UNIVERSIDAD “FERMÍN TORO”
VICE-RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROPUESTA DE UN SISTEMA CON PANELES SOLARES COMO ENERGÍA ALTERNATIVA AUTOMATIZADA PARA LA ILUMINACIÓN DEL EDIFICIO FERMÍN SÁNCHEZ, PERTENECIENTE A CORPOELEC – LARA LARA USANDO FLUORESCENTE T5
Autor: T.S.U. Carlos Oliveros Tutor: Ing. Ramón Chávez
CABUDARE, ABRIL 2018
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UNIVERSIDAD “FERMÍN TORO”
VICE-RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROPUESTA DE UN SISTEMA CON PANELES SOLARES COMO ENERGÍA ALTERNATIVA AUTOMATIZADA PARA LA ILUMINACIÓN DEL EDIFICIO FERMÍN SÁNCHEZ, PERTENECIENTE A CORPOELEC – LARA LARA USANDO FLUORESCENTE T5
Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al Título de Ingeniero Electricista
Autor: T.S.U. Carlos Oliveros Tutor: Ing. Ramón Chávez CABUDARE, ABRIL 2018
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DEDICATORIA A Dios, Por Bendecirme e iluminarme en cada momento. A mis dos madres, Por confiar en mí y brindarme su apoyo incondicional. A mis hermanos, Por ser mi apoyo y compartir sus experiencias conmigo A mi esposa María de Los Ángeles, Por no dejarme decaer y darme todo su apoyo para poder alcanzar nuestras metas. A mi hijo José Andres Oliveros, Por ser esa chispa de alegría que motiva cada segundo de mi vida.
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AGRADECIMIENTOS El principal agradecimiento es para Dios, que siempre me ha llevado por el camino correcto y por medio de él, he logrado conseguir todas las metas trazadas, Gracias Dios sin ti nada fuera sido posible. A mi madre Martha Oliveros y Celia Velásquez, que han estado conmigo en todo momento y me han brindado todos los que en sus manos han podido. A mi esposa María Suarez por estar a mi lado en esta lucha y ayudándome para que pueda vencer cada obstáculo. A toda mi familia, que han aportado su grano de arena y con sus consejos y buenos deseos, y son quienes están conmigo cuando más los necesito. A mi hijo José Andres Oliveros, desde ese día que apretaste mi mano seguiré luchando para darte un mejor futuro. A mi tutor Ramón Chávez por su empeño y dedicación.
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ÍNDICE GENERAL p.p DEDICATORIA……………………………………………………………...… iv AGRADECIMIENTO………………………………………………………….
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ÍNDICE GENERAL……………………………………………………………
vi
LISTA DE CUADROS…………………………………………………………
ix
LISTA DE FIGURAS ........……………………………………………………. x RESUMEN……….…………………………………………………………….. xi INTRODUCCIÓN……………………………………………………………... 1
CAPÍTULO 3
I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema……………………………………………
3
Objetivos de la Investigación…………………………….…………….. 9 Objetivo General………….………………………………………. 9 Objetivos Específicos……..………………………………………
9
Justificación de la Investigación…….……………………………….… 10 13
II MARCO TEÓRICO
Antecedentes de la Investigación………………..…………...………… 13 Bases Teóricas……….………..……………………………….……….
18
Radiación Solar …………………………………………………… 18 Energía Eléctrica……..……………..…………………………….. 20
Energía Alternativa…..…………………………………………… 22 Energía Solar……..……………………………………………….. 27
vi
7
Energía Solar Voltaica………..…………………………………... 30 Diseño de los Sistema FV………………………………………… 43 Modulo Solar……………………………………………………… 44 Panel Solar……………………….………………………………..
44
Efecto de la Posición Geográfica de Venezuela…..………………. 69 Sensor de Movimiento………………...……………………..…....
71
Bases Legales……………………………………………………...……
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Definición de Términos Básicos………………………………………..
76 79
III MARCO METODOLÓGICO
Naturaleza de la Investigación………………………..………...……… 80 Fases del Proyecto…………………………………………………….
82
Fase I. Diagnóstico……………………………………………..…
82
Fase II: Factibilidad………………………………………………..
82
Fase III. Diseño del Proyecto……………………………………...
84
IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS………………………………….
87
V PROPUESTA……………………………………………………………
112
V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
127
Conclusiones…………………………………………………………… 127 Recomendaciones…………………………………………………….
129
REFERENCIAS……………………………………………………………...… 131
vii
8
ANEXOS………………………………………………………………………..
viii
133
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LISTA DE CUADROS CUADRO
p.p
1
Clasificación de la radiación
76
2
Valores de irradiación y temperaturas promedios
76
3 4
Características
más
Importante
de
los
Modelos
de
Iluminación…………………….………………………………...
Observaciones a Considerar para la Iluminación Según el Tipo de Ambiente…………………………………………………………..
78 80
5
Equipos de Control………….…………………………………….
6
Consumo eléctrico del alumbrado del edificio en la actualidad .….. 88
7
Calculo del consumo eléctrico del edificio Fermín Sánchez en la actualidad………………………………………………………….
82
90
8
Equivalencias del tubo de LED…………………………………… 90
9
Calculo del edificio Fermín Sánchez con la propuesta…………… 91
10
Calculo del consumo con la propuesta…………………………….. 91
ix
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA
p.p
1
Radiación Reflejada, Absorbida e Ingresada……...………………. 17
2
Energías Luminosa…………………………………………….….. 19
3
Diferentes Fuentes de Energía Alternativas…..…………………… 21
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Diagrama de un Sistema Fotovoltaico…………………………….. 30
5
Celdas Fotovoltaicas………………………………………………. 44
6
Representación de un átomo de silicio…………………………….. 47
7
Funcionamiento de las celdas solares……………………………… 48
8
Proceso de conversión de energía…………………………………. 52
9
Transferencia automática………………………………………….. 53
10
Costo de implementación de un sistema fotovoltaico……………... 87
11
Gasto de corriente eléctrica de un edificio…………………………. 102
12
Espectro electromagnético………………………………………… 103
13
Espectro visible por el ojo humano………………………………... 104
14
Dimensiones de una lámpara T5…………………………………... 110
15
Símbolos de equipos a utilizar…………………………………….. 120
16
Diagrama unifilar del sistema……………………………………... 121
17
Conexión de paneles………………………………………………. 122
18
Conexión de baterías……………………………………………… 123
19
Esquema de regulador controlador………………………………..
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Conexión inversor CC/CA………………………………………..
125
21
Diagrama del transfer……………………………………………..
126
x
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UNIVERSIDAD “FERMÍN TORO” VICE-RECTORADO ACADÉMICO DECANATO DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROPUESTA DE UN SISTEMA CON PANELES SOLARES COMO ENERGÍA ALTERNATIVA AUTOMATIZADA PARA LA ILUMINACIÓN DEL EDIFICIO FERMÍN SÁNCHEZ, PERTENECIENTE A CORPOELEC – LARA USANDO FLUORESCENTE T5 Autor: T.S.U. Carlos Oliveros Tutor: Ing. Ramón Chávez Año: 2018 RESUMEN La presente investigación corresponde a una investigación de tipo proyecto factible cuyo objetivo general es la propuesta de un sistema con paneles solares como energía alternativa automatizada para la iluminación del edificio Fermín Sánchez perteneciente a Corpoelec-Lara usado fluorescente T5 en el cual se presentan tres objetivos específicos: Diagnosticar la necesidad del estado actual del sistema de iluminación del edificio Fermín Sánchez de contar con un sistema de respaldo automático con transferencia, Determinar la factibilidad técnica, operativa y económica de la propuesta, Desarrollar un sistema de ahorro de energía mediante el uso de paneles solares que permita la disminución del consumo eléctrico en el edif. Fermín Sánchez. Este proyecto se encuentra ubicado en el polo: hombre, ciudad, territorio debido a los beneficios que podrá brindar a diario manteniendo un ahorro energético, en el eje: Diseño y mantenimiento de sistemas de distribución de potencia eléctricas para el beneficio de la comunidad; debido que la propuesta tiene como finalidad generar un ahorro eléctrico por medio de la generación de energía alternativa menos contaminantes y más económica a largo plazo. En el desarrollo de este trabajo se puede apreciar que las energías alternativas es tendencias a nivel mundial y donde las nuevas tecnologías apuntan a ser más eficientes en el consumo de los equipos eléctricos aunado a esto creando mejores equipos en la generación de más energía alternativa. La utilización de sistemas alternativos como lo es los paneles solares, han permitido disminuir la demanda eléctrica en la red de distribución. Venezuela tiene una ubicación excepcional con respecto a la radiación solar y las horas de sol diarias. Descriptores: Energía eléctrica, paneles solares, ahorro de energía, sistemas alternativos.
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INTRODUCCIÓN En un mundo donde el calentamiento global cada vez toma más protagonismo, la tendencia cada vez es mayor para cuidar el medio ambiente, por lo que se debe cooperar en esa dirección así para poder entregar a las futuras generaciones avances en materias tecnologías, económicas, ambientales y social. Donde el consumo de la energía eléctrica es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. La energía limpia es un sistema de producción de energía que deja a un lado cualquier elemento de contaminación que sea peligroso para el planeta Tierra. Esto surge gracias a la necesidad de preservar el medio ambiente y por la disminución de recursos no renovables como el petróleo y el gas. Es importante recalcar que las energías limpias son diferentes a las renovables, ya que su utilización no implica la eliminación de residuos, sino la implementación de fuentes naturales, como el agua, viento y luz solar. En el
Capítulo I se realiza el planteamiento del problema, se menciona tanto el
objetivo general como los objetivos específicos, se explican su justificación e importancia, así como sus alcances y limitaciones. En el Capítulo II se asientan los antecedentes de la investigación los cuales son parte de esta, pues han servido de guía para el planteamiento de la investigación y las bases teóricas para la misma comprensión y soporte de lo fundamentado. En el Capítulo III, se realiza el Marco Metodológico de la investigación a partir de la descripción se coloca la naturaleza, así como la fase por la cuales pasea la propuesta, diagnóstico del problema, estudio de la factibilidad y diseño de la propuesta.
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En el Capítulo IV, se presentan los análisis de los resultados obtenidos de la presente investigación sustentado en la fase de diagnóstico, diseño, factibilidades y desarrollo de la misma. En el Capítulo V, se presenta la propuesta para la para un sistema de energía alternativa usando paneles solares para la iluminación del edificio Fermín Sánchez de Corpoelec. En el Capítulo VI se presentan las conclusiones alcanzadas y las recomendaciones finales de la investigación.
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CAPÍTULO I EL PROBLEMA Planteamiento de Problema La electricidad es un fenómeno físico en el cual la energía se puede manifestar de múltiples maneras; mecánica, térmica, luminosa, química entre otras. Se origina a través de cargas eléctricas. El hombre durante la historia en su afán de conocer todo lo que lo rodea ha logrado manipular la energía y transformarla en varias ramas. Remonta desde hace miles de años incluso A.C, cuando Thales de Miletus (630-550 AC) fue el primero en evidenciar el hecho de que él ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Posteriormente apareció en 1733 El Francés Francois de Cisternay Du Fay (14/Sep./1698) siendo el primero en identificar la existencia de dos cargas eléctricas: Positiva y Negativa, lo cual revolucionó el campo de investigación de la energía convirtiéndose en uno de los descubrimientos más importantes. En este sentido, una de las características más importantes que se debe recalcar es que la energía para poder obtenerla debe ser transformada, la misma viene generada por varios medios, como lo son el hidráulico, eólico, solar, gas, gasoil, nuclear, etc; Cada una de las fuentes de energía tienen sistemas respectivos que permiten obtener desde la fuente la energía para transformarla en eléctrica. Cabe acotar que, en el siglo XXI, el desarrollo tecnológico y la progresiva implantación de nuevas fuentes de micro y mini generación, unidos a los procesos de liberalización del mercado eléctrico en los países desarrollados y los condicionantes de respeto al medio ambiente, hacen que no sean esperables grandes inversiones en esta tendencia a principios de este nuevo siglo.
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No obstante, lo anterior, a pesar de este cambio de filosofía de funcionamiento, hoy en día la mayor parte de la potencia eléctrica consumida en el mundo es producida en grandes instalaciones centralizadas, en las cuales fuentes de energía diversas son transformadas en energía eléctrica para su posterior transporte a largas distancias hacia los consumidores finales. La mayoría de las plantas de generación se encuentran situadas a grandes distancias de los centros de consumo. Por ello, es necesario dotar al sistema de una compleja infraestructura que permita transportar la energía y hacerla llegar a los usuarios en óptimas condiciones para su consumo. Sin embargo existen las llamadas energías alternativas o también conocidas como energías renovables, ya que se obtienen de fuentes naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que contienen, y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales , como es el caso de los rayos del sol que son una fuente de energía prácticamente inagotable y que la energía que generan llega a la tierra en forma de radiación electromagnética, la cual puede aprovecharse para diversas aplicaciones, entre ellas calefacción, agua caliente y electricidad. Desde este punto de vista, el concepto incluye no solo a las energías renovables sino todas las energías alternativas posibles incluso la nuclear. Las energías alternativas deben garantizar la no contaminación del medio ambiente, de aquí el hecho de que la energía nuclear se vea incluida al ser su producción tan limpia, no obstante, algunos expertos no apoyan esta inclusión de la energía nuclear como alternativa debido a que su fuente es finita. Las energías alternativas deben ser la respuesta hacia un futuro más limpio. Es conocido que el incremento del dióxido de carbono provoca un aumento del calor global y este a su vez en la alteración y generación de los fenómenos naturales de alto impacto. La energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las demás formas de energía en la Tierra. La conversión fotovoltaica es el único medio en transformar le energía suministrada por el sol en forma de rayos en electricidad. La energía solar
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fotovoltaica puede aprovecharse de dos formas diferentes: la primera sirve para aquellos lugares que no cuentan con servicio eléctrico y permite el almacenamiento en baterías para utilizarlo cuando haya demanda; y la segunda serviría para abastecer núcleos mayores que requieren de una central o planta de producción formada por una serie de paneles solares (heliostatos) que reflejen la luz recibida hacia un punto en particular. Venezuela ha sido tradicionalmente considerada como un país con una reserva inagotable de recursos energéticos y este hecho ha influido en los hábitos de su población en el consumo de energía eléctrica. Adicionalmente el crecimiento de la población y el desarrollo de la tecnología han permitido a sus habitantes exigir más confort, lo cual se traduce en mayor variedad de equipos e instalaciones y, en consecuencia, en una demanda creciente de energía. Es importante referir que, aun cuando en Venezuela al 97% de la población cuenta con suministro eléctrico, el 3% restante de la población que no cuenta con el servicio, vive en poblaciones aledañas a los grandes centros de servicios, es por ello que se hace conveniente que en Venezuela se desarrolle el uso de nuevas fuentes de energías alternativas para suplir del servicio a las poblaciones carentes del mismo. Cabe referir que, una de las necesidades para el confort humano y el buen vivir es una buena iluminación sin contaminar el ambiente ni causar ningún impacto que modifique nuestro ecosistema buscando así un desarrollo sustentable para nuestra sociedad. Esto implica minorar el impacto ambiental en el cual vivimos reduciendo las emisiones de gases, se sabe que el 85% de la energía consumida a nivel mundial proviene de la quema de combustibles fósiles, los mismos que afectan las condiciones de vida en nuestro planeta. La energía solar fotovoltaica es una energía renovable que se plantea como una solución para la reducción de emisiones de CO2 que presenta nuestra sociedad, cada
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kilovatio de energía solar generada deja de emitir 0,311 Kg de CO2 en la atmosfera. Por este motivo los gobiernos a nivel local y mundial están haciendo gran énfasis en el uso de energías renovables, la más difundida en nuestro país es la fotovoltaica. Debido a las condiciones geográficas favorables que se encuentra Venezuela, la energía fotovoltaica resulta viable ya que el índice de incidencia del sol es muy bueno, particularmente la mayor incidencia de irradiación. Una fuente de energía como la solar, la cual pertenece al grupo de las alternativas, se puede obtener por medio de los paneles solares. Es un tipo de energía que se considera limpia, con menos impacto ecológico con respecto a otros tipos de energía, que tienden a ser más contaminantes. El almacenamiento de La energía solar se almacena por medio los rayos solares depende del tipo de panel y la intensidad en que los rayos solares dan con él, para este caso estudiaremos este tipo de energía para obtener un beneficio. En este sentido, Corpoelec Lara es la empresa responsable de proveer el mejor servicio de electricidad de la región; de alta calidad, al menor precio posible y con una justa rentabilidad. Comprometida a responder a las expectativas de sus clientes, trabajadores, accionistas y a la comunidad, para así contribuir a mejorar la calidad de vida de la sociedad larense. Es base a ello, el presente estudio se enfoca en el edificio Fermín Sánchez, el cual está designado al Lcdo. Noguera Oswaldo y éste tiene bajo su mando a 185 trabajadores que realizan diferentes actividades, repartidos entre 2 gerencias, Medición de Energía y Operaciones Técnicas, ambas gerencias repartidas en 42 cubículos manejan personal operativo y administrativo que se encargan de la atención de los requerimientos de los clientes. No obstante, este edificio ubicado en la zona industrial 1, fue construido para ser un galpón, en el momento de que Corpoelec adquirió este inmueble lo adapto para
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atender la parte operativa comercial, desde allí realizar todos los procesos administrativos que conlleva la dicha unidad. En otro orden de idea, dentro de Corpoelec a nivel nacional, le exige a cada uno de sus centros de servicios un ahorro energético para contribuir con el sistema interconectado nacional, un ahorro que debe ser por lo menos de 20% con respecto a su historial promedio de los últimos años, este ahorro es supervisado por el área de uso racional de energía eléctrica, debe ser cumplido para evitar penalización dentro de la misma empresa. Para la realización de la siguiente propuesta es de diseñar una fuente de energía alterna obtenida por medio de los paneles solares para la parte de la iluminación del edificio, para así poder contribuir con dicho ahorro. Dicho ahorro se propone realizar con una automatización de la energía alternativa, donde funcionaria en un lapso de horas previamente consultado para poder realizarlo en el momento adecuado con la instalación de sensores para que funcione de manera inteligente. Otra característica de esta automatización seria que funcione cuando la red no esté disponible, debido a las constantes fallas del sistema y a los racionamientos programados, con esta propiedad garantizamos mantener el edificio con su iluminación, de esta forma los trabajadores podrían desalojar el edificio sin correr algún riesgo de tropezar ocasionando daño físico o material. Teniendo en cuenta los planteamientos anteriores, surge la siguiente interrogante: ¿Será factible que a través de éste diseño garantizar la continuidad de la iluminación si la red no está disponible? ¿Podrá la empresa implementar este diseño para así contribuir con el ahorro energético?
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Objetivos de la Investigación Objetivo General
Diseñar un sistema alternativo y automatizado para la iluminación del edif. Fermín Sánchez de Corpoelec usando paneles solares como energía alternativa. Objetivos Específico
Diagnosticar la necesidad del estado actual del sistema de iluminación del edificio Fermín Sánchez de contar con un sistema de respaldo automático con transferencia. Determinar la factibilidad técnica, operativa y económica de la propuesta. Desarrollar un sistema de ahorro de energía mediante el uso de paneles solares que permita la disminución del consumo eléctrico en el edif. Fermín Sánchez
Justificación e importancia La energía solar fotovoltaica se basa en la energía lumínica del sol, para producir electricidad mediante placas semiconductoras que se alteran con la radiación solar. A estos sistemas se les llaman paneles solares fotovoltaicos. Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica son muy variadas, desde la aeroespacial con la producción de energía a gran escala, hasta artefactos mínimos como calculadoras o pequeñas instalaciones. De acuerdo con Hernández, Fernández y Baptista (2008), la justificación responde al porqué de la investigación, cuales son las razones para realizar dicha investigación. Así mismo agrega “además, en muchos casos se tiene que explicar
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porque es conveniente llevar a cabo la investigación y cuáles son los beneficios que se derivan de ella” (p. 49).
