techo de una casa osobre cualquier estructura adecuada" )l lugar que se esco#a,debe estar libre de cualquier sombra por peque7a que estasea" )sto disminuiría ostentosamente el rendimiento delpanel"+ome regla general, se orientan los paneles de manera talque la supercie colectora se encuentre perpendicular al soldel mediodía para el mes en el cual se desea la máximaganancia"os paneles deben montarse con una distancia mínima decualquier supercie, de aproximadamente A cm" parapermitir la adecuada circulaci!n del aire por su lado inferior,lo que evitará que se caliente en exceso y esto disminuya surendimiento"'ara que un sistema fotovoltaico realmente pueda prestar unservicio conable durante toda su vida útil, es necesariodarle una gran importancia al correcto monta#e del sistema"+ualquier defecto puede inducir a una reducci!n ostensiblede su eciencia y de su vida útil, que normalmente debieraser de entre B y CB a7os"

E. ,(#CAC#-$ 'E L&S ELEME$%&S 'E ,$S#S%EMA )&%&&L%A#C&

A.El M/duloocalice un sitio despe#ado que esté libre de ob#etos oárboles que puedan provocar sombras, lo más cerca al lugardonde desean instalar su sistema 8lámparas o aparatos=,puede ser sobre un poste metálico o de madera o sobre eltecho de la casa, si éste lo permite"


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,bicaci/n donde se *a a colocar el m/dulo 1oto*oltaico.

(.Soporte de M/dulos%u funci!n es la de su#etar al m!dulo, colocando el m!duloorientado hacia el sur, esto permite que los rayos del solchoquen sobre la supercie del m!dulo la mayor parte deldía, y se obtiene así la mayor generaci!n de energía delm!dulo fotovoltaico"

Soporte de m/dulos 1oto*oltaicos.

C.El Controlador)l controlador debe estar colocado en un lugar protegido dela intemperie 8de preferencia dentro de la casa=, procure que

la distancia entre éste y el m!dulo sea menor de A metros yla distancia entre el controlador y el acumulador sea menorde 9"Am 8para el tendido del cable=, de esta forma seminimi$ara las pérdidas de energía en el cable haciendo másconable y eciente su sistema"

'.El Acumulador6usque un lugar protegido de la intemperie 8puede serdentro de la casa=, con buena ventilaci!n, para evitar la

acumulaci!n de gases generados por el acumulador" +oloquela batería de preferencia sobre una tarima de madera,proté#ala de los ni7os tome en cuenta las limitantes dedistancia en el cable mencionadas en el controlador" Duncacoloque el acumulador directamente sobre el piso"


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,bicaci/n de la batería y del controlador de carga.

E. L;mparas/istribuya uniformemente las lámparas así como susrespectivos interruptores, en el lugar donde las desea

instalar, de tal manera que obtenga la mayor iluminaci!n,procure que el tendido del cable del controlador a cada unade las lámparas sea de al menos E metros" 2í#elas en loslugares elegidos"

,bicaci/n de las l;mparas

). #$%ERC&$E:#&$ES 'EL S#S%EMA)&%&&L%A#C&

/espués de haber denido la ubicaci!n de cada una de laspartes del sistema es hora de reali$ar las interconexiones deacuerdo de la siguiente secuencia"


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Cone


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3. 4dentique las terminales positiva 8I= y negativa 8-= delpanel en el bloque de terminales del controlador 8panelI,panel-=" 1tili$ando el cable tendido de modulo a controlador,tome el color negro y conéctelo a la terminal panel -, tome elro#o y conéctelo en la terminal panelI"

=. Haga lo mismo que en el punto J en las terminales delm!dulo fotovoltaico">. Hecho esto, el controlador detectara actividad solar 8si es de

día y está soleado= para el m!dulo y conectará el circuito derecarga al acumulador"

"?. 4dentique la línea corrugada como positiva y la línealisa como negativa del cable @HG calibre 9, tendido delámpara a interruptor" +onecte un cable en ambasterminales del interruptor" 3epita el proceso en cada uno delos interruptores"

