Facultad de Ingeniería
Trabajo de Investigación
“Diseño de un sistema solar fotovoltaico
para la alimentación de antenas tipo
extendida en zonas rurales del Perú”
Autor: Astureyme Sagastegui, Julio Augusto 1330676
Para obtener el Grado de Bachiller en:
Ingeniería Electromecánica
I
RESUMEN
II
DEDICATORIA
III
AGRADECIMIENTO
IV
ÍNDICE
RESUMEN ... i
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTO ... iii
INTRODUCCIÓN ... viii
CAPITULO 1:ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION ... 1
CAPÍTULO 2:MARCO TEÓRICO ... 5
2.1 Diseño de sistemas fotovoltaicos. ... 5
2.2 Energía solar. ... 5
2.2.3 Radiación electromagnética. ... 6
2.2.4 Conversión de la energía solar . ... 8
2.2.5 Componentes de panel solar fotovoltaico. ... 8
2.2.6 Sistema solar fotovoltaico. ... 9
2.2.6.1 Módulo fotovoltaico. ... 9
2.2.6.1.1 Clase de Células fotovoltaicas. ... 10
2.2.6.1.2Tipos de conexiones para el sistema Solar Fotovoltaico. ... 11
2.2.7 Controlador. ... 13
2.2.8 Batería. ... 13
2.2.9Cálculo del consumo energético. ... 13
2.2.9.1 Energía promedio en kW consumida por cada día de los meses del año (E). . 13
2.2.9.2 Factor de Energía (F.E). ... 13
2.2.10 Rendimiento de la instalación (R)... 14
V
2.2.12 Declinación Solar (δ). ... 15
2.2.13 Angulo de Salida del Sol (ωs). ... 15
2.2.14 Angulo de salida del sol sobre un plano inclinado(ωss). ... 16
2.2.15 Factor de Excentricidad (εo). ... 16
2.2.16 Radiación del plano horizontal (Hd,m(0))... 16
2.2.17 Índice de claridad (Ktm). ... 17
2.2.18 Fracción difusa de la radiación (F dm). ... 17
2.2.19 Radiación Difusa (Dd,m(o)). ... 17
2.2.20 Radiación al plano inclinado (H). ... 18
2.2.21 Factor de corrección (K). ... 18
2.2.22 Radiación Directa sobre un plano inclinado (H(β, α)). ... 18
2.2.23 Radiación difusa sobre el plano inclinado D(B,α). ... 19
2.2.24 Radiación de Albedo sobre el panel inclinado (AL(β, α)). ... 19
2.2.25 Radiación total del plano inclinado (G(β, α)). ... 19
2.2.26 Horas pico solar (HPS). ... 19
2.2.27 Potencia mínima del panel solar fotovoltaico. ... 19
2.2.28 Número de módulos fotovoltaicos. ... 20
2.2.29 Potencia máxima del panel solar... 20
2.2.30 Capacidades de la Batería (C). ... 20
2.2.31 Cantidad total de baterías (Nbt). ... 21
2.2.32 Numero de baterías en serie (Nbs). ... 21
2.2.34 Sección del conductor (S)... 22
VI
2.3.1 Especificaciones Técnicas de las antenas sectoriales. ... 24
2.3.2 Sistema de energía para suministro a una antena. ... 25
CAPITULO 3: METODOLOGIA DE LA SOLUCI ON ... 27
3.1 Cuadro de Cargas de la antena tipo Extendida. ... 27
3.2 Cálculo del consumo energético. ... 29
3.3 Cálculo del rendimiento de la instalación (R). ... 30
3.4 Cálculo de la energía necesaria para el panel solar fotovoltaico (E). ... 30
3.5 Cálculo de la declinación solar(δ). ... 31
3.6 Cálculo del ángulo de salida del Sol (ωs). ... 31
3.7 Cálculo del ángulo de salida del sol sobre un plano inclinado(ωss). ... 32
3.8 Cálculo del factor de excentricidad (εo). ... 32
3.9 Cálculo de la radiación del plano horizontal (Hd,m(0). ... 32
3.10 Cálculo del Índice de claridad (Ktm). ... 33
3.11 Cálculo de la fracción difusa de la radiación (Fdm). ... 33
3.12 Cálculo de la radiación Difusa(Dd,m(o)). ... 34
3.13 Cálculo de la radiación al plano inclinado(H). ... 34
3.14 Cálculo del factor de corrección (K). ... 34
3.15 Cálculo de la radiación directa sobre un plano inclinado (H(β, α)). ... 35
3.16 Cálculo de la radiación difusa sobre el plano inclinado D(B,α). ... 35
3.17 Cálculo de la radiación de Albedo sobre el panel inclinado (AL(β, α)). ... 35