Para la siguiente investigación cabe resaltar que se efectuara la instalación de energía alternativa pensado en un mundo de energía limpia y con la que el ambiente no se perjudica, de tal manera, se debe investigar de las diferentes tecnologías de paneles fotovoltaicos, batería y convertidores DC/AC, así como sus circuitos de sincronismo, mediante la misma se logrará además inspeccionar las instalaciones del edificio, y revisión de sus planos de construcción, a fin de determinar la mejor ubicación, así como también las canalizaciones y obras civiles requeridas. Asimismo, contactar a diferentes fabricantes y distribuidores de equipos fotovoltaicos con el fin de intercambiar información y obtener la mayor cantidad de especificaciones técnicas de los equipos con sus respectivos presupuestos, diseñar el sistema con la automatización con el fin de darle un uso eficiente, debido que, en caso de requerir lo máximo de este sistema poder maximizar su uso y estudiar la parte económica del proyecto con mira a su implementación eficiente. La importancia de la propuesta radica en el uso de la iluminación de manera eficiente y de contribuir con el uso racional de la energía, por ende, al automatizarlo estamos garantizando un mejor funcionamiento al momento de que algún oficinista tenga que salir de su cubículo. No obstante, el diseño también tendrá la modalidad de manual, para que el caso que se requieran hacer pruebas, con esta modalidad garanticemos su uso en el caso de querer depender de este diseño en un horario no programado. Asimismo, mmetodológicamente la investigación va a permitir servir como antecedente de investigación para futuras investigaciones que se puedan llevar a cabo a posteriores fechas, sirviendo la misma de marco de referencia en otros estudios dentro
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de la universidad o de otras universidades que manejen las mismas variables de investigación.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes de la Investigación Los antecedentes de la investigación consisten en la presentación de la información más relevante y directamente relacionada con el tema de investigación, considerando los aportes que harán referencia a éste. A continuación, se detallan. A nivel internacional Valdivia (2017) realizó un estudio para la Universidad Austral de Chile, titulado Factibilidad Técnico-Económica de la instalación de energía solar fotovoltaica en la Comuna de Pucón, el presente trabajo de tesis, corresponde al estudio técnico – económico de la producción de energía solar fotovoltaica en la comuna de Pucón, novena región de la Araucanía. Su principal objetivo es estudiar, si un sistema solar fotovoltaico autónomo es rentable en la zona centro sur de nuestro país. Inicialmente se plantea que es la energía solar y la situación energética en Chile, para luego explicar cómo funciona la energía solar fotovoltaica. Enseguida, se da a conocer el método de trabajo empleado y la ubicación del sector donde se instalará el proyecto de energía solar fotovoltaica autónomo, para una casa-habitación de entre 80m2 -100m2, para luego analizar la demanda energética de esta vivienda y el estudio del sistema. Posteriormente, se seleccionan los elementos del sistema solar fotovoltaico, en empresas instaladas comercialmente en Chile, la cotización de los mismos y de otros elementos que se deben considerar. Se calcula la resistencia de los soportes de los paneles solares y se simula su estado de esfuerzos y deformaciones por medio del software Pro Engineer. Finalmente,
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se entrega la evaluación económica, y la rentabilidad en el tiempo del proyecto, y las conclusiones alcanzadas. Este estudio da como resultado que con el tiempo es rentable dada la inversión, debido al alto costo del servicio eléctrico, en el caso de Venezuela, aunque la energía eléctrica sea subsidiada no escapa de los altos gastos operativos que se deben invertir para poder prestar el servicio, de igual manera se interpreta que para largo plazo implementar dicho sistema puede ser rentable. A nivel nacional, Calderón (2016) realizó un estudio para la Universidad de Nueva Esparta, titulado Diseño de una solución para la instalación de energía solar fotovoltaica a pequeña escala en una Población Indígena en el estado Bolívar, el presente trabajo de investigación se enmarcó en la modalidad de investigación de campo y tuvo como objetivo diseñar una solución para la instalación de energía solar fotovoltaica a pequeña escala en una población indígena en el Edo. Bolívar. Para la elaboración de éste estudio se utilizaron técnicas de recolección y análisis de la información, que contemplaron como etapa inicial la descripción de los antecedentes de la investigación, seguido de la determinación de la muestra a ser estudiada. Como segunda etapa se realizó un análisis de las poblaciones candidatas con el apoyo de un equipo evaluador conformado por diferentes unidades organizativas de Corpoelec-Edelca y visitas a las comunidades para lograr identificar y definir las mejores condiciones para la selección de la población objetivo. Mediante el análisis de los resultados se identificó la población objetivo que podrá ser beneficiada con la solución energética, luego se propuso una metodología a seguir para la implementación de la solución y finalmente se presenta el diseño de la solución que le brindará a Corpoelec-Edelca una base para la implementación de este proyecto a otras comunidades carente del servicio eléctrico.
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En este orden de idea, se puede observar que el personal operativo de Corpoelec está en la capacidad de la instalación de celdas solares, así omitir contratar personal externo para la implementación de este proyecto. Asimismo, León (2015) realizó un estudio para la Universidad Central de Venezuela titulado Automatización de sistemas de iluminación en edificaciones comerciales, el cual desarrollo de una metodología para la automatización de sistemas de iluminación en edificaciones comerciales, con la finalidad de maximizar el grado de confort, el ahorro energético y la eficiencia. Este trabajo tiene como propósito esbozar un procedimiento que facilite el uso racional de la energía lumínica, pensando en sistemas que favorezcan su ahorro mediante la automatización, y la energía alternativa. La metodología consta de tres partes principales, las cuales permiten desarrollar paso a paso un sistema de iluminación confortable y eficiente energéticamente, que cumpla con las normas nacionales e internacionales, las cuales son: Proyecto de iluminación, estudia las nuevas tendencias tecnológicas en lámparas y luminarias, así como también su distribución en la edificación por medio del software Dialux. Proyecto de control, estudia la tecnología a utilizar en automatización para controlar la iluminación según la iluminación natural y las necesidades de la edificación. Proyecto de energía alternativa, se plantea la energía fotovoltaica y eólica, sus principales componentes y un método de cálculo para dimensionar dichos sistemas. La técnica desarrollada se aplicó en la Estación de Metro Pérez Bonalde, la cual disminuyo el consumo eléctrico a 19,1% en el nivel del andén y mezanina, esto a través del cambio de luminarias, lámparas, creando escenas de control y realizando una alimentación del 30% con energía fotovoltaica. A pesar que el ahorro de energía eléctrica es aproximadamente del 80,9% la implementación de la energía fotovoltaica incrementa los costos del diseño a un 47% debido a que esta tecnología todavía no se encuentra totalmente desarrollada en el país.
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No obstante, para la automatización no solo se debe realizar por medio de un sistema, el mercado como lo muestra el presente estudio presenta interruptores con sensor de movimientos con un alcance de 9 metros y así poder automatizar el servicio sin necesidad de un software. Seguidamente, Concha (2016) realizó un estudio para la Universidad de Oriente titulado Factibilidad Económica de un Sistema de Alumbrado con energía solar como fuente alterna. Proyecto piloto para la Autopista Regional de Oriente “Gran Mariscal de Ayacucho”, en el mismo se señala que el mundo está atravesando fuertes problemas
de contaminación ambiental, se debe a los constantes daños que son causados por el ser humano, lo que hace considerar la implementación de un alumbrado público a través de la energía ecológica, para incentivar el cuidado del medio ambiente. El petróleo es un recurso no renovable, se busca solucionar y lograr reducir los costos de consumo eléctrico y ahorro de petróleo. Se orientó la investigación al uso de energía solar y su beneficio económico. Esto lleva a plantear el proyecto piloto en la autopista Gran Mariscal de Ayacucho, sobre el fundamento de la contaminación que causa la explotación de combustible fósil para la generación de energía eléctrica para el alumbrado público; por lo cual se presentarán los estados financieros donde se demostrará la rentabilidad del proceso. A través de este estudio se indicará que es factible para el Estado hacer uso de la energía solar en los sistemas de alumbrado público. Este trabajo se basó en una línea de investigación de diseño de sistemas que generen energías alternativas adecuadas al entorno nacional, un eje conceptual de diseño, operación y mantenimiento en sistema de generación y a un polo de investigación de identidad y multiculturalismo de un mundo globalizado. Al respecto, dicho trabajo de grado guarda relación teórico – práctico con el presente estudio desde el aspecto que proponer utilizar paneles solares como energía alternativa para no depender de la Red Eléctrica Nacional de Corpoelec, cabe destacar
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que la relación más importante es el cálculo que se necesita utilizar para la obtención de las cantidad de paneles solares que se necesita según la carga instalada, necesaria para el diseño. Por otro lado, Capasso (2012), llevo a cabo en la Universidad “Fermín Toro” un trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Electricista, titulado: “Diseño de un
sistema de respaldo automático con transferencia controlado por autómatas programables entre la red pública y celdas fotovoltaicas para la Urb. La Alameda de Barquisimeto Estado Lara” investigación que tuvo como objetivo principal contar con
un sistema alternativo de energía que mejore el suministro continuo del servicio eléctrico a tal urbanismo afectados las constantes fallas y racionamiento que perturban la calidad de vida de sus habitantes. Este sistema es por medio de celdas fotovoltaicas llamadas también Paneles Solares, utilizando sus propiedades al transformar la energía que irradia el Sol en energía eléctrica sin mediación de ciclos termodinámicos, de procesos mecánicos con partes móviles o de reacción químicas. Este trabajo de grado ofrece una base sólida de información con respecto a los paneles solares con transferencia y algunos de sus cálculos realizados ayudaran para la elaboración de la presente investigación. En cuanto al cálculo se refiere esta la cantidad de celdas necesarias según la carga presente, y como principal herramienta esta como realizar la transferencia de energía la no estar presente la Red Eléctrica. Finalmente, Rojas, L. (2011), ejecutó una investigación en la Universidad “Fermín Toro” para optar al título de Ingeniero Electricista, denominada: “Diseño de
un sistema de generación mediante Paneles Solares para el taller de Soldadura de la empresa R&T Solitec, C.A. ubicada en el Tocuyo Estado Lara” dicha investigación tuvo como objetivo, la propuesta de un sistema de generación eléctrico mediante paneles solares, para satisfacer la demanda de energía del taller de soldadura, debido a que se encuentra en zonas aledañas y el suministro de energía que proporciona
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Corpoelec es deficiente, este taller se ve en la necesidad de implementar un sistema capaz de satisfacer sus necesidades para no paralizar su producción. Esta investigación proporcionar un aporte teórico-práctico para la presente investigación, extrayendo de la misma definiciones como energía, panel solar, energía alternativas, importancia y perdidas, por cuanto menciona la propuesta de un sistema alternativo a la Red Eléctrica de Corpoelec para el beneficio del taller y de esta forma mantenerse operativo el tiempo que sea posible, y en lo práctico para la colocación e instalación del mismo, añadiendo a esto el mantenimiento que se debe realizar a los paneles y al banco de batería según lo especifique el fabricante, teniend o en cuenta la ubicación.
Bases Teóricas R adi ación ci ón sola solarr
Es el flujo de energía emitida por el sol en forma de ondas electromagnéticas, siendo estas ondas de diferentes tamaños, el sol emite estas radiaciones electromagnéticas a una temperatura de 600 °K aproximadamente. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Solo parte de la radiación que emite el Sol llega a la Tierra, debido a la existencia de las capas atmosféricas especialmente la capa de ozono, el mismo que bloquea las ondas más cortas llamadas ultravioletas, la radiación solar que llega a la Tierra tiene su magnitud de medida llamada irradiancia. Gran parte de la energía que alcanza el planeta tierra proviene del Sol esta energía es transmitida en forma de radiaciones electromagnéticas, estas radiaciones se clasifican de acuerdo a sus longitudes de ondas, las más grandes alcanzan tamaños de hasta kilómetros y las más pequeñas se las miden en milésimas de nanómetro.
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La energía que alcanza la parte externa de la atmósfera lo hace en una cantidad fija, esta cantidad se denomina constante solar. Esta energía es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda entre 200 y 4000 nm, que se diferencia entre radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. Las capas atmosféricas que posee el planeta Tierra sirven a manera de filtro solar so lar ya que bloquea la mayor parte de radiación solar emitido por el Sol, permitiendo el paso solo de una pequeña parte de esta energía, también la parte externa de la atmosfera ayuda en parte a absorber dichas radiaciones, el resto es reflejado en forma directa al espacio. Esto produce el denominado balance térmico, cuyo resultado es el ciclo del equilibrio radiante.
Figura 1. Radiación reflejada, absorbida e ingresada Fuente: http://petioncienciasdelatierra.blogspot.com/2013/06/radiacion-solar-en-elFuente: http://petioncienciasdelatierra.blogspot.com/2013/06/radiacion-solar-en-el planeta-tierra.html
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La radiación que recibe la superficie terrestre no son de la misma magnitud en todos sus puntos, esto se debe a dos factores, uno la posición relativa de la tierra respecto al sol y la otra al movimiento de traslación del planeta, un claro ejemplo son los lugares que se encuentran en la línea Ecuatorial, estos reciben la mayor parte de la radiación solar emitida hacia la Tierra, llegando a valores de 220 Kcal/(cm2/año) aproximadamente, por el contrario los polos norte y sur son los que menos radiación reciben durante el año, donde hay estimaciones inferiores a 80 Kcal/(cm2/año)
Energía Eléctrica Se denomina energía eléctrica a la forma que resulta existente de una diferencial de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se le coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico para obtener el trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa, la energía mecánica y la energía térmica. Su uso es una de las bases de la tecnología utilizadas por el ser humano en la actualidad.
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Figura 2. Energía luminosa Fuente: https://www.tiposdeenergia.club/energia-luminica/
En la figura 2 se aprecia como la energía eléctrica se transforma en luminosa utilizando como medio un bombillo. La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico como con secuencia de la diferencial de potencial que un generador este aplicando en sus extremos. Cada vez que se acciona un interruptor, se cierra un circuito eléctrico y se genera el movimiento de electrones a través del cable conductor. Las cargas que se desplazan forma parte de los átomos de que se desea utilizar, mediante las correspondientes transformaciones; por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se convierte en energía mecánica, calórica y en algunos casos luminosa, gracias al motor eléctrico y a las distintas piezas mecánicas del aparato. La generación de energía eléctrica se lleva a cabo mediante técnicas muy diferentes. Las que suministran las mayores cantidades y potencias de electricidad aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en un dinamo o corriente alterna en un alternador. El movimiento rotatorio consiste a su vez de una fuente de energía mecánica directa, como puede ser la corriente de un salto de agua, la producida por el viento, o a través de un ciclo termodinámico. En este último caso se calienta un fluido, al que se hace recorrer un circuito en el que mueve el motor o una turbina. El calor de este proceso de obtiene mediante quema de combustible fósiles, reacciones nucleares y otros procesos.
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La Energía Alternativa Todas las fuentes de energía, salvo la geotérmica y la nuclear, proceden, en última instancia del sol, pero lo usual es identificar como energía solar la energía renovable obtenida con el empleo directo de la energía del sol en forma de luz o calor. Entendemos como energía renovable aquella cuya fuente de obtención se renueva constantemente, frente a las energías no renovables que no se renuevan o que tienen unos períodos de renovación muy largos. Asimismo, la energía que recibe la tierra del sol es enorme, aun cuando los seres humanos no se den cuenta ya que se tiene como cosa cotidiana. La energía solar recibida por la tierra en un año es miles de veces superior al consumo total de energía de la humanidad en un año, si bien se registran grandes variaciones en función de la localización geográfica. Además, existen grandes variaciones diarias (días claros o nublados) y estacionales. La fotosíntesis es la utilización más importante de la energía solar, y la única fuente de materia orgánica, alimentos y biomasa. La leña es una consecuencia de la fotosíntesis, y los combustibles fósiles no son más que energía solar almacenada a lo largo de millones de años, también son un almacenamiento seguro para el CO2. Aunado a ello, la energía de las mareas es consecuencia de la acción combinada del sol y la luna, la hidroeléctrica del ciclo del agua, causado en última instancia por el sol, que es quién provee la energía necesaria para evaporar agua del mar y elevarla a las montañas para que pueda ser aprovechada su fuerza al descender. La energía del viento es causada por el sol al calentar desigualmente distintas masas de aire. Es por esto que, el aprovechamiento directo de la energía solar, al tratarse de una forma de energía difusa, variable y poco concentrada, entraña ciertas dificultades, que la tecnología se encarga de solucionar día a día ofreciendo continuamente mejoras. Básicamente hay dos tipos de aprovechamiento de la energía solar directa: la fotovoltaica, que convierte la radiación solar en electricidad, y la térmica, que aprovecha el calor del sol.
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Cabe referir además que, las energías alternativas son, en muchas ocasiones, más económicas que las convencionales. La radiación del sol es gratuita e inagotable, y su uso energético es rentable a medio plazo, permitiendo amortizar en poco tiempo su instalación. Deducido el costo de amortización, las energías alternativas son totalmente gratuitas, aunque siempre es necesario un sistema de apoyo energético alternativo para cuando las condiciones no son favorables. De allí que, l a
energía alternativa debe ser la apuesta hacia un futuro más limpio. Es
conocido que el incremento del contenido del dióxido de carbono provoca un aumento del calor global y este a su vez una alteración de los fenómenos naturales.
Figura 3. Diferentes fuentes de energía alternativa Fuente:https://ambientalblog2010.wordpress.com/2010/12/13/fuentes-alternativasde-energia/
La figura 3 se aprecia otras opciones de conseguir energía eléctrica, como lo es la solar aprovechándola con paneles solares, la eólica por medio del viento, la hidroeléctricas entre otras.
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De aquí que las energías alternativas no sean más que todas las fuentes de energía que no incluye dentro de su proceso de transformación la quema de combustibles fósiles. Desde este punto de vista, el concepto incluye no solo a las energías renovables sino todas las alternativas posibles incluso la energía nuclear. Las energías alternativas deben garantizar la no contaminación del medio ambiente, de aquí el hecho de que la energía nuclear se vea incluida al ser su producción tan limpia, no obstante, algunos expertos no apoyan esta inclusión de la energía nuclear como alternativa debido a que su fuente es finita. Otros ejemplos de energía alternativa los constituyen los biocombustibles, la biomasa y el hidrógeno. Las fuentes alternativas de energía se crean a partir de fuentes que no consumen recursos naturales y no dañan el medio ambiente. Son opciones alternativas a los combustibles fósiles, energía nuclear y la energía hidroeléctrica a gran escala, las cuales son de fuentes no renovables de energía y además tienen diversos efectos nocivos sobre el medio ambiente. Sin embargo, no hay fuentes alternativas de energía comercialmente viables como el petróleo y la misma utilización de los derivados del petróleo, que junto con el carbón son los principales tipos de combustibles fósiles. La primera de todas las fuentes alternativas de energía que por lo general nos viene a la mente es la energía solar, que se crea a partir de varios procedimientos diferentes que se encargan de aprovechar la energía que viene del sol. El principal método utilizado para convertir la luz solar en electricidad mediante el uso de células fotovoltaicas, que están dispuestas en paneles solares, de tal manera que la máxima cantidad de luz solar es absorbida y convertida en electricidad. Otra fuente de energía alternativa es la energía eólica, que utiliza grandes turbinas de viento para transformarlo en energía eólica. Muchas de estas turbinas se pueden colocar donde el viento es abundante, y estos parques eólicos se pueden conectar a una red eléctrica a la que contribuyen con la electricidad.
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Un molino de viento también se puede utilizar para aprovechar la energía eólica, pero en lugar de convertir el viento en electricidad, un molino de viento convierte el viento directamente en movimiento mecánico para hacer el trabajo que se requiera. Algunas fuentes alternativas de energía son de origen terrestre, como la energía geotérmica, mareomotriz y la biomasa. La energía geotérmica se obtiene de fuentes de calor dentro de la tierra, tales como géiseres naturales, y esta convierte este calor en electricidad. La utilización de la fuerza de las olas en el océano y otros cuerpos de agua en el planeta que se conoce como energía de las mareas o mareomotriz. Por último, la energía de biomasa se obtiene a partir de materia orgánica que proviene de las plantas y los animales, y se conoce más comúnmente como fuente de energía renovable, ya que crea un residuo del producto. Todas estas fuentes alternativas de energía deben ser investigadas en gran medida si alguna de ellas se va a utilizar para sustituir a los combustibles fósiles como fuentes de energía primaria en todo el mundo. E nergía Solar
La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión que llegan a la Tierra a través del espacio en forma de fotones que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestre en forma de ondas electromagnéticas. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es de unas 2 cal/min/cm2. El Sol, en concreto la radiación solar interceptada por la tierra en su desplazamiento a su alrededor, constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance. La Tierra recibe del Sol una inmensa cantidad de energía anual de 5,4 x 1024 J, (4.500 veces el consumo mundial de energía.) haciendo que la tierra sea efectivamente un gran colector solar.
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El aprovechamiento de la energía solar está condicionado por tres aspectos: La intensidad de radiación solar recibida por la tierra, los ciclos diarios y anuales a los que está sometida y las condiciones climatológicas de cada emplazamiento. La radiación solar es una forma de energía de baja concentración, fuera de la atmósfera, la intensidad de radiación oscila entre 1.300 y 1.400 W/m2. Las pérdidas en la atmósfera por absorción, reflexión y dispersión la reducen un 30%. Si las condiciones climatológicas son buenas podemos llegar a tener 1000 W/m2, aunque si las condiciones son pésimas podemos tener sólo 50 W/m2, por eso estamos obligados a utilizar superficies de captación grandes. Por su parte, Oliveros (1852) sostiene “La mayor fuente alterna de energía para nuestro planeta es el sol. La energía solar llega a la tierra en forma de radiación electromagnética, sobre todo en la parte visible y cerca del infrarrojo del espectro.” (p.