"". /el extremo del cable que va del interruptor a lámpara

conecte la línea lisa a la terminal positiva de lámpara y lalínea corrugada del cable procedente del controlador a laalampara, el cable negativo de lámpara conéctelo a la líneacorrugada del cable procedente del controlador a lámpara"3epita el proceso en cada uno de los interruptores"

Cone


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G.OPERACIÓN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

". &peraci/n 'iurna/urante el día el m!dulo fotovoltaico genera energíaeléctrica, la cual es conducida hacia el acumulador y éste a

su ve$ alimenta las cargas 8lámparas=, el conductor mane#atoda la operaci!n" .ediante sus leds indicadores muestra elvolta#e de batería, panel conectado y disponibilidad de carga

!. &peraci/n nocturna/urante la noche el controlador detecta que no existegeneraci!n del m!dulo fotovoltaico y abre el circuito 'anel K6atería, con esto se elimina un posible regreso de energía"Dormalmente durante la noche el controlador monitorea elvolta#e de la batería tomando la acci!n que se requiera"

4. Corte por alto *oltae)l controlador tiene preestablecido un volta#e de máximacarga en la batería, cuando esta llega al volta#e máximo89;"L


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@.PR&(LEMAS 9 S&L,C#&$ES 'E ,$ S#S%EMA)&%&&L%A#C&

+uando una lámpara no enciende se recomienda retirar eltubo y probarlo con la balastra de otra de sus lámparas, si se

activa, probablemente la balastra este da7ada, sino es así eltubo es el da7ado" lame a su representante más cercanopara su reposici!n"


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". 3evise las conexiones del sistema, las conexiones de lasbaterías puede limpiarse y tratarse peri!dicamente, conanticorrosivos de uso común en la industria de autopartes"

!. )xamine el nivel de densidad especíca del electrolito

8ácido= en la batería que esté de acuerdo con lasrecomendaciones del fabricante, este chequeo debe hacersedespués de una recarga completa al banco de baterías, conel nivel de electr!lito de acuerdo a las especicaciones por elproveedor"

4. @ome muestras del volta#e de cada batería cuando éstasestén ba#o carga, si el volta#e de alguna diere más de un9B? del promedio de los volta#es de las demás, indica queexiste un problema con esa batería" +onsulte al fabricante oa su distribuidor más cercano"

5. Haga un reconocimiento en el sistema de cableado, si el

cableado ha estado expuesto al sol o a la corrosi!n durantealgún tiempo, es posible que se puedan formar grietas en lacubierta de éste, esto provocará pérdidas de energía" 0ísle lome#or posible todos los conductores de energía para evitareste tipo de fallas"

6. 3egistre que todas las ca#as de conexiones esténcorrectamente selladas, incluyendo las del panel,controladores, etc", puntos de interconexiones, así mismocerci!rese si existe corrosi!n o da7os causados por el agua"%i tienen componentes electr!nicos montados dentro de ungabinete asegúrese que tengan buena ventilaci!n"

7. 4nspeccione las pie$as de la estructura soportante de losm!dulos" 0l mover suavemente algún m!dulo del arreglo,vea si existe alguna pie$a o#a o suelta que pueda causarproblemas"

3. 3evise la operaci!n de los interruptores y fusibles, asegúreseque el movimiento del interruptor sea s!lido, vea si existecorrosi!n tanto en los contactos como en los fusibles"

#. ,$A CBL,LA S&LAR %#E$E Q,E SA%#S)ACER LASS#,#E$%ES C&$'#C#&$ES

)l rendimiento de conversi!n energética tiene que ser lo máselevado posible, es decir que es necesario que la célula puedagenerar una densidad de corriente de corto circuito y un volta#ede circuito abierto elevados y al mismo tiempo con un factor lomás pr!ximo posible a la unidad"


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a célula tiene que poder suministrar una potencia suciente auna carga"

as resistencias en serie de la propia célula deben tener unvalor débil para que la caída de potencial que signican,represente una peque7a parte del potencial salida"

a absorci!n !ptica del semiconductor tiene que ser sucienteen la mayor parte posible del espectro solar" 0sí se consideraque un buen coeciente de absorci!n tiene que ser 9B;cm-9 enla regi!n del espectro visible"

os electrodos de cada cara del semiconductor de las célulastienen que captar eca$mente los electrones y los huecosfotocreados" a longitud de difusi!n de los portadoresminoritarios tiene que ser del mismo orden que el espesor de lapelícula"