3.18 Cálculo de la radiación total del plano inclinado (G(β, α)). ... 36
3.19 Horas pico solares (HPS). ... 36
VII
3.21 Cálculo del número de módulos fotovoltaicos. ... 37
3.22 Calculo la potencia máxima del panel solar. ... 37
3.23 Cálculo de capacidades de la batería. ... 38
3.24 Cálculo de la cantidad total de baterías (Nbt). ... 39
3.25 Cálculo de la cantidad de baterías en serie (Nbs). ... 39
3.26 Cálculo de la cantidad de la batería en paralelo (Nbp). ... 39
3.27 Cálculo del tipo de conductor. ... 40
CAPITULO 441RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ... 41
4.1 Evaluación del resultado del índice de radiación. ... 41
4.2 Evaluación del resultado del índice de radiación. ... 42
4.3 Resultados del tipo de Controlador. ... 43
4.4 Resultados del diseño del sistema solar fotovoltaico y baterías. ... 44
4.5 Resultado del tipo de conductor. ... 45
CONCLUSIONES ... 46
RECOMENDACIONES ... 47
BIBLOGRAFÍA ... 48
ANEXOS ... 50
VIII
INTRODUCCIÓN
La energía obtenida por el sol es una fuente inagotable que se puede aprovechar en gran magnitud en diversas zonas rurales, pero su uso es reducido frente a los sistemas de energía de fuentes no renovables como el carbón, petróleo y gas natural [1]. Las energías que se obtienen por medio del carbón, petróleo o gas natural son fuentes de energía que muchas industrias utilizan para el desarrollo y el crecimiento de la economía del país.
Pero a partir de los últimos años, se ha tomado mayor prioridad el uso de energías renovables para mejorar el ecosistema y desarrollo del país, ya que existen zonas en el Perú que la radiación solar es constante todos los meses del año y es muy conveniente usar para diversas actividades que realiza el hombre, como para usos térmicos y usos de iluminación de una vivienda [6]. Existen zonas en el Perú donde la radiación se encuentra ubicada cerca de la línea de Ecuador, por eso, diseñar un sistema solar fotovoltaico, implica tener en cuenta la radiación que recibe el lugar, el tiempo evaluado en meses y días, para analizar en qué periodos la energía solar se mantiene estable, para ello se evalúa de acuerdo con datos del SENAMHI en el periodo anual para el diseño.
IX
ultravioleta, lo cual significa que la eficiencia de los paneles solares se mantiene estable por un largo periodo mensual, tal como se muestra en la figura 01.
Figura 01: Mapa solar de Lambayeque [12]
X
departamento de Lambayeque de la provincia de Lambayeque, un caserío que tiene una población de 15 viviendas, lo cual se encuentra a una distancia de 332 metros (aproximadamente) a la red más cercana de distribución en baja tensión, lo cual implica para la empresa concesionaria de energía eléctrica del departamento de Lambayeque, realizar una extensión de red en baja tensión, que no es económicamente rentable para la concesionaria, ya que ocasiona pérdidas de potencia eléctrica mayor al 2.5%[5]; para poder solucionar el problema de electrificación, y ayudar a la población a que pueda contar con tecnología inalámbrica se utilizaran paneles solares como fuente de alimentación para la antena de telecomunicaciones, tal como se muestra en la figura02 y figura 03 .
Figura 02: Distancia de la localidad hasta el Caserío de Angolo
XI
Se muestra en la figura 1 y la figura 2, que la ruta entre la antena de telecomunicaciones al transformador más cercano de la red de baja tensión es de una distancia mayor a 200 metros, el porcentaje de las pérdidas de potencia por la extensión de Red serian superior a lo establecido por los reglamentos de electrificación (2.5%).