99) Asimismo, Romero (2010):
La luz solar forma parte del espectro electromagnético, es decir, es un tipo de onda electromagnética que se desplaza por el espacio en todas direcciones y alcanza la Tierra en un tiempo de 8 minutos. En un solo segundo, el sol irradia más energía que la que ha consumido en toda su historia la Humanidad. La intensidad de radiación emitida sobre la Tierra es constante, pero no así la finalmente recibida en su superficie. La época del año, la hora del día, la latitud y la climatología modifican enormemente la recepción en la Tierra (p. 111)
De allí que, el sol es, y será la mayor fuente de energía renovable, debido a que sus rayos siempre incidirán sobre la tierra; permitiendo a los habitantes del planeta hacer uso de un recurso tan valorado y que, además, es ilimitado.
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Es por ello que se puede decir que la energía solar es la fuente de energía más abundante de la Tierra, renovable, disponible, gratuita y en cantidad muy superior a las necesidades energéticas de la población mundial. El eventual uso de este recurso podría propiciar un desarrollo más sustentable y más humano, en el cual se fortalezca la disminución de los desechos, el impacto ambiental generado y la huella de carbono; sin embargo, la tecnología disponible en la actualidad no permite su aprovechamiento a gran escala. Ventajas y Desventajas de la energía solar La energía solar posee dos grandes ventajas, una la cual dicha energía es inagotable, debido a que esta proviene del sol, y segunda que no es polutante, es decir, no produce contaminación alguna, por lo que la caracteriza como la fuente de energía más favorable. Esta energía presenta a su vez inconvenientes como el que depende como anteriormente se expone de las condiciones climatológicas de la zona, lo que la hace muy vulnerable e incierta, a su vez, la inversión inicial requerida para el empleo de este tipo de energía es muy elevado con respecto a las fuentes de energía convencionales lo que la hace poco atractiva para sistemas de generación de gran escala. Por lo anteriormente visto se puede concluir que la energía solar es una fuente de energía muy atractiva para su empleo como sistema de generación de energía y además es de muy alta confiabilidad.
Energía Solar Fotovoltaica La palabra fotovoltaica procede de photo = luz y voltaica = electricidad y significa electricidad producida por la luz. El efecto fotovoltaico se basa en la
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capacidad de algunos semiconductores, como el silicio, de generar directamente energía eléctrica cuando se exponen a la radiación solar. En este sentido, la energía fotovoltaica es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como electrones, cuando estos electrones libres son capturados, el resultados es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. La conversión de la radiación solar en energía eléctrica tiene lugar en la célula fotovoltaica, que es el elemento base del proceso de transformación de la radiación solar en energía eléctrica. Asimismo, la luz está formada por pequeñas partículas llamadas fotones, que viajan a gran velocidad, que trasportan energía4. Cuando un fotón con suficiente energía golpea la célula, es absorbido por los materiales semiconductores y libera un electrón. El electrón, una vez libre, deja detrás de sí una carga positiva llamada hueco. Por lo tanto, cuanto mayor sea la cantidad de fotones que golpean la célula, tanto más numerosas serán las parejas electrón-hueco producidas por efecto fotovoltaico y, por lo tanto, más elevada la cantidad de corriente producida. Los autores Labournet y Villoz (2010), definen el concepto de energía fotovoltaica de la siguiente manera: “La energía solar fotovoltaica convierte de forma
directa los rayos luminosos del sol (o de otra fuente) en electricidad. Para ello, utiliza módulos fotovoltaicos compuesto de células solares o de fotopilas que realizan esta transformación energética” (p. 13).
Según la cita anterior la energía solar se basa en el aprovechamiento de los rayos fotoeléctricos que brinda el sol, los cuales a través de los paneles solares se convierten en energía eléctrica. El efecto fotovoltaico es la base del proceso mediante el cual una célula fotovoltaica convierte la luz solar en electricidad. Este consiste en la captación de fotones, partículas de luz, cuya energía depende de una longitud y frecuencia de onda. El fotón absorbido por las celdas del panel, las cuales se encuentran por ambos
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lados conectadas por un cable eléctrico, libera un electrón que produce corriente eléctrica, esto se explica mejor con la siguiente cita según Fernández (2010): La parte que juega un papel más importante dentro de la célula solar es la capa de semiconductores, ya que es en ella en donde se crea la corriente de electrones. Cuando la luz solar incida en la célula se liberaran electrones que podrán ser atrapados por el campo eléctrico, formando una corriente eléctrica. Esta es la razón por la que las células fotovoltaicas se fabrican a partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como aislantes a bajas temperatura y como conductores cuando se aumente la energía incidente sobre ellos‖ (p. 274)
Tal como se describe en la cita anterior es importante el uso de un adecuado material para la fabricación de las células fotovoltaicas, ya que va a depender de ello la cantidad de energía que se pueda captar. A partir de esto, las celdas solares producen una tensión de aproximadamente de 0.5 – 0.7 V y con una densidad que depende de la radiación solar, así como del espectro solar. La energía captada genera electricidad en corriente continua, la cual mediante un inversor es transformada en corriente alterna para que de esta forma no afecte la calidad de la fuente de alimentación. Esto se realiza con la finalidad de que la corriente suministrada pueda servir para que funcionen los electrodomésticos que utilizan corriente alterna. Sistema Fotovoltaico
Según Energía Group. (2010) señala sobre el sistema fotovoltaico lo siguiente:
En un sistema típico, el proceso de funcionamiento es el siguiente: la luz solar incide sobre la superficie del arreglo fotovoltaico, donde es trasformada en energía eléctrica de corriente directa por las celdas solares; esta energía es recogida y conducida hasta un regulador de carga, el cual tiene la función de enviar toda o parte de esta energía hasta el banco de baterías, en donde es almacenada, en algunos diseños, parte de esta energía es enviada directamente a las cargas (p.99).
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Los Sistemas fotovoltaicos convierten directamente parte de la energía de la luz solar en electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente con silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, el mismo material semiconductor usado en las computadoras. Cuando el silicio se contamina o dopa con otros materiales de ciertas características, obtiene propiedades eléctricas únicas en presencia de luz solar. Los electrones son excitados por la luz y se mueven a través del silicio; este es conocido como el efecto fotovoltaico y produce una corriente eléctrica directa. Las celdas fotovoltaicas no tienen partes móviles, son virtualmente libres de mantenimiento y tienen una vida útil entre 20 y 30 años. Un sistema fotovoltaico como su nombre lo indica es un sistema cuya función primordial es la de actuar como fuente principal o bien auxiliar de energía a un cierto número de cargas conectadas a éste basando su fuente de alimentación en la energía solar. Este sistema posee un diseño tal que es capaz de suministrar energía interrumpida a las cargas sin importar la presencia de la energía solar, es decir, que éste brinda a las cargas en conexión energía las 24 horas del día. Estos sistemas normalmente se encuentran sustentados en su mayoría en gabinetes los cuales pueden ser de uso indoor como outdoor según sea el diseño. Estos sistemas presentan un funcionamiento interno a corriente continua, normalmente se opera en 12 VDC o bien a 24 VDC por lo que en la mayoría de los casos esta energía debe de ser transformada o bien elevada o reducida para poder ser suministrada a las cargas en conexión, en muchos casos se requiere conectar cargas a 120 VAC por lo que hace falta de algún equipo que transforme esta energía según sea lo requerido. El sistema está dividido en dos renglones según los equipos empleados, aquellos los cuales son básicos y necesarios, y aquellos los cuales son según sea el diseño del sistema.
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Con respecto a aquellos equipos que son necesarios se pueden mencionar los paneles o módulos fotovoltaicos los cuales vienen a ser la parte más importante del sistema, se pudiese decir que estos son el corazón del sistema ya que absorben la energía solar y la convierten corriente eléctrica, también se pueden encontrar el controlador fotovoltaico el cual se encarga de proteger a las baterías, están las baterías, éstas son especiales ya que están diseñadas para constantes cargas y descargas, no son baterías comunes comune s y estas se encargan de suministrar la energía a las cargas cuando la energía solar es insuficiente o bien nula. En cuanto a aquellos equipos que son empleados según el diseño del sistema podemos encontrar que son aquellos que acondicionan la energía que viene de los paneles o bien de las baterías hacia las cargas las cuales se quieran conectar a este sistema. Por lo que estos equipos pueden ser inversores los cuales transforman la corriente continua en corriente alterna para par a así conectar cargas a 120 VAC, también se encuentran los conversores dc/dc los cuales elevan o reducen el voltaje de operación del sistema para aquellas cargas que operen en 12VDC, 24 VDC, 48 VDC o bien 125 VDC. Estos equipos son incluidos en el sistema según sea el diseño del mismo por lo que al ver esto podemos decir que el sistema fotovoltaico es un sistema de gran versatilidad en cuanto a su diseño ya que puede ser adaptado de manera simple a cualquier carga que se desee alimentar. Posteriormente se desarrollará con mayor detalle los componentes que conforman un sistema fotovoltaico. A continuación, se presenta una gráfica la cual expone el diagrama básico de un sistema fotovoltaico.
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Figura 4. Diagrama de un sistema fotovoltaico Fuente: http://www.spes.pt/biblioteca/sol_fv_geral.htm El desarrollo de los sistemas fotovoltaicos empezó en el año 1839 cuando Antione-Cesar Becquerel descubrió que, si se ilumina uno de dos electrodos sumergidos en un electrolito, aparece entre ambos una diferencia de potencial, dando lugar al efecto fotovoltaico. En 1876, mientras Adams y Day se hallaban experimentando con la conductividad de unas varillas de selenio amorfo embebidas en hierro, descubrieron que se creaba una diferencia de potencial cuando sus aparatos eran iluminados. Por otra parte, en el año 1873, W. Smith observó una variación de la capacidad de conducción del selenio por efecto de la luz. A partir de ese descubrimiento, denominado efecto fotoconductivo, Siemens construyó cons truyó un fotómetro, que contribuyó a la divulgación del nuevo fenómeno. En 1887, investigando la descarga eléctrica entre dos electrodos usada como fuente de ondas electromagnéticas, Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico externo o
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foto emisión, observando que la intensidad de la descarga aumentaba si radiaba el electrodo positivo con luz ultravioleta, lo que sugirió que las superficies iluminadas emitían más electrones. En 1888 Hallwachs analizó este efecto en profundidad y además descubrió que si radiaba un electrodo negativo no se observaba ninguna variación. Cabe señalar en aquel entonces se utilizaban superficies metálicas pulidas de selenio policristalino de alto grado de pureza y doce años después Hallwachs observó el mismo fenómeno en un semiconductor compuesto por cobre y óxido cuproso. Las experiencias posteriores demostraron que la emisión electrónica aumenta cuando se aumenta la intensidad de la radiación que qu e incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones; pero también se observa que depende en forma característica de la frecuencia de la radiación incidente y que hay una frecuencia límite por debajo de la cual no se emiten fotoelectrones por más que se aumente la intensidad de la radiación. Por su parte, en el año 1900 Planck desarrolló la teoría cuántica, que le permitió a Einstein explicar la foto emisión en 1905. De manera simplificada, esta explicación indica: 1 - La luz recibida se debe considerar como una lluvia de partículas cuánticas (fotones) que transmiten su energía a los electrones del metal irradiado. Si la energía que suministran es suficientemente grande como para que qu e los electrones adquieran una energía superior a la energía de ligazón de la red cristalina, se liberan electrones de la estructura atómica, los que éstos salen de la superficie del metal. 2 - La energía cuántica depende directamente de la frecuencia de las ondas luminosas (a través de la constante de Planck). La intensidad de la luz determina sólo la cantidad de electrones que se pueden liberar si los fotones suministran la energía mínima necesaria para la salida de los electrones.
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3 - La carga eléctrica de la placa metálica expuesta a la radiación luminosa puede facilitar la salida de los electrones con carga negativa, o dificultar su salida con carga positiva. La carga positiva aumenta la atracción entre los electrones y por lo tanto se necesita una mayor energía para romper la estructura atómica, mientras que la carga negativa produce el efecto contrario. La explicación del efecto fotoeléctrico externo permitió también explicar el efecto fotoconductivo y el efecto fotovoltaico. En 1920 Gudden y Pohl indicaron que en el efecto fotoconductivo, los electrones excitados permanecen dentro del metal, ocupando las órbitas externas de los átomos y gozando de mayor libertad, provocándose así un aumento en la capacidad de conducción. Por su parte, en el efecto fotovoltaico los electrones son desplazados a través de una barrera en el sólido, produciéndose así una diferencia de potencial. Elster y Geitel crearon la primera célula fotoeléctrica basada en el efecto fotoeléctrico externo, que se utilizó en las cámaras de televisión, entre otras aplicaciones. En cambio, el funcionamiento de los luxímetros, fotómetros y células solares se basan en los efectos fotoeléctricos internos. Los fotoelementos de selenio se fabricaron en la década de 1940, alcanzando un rendimiento del 1%. En el año 1948 se produjo un notable avance con el invento del transistor de germanio y posteriormente el de silicio, que resulta menos sensible a los cambios de temperatura. Finalmente, en el año 1954 se inventó la celda fotovoltaica de silicio, en la que los electrones que se liberan en el interior de una juntura semiconductora N-P iluminada dan lugar a una fuerza electromotriz en la misma. Los avances tecnológicos más recientes estuvieron orientados a reducir los costos de las celdas mediante el uso de distintos materiales como el silicio monocristalino, policristalino o amorfo, el
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arseniuro de galio y muchos otros; y mediante la reducción del volumen de material necesario, utilizando celdas de capa delgada (0,02 mm - 50 milimicras); que como son muy elásticas pueden ser enrolladas o plegadas, pero su rendimiento es menor. Tipos de Sistemas Fotovoltaicos
Según el autor Fernández Salgado (2010) en su libro Compendio de Energía Solar los sistemas fotovoltaicos se definen como el conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que concurren para captar y transformar la energía solar disponible, convirtiéndola en utilizable como energía eléctrica. Existen tres principales tipos de sistemas solares fotovoltaicos los cuales se clasifican de acuerdo a su conexión y estructura física. A continuación, se explicarán estos sistemas: Sistemas aislados
Este tipo de sistemas son convenientes cuando se quiere suministrar energía eléctrica en zonas alejadas o de difícil acceso de la red eléctrica, los cuales requieren de baterías para poder almacenar la energía capturada durante el día, tal y como se menciona en la siguiente cita según Fernández (2010):
Los sistemas aislados por el hecho de no estar conectados a la red eléctrica, normalmente están equipados con sistemas de acumulación de la energía producida. La acumulación es necesaria porque el campo fotovoltaico puede proporcionar energía solo en horas diurnas, mientras que a menudo la mayor demanda por parte del usuario se concentra en las horas de la tarde y de la noche‖ (p. 276)
Es decir, estos sistemas deben contar con baterías para poder almacenar la energía durante el día y suministrarla durante la noche o en condiciones climatológicas desfavorables, para lo cual es necesario que los sistemas estén adecuadamente
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dimensionados para acumular la mayor cantidad de energía posible. Asimismo, otra de sus aplicaciones se puede dar dentro de la ciudad, en aquellas condiciones en donde no resulta conveniente o es muy costoso aprovechar la energía de la red. Como se explicó los sistemas aislados no se conectan a la red eléctrica nacional por lo que se hace necesario almacenar la energía en acumuladores o baterías para el momento en que no haya suficiente radiación solar, o incluso para que funcionen los equipos para el cual fue diseñado el sistema durante la noche. La función del controlador o regulador es la de no permitir sobre cargas en el acumulador y de mantener la misma estable. La batería por su parte, acumulará la energía a ser usada en momentos de poca radiación solar y el inversor tiene como función convertir la corriente directa en corriente alterna de 12 VDC a 120 VCA. Sistemas conectados a red
Son aquellos que permiten que la energía eléctrica generada se distribuya a distintos puntos y por lo tanto pueda ser comercializada. Existen sistemas conectados a la red que no requieren del uso de baterías para almacenar la energía, ya que aquella que se produzca se inyectará a la red, siendo suministrada cuando las condiciones climatológicas sean las adecuadas para la generación de energía solar. Una ventaja de este tipo de sistemas es la reducción de costos, así como el aseguramiento de un sistema eléctrico más robusto. Además, otra de las ventajas es que existe un aprovechamiento de la totalidad de la energía producida por los paneles. Se genera un ahorro del orden del 40% en las inversiones necesarias, ya que las baterías suelen ser las que demandan más gasto en su adquisición, sobre todo aquellas que no requieren de un constante mantenimiento. Finalmente, se logra un aprovechamiento total de la energía fotovoltaica generada por el sistema. Este tipo de sistemas suele ser más útil cuando el propósito es
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el generar una cantidad abundante de energía, para que esta pueda ser distribuida a través del sistema interconectado, junto con las otras fuentes de energía eléctrica. Los sistemas conectados a red son más sencillos ya que no requiere ningún sistema de acumulación de energía (baterías), y son más baratos y fiables. Su principal ventaja es la ausencia de los problemas derivados del uso de baterías (conservación, descargas limit adas) y la continuidad del suministro eléctrico aún en caso de avería. Son los sistemas fotovoltaicos para áreas ya electrificadas con la red general. Se puede contemplar dos tipos de usos: - Producción solar fotovoltaica tendente al auto abastecimiento con apoyo en la red en momentos en los que falte energía o para volcar los excedentes de energía - Inyección a la red de toda la producción de la instalación fotovoltaica mientras se hace un consumo normal de la red. Esta opción es sin duda la económicamente más interesante cuando existen leyes que priman la producción de energía eléctrica con fuentes renovables. En estos casos interesará vender la mayor cantidad de energía posible a la red a una tarifa alta recuperándola cuando la necesitamos, pero a una tarifa muy inferior, estos tipos de instalaciones constan de los siguientes componentes: - Paneles solares fotovoltaicos: Componentes encargados de transformar la luz en energía eléctrica - Inversor: Es el dispositivo que transforma la electricidad de corriente continua proveniente de los paneles en corriente alterna. En estos tipos de instalaciones se deberán emplear inversores de la más alta calidad (inversores sinoidales) que convierten la corriente proveniente de los paneles en otra de características idénticas a la de la red. Suele tratarse de conversores específicos para esta aplicación.
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- Contador: Elemento que contabiliza la cantidad de electricidad que inyectamos en la red (deberá ser un contador independiente del que registra el consumo que se hace de la red). Sistemas híbridos
Los sistemas híbridos permiten la combinación de dos o más fuentes distintas para generar energía, las cuales pueden ser energía fotovoltaica junto con otro tipo de energía, ya sea eólica o un generador de energía con funcionamiento a base de diésel, el cual tiene como ventaja que se reducirían los paneles requeridos para satisfacer la demanda energética, así como las baterías necesarias para almacenar la energía, ya que no solo se dependería de un solo tipo de energía, sino que se complementarían en aquellos casos que no se cuenten con las condiciones necesarias para que una de las dos puede funcionar de forma eficiente.
Diseño de los sistemas FV Se deben considerar dos aspectos en el diseño de un sistema fotovoltaico: El primero consiste en determinar el consumo de energía en el sistema. Este consumo se calcula tomando en cuenta las características eléctricas de los equipos, entre las cuales hay que conocer o estimar la corriente, el voltaje y el número de horas diarias que trabajaran estos equipos. Generalmente las especificaciones eléctricas se encuentran impresas en alguna placa o lugar de la parte exterior de los equipos. Como segundo aspecto, y no de menor importancia, se debe considerar el recurso solar en la zona de instalación. Este aspecto se define como la cantidad de radiación solar global o total que incide diariamente sobre los módulos solares, expresada en KWh/m2 día. Para efectos de cálculo este parámetro es llamado horas de insolación promedio y expresa las horas de insolación diarias en las cuales se percibe una radiación solar de 1000 2 W/m.
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Para obtener este dato se puede medir al menos durante un año la radiación solar en el sitio de la futura instalación, pero lo más práctico y generalizado es el uso de las tablas de radiación y los mapas de radiación, que han sido desarrollados por el Instituto de Meteorología y otros organismos e instituciones como la Organización Meteorológica Mundial (OMM) con la ayuda de sus estaciones actinométricas de medición de la radiación y el uso de satélites meteorológicos de la NASA. La célula fotovoltaica es un dispositivo formado por una delgada lámina de un material semi-conductor, muy a menudo de silicio. Se trata del mismo silicio utilizado en la industria electrónica, cuyo costo es todavía muy alto. Actualmente el material más utilizado es el silicio mono-cristalino, que presenta prestaciones y duración en el tiempo superiores a cualquier otro tipo de silicio. Con este material se fabrican los elementos básicos para generar la energía fotovoltaica, tales como:
Módulo solar Elemento básico, manejable o transportable, de un sistema fotovoltaico compuesto por células solares interconectadas.