Causas Principales de las P0rdidas de

Potencia

)ntre las principales causas de que los rendimientos deconversi!n tengan valores no superiores al 9A? en la práctica,cabe citar las siguientes:

M 3eexi!n en la cara anterior de la célula solar" 'ara unacélula de silicio desnuda es del CB? por lo quenormalmente se las recubre de una capa antirree#anteque disminuye NrO en un factor 9B"

M /iferencia entre el rectángulo sombreado de potencia útily el área total del ;P cuadranteM 'érdidas en las resistencias parasitas serie y paralelo

debidas a la fabricaci!n y la especial geometría deldispositivo"

M 3ecombinaci!n de portadores en el volumensemiconductor en las $onas NnO y NpO en el interior de la$ona de transici!n, en la supercie y en el contacto!hmico de la cara no iluminada"

M 2otones no absorbidos y energía de los fotones porencima de )g que no se traduce en potencia útil en la

carga"

A.Los e1ectos de la energía solar 1oto*oltaicasobre los principales1actores ambientales son los siguientes


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". Climaa generaci!n de energía eléctrica directamente a partir dela lu$ solar no requiere ningún tipo de combusti!n, por lo queno se produce contaminaci!n térmica ni emisiones de +&que favore$can el efecto invernadero"

!. eologíaas células fotovoltaicas se fabrican con silicio, elementoobtenido de la arena, muy abundante en la Daturale$a y delque no se requieren cantidades signicativas" 'or lo tanto,en la fabricaci!n de los paneles fotovoltaicos no se producenalteraciones en las características litol!gicas, topográcas oestructurales del terreno"

4. Suelo0l no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni

movimientos de tierra, la incidencia sobre las característicasfísico-químicas del suelo o su erosionabilidad es nula"

5. Aguas superDciales y subterr;neas Do se produce alteraci!n de los acuíferos o de las aguassuperciales ni por consumo, ni por contaminaci!n porresiduos o vertidos"

6. )lora y 1auna a repercusi!n sobre la vegetaci!n es nula y, al eliminarselos tendidos eléctricos, se evitan los posibles efectos

per#udiciales para las aves"

7. Paisaeos paneles solares tienen distintas posibilidades deintegraci!n, lo que hace que sean un elemento fácil deintegrar y armoni$ar en diferentes tipos de estructuras,minimi$ando su impacto visual" 0demás, al tratarse desistemas aut!nomos, no se altera el paisa#e con postes ylíneas eléctricas"

3. Ruidos

)l sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo querepresenta una clara venta#a frente a los generadores demotor en viviendas aisladas"

=. Medio social


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)l suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico dedimensi!n media, no representa una cantidad signicativacomo para producir un grave impacto" 0demás, en granparte de los casos, se pueden integrar en los te#ados de lasviviendas"

'or otra parte, la energía solar fotovoltaica representa lame#or soluci!n para aquellos lugares a los que se quieredotar de energía eléctrica preservando las condiciones delentorno> como es el caso por e#emplo de los )spaciosDaturales 'rotegidos"

VII. C&$CL,S#-$ 'EL PR&9EC%&

)l traba#o reali$ado consiste en solucionar el problema de consumo deenergía eléctrica en la )mpresa %tevia &ne, )n dicho traba#o seincluyeron los siguientes puntos:

o +onocer las características principales y los benecios quenos ofrece la energía fotovoltaica"

o 0plicar la energía fotovoltaica para solucionar la necesidadde ahorrar energía eléctrica en el área de 'lanta 'iloto"

o &bservar los resultados y benecios que se obtendrán si sereali$ara este proyecto en el área mencionadaanteriormente")l estudio, además nos permite visuali$ar que es posibleutili$ar con éxito fuentes alternativas de energía eléctrica,para ayudar a la conservaci!n del medio ambiente


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0D)F&


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ensayo de proyecto de eficiencia energetica

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