Panel solar Conjunto de módulos solares, montados en serie, en paralelo, o en forma mixta. La estructura global constituida por esas distintas configuraciones de paneles y su soporte forman un generador solar cuyas características (superficie ocupada, corriente suministrada) pueden definirse claramente. La tecnología ha alcanzado un importante desarrollo en los últimos años especialmente en aplicaciones aisladas de la red eléctrica, donde puede ser competitiva con otras fuentes energéticas.
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Según la European Photovoltaic Industry Assocition (EPIA) (2010), Japón supera a Estados Unidos de Norteamérica como líder productor de celdas fotovoltaicas y en capacidad instalada. En Europa, Alemania es el país con mayor capacidad eléctrica instalada en celdas fotovoltaicas. Aplicación de los sistemas fotovoltaicos
La energía solar fotovoltaica se ha dividido en dos sectores básicos, dos aplicaciones bien diferenciadas: uno para la producción de electricidad en zonas geográficas aisladas donde no llega la red eléctrica o bien se desea prescindir de la misma, por ejemplo en islas, zonas rurales, casas de campo. En estos sitios se utilizan las horas solares para cargar las baterías que luego son utilizadas principalmente por la noche. La otra aplicación que actualmente se va imponiendo es el denominado sistema de energía solar fotovoltaico conectado a la red. El sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica se ha reglamentado en España y en muchos otros sitios y su principal misión es incrementar la producción de electricidad sin contaminar el medio ambiente. A continuación se enumeran algunas de las aplicaciones que hoy en día se le da a la energía solar fotovoltaica. En definitiva, su uso es ideal allí donde se requiera un suministro de energía continuo y fiable sin necesidad de dependencias derivadas de las fuentes de energía convencional. Estas se pueden clasificar en las siguientes categorías: - Productos de consumo (hasta 1 Wp), como son las celdas en calculadoras, relojes y otros pequeños equipos. - Aplicaciones espaciales (15 Wp – 20 KWp), como satélites y misiones espaciales.
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- Sistemas remotos (50 Wp – 100 KWP), los cuales se caracterizan por ser sistemas para residencias, establecimientos comerciales y pequeñas comunidades aisladas, no interconectadas a la red. Esta categoría incluye: - Iluminación. - Equipos domésticos (radios, TV, VCR, radioteléfonos. - Cargadores de baterías. - Centro de servicios comunitarios en sitios aislados. - Bombeo de agua. - Teléfonos de emergencia en carreteras. - Repetidoras de telecomunicaciones. - Estaciones satelitales terrestres. - Equipos sobre plataformas marinas y boyas. - Puntos militares remotos. - Generadores móviles. - Sistemas residenciales conectados a la red (1 Wp – 20 KWp), sistemas para residencias que generan su propia electricidad y entregan o reciben energía de la red según tengan exceso o defecto de la misma. - Sistemas conectados a la red (10 Wp – 300 KWp), sistemas para uso comercial e industrial que venden sus excedentes a las empresas eléctricas.
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- Grandes centrales (> 50KWp), sistemas que entregan la energía directamente a la red. En si se puede decir que este tipo de energía puede ser empleado en la rama que se desee ya que su capacidad de adaptación hace que actúe como fuente de alimentación ante cualquier carga que se desee alimentar. Ventajas de los sistemas fotovoltaicos
El empleo de este tipo de energía presenta grandes ventajas las cuales se enuncian a continuación: - Estos sistemas no consumen combustible. - No producen polución ni contaminación ambiental. - Es silencioso, debido a que carece de partes móviles. - Presenta una vida útil superior a 20 años. - Es resistente a condiciones climáticas extremas tales como granizo, viento, temperatura y humedad; ya que los módulos fotovoltaicos son unidades selladas de estado sólido resistentes a estos factores. - No posee partes mecánicas, por lo tanto no requiere mantenimiento, exceptuando la limpieza de los paneles solares, lo que hace que los costos de mantenimientos sean muy bajos. - Son de fácil operación y generalmente se diseñan para operación in atendida, lo cual hace que no hallan gastos por operación del sistema.
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- Son sistemas de fácil traslado e instalación. Por otra parte, estos sistemas son modulares, pudiéndose modificar así la capacidad de generación sin suspender el servicio. Un aspecto que actualmente está cobrando importancia en muchos países, es la posibilidad de inyectar a la red pública la energía generada por estos sistemas, lo que obliga a una adaptación de los aspectos legales para contemplar las implicancias técnicas y económicas de esta generación en escala industrial. Componentes de un sistema fotovoltaico
Como anteriormente fue mencionado los sistemas fotovoltaicos cuentan con una serie de componentes los cuales deben de estar presentes en todo diseño de estos sistemas y a su vez otros componentes los cuales son adicionales en donde su función primordial es la de acondicionar la energía del sistema para abastecer una carga requerida. Los sistemas fotovoltaicos pueden ser divididos en dos bloques, uno el cual corresponde a los equipos requeridos como son los paneles solares, las baterías, el controlador de carga para las baterías, y el otro bloque que son los equipos de acondicionamiento para las cargas como pueden ser inversores, conversores dc/dc, UPS, rectificadores, entre otros. Celdas fotovoltaicas
Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales.
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Oliveros (1952) sostiene:
Las celdas fotovoltaicas o solares convierten parte de la energía luminosa del sol directamente en electricidad, están fabricadas con materiales semiconductores que producen un voltaje cuando la luz del sol incide sobre ellas. Estas celdas principalmente están hechas de silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre: cuando el silicio se combina con uno ó más de otros elementos presenta propiedades eléctricas únicas en presencia de los rayos solares; los electrones se excitan por la luz y se mueven a través del silicio. Esto es conocido como el efecto fotovoltaico y resulta que una corriente directa de electricidad. Los módulos fotovoltaicos no tienen partes móviles, son virtualmente libres de mantenimiento y tienen una vida de trabajo entre 20-30 años (p. 100).
En este sentido, se puede señalar que las celdas fotovoltaicas son hechas principalmente de un grupo de minerales semiconductores, de los cuales el silicio, es el más usado. El silicio se encuentra abundantemente en todo el mundo porque es un componente mineral de la arena. Sin embargo, tiene que ser de alta pureza para lograr el efecto fotovoltaico, lo cual encarece el proceso de la producción de las celdas fotovoltaicas. Una celda fotovoltaica tiene un tamaño de 10 por 10 centímetros y produce alrededor de un vatio a plena luz del día. Las celdas solares fotovoltaicas se conectan en serie (normalmente 36 de ellas) y se encapsulan en módulos de manera que, dada la sumatoria del efecto, el módulo presenta valores nominales de Potencia (W), Voltaje (V) y Corriente (A). En la actualidad los módulos a escala comercial tienen potencias nominales que van desde los 5W hasta los 160W. Es posible, en cualquier caso, fabricar módulos de mayor potencia según sean los requerimientos y la aplicación específica en que se quieran utilizar.
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Un sistema fotovoltaico es un sistema cuya función primordial es la de actuar como fuente principal o bien auxiliar de energía a un cierto número de cargas conectadas a éste basando su fuente de alimentación en la energía solar. Este sistema posee un diseño tal que es capaz de suministrar energía interrumpida a las cargas sin importar la presencia de la energía solar, es decir, que éste brinda a las cargas en conexión energía las 24 horas del día. Estos sistemas normalmente se encuentran sustentados en su mayoría en gabinetes los cuales pueden ser de uso indoor como outdoor según sea el diseño. Además presentan un funcionamiento interno a corriente continua, que puede operar en 12 VDC o bien a 24 VDC por lo que en la mayoría de los casos esta energía debe de ser transformada o bien elevada o reducida para poder ser suministrada a las cargas en conexión, en muchos casos se requiere conectar cargas a 120 VAC por lo que hace falta de algún equipo que transforme esta energía según sea lo requerido. Se distinguen dos tipos de aplicaciones de la energía solar fotovoltaica: los sistemas aislados y los sistemas conectados a la red. En el primer caso, se trata de instalaciones que generan energía solar para viviendas, escuelas, sistemas de iluminación, bombeo de agua, etc. que no se encuentran interconectados a la red eléctrica. En el segundo caso, la instalación interactúa con la red a través de un inversor, por lo que no se requiere almacenar la energía ya que la continuidad del suministro energético está asegurada. Cuando los niveles de radiación solar son altos el generador fotovoltaico proporciona energía eléctrica directamente al edificio y el excedente es inyectado a la red eléctrica. Durante la noche, o en situaciones climáticas adversas, la energía eléctrica es tomada de la red eléctrica nacional. La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una
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diferencia del fotovoltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo útil. Figura 5.
Figura 5. Celdas Fotovoltaicas Fuente: https://www.textoscientificos.com/energia/celulas Los orígenes de celdas solares
Aunque las celdas solares eficientes han estado disponibles recién desde mediados de los años 50, la investigación científica del efecto fotovoltaico comenzó en 1839, cuando el científico francés, Henri Becquerel descubrió que una corriente eléctrica podría ser producida haciendo brillar una luz sobre ciertas soluciones químicas. El efecto fue observado primero en un material sólido (el metal selenio) en 1877. Este material fue utilizado durante muchos años para los fotómetros, que requerían de cantidades muy pequeñas de energía. Una comprensión más profunda de los principios científicos, fue provista por Albert Einstein en 1905 y Schottky en 1930, la cual fue
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necesaria antes de que celdas solares eficientes pudieran ser confeccionadas. Una célula solar de silicio que convertía el 6% de la luz solar que incidía sobre ella en electricidad fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller en 1954, y esta es la clase de célula que fue utilizada en usos especializados tales como satélites orbitales a partir de 1958. Las celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia de conversión en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%, a una fracción del precio de hace treinta años. En la actualidad existen una gran variedad de métodos para la producción práctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas), del mismo modo que para las celdas solares hechas de otros materiales (seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc). Fabricación de las celdas solares
Las celdas solares de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o láminas delgadas. Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milímetro espesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400°C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta. Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo son apreciablemente más baratas de producir, pero no tan eficiente como las celdas monocristalinas. El rendimiento más bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo.
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En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado. El silicio amorfo, una de las tecnologías de lámina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologías de lámina delgada. Este tipo de célula solar se puede aplicar como película a substratos del bajo costo tales como cristal o plástico. Otras tecnologías de lámina delgada incluyen lámina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, las celdas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio. Las celdas de lámina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposición y un ensamblado más fácil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construcción baratos, la facilidad de la producción en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes. En la producción de celdas solares al silicio se le introducen átomos de impurezas (dopado) para crear una región tipo p y una región tipo n de modo de producir una unión p-n. El dopado se puede hacer por difusión a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor. Hay muchos otros métodos de dopar el silicio. En la fabricación de algunos dispositivos de lámina delgada la introducción de dopantes puede ocurrir durante la deposición de las láminas o de las capas. Un átomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos más débilmente unidos), que enlazan a los átomos adyacentes. Substituyendo un átomo del silicio por un átomo que tenga 3 o 5 electrones de la valencia producirá un espacio sin un electrón (un agujero) o un electrón extra que pueda moverse más libremente que los otros, ésta es la base del doping.
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En el doping tipo p, la creación de agujeros, es alcanzada mediante la incorporación en el silicio de átomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creación de electrones adicionales es alcanzada incorporando un átomo con 5 electrones de valencia, generalmente fósforo. Figura 6
Figura 6. Representación de un átomo de silicio Fuente: https://www.textoscientificos.com/energia/celulas Una vez que se crea una unión p-n, se hacen los contactos eléctricos al frente y en la parte posterior de la célula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrón en forma de rejilla o de líneas finas de metal, de otra manera el metal bloquearía al sol del silicio y no habría ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.
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Funcionamiento de las celdas solares
Figura 7. Funcionamiento de las Celdas Solares Fuente: https://www.fuentesdeenergiarenovables.com/energia-solar/energia-solarfotovoltaica/ Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los átomos en el silicio y el campo interno producido por la unión que separa algunas de las cargas positivas ("agujeros") de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico. Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayoría de ellas solamente se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energía potencial interno. Por lo tanto si se hace un
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circuito se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a través del circuito para recombinarse con los agujeros positivos. Figura 7. La cantidad de energía que entrega un dispositivo fotovoltaico está determinada por: El tipo y el área del material La intensidad de la luz del sol La longitud de onda de la luz del sol Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir más el de 25% de la energía solar en electricidad, porque la radiación en la región infrarroja del espectro electromagnético no tiene suficiente energía como para separar las cargas positivas y negativas en el material. Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca del 10%, debido a pérdidas de energía internas más altas que las del silicio monocristalino. Una típica célula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producirá cerca de 1.5 vatios de energía a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2). La energía de salida de la célula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energía de salida también será disminuida a la mitad). Una característica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la célula no depende de su tamaño, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la
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intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz y al tamaño. Para comparar diversas celdas se las clasifica por densidad de corriente, o amperios por centímetro cuadrado del área de la célula. La potencia entregada por una célula solar se puede aumentar con bastante eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o espejos. Sin embargo, hay límites a este proceso, debido a la complejidad de los mecanismos, y de la necesidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una caída de potencia a causa del aumento de la temperatura de la célula. Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima. Módulos fotovoltaicos
Un módulo fotovoltaico es la unión de un gran número de células solares convencionales, por lo que deberíamos comenzar por describir el funcionamiento de una célula fotovoltaica. Una célula solar convencional convierte la luz solar en electricidad. La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una célula, pueden ser reflejados o absorbidos, o bien pasar a través de el. Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su
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posición normal asociada con un átomo para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico. Para que se produzca el efecto fotovoltaico deben darse, por tanto, las siguientes condiciones: a) Existencia de una estructura heterogénea que produzca un campo eléctrico interno. b) Que la radiación luminosa sea capaz de generar cargas libres al absorberse por el material. Es decir, que la energía necesaria para romper un enlace entre átomos y librar un electrón sea igual o inferior a la de los fotones de la radiación luminosa. Las partes más importantes de la célula solar convencional son las capas de semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico, positivo en una parte y negativo en la otra. Cuando la luz solar incide en la célula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo eléctrico, formando una corriente eléctrica. Es por ello que estas células se fabrican a partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la energía. En la siguiente figura es posible apreciar el proceso de conversión de energía fotovoltaica al igual que los componentes que conforman una célula solar convencional.
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Figura 8. Proceso de conversión de energía. Y composición de una célula solar Fuente:http://www.acapomil.cl/investigacion/boletines/boletin_2004/articulos/solar.h tm
Además de los semiconductores las células solares convencionales están formadas por una malla metálica superior u otro tipo de contrato para recolectar los electrones del semiconductor y transferirlos a la carga externa y un contacto posterior para completar el circuito eléctrico. Hoy en día, la mayor parte de células solares convencionales utilizadas a nivel comercial son de silicio (símbolo químico: Si). El silicio es lo que se conoce como un semiconductor. Este elemento químico se encuentra en todo el mundo bajo la forma de arena, que es dióxido de silicio (SiO2), también llamado cuarcita. Estas células solares de silicio pueden ser de tipo monocristalinas, policristalinas o amorfas. La diferencia entre ellas radica en la forma como los átomos de silicio están dispuestos, es decir, en la estructura cristalina. Existe, además, una diferencia en la eficiencia. Por eficiencia se entiende el porcentaje de luz solar que es transformado en electricidad.
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Definición de un Sistema de Transferencia Automática
Figura 9. Transferencia Automática Fuente: http://ca60r19los68.blogspot.com/2015/07/sincronismo-o-coneccion-en paralelo.html En la figura 9, se define que un Sistema de Transferencia Automática es un equipo eléctrico cuya principal función es realizar la conexión del suministro eléctrico de emergencia en un sistema cuando la red eléctrica presente fallas. Puede funcionar de manera automática como manual según sea el caso y se utiliza en cualquier sistema eléctrico que necesite un soporte de emergencia en sus recursos de energía. Un Sistema de Transferencia Automática permite la optimización mediante la utilización de espacios reducidos, el fácil montaje, el fácil mantenimiento y la
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protección del sistema eléctrico a precios razonables en comparación con otros equipos de mayor complejidad. Según su fabricación, los Sistema de Transferencia Automática pueden clasificarse en interruptor de transferencia automáticas con contactores y en interruptor de transferencia automática con interruptores de doble tiro. Interruptor de Transferencia Automática con Contactores:
El interruptor de transferencia automático con contactores es un dispositivo eléctrico que: Sensa el voltaje suministrado por la electrificadora y desconecta el sistema del suministro normal en caso de falla por: Bajo voltaje, Alto voltaje, Falta de fase Inversión en la secuencia de fases. Ordena que el arrancador automático de la planta de emergencia, la haga funcionar. Conecta el sistema al suministro de emergencia, una vez la planta se encuentre generando normalmente y el voltaje no sea, ni alto ni bajo. Pasa de nuevo la carga al suministro normal, cuando éste se restablezca. Permite que la planta de emergencia trabaje un rato en vacío con el fin de que se enfríe. Interruptor de Transferencia Automática con Interruptores de Doble Tiro:
El interruptor de transferencia automático con interruptor automático doble tiro "ATS" es un dispositivo eléctrico que:
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Sensa el voltaje suministrado por la electrificadora y desconecta el sistema del suministro normal en caso de falla por: Bajo voltaje, Alto voltaje, Falta de fase Inversión en la secuencia de fases. Ordena que el arrancador automático de la planta de emergencia, la haga funcionar. Conecta el sistema al suministro de emergencia, una vez la planta se encuentre generando normalmente y el voltaje no sea, ni alto ni bajo. Pasa de nuevo la carga al suministro normal, cuando éste se restablezca. Permite que la planta de emergencia trabaje un rato en vacío con el fin de que se enfríe. Instalar un equipo de interruptores de transferencia en tu hogar te permite pasar de corriente alterna a un generador o una fuente alternativa de energía. Los interruptores de transferencia pueden ser automáticos, los cuales monitorean el flujo de energía y se cambian de manera automática, o manuales, los cuales deben ser cambiados a mano. Los interruptores de transferencia manuales típicamente trabajan con generadores. Puedes usar interruptores de transferencia manuales con generadores o para darle energía alternativa a tu hogar cuando esta está disponible. Aplicaciones de la E nergía Solar F otovoltaica
Las aplicaciones de energía solar hasta ahora conocidos son: Sistemas remotos o aislados y Sistemas para residencias, establecimientos comerciales y pequeñas poblaciones aisladas, no interconectadas a la red, que incluyen:
- Iluminación.
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- Equipos domésticos (radios, TV, VCR, radio teléfonos, etc.). - Cargadores de baterías. - Centros de servicios comunitarios en lugares aislados. - Equipos para centros de salud (conservación de vacunas, comunicaciones). - Bombeo de agua. - Teléfonos de emergencias en carreteras. - Repetidoras de telecomunicaciones. - Estaciones satelitales terrestres. - Estaciones climatológicas. - Equipos de telemetría. - Aeroayudas. - Puestos militares remotos. - Equipos sobre plataformas marinas y boyas. - Generadores móviles. Ventajas
Las principales ventajas y beneficios de la Energía Solar Fotovoltaica:
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- Energía renovable, limpia y silenciosa, no producen contaminación, ni ruido. - Sencilla implantación. - Simplicidad en el diseño. - Portabilidad, son de fácil transporte e instalación. - Son de fácil operación y generalmente se diseñan para operación no atendida. - Modularidad de los sistemas lo cual favorece una variedad de esquemas de electrificación. La capacidad de generación puede expandirse gradualmente con la demanda, sin incurrir en sobredimensionamiento y sin la obsolescencia de las demás partes existentes en el sistema. - Suministro ininterrumpido de potencia. - Bajo costo de operación y mantenimiento ya que requieren de muy poco mantenimiento. - Alta fiabilidad y durabilidad, debido a que carecen de partes móviles. - Larga vida útil, existen sistemas en operación de más de 20 años, sin una pérdida importante de la eficiencia de conversión. - Se pueden ubicar en sitios donde se encuentre la demanda. - Por último pueden ser operados en condiciones ambientales supremamente adversas (como en selvas, desiertos, páramos, islas) en donde otros sistemas serían difíciles de operar.
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Desventajas
Las principales desventajas de la Energía Solar Fotovoltaica: - Grandes inversiones para darles servicio a un reducido número de beneficiarios. - Producción de energía a muy baja escala. - Se tienen que usar donde está la demanda. - No se puede utilizar más energía que la acumulada en períodos en donde no haya sol. - Para recolectar energía solar a gran escala se requiere grandes extensiones de terreno.
Efectos de la Posición Geográfica de Venezuela La República Bolivariana de Venezuela está ubicada al norte del ecuador, en la costa septentrional de América del sur. El territorio está comprendido entre los 0°38’53’’ y 12°11´46´´ de latitud Norte y 59°47´30´´ y 73°23´ de longitud Oeste.
Efecto de la Altitud
La República Bolivariana de Venezuela se encuentra en bajas latitudes, resultando como promedio que las horas de sol sean muchas (aproximadamente 12 horas) y la insolación sea muy intensa.
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Efecto de la Latitud
De acuerdo a su latitud 5° N y 12° N, se encuentra totalmente en el hemisferio norte, siendo el país suramericano que junto con Colombia, alcanza una latitud más septentrional. La posición de la República Bolivariana de Venezuela entre el ecuador (0°) y el trópico de Cáncer (23°27´30´´), corresponde las llamadas Bajas Latitudes o Zona Intertropical. Esta posición ejerce una influencia en el comportamiento de los distintos elementos climáticos, es decir, que la principal consecuencia de la latitud en Venezuela se siente en su clima, puesto que los elementos más importantes de éste: radiación solar, temperatura, precipitación, evaporación, vientos, otros, están determinados por la latitud. Por encontrarse la República Bolivariana de Venezuela en las bajas latitudes, todos los puntos del territorio reciben los rayos solares durante todo el año, con muy poca inclinación. Como la temperatura de cada región depende de la mayor o menor verticalidad con la que la alcancen los rayos solares, el territorio venezolano se encuentra entre los países que reciben mayor cantidad de radiación solar, lo que da lugar a que las temperaturas sean elevadas, exceptuando las regiones de las altas montañas. Se observa que la República Bolivariana de Venezuela es un país con gran incidencia solar, donde la radiación promedio está entre 4.5 y 6.7 kW/m², la cual no varía significativamente en los diferentes meses del año. Estos valores indican que la República Bolivariana de Venezuela posee un alto potencial solar fotovoltaico.
Sensor de Movimiento Los sensores de movimiento se definen como dispositivos electrónicos que permiten condicionar el encendido y apagado de la iluminación a través de la detección de personas dentro del área donde se colocan. Están divididos en tres categorías: PIR
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pasivo infrarrojo, US Ultrasónico y Multi-tecnología. Dentro de éstas categorías podemos encontrar diversas configuraciones tanto en montaje y conexión. Éstas son: montaje en pared, montaje en muro, montaje en techo, inalámbricos, alta bahía, exterior y para cuartos fríos. Pasivo Infrarrojo (PIR)
Son elementos que emplean un dispositivo semiconductor térmico diseñado para detectar los niveles de radiación de los cuerpos. Éste tipo de tecnología requiere de una línea de visión entre el dispositivo y el objeto. Estos dispositivos se conocen comercialmente como sensores para detección de movimiento. Características: 1. Detección por medio de una línea de visión 2. Detección general de movimiento 3. Mayor susceptibilidad de apagado. 4. Detección de largo alcance. 5. Inmunidad a corrientes de aire. Ultrasónico (US)
Elementos que emplean dispositivos activos (un emisor y un receptor), de ondas de sonido de alta frecuencia imperceptibles al oído humano. Por medio de efecto Doppler el sensor detecta si existe presencia dentro de la cobertura del mismo. Los sensores ultrasónicos operan sin línea de visión. Características: 1. Cuentan con un transmisor activo. 2. Mayor sensibilidad a movimientos imperceptibles.
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3. Emite ondas continuas de sonido. 4. Mayor susceptibilidad de encendido. 5. Sin líneas de visión. Multi-tecnología (MT)
Éstos dispositivos son aquellos que cuentan con ambas tecnologías (PIR, US), las composiciones de ambos métodos de detección ayudan al sensor a contar con una máxima sensibilidad de detección y un control de los encendidos en falso de los dispositivos.
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Bases Legales Constitución de la República Bolivariana de Venezuela Capítulo IX De los Derechos Ambientales
Artículo 127. Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. El Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos genéticos, los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres vivos no podrá ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos regulará la materia. Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley.(p.20)
Artículo 187. Numeral 8 “Corresponde a la Asamblea Nacional Aprobar las líneas generales del plan de desarrollo económico y social de la Nación, que serán presentadas por el Ejecutivo Nacional en el transcurso del tercer trimestre del primer año de cada
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período constitucional.”(p.32).
Ley Orgánica del Servicio Eléctrico (LOSE) Principios Rectores para la Prestación del Servicio Eléctrico. Artículo 5. La prestación del servicio eléctrico se rige bajo los siguientes principios: 1. Soberanía tecnológica. 2. Sustentabilidad ambiental. 3. Ordenación territorial. 4. Integración geopolítica. 5. Uso racional y eficiente de los recursos. 6. Diversificación del uso de las fuentes de energía primarias. 7. Utilización de fuentes alternativas de energía. 8. Corresponsabilidad social.
Contenido del Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional Artículo 21. El Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional se enmarcará en el Plan Nacional de Desarrollo Económico y Social de la Nación, en concordancia con los lineamientos de política económica, energética y ordenamiento territorial del Estado. Contendrá, al menos: 1. Políticas de desarrollo del sector, con especial atención a las áreas no servidas. 2. Estimación de la demanda eléctrica nacional. 3. Estrategias y proyectos para la expansión del Sistema Eléctrico Nacional. 4. Acciones orientadas a impulsar el uso de las fuentes alternativas de energía, renovables y ambientalmente sustentables.
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5. El uso racional y eficiente de la energía eléctrica. 6. Las demás que el Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica considere necesarias.(p.10)
Generación en Sistemas Independientes Artículo 44. El operador y prestador del servicio eléctrico es el encargado de la instalación y operación de las plantas de generación en sistemas independientes, dándose prioridad al empleo de fuentes alternativas de energía y de bajo impacto al ambiente, de conformidad con el Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional y demás normas vigentes.(p.22)
Plan de la Patria Segundo Plan Socialista de Desarrollo Económico y Social de la Nación 2013-2019 En el apartado acerca de la Preservar la vida en el planeta y salvar a la especie humana señala: El quinto de los grandes objetivos históricos se traduce en la necesidad de construir un modelo económico productivo eco-socialista, basado en una relación armónica entre el hombre y la naturaleza, que garantice el uso y aprovechamiento racional y óptimo de los recursos naturales, respetando los procesos y ciclos de la naturaleza. En tal sentido, es necesario ratificar la defensa de la soberanía del Estado venezolano sobre los recursos naturales vitales. Este quinto gran objetivo histórico convoca a sumar esfuerzos para el impulso de un movimiento de carácter mundial para
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contener las causas y revertir los efectos del cambio climático que ocurren como consecuencia del modelo capitalista depredador. (p.23)
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Definición de Términos Básicos Carga Eléctrica: Es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas (pérdidas o ganancias de electrones) que se manifiesta mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas entre ellas.
Baterías: Es un dispositivo que almacena energía utilizando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelven en su totalidad
Energía: Propiedad de los cuerpos que se manifiesta por su capacidad de realizar un cambio de posición.
Energía Alternativa: Estas son las que pueden sustituir a la energía convencional (combustibles fósiles) y que implican bajos impactos significativos sobre el medio ambiente.
Fotovoltaico: La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor generando una pequeña diferencia de potencial. .Generador:
Los generadores son maquina utilizadas para convertir la potencia
mecánica en potencia eléctrica.
Irradiación: Cantidad de radiación solar recibida por una superficie, pudiendo ser directa, difusa y global.
Kilovatio (kW): Unidad de potencia equivalente a 1000 vatios.
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Inversor: Elemento de una instalación fotovoltaica encargado de transformar la corriente continua que suministran a las baterías de los paneles solares en corriente alterna.
Célula Fotovoltaica: Unidad básica del sistema fotovoltaico, normalmente compuesto por silicio, donde se produce la transformación de la radiación solar en energía eléctrica.
Efecto Fotovoltaico: Conversión directa de la energía luminosa en energía eléctrica. Panel Solar: Conjunto formado por las distintas células fotovoltaicas interconectadas, encapsuladas y protegidas por un vidrio en su cara anterior y por un marco en los laterales, provisto de terminales para su conexión a la instalación.
Radiación Solar: Cantidad de energía procedente del sol que se recibe en una superficie y tiempo determinado.
Radiación Solar Difusa: Radiación solar esparcida y reflejada en la atmosfera. Radiación Solar Directa: Radiación solar que proviene directamente del Sol. Radiación Solar Global: Suma de la radiación solar directa y difusa. Silicio: Elemento químico de naturaleza metálica y de color gris oscuro que posee excelentes propiedades semiconductoras y que componen las células de un panel solar. Expresada en la tabla periódica con el símbolo (Si).
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CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO Es evidente, que en toda investigación científica se hace necesario que los temas objeto de estudio, así como las relaciones que se establecen entre estos, los resultados que se obtienen y las evidencias significativas encontradas en relación a la problemática investigada, además de los nuevos conocimientos que es posible situar, reúnan las condiciones de fiabilidad, y objetividad; para lo cual, es preciso delimitar todos y cada uno de los procedimientos de orden metodológico, a través de los cuales se intenta dar respuesta a las interrogantes planteadas. Dentro de este mismo orden Balestrini (2006), define el marco metodológico como: La instancia referida a los métodos, las diversas reglas, registros, técnicas y protocolos con los cuales una teoría y su método calculan las magnitudes de lo real. De allí que se deberán plantear el conjunto de operaciones técnicas que se incorporaran en el despliegue de la investigación en el proceso de la obtención de los datos. El fin esencial del marco metodológico es el de situar en el lenguaje de investigación los métodos e instrumentos que se emplearán en el trabajo planteado. (p. 114). El marco metodológico es el aspecto descriptivo de los pasos seguidos para realizar la investigación. Este capítulo está conformado por la descripción del tipo y diseño de investigación, su universo o población, la muestra, las técnicas y los instrumentos de recolección de datos y los procedimientos que se utilizarán.
Naturaleza de la Investigación Dado que el siguiente trabajo tiene como finalidad presentar una solución para una problemática o necesidad presente en el Edificio Fermín Sánchez, este se encuentra
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enmarcado en la modalidad de proyecto factible; el cual es definido por Balestrini (2006), como “aquel tipo de investigación donde se observa los hechos estudiados como se manifiesta en su ambiente natural, y en este sentido se manipula de manera intencional las variables” (p. 99).
Para lograr los objetivos también será imprescindible una investigación descriptiva y de campo según Arias (2008) “consiste en la recolección de datos directamente de la realidad donde ocurre los hechos sin manipular o controlar alguna variable” (p. 71). En este trabajo se emplean datos de fuentes primarias ya que es el
investigador quien los obtiene directamente, sin embargo utiliza datos de fuentes secundarias en ocasiones y situaciones. También se realizara una investigación documental, ya que la información será recopilada con investigaciones de campo en el edificio ante mencionado perteneciente a Corpoelec Lara, entrevista no formales a ingenieros, técnicos y personal que esté involucrado con el tema, de esta forma lograr obtener la información complementaria para la ejecución del proyecto. Según Rist (2002), el cual define la investigación documental como: El estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en trabajo previos, información y datos divulgados por medios de impresos, audiovisuales o electrónicos. La originalidad de este estudio se refleja en el enfoque, criterios, conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones y, en general, el pensamiento del autor (p. 69). Con la finalidad de solventar el problema que se planteó, se propone abarcar las siguientes fases: 1. Fase I: Diagnóstico. 2. Fase II: Factibilidad.
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3. Fase III: Diseño de Proyecto. En referencia a lo antes mencionado, cabe destacar que, la presente investigación se considera descriptiva, según los objetivos propuestos en el estudio. Una vez culminada la fase de diagnóstico, se realizara la Fase II, en donde se establecerá el estudio de factibilidad, a fin de determinar la viabilidad técnica, de mercado y económica, para satisfacer la necesidad diagnosticada en la institución seleccionada. Fase III, Diseño del Proyecto: En ésta se representará la idea escrita y gráfica del proyecto, una vez demostrada la necesidad de diseñar jornada de actualización a través del diagnóstico y la factibilidad se procederá a elaborarlo.
Fases de la Investigación Fase I: Diagnostico Según Espinoza (1987), señala que el diagnóstico es una fase que inicia el proceso de la programación y es el punto de partida para formular el proyecto; así el diagnostico consiste “en reconocer sobre el terreno, donde se pretende realizar la
acción, los síntomas o signos reales y concretos de una situación problemática, lo que supone de una la elaboración de un inventario de necesidades y recursos” (p. 55).
En esta fase se realizara una investigación exploratoria directa y de tipo informal a través de entrevista no estructurada a ingenieros, personal técnico y cualquier persona que esté involucrada con el fin de obtener información y cumplir con unos de los objetivos específicos del proyecto como lo es el diagnostico actual de la iluminación del edificio Fermín Sánchez perteneciente a Corpoelec – Lara ubicada en la Zona Industrial 1 carrera 3 entre 28 y 30.
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Fase II: Estudio de Factibilidad Culminada la fase de diagnóstico se procede a determinar cómo se obtendrá la vialidad de las propuestas a realizar, por ende, se procederá a ejecutar la fase de factibilidades, especificando las técnicas, operativas y económicas, siguiendo este orden en que fueron nombrada debido que una es consecuencia de la otra, permitiendo así saber la disponibilidad del recurso humano, material y económico, que nos permitirá saber si el proyecto es realmente factible. Factibilidad Técnica. Gómez (2007) “La factibilidad técnica se basa en es tudiar las posibilidades reales
de ejecución del proyecto, tecnología alternativas, nivel de capacitación de la mano de obra, entre otros. Consideran también la posibilidad de adaptar las diferentes tecnologías entre si” por medio de esta definición se lograra establecer las posibilidades
de ejecutar este proyecto en el edificio Fermín Sánchez perteneciente a Corpoelec Estado – Lara, para poder satisfacer la necesidad de iluminación por medio de paneles solares. La Empresa Corpoelec – Lara dispone de toda la información necesaria para ayudar a la ejecución de este proyecto, por la variada gama de equipos que se encuentran en el mercado y las nuevas políticas de ahorro de energía, por tales razones se puede decir que el proyecto es técnicamente factible. Factibilidad Económica. Kendall (1997), explica que “depende de los recursos humanos disponibles para
el proyecto e implica determinar si el sistema funcionará y será utilizado una vez que se instale” (p. 56).
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Para determinar la factibilidad operativa del proyecto, se debe diseñar que el mismo sea operable y de fácil mantenimiento, para así poder garantizar la operatividad del sistema a diseñar, por ende, se debe tener un personal adiestrado capaz de comprender el funcionamiento del sistema a diseñar que permitirá abordar las funciones técnicas asignadas. Esto es posible al proveer una capacitación al personal encargado de operatividad y mantenimiento del sistema a diseñar, para cuando sea instalado. Factibilidad Económica.
Para Hernández (2000), “Los estudios de factibilidad económica incluyen
análisis de costos y beneficios asociados con cada alternativa del pro yecto” (p. 121) Para lograr saber en qué tiempo se recupera la inversión inicial, se debe recopilar toda la información posible, y realizar una comparativa con los gastos actuales y lo que se podrá ahorrar a medida que pasa los años con la propuesta de energía alternativa para la iluminación del edificio Fermín Sánchez.
Fase III: Diseño del Proyecto Esta es unas de las fases más importantes, debido que se describirán los pasos del cómo se cumplirá el diseño eléctrico. Objetivos del Diseño
1. Recopilación de información En este paso se realizará un levantamiento y procesamiento de información sobre la calidad del sistema eléctrico actual de la iluminación del edificio Fermín Sánchez perteneciente a Corpoelec – Lara.
73
2. Estudio de Carga del edificio Se realizará el estudio de la potencia eléctrica consumida por la iluminación del edificio Fermín Sánchez. 3. Análisis Técnicos de los Paneles Solares Se elaborará una investigación para determinar qué tipo de paneles solares a utilizar, así como la cantidad necesaria para poder suministrar la potencia requerida por la iluminación del edificio, tomando en cuenta los resultados obtenidos mediante los cálculos y el espacio físico, por consiguiente, determinar la ubicación de los paneles solares. 4. Elaboración de un sistema de respaldo Realizado esto se elaborará un sistema de respaldo controlado por autómatas programables que permita, de manera automática la transferencia entre la red pública de distribución eléctrica y los paneles solares que conformaran el sistema alternativo de energía necesario para la iluminación del edificio Fermín Sánchez perteneciente a Corpoelec – Lara. 5. Exposición de la Propuesta Final Realizar una exposición de sistema de transferencia entre la red pública y la energía eléctrica alterna dada por los paneles solares y su propuesta del sistema alternativo automatizado para la iluminación del edificio Fermín Sánchez utilizando lámparas fluorescentes T5
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CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Venezuela se encuentra ubicada en América del Sur y limita al norte con el Mar Caribe o de las Antillas, al este con la Guyana Británica, al sur con Brasil y al oeste con Colombia. Venezuela está al oeste del Meridiano de Greenwich, específicamente -4 GMT (Greenwich Mean Time), entre los siguientes meridianos: 59° 48. en su parte más oriental, pasa por la confluencia de los ríos Barinas y Mururuma en el Estado Delta Amacuro. 73° 25. en su parte más occidental, pasa por el nacimiento del río Intermedio, en el Estado Zulia, esto significa que está en el hemisferio occidental. Al norte del Ecuador está entre los siguientes paralelos: 0°38. 53.. en su parte más meridional, pasa por las cabeceras del río Ararí en el extremo más meridional del estado Amazonas. 12° 12. en su parte más septentrional, pasa por el Cabo San Román, Península de Paraguaná, en el estado Falcón. Venezuela por estar ubicada en el hemisferio norte se encuentra en una zona intertropical, es decir, entre los trópicos de Cáncer al norte, y el de Capricornio al sur, los rayos solares caen perpendicularmente sobre el territorio, esto hace que el día y la noche tengan más o menos igual duración todo el año, además de que no se presenten mayores contrastes entre el mes frío y el más cálido. No obstante, existen alteraciones climáticas en las diferentes regiones del país, debido en gran parte a la altura sobre el
75
nivel del mar. Las temperaturas oscilan entre los 8° C y 40° C dependiendo de la ubicación geográfica de cada región. De acuerdo a la cantidad de precipitación caída, se definen dos estaciones: una estación seca comprendida entre los meses de Diciembre y Abril, y una estación lluviosa comprendida entre los meses de Mayo a noviembre. Por su ubicación geográfica, las situaciones meteorológicas frecuentes son: la actividad de la convergencia tropical (ITCZ), el anticiclón permanente del Atlántico Norte, vaguadas en altura, ondas tropicales del este, la penetración de masas de aire frío procedentes del norte y efectos locales por influencia orográfica (conjunto de montaña del país).
Estimación de la Potencia de Energía Solar en Barquisimeto En la revista Venezolana de la Universidad de los Andes realizo un estudio sobre la estimación de los montos de radiación solar y el cálculo del potencial de e nergía solar para Venezuela en kWh/m2 día, utilizando geoestadística y programas de sistemas de información geográfica (SIG). La información base consistió de registros de radiación solar de 35 estaciones meteorológicas. Los mapas del potencial se generaron con una resolución de 4 km utilizando Kriging Ordinario, y se calculó el error de la estimación. Resultados demuestran que se posee un potencial de energía solar factible de aprovechamiento, con valores superiores a 5.1 kWh/m2 día, en una extensión aproximada de 205.921,6 km2 (20% del territorio), con máximos valores hacia la franja costera norte y región insular (5.8 a 7.3 kWh/m2 ), y diferentes regímenes de variabilidad temporal. La variación al azar del modelo es elevada, la generación de modelos con menor error de estimación, requeriría mayor densidad en la red de estaciones, la cual puede ser modelada a través de técnicas geoestadísticas.
Clasificación de la radiación solar según su potencial Radiación solar (kWh/m2 día)
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Cuadro 1 Clasificación de la Radiación Radiación
solar
(kWh/m2 día)
Clasificación
< 4,7
Marginal
4,7 a 4,9
Regular
4,9 a 5,2
Bueno
5,1 a 5,5
Excelente
5,5 a 6,1
Premium
> 6,1
Supremo
Fuente:http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/38968/articulo2.pdf;j sessionid=54B56BC88952CD0F486DA8F9615A8E75?sequence=1
De acuerdo a estos datos y con la información donde se realizará la propuesta y con información suministrada por la Nasa los valores de irradiación y temperatura promedio en el siguiente cuadro.
Cuadro 2 Valores de irradiación y temperatura promedio Month
Air
Relative
temperature humidity
Daily solar radiation horizontal
Atmospheric Wind
Earth
pressure
speed
temperature
°C
%
kWh/m2/d
kPa
m/s
°C
January
22.8
79.90%
5.19
96.7
4.5
23.8
February
23.7
74.00%
5.43
96.7
4.7
25.4
March
24.8
69.60%
5.73
96.6
4.6
27.6
April
24.8
76.90%
5.2
96.6
3.8
26.7
May
24.5
82.60%
5.22
96.6
3.4
25.5
June
24.2
83.30%
5.61
96.7
3.9
24.9
77
July
23.9
82.70%
5.83
96.8
3.9
24.7
August
24.2
81.90%
5.84
96.7
3.3
25.1
September 24.2
81.90%
5.57
96.6
2.8
25.2
October
83.60%
5.1
96.5
2.6
25
November 23.6
84.70%
4.9
96.5
3
24.4
December 22.9
83.90%
4.83
96.7
4
23.5
80.40%
5.37
96.7
3.7
25.1
Annual Prom
24
24
Fuente: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/retscreen.cgi?email= rets%40nrcan.gc.ca&step=1&lat=10.0750582&lon=-69.3513371&submit=Submit La posición geográfica es de beneficio para la instalación de los paneles solares debido que maneja una irradiación excelente en promedio.
Una vez verificado que la irradiación es la adecuada para la propuesta, se debe calcular el grado de inclinación que debe tener el panel solar para su optimo provecho, para esto debemos tener en cuenta la latitud del lugar donde será instalados, dicha latitud representa el valor más importante para el cálculo. Debido que nuestro país se encuentra en el hemisferio sur la recomendación indica que el ángulo de inclinación (β) se obtiene de la suma de la latitud más 10.
La posición geográfica de la propuesta es latitud 10° 07´ 50.58 N Entonces tomamos los 10° y sumamos los de 10 que es la recomendación nos daría 20 ° de inclinación con respecto al Sur
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Diagnosticar el estado actual del sistema de iluminación del edificio Fermín Sánchez Modelos de iluminación La iluminación es proporcionada por dispositivos con el fin de distribuir la luz según el tipo de iluminación que se desea implementar. En la siguiente tabla se presenta una reseña de algunos modelos de iluminación:
Cuadro 3 Características más importantes de los modelos de iluminación Modelos de
Descripción
Aplicaciones
Características
Iluminación Es proporcionada por Comerciales: tiendas, Dirigen la vista hacia elementos de Ilumina- hoteles, restaurantes y un objeto o superficie. Decorativa
ción empotrados en el oficinas, museos.
empotrada
techo con el fin de
Se integran fácilmente
distribuir la luz hacia Hospitales, escuelas y a la arquitectura. abajo. Aporta
residenciales. carácter
personalidad
a
y Comerciales: tiendas, Iluminación Arquitecun hoteles, restaurantes y tónica: da más impor-
espacio, define el tono oficinas, teatros, igle- tancia a la apariencia de de un interior y ayuda a sias y bibliotecas Decorativa
las luminarias.
establecer el estilo de la arquitectura.
Residenciales.
Iluminación Residencial: está más relacio-
Su distribución de luz
nada con aspectos de
puede ser descendiente,
conservación
ascendente.
energía mantenimiento
de y
79
Es un sistema formado En por
una
exhibiciones
de Flexibilidad:
estructura tienda, aparadores, ho- colocarse
pueden
donde
se
eléctrica lineal (riel) y teles, restaurantes, mu- necesite y cambiarse De Riel y una serie de unidades seos y algunos cable
fácilmente.
de iluminación (cabezas), las cuales pueden Espacios residenciales.
Versatilidad: se puede
colocarse en cualquier
utilizar
lugar a lo largo del riel.
iluminación de realce,
para
general decorativa. Económica: realiza dos funciones,
suministra
electricidad y soporta las
unidades
de
iluminación Es un sistema en el que Los sistemas de fibra Menor una
fuente
remota óptica se usan para:
distribuye la luz a áreas
costo
de
mantenimiento, no hay calor.
y objetos por medio de Iluminación de realce, uno o más haces de actividades, jardinería Menor escala y peso del fibra óptica.
y exhibición.
dispositivo.
La luz que ingresa en Efectos decorativos.
Flexibilidad
en
el
un extremo de las fibras
diseño. consumo
de
y se transmite por reflexión interna.
Menor
energía en relación a la iluminación decorativa incandescente.
Fuente: Oliveros 2018
80
Tipos de iluminación de ambientes Una buena iluminación es una herramienta favorable para realzar las diferentes áreas de las tiendas, oficinas, industrias, escuelas, etc. Una iluminación adecuada es capaz de lograr que las personas se sientan cómodas, confortables, más activas y productivas. En la siguiente tabla se reseña algunas tips que ayudan a optimizar la iluminación en ambientes comerciales, en oficinas e industriales.
Cuadro 4 Observaciones a considerar para la iluminación según el tipo de ambiente Tipo
de Tips
Ambiente Considerar la iluminación hacia arriba, ya que proporciona
Comercial
uniformidad al reducir el contraste entre la fuente de luz y el área circundante. Un sistema de iluminación ascendente mejora la iluminancia del techo y de superficies verticales, minimizando las sombras y reduce los reflejos. Al seleccionar la fuente de la lámpara, verificar el índice de rendimiento del color, ya que mientras más alto es este índice más vibrante o aproximado a la realidad serán los colores del objeto. La iluminación se debe realizar según el tamaño de la habitación. Para tiendas con techos bajos es recomendable luminarias más pequeñas y de menores lúmenes. En cambio si es de techo alto se recomienda utilizar lámparas de alta potencia intercaladas a mayor distancia, logrando abaratar los costos de instalación y mantenimiento.
81
Se debe proporcionar el nivel de luminancia correcto (según la norma)
Oficina
para cada actividad a realizar, así se garantiza la agudeza visual, la sensibilidad de contraste. Mientras mayor sea la cantidad de luz, hasta cierto valor máximo (límite de deslumbramiento) mejor será el rendimiento visual. Evitar que la luz sea difusa, ya que se va a percibir un modelado ligero y tendremos la sensación de falta de relieve. Asimismo si la componente direccional es muy fuerte, el modelado es duro y las sombras deforman los rasgos característicos de las personas. Se debe tomar en cuenta si en la industria la tarea que se desempeña
Industrial
es necesaria la identificación del color, si esto es esencial utilizar una luminaria con alto índice de rendimiento de color Los niveles de iluminación y la visibilidad requerida dentro de la industria dependerán de una serie de factores que incluyen: tareas desarrolladas, edades de los trabajadores, el tipo de espacio, tamaño de los artículos que se manejan requiere un alto valor de lúmenes. Es importante también que si la industria posee la opción de espacio en el techo libre, podría utilizar difusores y trabajar con luz natural y realizar un control con luz artificial para mantener el nivel de luminancia apropiado. Un ambiente bien iluminado mejorará el desempeño de los trabajadores
Fuente: Oliveros 2018
82
Automatización de los sistemas de iluminación. Aquí se describen los componentes de las instalaciones de alumbrado artificial que se emplean habitualmente en la iluminación de interiores.
Equipos de control En esta sección se dará una breve descripción de algunos de los equipos de control existentes, que son utilizados comúnmente en el control de iluminación:
Cuadro 5 Equipos de control
Equipo de Control
Descripción
Reguladores de fase o Son dispositivos electrónicos que cortan la onda sinusoidal Dimmers
de corriente alterna en un punto variable, de manera que modulan la potencia entregada a la carga.
Control Manual
Se puede realizar a través de una gran variedad de interfaces, como pulsadores de pared, mandos a distancia, Web e incluso por voz. Es preciso indicar que, aunque se integra el control de la iluminación en un sistema de control, normalmente se debería garantizar la posibilidad de controlar la iluminación mediante interruptores tradicionales.
Detector de
Se encarga de medir el aporte de luz natural más artificial,
luminosidad
que exista en el interior de un área. Con esta información
(Fotocélula)
el
sistema
de
control
se
encarga
de
regular
automáticamente el flujo de las lámparas del lugar que se
83
está controlando y así mantener un nivel de iluminación apropiado.
Detector de Presencia Se encarga de encender las lámparas cuando detecta la presencia de una persona o apagarlas cuando no la detecta. Fuente: Oliveros 2018
Proyecto de control Posteriormente de haber realizado el proyecto de iluminación, se inicia el proceso para efectuar el proyecto de control. Para escoger el tipo de control a utilizar se deberá conocer primero: · Las características que se desean emplear en el momento de controlar la iluminación (adaptar el nivel de iluminación eléctrica en función de la luz solar, detectar la presencia en zona de paso, control automático de encendido y apagado de luces, atenuar la iluminación, crear un ambiente). · Se debe escoger la tecnología a utilizar (dimmers, sensores, entre otros) según el tipo de luminarias y lámparas seleccionadas. · Escoger el tipo de protocolo a emplear, el cual se seleccionará según la tecnología, las características de iluminación, las características de la edificación y la disponibilidad económica del cliente.
Sistemas de gestión de alumbrado artificial Una vez decidido los dispositivos de regulación a emplear en los sistemas de control, se deberá decidir el sistema de gestión de la edificación, para el cual existen diferentes criterios que se deben valorar. Uno de los puntos es la elección del protocolo de comunicaciones que es el responsable de la comunicación de los diferentes
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dispositivos de control, la determinación del protocolo determinará directamente la topología del cableado, el tipo de bus o línea de transmisión, en definitiva, definirá el potencial del propio sistema de gestión. Algunos de los términos que se deben manejar son:
a. Protocolo: es el conjunto de procedimientos utilizados para controlar el intercambio ordenado de información entre dispositivos conectados a una red. En la gestión de edificaciones los más utilizados son: LonWorks, DMX, KNX, entre otros.
b. Topología: se refiere a la forma en la que el bus de comunicaciones es cableado, normalmente serán: estrella, anillo, árbol, serie.
c. Medio físico de transporte: el protocolo puede circular sobre cable eléctrico dedicado (bus de comunicación), sobre cable de red eléctrica mediante corrientes portadoras, fibra óptica, radio frecuencia, red inalámbrica, infrarrojo, Blutooth, Wi-fi, etc.
d. Jerarquía: significa que se dispone de un controlador maestro, el cual gestiona una serie de controladores esclavos y las comunicaciones entre los mismos.
e. Bus de comunicaciones. es un canal de comunicación. En las siguientes tablas, se presentan algunas diferencias de los protocolos existentes y algunos de los aspectos que se pueden considerar en los sistemas de gestión y control.
Componentes de un sistema fotovoltaico Un Sistema Fotovoltaico es un conjunto de equipos construidos e integrados especialmente para realizar cuatro funciones fundamentales: 1. Transformar directa y eficientemente la energía solar en eléctrica.
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2. Almacenar adecuadamente la energía eléctrica generada. 3. Proveer adecuadamente la energía producida (el consumo) y almacenada. 4. Utilizar eficientemente la energía producida y almacenada Los subsistemas que conforman a un sistema fotovoltaico son:
Subsistema de captación: Es el generador fotovoltaico, que es el que realiza la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica, compuesto por los paneles fotovoltaicos que son placas rectangulares formadas por un conjunto de celdas fotovoltaicas protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado. La capacidad energética nominal (potencia) de los módulos fotovoltaicos se indica en vatios-pico (Wp), lo cual muestra la capacidad de generar electricidad en condiciones óptimas de operación. La vida útil de un panel fotovoltaico puede llegar hasta 30 años, y los fabricantes generalmente otorgan garantías de 20 o más años. El mantenimiento del panel solamente consiste de una limpieza del vidrio para prevenir que las celdas fotovoltaicas no puedan capturar la radiación solar.
Subsistema de almacenamiento: Es necesario para almacenar la energía, a consumir, en los momentos en los que no existe suficiente producción energética por parte del sistema de captación, ya que la radiación solar no está disponible continuamente
(ciclos
día-noche,
variaciones
estacionales,
variaciones
meteorológicas). Está formado por las baterías que son construidas especialmente para sistemas fotovoltaicos. Las baterías para sistemas fotovoltaicos son de ciclo profundo, lo que significa que pueden descargar una cantidad significativa de energía cargada antes de que requieran recargarse. La capacidad de la batería se mide en “amperio-hora (Ah)”, una medida
comparativa de la capacidad de una batería para producir corriente. Diferentes tipos y modelos de baterías requieren diferentes medidas de mantenimiento. Algunas
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requieren la adición de agua destilada o electrolito, mientras que otras, llamadas baterías libre de mantenimiento’, no lo necesitan. La vida útil de una batería de ciclo
profundo es entre 3 y 5 años, pero esto va a depender del mantenimiento y de los ciclos de carga/descarga a los que fue sometida.
Subsistema de regulación: Es un dispositivo necesario para regular la entrada de la energía procedente del sistema de captación dentro de la instalación. Formado por el regulador de carga. Sirve para controlar la carga y descarga de la batería y de esta forma evitar su destrucción y aumentar su vida útil.
Subsistema de adaptación de corriente: Está formado por el inversor, su función es adecuar las características de la energía a las demandadas por las aplicaciones, es decir que tipo de energía se requiere: si se necesita energía de corriente directa (6 V o 12 V) o energía de corriente alterna (110 V o 120 V), según las especificaciones de los diferentes equipos eléctricos que se estén alimentando del sistema fotovoltaico. Además de estos subsistemas, las instalaciones fotovoltaicas incluyen otros equipamientos como pueden ser el cableado, los sistemas de protección y, por supuesto, los elementos de consumo de la energía obtenida (cargas).
Costos de implementación La inversión necesaria para adquirir un sistema fotovoltaico depende de varios factores, por ejemplo: los precios internacionales del mercado fotovoltaico, la disponibilidad local de distribuidores e instaladores de equipos fotovoltaicos, la ubicación y demanda energética de los usuarios. Las características particulares de todos los equipos necesarios para satisfacer la demanda energética (en calidad, cantidad y capacidad), la distancia y la facilidad de acceso entre el lugar de venta de los equipos y el lugar donde se instalará el sistema y los márgenes de ganancia de vendedores e instaladores de equipos, son factores que determinan en gran medida la cantidad de dinero que el usuario final invertirá para electrificar.
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En el costo total de un sistema fotovoltaico individual, el panel representa un 30%, el resto son aproximadamente 15 % a la batería, un 15 % al inversor, un 15 % al transporte, 5% a la instalación eléctrica, 5% al regulador y un 15 % a la mano de obra.
Costo de Implementación de un Sistema
Mano de Obra Panel Transporte Instalación electrica inversor Regulador Bateria
Figura 10. Costos de implementación de un sistema fotovoltaico Fuente: Oliveros 2018
Metodología de cálculo para los sistemas fotovoltaicos En el momento de dimensionar un sistema fotovoltaico y eólico, debemos tener en consideración los siguientes aspectos: 1. Establecer qué tipo de instalación y los bloques funcionales: se refiere a que sistema de energía alternativa se desea instalar.
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2. Tensión nominal del sistema: se refiere a la tensión típica con que se operan las cargas a conectar. A demás se deberá distinguir si dicha tensión es alterna o continua. 3. Potencia requerida por la carga: es la potencia demanda por cada carga, que se desea alimentar con el sistema de energía alternativa. 4. Hora de utilización de las cargas: conjuntamente con la potencia requerida por la carga deberá especificarse las horas de utilización de dicha potencia. Se presenta un modelo tabla, con ayuda de la cual se determinarán los Watts/hora diarios de todas las cargas alterna que se pretendan alimentar:
Cuadro 6 Consumo eléctrico del alumbrado de las Oficinas del Edificio Fermín Sánchez de Corpoelec para determinar los Wh/día de las cargas de corriente alterna en la actualidad
Equipo CA
Horas de uso por
Consumo
del Total Wh/día
Día (A)
equipo en Watts
(A x B)
(B) 114 Lámparas
c/u 8h
10994
87552
c/u 2h
600
1200
3x32 W 12 Lámparas 50W Subtotales
88752
Agregar el 10% para tener en cuenta las pérdidas del inversor
8875.2
Demanda total de energía en Wh/día
97627.2
Fuente: Oliveros 2018
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Los pasos para llenar las tablas presentadas anteriormente son: i. Identificar cada carga de corriente alterna, su consumo en Watts y la cantidad de horas por día en que opera. Es importante en el caso de las lámparas verificar el consumo de los balastos. ii. Multiplicar la columna “A” por la “B” para obtener los Wh/día de consumo de
cada equipo (Columna A x B). iii. Sumar los Wh/día de cada equipo para obtener los Wh/días totales de las cargas en corriente alterna “Subtotal 1”.
iv. En el caso de corriente alterna, se le suma el 10% de energía adicional para tener en cuenta las pérdidas del inversor. Es primordial elegir el inversor adecuado, se debe tener en cuenta los niveles de tensión que se manejarán tanto del lado de corriente alterna como de continua. v. Obtener la demanda total de energía. “Subtotal 1 + 10% pérdidas del inversor”.
vi. Si existiera cargas en corriente continua, se debería realizar una tabla similar a la empleada para las cargas de corriente alterna, pero sin tomar en cuenta las pérdidas del inversor. Al final la demanda total de energía será la carga obtenida en corriente continua sumada al “Subtotal 1 + 10% pérdidas del inversor”.
Con la luminaria actual podemos apreciar en la siguiente tabla el consumo mensual del total de las oficinas del Edificio Fermín Sánchez
Cuadro 7 Cálculos del consumo del Edificio Fermín Sánchez en la actualidad
90
Potencia Electrica (Watts)
11594
Horas Encendida al dia
8
Consumo Diario (KWh)
92.752
Consumo Mensual (KWh)
2226.048
Fuente: Carlos Oliveros Con la luminaria que se hace la propuesta obtendríamos los siguientes datos, no obstante, teniendo en cuenta primeramente el siguiente cuadro:
Cuadro 8 Equivalencias de tubos de LED Tubo de LED
Tubo fluorescente
7W a 10W
18W*
13W a 18W
36W*
18W a 23W
52W*
Fuente: Carlos Oliveros En el caso de los tubos fluorescentes, los valores mostrados representan solo al consumo del tubo, no teniendo en cuenta el consumo generado por los cebadores y balastos externos, siendo de un 15%-20% extra, componentes no son necesarios en el uso de los tubos de LED puesto que funcionan directamente a 120VAC
91
Solo teniendo en cuenta el consumo de los tubos de LED y para garantizar la misma calidad de iluminación dentro de las instalaciones se colocaría 2 tubos de LED de 14 W T5 por Lámparas.
Cuadro 9 Cálculos del Consumo del Edificio Fermín Sánchez con la Propuesta Equipo CA
Horas de uso por
Consumo
del Total Wh/día
Día (A)
equipo en Watts
(A x B)
(B) 114 Lámparas
c/u 8h
3192
25536
c/u 2h
600
1200
2x14 W 12 Lámparas 50W Subtotales
26736
Agregar el 10% para tener en cuenta las pérdidas del inversor
2673.6
Demanda total de energía en Wh/día
29409.6
Fuente: Carlos Oliveros Con esta información calculamos en el siguiente cuadro el consumo mensual de la propuesta para la Iluminación del Edificio, Ver anexo 15 de la ubicación de la luminaria.
Cuadro 10 Cálculos del consumo con la propuesta
Potencia Eléctrica (Watts)
3792
Horas Encendida al día
8
Consumo Diario (KWh)
30.336
92
Consumo Mensual (KWh)
728.064
Para la instalación, de acuerdo a la Potencia de la nueva luminaria instaladas seria de 728.064 Kw/m
Localización geográfica del sistema: es decir latitud, longitud, altura sobre el nivel del mar. A demás del resumen climatológico en temperatura, presión, vientos (velocidad media), radiación media.
6. Autonomía prevista: se refiere a los días (horas) en que se prevé que disminuirá o no habrá generación y que deberán ser tenidos en cuenta en el dimensionamiento de las baterías.
7. Para el sistema fotovoltaico: i. Ubicación, orientación e inclinación: Ubicación: Se refiere al lugar de colocación del panel solar (techo, como teja, en un espacio abierto, en la parte superior de un poste, etc.)
Orientación: Si el lugar donde se desea instalar el panel solar, se encuentra en el Hemisferio Norte, el panel deberá orientarse hacia el sur y si este en el Hemisferio Sur, deberá orientarse hacia el norte.
Angulo de Inclinación: Con la intención de alcanzar un mejor rendimiento anual promedio, los paneles solares deberán ser instalados en un ángulo fijo, determinado en algún punto entre los ángulos óptimos para el verano y el invierno.
ii. Cálculo y pérdidas del inversor:
93
Para escoger la potencia del inversor sólo basta que maneje una potencia mayor a la requerida (Subtotal 1 + 10% pérdidas del inversor) y así poder manejar la potencia que se requiera. Para el cálculo exacto de las pérdidas se debe consultar las curvas de eficiencia que proporciona el fabricante del inversor seleccionado, pero como se conoce que la eficiencia disminuye si la potencia del inversor es baja, en este caso se estimará para los cálculos una eficiencia del 90%.
iii. Estimación de pérdidas: Se deben considerar las pérdidas de energía para conocer la potencia a generar total del sistema. Considerando únicamente las pérdidas por el cableado, suponiendo que la distancia del panel al inversor es aproximadamente de 2 a 4 m. Se asumirá que las pérdidas por cableado representan un 2%.
Selección y número de paneles solares a utilizar: Las características intrínsecas de los paneles solares se modifican según la empresa de fabricación, pero de forma general los fabricantes tratan de ofrecer una tensión de circuito abierto elevada a 25ºC, de modo tal que el incremento en la temperatura de trabajo de los paneles no afecte o impida el proceso de carga de las baterías. Cuando la temperatura de trabajo es menor a 25ºC el voltaje de circuito abierto crece y la corriente de cortocircuito disminuye. Por esta razón es importante elegir un panel solar con un alto voltaje a circuito abierto, de manera de tener suficiente voltaje de carga para el banco de baterías durante los días calurosos del verano. Las características más resaltantes de los paneles solares que debemos tomar en cuenta son: · Potencia pico de salida · Voltaje a circuito abierto (Temperatura indicada por el fabricante)
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· Factor de deterioro de la potencia de salida Para determinar la cantidad de paneles solares a utilizar se deberá calcular: a) Temperatura máxima de trabajo: esto se realiza para determinar el valor de la potencia de salida del mismo, la temperatura que alcanza un panel fotovoltaico está dada por la expresión:
Tt Ta + (k * R) Dónde: Tt es temperatura de trabajo del panel, Ta es máxima temperatura ambiente, R es radiación solar en mW/cm2, es un coeficiente que varía entre 0,3 y 0,4 ∗ 2
, dependiendo de la velocidad promedio del viento. Cuando la velocidad del
viento es muy baja, o inexistente, el enfriamiento del panel es pobre o nulo, y k toma valores cercanos o iguales al máximo (0,4). Si la velocidad promedia del viento produce un enfriamiento efectivo del panel, el valor de k será el mínimo (0,3). El valor de R varía entre 80 y 100mW/cm2. Para locaciones con alto valor de insolación diaria se usa el valor máximo. Si existen nubes pasajeras que reducen el valor de irradiación, el valor de R se reduce a 80mW/cm2. El producto k*R representa el incremento de temperatura que sufre el panel sobre la máxima temperatura ambiente.
Control de carga Este control permite que el banco de baterías no se descargue más del 80% o 90% cortando el suministro de energía hacia la carga y de esta forma lograr una mayor vida útil. La especificación de este control va a depender del valor pico de corriente del panel solar
Determinación de la iluminancia
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Para la determinación de iluminancia se deben seguir los estándares nacionales presentes en la Norma COVENIN 2249-93, o en su defecto los estándares internacionales. El procedimiento se enfoca ahora no sólo en la cantidad de luz sino, igualmente importante, en la calidad. Ahora se toman en consideración los siguientes aspectos de la calidad de la iluminación: i. Necesidades humanas. ii. Economía y medio ambiente. iii. Arquitectura.
Dónde colocar la luz Un elemento clave de cómo iluminar es dónde colocar la luz, especialmente importante para evitar el resplandor y las reflexiones que deslumbran. También es un factor determinante para saber si la textura de una superficie debe ser enfatizada o atenuada.
¿Con qué iluminar? Una vez que decidimos qué iluminar y cómo iluminarlo, estamos listos para decidir con qué iluminarlo. La selección de un sistema de iluminación se realiza en el siguiente orden: primeramente, la lámpara, la luminaria, la elección de los controles de iluminación y por último la elección del sistema de alimentación.
Elección de la lámpara Existe una serie de fuentes de luz que ayudan a tomar una decisión. Antes de elegir, y se debe considerar lo siguiente:
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i. Distribución de la luz. ii. Consumo de energía eléctrica. iii. Conversión del color. iv. Apariencia del color. v. Costos de mantenimiento.
¿Cómo obtener la distribución deseada? La distribución deseada depende de la elección de la lámpara y luminaria. La luminaria no sólo debe contener la lámpara, sino redirigir su luz hacia las áreas deseadas y proteger la lámpara de manera que no se convierta en una fuente de resplandor.
Elección de la luminaria La elección de las luminarias depende de varios factores: i. Distribución propuesta de la luz, función o propósito. ii. Apariencia o estilo. iii. Instalación: empotrada, superficial, suspendida, en la pared. iv. Tipo de edificación (construcción del edificio: nuevo, antiguo). v. Calidad del producto: detallado, acabado, durabilidad. vi. Costo de operación: energía, reemplazo, limpieza.
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vii. Costo inicial.
Elección de los controles Seleccione controles de iluminación cuando desee: i. Cambiar la escena de iluminación para adaptarla a la actividad. ii. Crear una atmósfera. iii. Prolongar la vida útil de las luminarias. iv. Controlar las luces desde varias posiciones. v. Ahorrar energía al apagar las luces automáticamente cuando no hay nadie presente.
Elección del sistema de alimentación: es decir con energía fotovoltaica Metodología para realizar un sistema de iluminación 1. aprovechamiento de luz natural. 2. Realizar el estudio arquitectónico solar: cuando la edificación no se encuentra construida, se puede realizar el estudio de radiación solar, el cual permitirá saber cuál es la mejor orientación e implantación de la edificación, la profundidad y tamaño total, observar los obstáculos exteriores, la distribución interna de la edificación, así como también definir cual sería la ubicación de los elementos de captación de luz natural para aprovecharla al máximo a lo largo del día.
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3. Sugerir arquitectura: en este paso, una vez realizado el estudio de radiación solar, si se puede cambiar algunos de los elementos de construcción de la edificación, se le propone y explica al dueño o al encargado de la edificación. 4. Tomar en cuenta lo aportes de luz natural con respecto al cálculo de la
iluminación y al control: en este punto sea que la edificación se esté construyendo y se hayan hecho algunos de los cambios esbozados en el punto. 2 o no se haya logrado realizar algún cambio; como si la edificación se encuentra construida y posea elementos de captación de luz natural. Se debe tomar en cuenta el nivel que aporta la luz natural de iluminación para lograr realizar un buen control entre la iluminación natural y artificial, y asimismo mantener los niveles de iluminación recomendados por las normas. 5. Conocer las actividades a desarrollar: esto se realiza con el fin de escoger los valores de iluminancia correspondientes a la actividad desarrollada, según las normas nacionales o internacionales. En Venezuela se rige por la Norma COVENIN 2249-93. 6. Seleccionar el tipo de tecnología de iluminación tomando en cuenta las
normas y ambientes a iluminar: elegir el tipo de luminaria y lámpara según la disponibilidad de espacio, potencia, flujo lumínico, eficiencia, vida útil, rendimiento del color, y a su curva de distribución luminosa. 7. Elaboración del proyecto de iluminación: se recomienda referirse a las características estudiadas de algunas lámparas y los modelos de iluminación y los tips para realizar una mejor distribución de lámparas y luminarias en edificaciones comerciales, de oficina e industriales. 8. Seleccionar el sistema de control, según las necesidades de la edificación
y el cliente: se recomienda referirse al cuadro donde se presentan algunos equipos de
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control, estos equipos se seleccionarán según las lámparas y luminarias elegidas, también por los diferentes ambientes que el cliente requiera representar. 9. Elaboración del proyecto de control: se elige el tipo de gestión de control con el fin de manejar los equipos de control seleccionados, las necesidades de la edificación. En este punto se realiza una reunión con el cliente para conocer las necesidades reales y lo que el mismo desea de la implementación del control. Para observar las diferencias de los protocolos y algunos aspectos que pueden emplearse en gestión y control. 10. Realizar el estudio de factibilidad: en esta sección se debe realizar el estudio de cual energía alternativa (biomasa, fotovoltaica, eólica, geotérmica, hidráulica), se podría instalar en el área donde se está realizando el estudio de iluminación, en el presente estudio se reseña la energía fotovoltaica. 11. Escoger la energía alternativa: elegir la energía alternativa según el estudio de factibilidad. Así mismo como buscar la metodología de cálculo para el dimensionamiento de la energía alternativa seleccionada. 12. Realizar el proyecto de energía alternativa: se recomienda referirse a la metodología de cálculo para el sistema fotovoltaico. 13. Realizar el cálculo de le eficiencia energética de la edificación 14. Determinar cuál subsistema es posible aumentar la eficiencia: una vez terminado todo el proyecto, verificar el nivel de eficiencia con el establecido, sino lo cumple se deberá revisar cada proyecto (iluminación, control y energía alternativa) verificando que elementos se podrán cambiar para hacer que cumpla con la eficiencia energética planteada al inicio del proyecto.
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CAPÍTULO V PROPUESTA Titulo Sistema alternativo y automatizado para la iluminación del edif. Fermín Sánchez de Corpoelec usando paneles solares como energía alternativa.
Justificación de la Propuesta En la actualidad se producen grandes desperdicios sustanciales de energía eléctrica en los diferentes sectores industriales y comerciales lo cual se ve ampliamente reflejado en la factura total pagada por dicho servicio; por lo cual se propone el diseño de la iluminación sustentable a través de paneles solares para pretender un sustancial ahorro de energía eléctrica. Al mismo tiempo un ahorro de recursos económicos todo esto por medio de la utilización y aplicación de la tecnología de vanguardia en lo que se refiere a lámparas led, luminarias eficaces, para obtener la administración de la energía en el sistema de iluminación y crear en el inmueble un ambiente agradable para los alumnos y el personal de que labora ahí. Con el ahorro de energía logrado en un sistema de iluminación de esta envergadura, implica menos demanda de energía eléctrica y en consecuencia se abate la necesidad de la generación de ella y si consideramos que un alto porcentaje se genera a través de plantas termoeléctricas, las cuales consumen energético fósil para la producción, y este proceso produce una emisión importante de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera lo cual contribuye a la contaminación.
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Este ángulo ecológico que se le da al diseño de la iluminación, nos permite desde este enfoque también justificar el presente proyecto, además del económico, manifestado en la facturación por el ahorro de energía en un sistema de iluminación inteligente. El edificio Fermín Sánchez mide aproximadamente 60 metros de largo por 47 metros de ancho, el total de oficinas son 34 y de las cuales 6 son más amplias en tamaño. las oficinas tienen un promedio aproximado de 2 metros por 3 metros. En cuanto a las luminarias instaladas son 89 en todo el edificio fluorescente de 3x32w adicional a las 21 que hay en los exteriores de 175w, su consumo promedio está en los 12.5 kva de los cuales 8.5 kva es en el dia y 4 kva por la noche, rara vez se cruzan, pero los fluorescente a colocar seria la sustitución de los actuales por los fluorescente de LEd T5 que consumen menos energía eléctrica y de allí la presente propuesta.
Descripción de la Propuesta La iluminación ha sido esencial en nuestras vidas, actualmente se ha vuelto algo tan común como presionar un interruptor para tener una habitación iluminada, sin embargo, no siempre fue así. En la prehistoria el hombre descubrió el fuego y lo utilizó para obtener calor, cocer alimentos y para la iluminación de sus cavernas, aprovechando la luz solar durante el día. Así pues, la llama fue la primera forma de iluminación artificial utilizada por el hombre. Existen datos que nos indican que culturas como los fenicios, egipcios y griegos utilizaban materiales como cera de abeja, resina, aceites entre otros como combustibles para iluminarse. Actualmente la última evolución de la tecnología de iluminación ha sido el desarrollo del LED (Light-EmittingDiode), que genera luz a través de la unión de materiales semiconductores. Los LED’s son más eficientes energéticamente y de
acuerdo a su patrón de radiación, puesto que la mayoría de la energía que emiten es utilizada para generar luz y no calor.
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La iluminación interior y exterior supone aprox. el 37% del gasto corriente de un edificio, véase la figura 11. Para entender lo que es una iluminación adecuada es importante describir la respuesta del ojo humano, ya que es lo que nos permite detectar el tipo de iluminación que percibimos. También es importante recordar la distribución energética de las ondas electromagnéticas que existen, descrita por el espectro electromagnético, véase la figura 12.
Figura 11. Gasto corriente de energía eléctrica en un edificio Fuente: Oliveros 2018 Los humanos sólo podemos percibir a través de los ojos un intervalo de ondas del espectro electromagnético denominado espectro visible o luz, véase la figura 13.No hay límites exactos en el espectro visible: un típico ojo humano responderá a longitudes de onda de 390 a 750 nm, aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm. Los humanos percibimos la iluminación y cada uno de los distintos colores como una mezcla de señales obtenidas por los 3 tipos de sensores (células conos) que
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tenemos en el ojo: conos S sensibles a longitudes de onda cortas, luz azul de 420 a 470 nm; conos M sensibles a longitudes de onda medianas, luz verde de 507 a 590 nm; conos L sensibles a longitudes de onda largas, luz roja de 515 a 630 nm. Estos tres colores son conocidos como colores primarios o colores RGB (por sus siglas en inglés), y de acuerdo con el modelo RGB, basta con mezclarlos para reproducir cualquier otro color.
Figura 12. Espectro electromagnético que describe la distribución energética del conjunto de ondas electromagnéticas que nos rodean
Fuente:
http://integracionser.2012.over-blog.es/article-caracteristicas-del-foton-
68022156.html
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Figura 13. Espectro visible por el ojo humano (luz) F uente: http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/
archivos/repositorio/3000/3233/html/21_espectro_visible.html La luz que captamos como diferentes colores está compuesta por varias longitudes de onda que corresponden al espectro de luz visible. Cada color se caracteriza por una longitud de onda determinada y cada uno de ellos se puede reproducir en base a la superposición de las longitudes de onda de los tres colores RGB que percibimos. Con la apropiada combinación de estos 3 colores básicos se pueden reproducir todos los colores que detectamos a nuestro alrededor. A esta mezcla de colores se le llama sistema de color aditivo, modelo RGB o espacio de color RGB. Algunos parámetros que deben considerarse para la selección de una fuente de luz son los siguientes: 1. Distribución espectral: determinar si el espectro de longitud de onda es continuo o discreto. 2. Escala de potencias de la fuente de luz. 3. Luminancia: para evitar en lo posible el brillo producido por las fuentes de luz.
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4. Distribución de la intensidad luminosa: se debe disponer de las curvas fotométricas de las luminarias para su selección en función del patrón de radiación 5. Efectos biológicos: algunas fuentes producen radiaciones que afectan a las personas, para lo cual se deben tomar precauciones necesarias usando filtros o pantallas que las anulen. 6. Color de la luz: para lograr dar al ambiente las tonalidades adecuadas para su uso. 7. Reproducción cromática: está relacionado con el espectro de la longitud de onda emitido por la fuente de luz. 8. Potencia luminosa en función del ambiente. 9. Datos luminotécnicos constantes: se deben tomar en cuenta las variaciones de los datos luminotécnicos de la fuente de luz a lo largo de su vida útil. 10. Rendimiento luminoso. 11. Duración: determinar los valores tanto de su vida útil como de su vida media. 12. Producción de calor. 13. Probabilidad de trabajar con corriente continua o corriente alterna. 14. Repercusión en la red de alimentación. 15. Regulación del flujo luminoso: existen casos como por ejemplo los cines donde es indispensable considerar este factor.
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16. Efecto estroboscópico. 17. Forma, dimensiones y aspectos mecánicos y decorativos. 18. Menor impacto ambiental.
Uso de LED El LED (Light-Emitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuando se polariza de forma directa y es atravesado por una corriente eléctrica. Es más eficiente energéticamente que las lámparas incandescentes siendo su rendimiento de hasta un 90%. Un dispositivo equivalente a una bombilla se puede construir con aproximadamente una decena de Leds. Éstos actualmente están siendo muy utilizados en los semáforos.
Luminaria tipo T5 El tubo fluorescente T5, como el T8, utiliza un balastro electrónico. Sin embargo, su costo, en especial el de alto rendimiento, es mucho más elevado que el de los tubos T8 y T12. Los tubos T5 son más cortos y no se ajustan a los dispositivos estándar. Por ejemplo, un tubo típico T5 tiene 46 pulgadas (115 cm) de longitud en lugar de 48 pulgadas (120 cm) como los T8 y los T12. Existen a la venta sets de conversión con un balastro que permiten que los tubos T5 se adapten a los dispositivos para tubos T8 y T12. Con los tubos T5 a la larga se ahorra dinero, ya que tienen más vida útil y producen más luminosidad con menos voltaje. El tubo T5 mantiene al máximo su luminosidad durante casi toda la vida útil. Cuando se cuenta ya con luminarias de tipo fluorescente, los principales motivos para elegir el tipo T5 son los siguientes (Ver anexo 8):
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• Reducción del diámetro del tubo en un 40% (16 mm) y optimización de la
longitud en 50 mm, es decir, luminarias más pequeñas y compactas. • 50.000 horas de vida. • 3 a 4 veces de ahorro energético • No contaminan, ni cuando se rompen. • No tienen vapor de mercurio. Ecológico. • No tienen problemas de reciclado. • No tienen efecto estroboscópico. • No hacen zumbido. • No desprenden rayos infrarrojos ni ultravioleta. • Se encienden sin demora a máxima luminosidad. • No producen potencia reactiva.
• Incremento de la eficiencia hasta en un 105 lm/w (factor de balastro de 1,25). • Cambio de la temperatura óptima de flujo de 25ºC a 35ºC, resultando en la
misma luminancia para todas las potencias. • Las luminarias T5 entregan un 80% más de luz en el rango de 5ºC a -50ºC y
pueden funcionar en temperaturas ambiente de más de 65ºC. De igual modo, se puede decir que el balastro óptimo es el electrónico, porque:
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• Su consumo y peso son menores. • Se puede controlar la cantidad de luz de las lámparas.
• Puede tener comunicación con otros equipos. • Incrementa la frecuencia común desde 50 Hz a más de 50 kHz, lo que resulta
en un aumento de un 10% del flujo luminoso. • En comparación al balastro magnético convencional, el menor factor de
potencia del balastro electrónico reduce las pérdidas, lo que se traduce en un menor nivel de calentamiento dentro de la luminaria y, por ende, en una mayor vida útil de la luminaria y del cableado. • El encendido y funcionamiento del balastro se produce en 0.5 segundos y sin
pestañeos. De igual modo, evita el efecto estroboscópico y no provoca vibraciones mecánicas en las luminarias. • La corriente más baja contribuye a una vida útil de la lámpara más larga y a
una menor reducción del flujo luminoso en el tiempo. • El balastro electrónico inmediatamente desconecta las lámparas con fallas,
previniendo que parpadeen y se recalienten. • Opera diferentes potencias de lámparas. • Operación silenciosa. • Distorsión de armónicas <10%. • Factor de potencia >0.98.
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• Factor de balastro entre y 1 1.25.
Características
Longitudes
60 - 90 - 120 - 150 - 180 - 240 cm
Tensión de entrada
AC85 ~ 265V
Factor de potencia
0,95-0,99
Eficiencia energética
> 90%
Temperatura ambiente
-40 a + 55º
Tipos de protector
Transparente o difuso
Ángulo de visión
140º blanco frío 6.000 - 7.000K
Temperatura de color
blanco día 5.000 - 6.000K blanco 4.000 - 4.500K blanco cálido 3.000 - 3.500K
Se puede acotar que los cada Tubo de LEDs LEDs T5
a usarse con fuente
interna Modelo T5H0-22U está diseñado para iluminar con la misma intensidad que un tubo fluorescente T5 alta eficiencia de 50W a 54W, de tal manera que el AHORRO que produce es de mínimo mínimo un 50%, y dependiendo de la instalación instalación puede producir ahorros hasta un 75% . En la fabricación de este tubo T5 de LED se ha trabajado en la eficiencia de las lámparas logrando otorgar un factor de potencia mayor a 0.95, un THD menor a 20% y un rango amplio de alimentación de voltaje, lo cual permite que la lámpara trabaje correctamente con los cambios de Voltaje en la red eléctrica.
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Los Tubos T5 de LED con driver interno permiten cambiar únicamente las lámparas fluorescentes T5, simplemente con deshabilitar el balastro y alimentarlas directamente. Además, están diseñados con LED SMD con tiempo de vida promedio superior a 50,000 horas y un adaptador de corriente de alta eficiencia y durabilidad, haciendo posible otorgar una garantía de 3 años, con capacidad de extenderse a 5 Años.
Figura 14. Dimensiones de una lámpara fluorescente tipo T5 Fuente: https://www.enta.com.sg/insect%20killer%20files.htm Con esta instalación para las oficinas internas se s e bajaría el consumo diario, para la externa si se mantienen las de 175 w que qu e son para exteriores y son 21, en los anexos se puede apreciar el plano de mapas de la ubicación de las 21 luminarias de exteriores del Edificio y cabe referir que las interiores que se encuentran en las 34 oficinas se localizan entre los 2820 m2 que mide el edificio de una planta, contándose con el apoyo del personal de la empresa CORPOELEC para la instalación de los paneles solares y las luminarias LED en el edificio. Con relación a los paneles solares se trabajaría con paneles solares Sharp e inversores invers ores SMA 10000 TL. En cuanto a este Inversor SMA 10000 TL provee adecuadamente energía eléctrica no sólo significa hacerlo en forma eficiente y segura para la instalación y las personas; sino que, también significa proveer energía en la cantidad, calidad y tipo que
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se necesita. El tipo de la energía se refiere principalmente al comportamiento temporal de los valores de voltaje y corriente con los que se suministra esa energía. Algunos aparatos eléctricos, como lámparas, radios y televisores funcionan a 12 voltios (V) de corriente directa, y por lo tanto pueden ser energizados a través de una batería cuyo voltaje se mantiene relativamente constante alrededor de 12 V. Por otra parte, hay lámparas, radios y televisores que necesitan 120 V ó 110 V de corriente alterna para funcionar. Estos aparatos eléctricos se pueden adquirir en cualquier comercio pues 120 ó 110 son los voltajes con los que opera el 95% de los electrodomésticos en Venezuela, conectados a la red pública convencional. Los módulos fotovoltaicos proveen corriente directa a 12 ó 24 Voltios por lo que se requiere de un componente adicional, el inversor, que transforme, a través de dispositivos electrónicos, la corriente directa a 12 V de la batería en corriente alterna a 120 V. Existe una amplia variedad de inversores para aplicaciones domésticas y usos productivos en sitios aislados, tanto en calidad como en capacidad. Con ellos, se pueden utilizar lámparas, radios, televisores pequeños, teléfonos celulares, computadoras portátiles, y otros.
Como calcular cuántos paneles se requieren Lo primero que tenemos que hacer es sacar el promedio mensual de kilowatts consumidos en el último año, esto se hace porque muchas veces se consume más energía en unos meses que en otros, no es el mismo el consumo en enero que en agosto del último recibo de luz, tomar el consumo mensual de los Kilowatts consumidos, sumar los 12 meses y dividirlos entre 12 o sumar los 6 bimestres y dividirlos entres 6. Ya tenemos los datos de entradas necesarios para continuar con el cálculo de la potencia y del número de paneles fotovoltaicos (FV) que se requieren para la presente propuesta;
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Potencia de Carga: 3.792 Kw (Demanda Máxima) Consumo de energía diario: Ecdia= 30.336 Nivel de irradiación sobre el panel: 5.37 k/m2 Eficiencia de la instalación: h?; esta eficiencia se consigue multiplicando la eficiencia de los equipos que se van instalar, regulador controlador, batería e inversor; h=hr*hb*hi, para esta instalación se propone equipos con la eficiencia hr=0.97, hb=0.95 y la del hi=0.97, entonces obtenemos la eficiencia de la instalación en 0.89. El tipo de panel a utilizar es el policristalino. Para el cálculo de los paneles se debe tener que tengan la suficiente capacidad de generar la energía consumida por la instalación y tener en cuenta los días oscuros y la perdida de los equipos de los SFV, y teniendo en cuenta que la potencia máxima nominal para los paneles se da para una irradiación de 1000 W/m2.
HSP= (5.37 kwh/m2)/(1000w/m2) HSP= 5.37h Con esto se tiene la relación para calcular la potencia que debe generar el SFV
Ps=(Ec/HSP)/h Ps= (30,336 kWh/5.37h)/0.89 Ps=6.347 kw
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Esta es la potencia que deben generar los paneles en el mercado hay gran variedad y modelos, para efecto de la propuesta se seleccionaran de 250 W, por motivos prácticos de peso y tamaño, el número de paneles se calcularía así,
N°P = Ps/ Pp N°P = 6347,373 W / 250 W N°P = 25,38 aprox. Lo redondeamos a 26 Este es el resultado de la cantidad de paneles que se deben instalar para cumplir con la presente propuesta, como la cantidad de paneles a instalar son 26 a 12 Vdc, se opta por un diseño de conexión serie – paralelo, esto es, se instalan parejas de paneles en serie; y a su vez, todas las parejas se conectan, entre sí, en paralelo; así se obtiene un arreglo que genera el doble del voltaje (24 Vdc) de un panel, y una corriente de salida igual a la suma de las corrientes de trece paneles (109 A) En el comercio (Ver anexo 9) se encuentran módulos de la potencia y el voltaje requerido con las siguientes características:
Potencia del Panel Solar: 250W
Tipo de Célula del Panel Solar: Policristalino
Rigidez del Panel Solar: Rígido
Dimensiones del Panel Solar: Largo x Ancho x Grueso (mm) 1645 x 990 x 40 mm
Tensión Máxima Potencia: 29.53V
Corriente en Cortocircuito ISC: 8.91A
Eficiencia del Módulo: 15.35%
Amperios Máximos de Salida IMP: 8.45A
Tensión en Circuito Abierto: 37.6V
Voltaje de Trabajo del Panel Solar: MPPT
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Peso del Panel Solar: 21.5 Kg
Marco del Panel Solar: Blanco y Gris
Garantía del Panel Solar: 25 años
Calcular Regulador Controlador Para el calculo del regulador controlador de carga, con el fin de aprovechar al maximo el recurso solar se utilizara un regulador tipo MPPT (ver anexo 10), La potencia del regulador – controlador se calcula con el voltaje de circuito abierto y la corriente de cortocircuito del arreglo fotovoltaico.
Pc = Vo * Is; Vo= 2 * 37.6V y Is=13*8.91 Vo= 75.2 y Is=115.83; entonces
Pc=8.71 w Para este caso utilizaremos dos reguladores en paralelo para garantizar la confiabilidad del sistema, estos son los datos de cada regulador seleccionando el que mejor prestación nos dé en el catálogo. - Valores de entrada: Voltaje de operación: 24 Vdc Voltaje de circuito abierto del arreglo: 44,4 Vdc Corriente del arreglo: 70 A - Valores de salida:
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Corriente de carga: 70 A Voltaje de carga: 24 Vdc Voltaje de carga reforzada: 26 Vdc Voltaje de reconexión: 23,5 Vdc Voltaje de desconexión de la carga: 23 Vdc
Característica y Cálculos de las baterías Para el SFV de la presente propuesta se utilizarán baterías de12Vdc, tipo Gel, de descarga profunda, vida útil de 500 ciclos al 80% de descarga, con capacidad nominal para 20 horas (régimen de carga C/20) a 25°C (Ver anexo 9). La cantidad y la capacidad de las baterías se calcula de acuerdo con el consumo de energía de la instalación, con el voltaje y con la corriente de carga de las baterías. Para calcular el banco de baterías se realiza de la siguiente manera: Carga diaria es de 30.34 kWh lo multiplicamos por 1.2Dcc que es el factor del inversor.
CargaTotal= 30.34 kWh*1.2= 36408WhDcc Esta carga total la llevamos a carga diaria de corriente
Carga diaria de corriente= carga total / tensión nominal Carga diaria de corriente = 36408 / 12= 3034ah Con estos datos calculamos la cantidad de baterías a utilizar para 2 días de reserva
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Capacidad del Banco= Días de reservas * Carga diaria de corriente Capacidad del Banco = 2 * 3034ah Capacidad del Banco = 7281 ah Ahora vamos a corregir la capacidad corregida del banco de baterías, como se va a utilizar batería de gel que tiene la prestación de 500 ciclos al 80% y para un óptimo rendimiento, la capacidad corregida del banco seria= capacidad del banco / profundidad de descarga.
Capacidad del Banco corregida= 7281 ah / 0.8 Capacidad del banco corregido = 9101.25 ah Entonces el número de baterías = Capacidad corregida / capacidad catalogo baterías
Numero de Baterías = 9101.25 ah / 265 ah Numero de Baterías = 36,34 baterías En resumen, el banco queda conformado por 36 baterías de 12 Vdc, con capacidad nominal de 265 Ah; conectadas en un esquema serie paralelo a 24 Vdc
Calculo del Inversor Para seleccionar el inversor se deben conocer principalmente la demanda máxima, el voltaje nominal de la instalación, y el voltaje de salida del regulador cargador que es el que alimenta el inversor. También es importante conocer el tipo de carga y las exigencias de calidad eléctrica del sistema. Los datos ya fueron definidos,
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Potencia: PC = 3,792 kW (demanda máxima) Voltaje de la carga: 120 Vac Voltaje del cargador: 24 Vdc Frecuencia: 60 Hz Fases: monofásica La potencia del inversor se obtiene así;
Pinv = PC * FS; FS es factor de seguridad es igual a 1.2 Pinv= 3.792 kw * 1.2 Pinv= 4.55 kw Finalmente, para seleccionar el inversor se recurre a la información de los fabricantes y se elige el más cercano a la potencia encontrada (Véase anexo 11).
Calculo para el transfer Para el cálculo del transfer se debe tomar en cuenta la carga total y el voltaje de operación.
Transfer= Potencia eléctrica / voltaje de suministro Transfer = 3792 w/ 120 v Transfer = 31.1 amp
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Finalmente, para seleccionar el transfer se recurre a la información de los fabricantes y se elige el más cercano a la carga calculada (Véase anexo 12).
Calculo de Conductor a utilizar para la instalación Para un SFV se utilizan tuberías eléctricas de PVC, y cables de cobre, flexibles, aislados a 600 Vac. Los diámetros y calibres de las tuberías y cables se calculan de acuerdo con la norma. Tramo entre los paneles y el regulador controlador: La longitud de este tramo se estima en 20m, y la corriente calculada en numerales anteriores es de 109 A. Para estas condiciones el cálculo da un cable de cobre calibre # 4/0 AWG, caída de voltaje igual al 2,9%; el diámetro de la tubería para instalar 2 cables # 2/0 es de 2”.
Tramo entre el regulador controlador y las baterías: La longitud de este tramo se estima en 15m, y la corriente calculada, en numerales anteriores, es de 109 A. Para estas condiciones el cálculo da un cable de cobre calibre # 4/0 AWG, caída de voltaje igual 2,9%; el diámetro de la tubería para instalar 2 cables # 2/0 es de 2”. Tramo entre las baterías y el inversor: La longitud de este tramo se estima en 15 m, y la corriente calculada, en numerales anteriores, es de 109 A. Para estas condiciones el cálculo da un cable de cobre calibre # 4/0 AWG, caída de voltaje igual 2,9%; el diámetro de la tubería para instalar 2 cables # 2/0 es de 2”. Tramo entre el inversor al transfer: la longitud de este tramo se estima en 20 metros y la corriente de cálculo usada es 32 A. Para estas condiciones el cálculo da un cable de cobre calibre # 8 AWG, caída de voltaje igual 2,8 Vdc (2,33%); el diámetro de la tubería para instalar 2 cables # 8 es de 1”
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Tramo entre el transfer y el tablero de distribución: La longitud de este tramo se estima en 5 m, y la corriente de cálculo usada es 32 A. Para estas condiciones el cálculo da un cable de cobre calibre # 8 AWG, caída de voltaje igual 2,8 Vdc (2,33%); el diámetro de la tubería para instalar 2 cables # 8 es de 1”.
Circuitos que alimentan las cargas desde el tablero de distribución: Las longitudes de los cables para cada una de las cargas se utilizarán el mismo que se encuentra instalado, debido que este tablero ya se encuentra instalado en el edificio.
Tablero de distribución De acuerdo con el cuadro de cargas de la instalación se selecciona un tablero con totalizador y con un número de circuitos igual al de las cargas. Para el SFV de este trabajo se utilizará el tablero que se encuentra instalado que es de 24 circuitos, equipado con un interruptor principal de 50 A, y para las demás cargas, 10 interruptores de 15 A.
Esquemas y planos para la instalación de la propuesta Posterior a las especificaciones, caracterización y dimensionamiento de los equipos se deben elaborar los esquemas y planos; estos contienen la información más relevante obtenida durante la investigación. Son documentos muy importantes durante los procesos de compra, construcción y operación de la instalación. A continuación, se muestran y describen los esquemas y planos elaborados en este trabajo (para una mejor visualización, en mayor tamaño, ver los anexos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7).
Símbolos Utilizados en el SFV
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En el presente plano se muestra los símbolos utilizados para representar los equipos que forman parte del sistema
Figura 15. Símbolos de los equipos a utilizar Fuente: Carlos Oliveros
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Diagrama unifilar del sistema En este diagrama se puede afirmar que es el esquema más importante de los planos presentados, se compila la información más importante y detallada para la instalación, en él se muestra los equipos que lo conforman, su interconexión, sus capacidades y los datos eléctricos que lo conforman.
Figura 16. Diagrama Unifilar del Sistema Fuente: Carlos Oliveros El diagrama anterior (Ver anexo 2), que representa este proyecto, muestra una topología para un sistema solar fotovoltaico con; indica que los módulos fotovoltaicos son 26 de 250 W y que generan electricidad a un voltaje de 24 VDC que está conectado y alimenta un regulador – controlador de carga tipo MPPT, que a su vez alimenta, a 24 VDC, el banco de baterías y el inversor CC/CA; el diagrama indica la potencia del
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inversor y que su voltajes de entrada y salida son 24 VDC y 120 VAC respectivamente. Se indica también, que el inversor suministra energía al transfer y es te a su vez al tablero de distribución eléctrico a 120 VAC; y que este alimenta, finalmente, las cargas eléctricas del edificio. En el diagrama se indican, también los calibres de los cables que interconectan los equipos, y la capacidad de los interruptores termomagnéticos que protegen la instalación
Esquema de Conexión de los Paneles En este se puede apreciar cómo se deben conectar los paneles, en él se concluyó que son 26 paneles de 250 W de 12VDC y con la finalidad de disminuir la corriente estos serán conectados de forma tal que generen 24 VDC, para esto se deben conectar en Serie – Paralelo como se muestra en el siguiente diagrama
Figura 17. Conexión de Paneles Fuente: Carlos Oliveros
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Esquema de Conexión de Baterías En este esquema se aprecia con claridad, la forma en que se deben conectar las baterías según los resultados obtenidos en el cálculo de las baterías. Allí se concluyó que las baterías necesarias son 36 de 265 Ah a 12 VDC, y que debido a que se definió un voltaje de 24 VDC para el regulador y para el inversor, estas se deben conectar de forma tal que suministren electricidad a 24 VDC; para esto las baterías se deben conectar en un arreglo serie paralelo de la siguiente forma. (Para una mejor visualización del diagrama ver anexo 4).
Figura 18. Conexión de Baterías Fuente: Carlos Oliveros
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Esquema de Conexión de Regulador Básicamente el presente diagrama nos muestra cual es el voltaje que entra al regulador y cuál es el que sale y hacia donde se va conectar.
Figura 19. Esquema del Regulador Controlador Fuente: Carlos Oliveros
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Diagrama del Inversor Este diagrama nos muestra cual es el voltaje que entrada y salida del inversor al igual que sus conexiones
Figura 20. Conexión Inversor CC/CA Fuente: Carlos Oliveros
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Diagrama del Transfer Básicamente nos muestra la conexión del transfer para poder utilizar la red eléctrica o la del SFV
Figura 21. Conexión Inversor CC/CA Fuente: Carlos Oliveros
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CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones El sistema con fuente de energía solar a sustituir, representa una parte ecológica importante gracias a que al usar la energía que ofrece la naturaleza donde que se utilizara energía renovable como la solar, se evita la contaminación que ocasiona la quema de combustible fósil debido a que el proceso de transformación del petróleo libera gases nocivos para el medio ambiente. La combustión genera ácidos como el sulfato y el monóxido de carbono (CO2) que se elevan a la atmosfera y retornan en forma de lluvia acida que daña la vegetación, el suelo y el agua, estos gases emanados impiden la liberación de la radiación infrarroja de la tierra de forma normal, lo que produce la corrosión de la capa de ozono que protege al planeta de las letales radiaciones que emite el sol, lo que ocasiona el llamado efecto invernadero, y como consecuencia afectando razonablemente al calentamiento global y el cambio de los climas. Se puede concluir además que nuestra región cuenta con las condiciones climáticas propicias para el desarrollo de energía solar, para el caso donde los sistemas estén próximos a la red eléctrica, no es factible este tipo de alimentación. Hasta tanto nuestra región no se enfoque en el desarrollo de los equipos para esta tecnología, los costos asociados marcarán la gran diferencia que nos alejará de que la implementación de tales sistemas sea competitiva respecto al uso de energía convencional. Por otro lado, cuando la carga a alimentar se encuentra considerablemente lejano es posible que la implementación solar sea factible en ese tipo de regiones. Los sistemas fotovoltaicos son recomendables para iluminación y para artefactos de bajo consumo. Estos pueden ser utilizados en sistemas que requieran una mayor potencia, pero se ven
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limitados por el tiempo de uso o por el costo del sistema fotovoltaico que se haya implementado. Siempre se podrá consumir como máximo, la energía que se acumula diariamente, más la disponible en baterías (autonomía). El cálculo del banco de baterías es importante. La energía que se obtiene está en relación directa a la superficie de los paneles que se utilizan. Más superficie de paneles más energía a obtener. La energía solar puede competir con un Grupo Electrógeno de baja potencia debido a que el Sistema fotovoltaico es autónomo, no necesita combustibles, lubricantes ni repuestos y su mantenimiento es bajo. Por otro lado, se puede acotar que la institución se verá favorecida gracias a la implementación del sistema eléctrico de iluminación con energía solar, la sustitución energética permite que se redistribuya la energía eléctrica ahorrada al edificio seleccionado y de esta manera ofrecer un mejor servicio. El presente estudio arrojó que para la empresa y para el Estado será rentable la realización del proyecto. La empresa generaría suficientes ingresos como para mantenerse operativa y con liquidez suficiente como para afrontar sus deudas. Por otra parte, aplicando el presente proyecto, el Estado tendrá la oportunidad de generar un ambiente de conservación ambiental frente a la población nacional e internacional, en lo que se refiere a este edifico sede de Corpoelec en la ciudad. Gracias a la nueva fuente de energía se obtendrá un ahorro eléctrico el cual podrá ser redistribuido a las poblaciones que lo amerite o simplemente también ser exportado a futuro e implementado en otros edificios que forman parte de la gran familia Corpoelec.
Recomendaciones En base a las conclusiones surgieron las siguientes recomendaciones:
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Desarrollar una campaña orientada a concientizar sobre la importancia del uso eficiente de la energía eléctrica; carteles, nube informática, trípticos, calcomanías. Identificar espacios de oportunidad que, con una simple modificación y una baja inversión, permita ser más eficiente la infraestructura para el manejo de la energía. Seccionar circuitos de alumbrado, mejor aprovechamiento de la luz natural, eliminar luminarias. Sustituir y/o adecuar las luminarias que son obsoletas, de baja eficiencia o fuera de norma por otra tecnológicamente más eficiente y de alta disponibilidad comercial. Mermar la dependencia del usuario para el control de la iluminación utilizando sensores y temporizadores, así como evaluar el empleo de generación fotovoltaica.
130
REFERENCIAS Amorocho Cortés, E. y Oliveros Villamizar, G. (1952). Apuntes sobre energía y recursos energéticos. Arias. F. (2008). Metodología de la Investigación. México. Editorial Episteme. Balestrini. M. (2006). Cómo se Elabora el Proyecto de Investigación (3a. ed.). Caracas: BL Consultores Asociados, servicio Editorial. Calderón, D. (2016). Diseño de una solución para la instalación de energía solar fotovoltaica a pequeña escala en una Población Indígena en el estado Bolívar. Tesis de grado. Universidad de Nueva Esparta. Capasso. E. (2012). Diseño de un sistema de respaldo automático con transferencia controlado por autómatas programables entre la red pública y celdas fotovoltaicas para la Urb. La Alameda de Barquisimeto Estado Lara. Tesis de grado. Universidad Fermín Toro. Concha, W. (2016). Factibilidad Económica de un Sistema de Alumbrado con energía solar como fuente alterna. Proyecto piloto para la Autopista Regional de Oriente “Gran Mariscal de Ayacucho”. Tesis de grado. Universidad de Oriente.
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ANEXOS
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ANEXO 1 Símbolos usados en el sistema
135
136
ANEXO 2 Diagrama Unifilar del Sistema
137
138
ANEXO 3 Esquema de conexión de paneles
139
140
ANEXO 4 Esquema de conexión de Baterías
141
142
ANEXO 5 Esquema de conexión de Regulador
143
144
ANEXO 6 Esquema conexión del Inversor
145
146
ANEXO 7 Esquema conexión del Transfer
147
148
ANEXO 8 Catalogo Fluorescente T5
149
150
ANEXO 9 Catálogo de Panel Solar
151
152
153
ANEXO 10 Catálogo de Baterías
154
155
156
157
158
ANEXO 11 Catálogo de Regulador Controlador
159
160
161
ANEXO 12 . Catálogo del Inversor
162
163
164
ANEXO 13 Catálogo del Transfer
165
166
167
ANEXO 14 Ubicación donde las lámparas