La investigación, se realizó con una serie de trabajos de investigación como tesis, tablas, revistas científicas; de autores nacionales y extranjeros que se basaron de diversos planteamientos y diseños que se aplican en los años actuales.
En el capítulo 1, se reseña las investigaciones referentes al diseño de paneles solares fotovoltaico de los últimos años, lo cual sirve para dar un enfoque más conciso del proyecto a ejecutar.
En el capítulo 2, consta de conocer los tipos de paneles solares fotovoltaicos que existen actualmente, y elegir el más eficiente para esta investigación; dando a conoces sus utilidades ydesventajas como también las partes que lo componen.
XII
En el capítulo 4, analiza los resultados desarrollados, dando una selección del tipo de paneles solares fotovoltaicos, el tipo de corriente y la cantidad de paneles solares que se necesita.
A continuación, se presentan los objetivos planteados:
OBJETIVO GENERAL
-Diseñar un sistema de energía solar fotovoltaica para alimentar una antena tipo extendida para zonas rurales del Perú.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
-Determinar la demanda de energía eléctrica que suministrara el sistema de paneles solares fotovoltaicos, para poder energizar a la antena tipo extendida en las zonas rurales del Perú.
- Analizar el tipo de corriente que necesitará la antena (sea corriente alterna o continua) para determinar la necesidad de inversor.
-Determinar la cantidad y capacidad de paneles solares fotovoltaicos. -Determinar la carga nominal de la antena tipo extendida.
1 CAPITULO 1
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
A mediados del siglo 21 la utilización de los sistemas solares fotovoltaicos ha sido de gran importancia para la generación de la electricidad, en zonas rurales y urbanas, lo cual ha tenido gran importancia a nivel nacional y mundial, por el calentamiento global que existe hoy en día, por los efectos secundarios que ocasiona la quema de petróleo, carbón y gas natural; en el año 2017 la producción de energías renovables en el Perú fueron el 3,2%, respecto a las energías de gas natural e hidráulica, tal como se muestra en la figura 04.
2 Lo cual, la forma de utilización de la energía renovable para las zonas rurales no fue de gran relevancia directo con el consumo de combustibles fósiles, que son empleados en maquinaria, equipos agrícolas y como insumo doméstico [1]. Por ello, en las zonas rurales cuando las energías renovables no era una fuente de utilización rentable, se utilizaba carbón, petróleo o gas natural para poder cubrir las demandas que se necesitaban en diferentes trabajos agrícolas y trabajos domésticos.
Antes del año 1990, las empresas concesionarias de energía eléctrica, estaban en un proceso de querer electrificar todas las zonas urbanas y rurales con el fin de lucrar por el servicio prestado; luego de pasar los años 1990, se vio en la necesidad junto con entidades nacionales de dar prioridad en brindar el de energía a las zonas rurales del Perú que tienen acceso a una conexión de una red eléctrica que sirva para el uso básico de iluminación de poblaciones que se encontraban relativamente alejas unas de otras, utilizando sistemas fotovoltaicos[2]. Por ello se empezó a desarrollar diversos tipos de trabajos que favorezcan a la población, de poder tener un servicio básico de electricidad, que puedan satisfacer sus necesidades primarias.
Luego del año 2000, el Perú tomó poco interés al uso de las energías obtenidas por sistemas inagotables (renovables), ya que las energías generadas por el uso del carbón, gas natural y petróleo -llamadas también energías convencionales o no renovables- abastecían en gran magnitud la demanda energética que se tenía en esos años [3]. Pero a medida que iban teniendo efectos secundarios al cambio climático y por el agotamiento acelerado de las energías convencionales, se comenzó a realizar un análisis de las fuentes renovables, tomando medidas de mayor rigurosidad para poder usar otros medios que ayuden a reducir en efecto invernadero.
3 fuentes no renovables puede ser sustituidos por otras fuentes de energía renovables, lo cual servirá para reducir el impacto ambiental.
Lo cual las energías obtenidas por la quema del petróleo o carbón, se consideraban fuentes inagotables que genera contaminación al ambiente, se consideraba despreciable [4]. El autor da a conocer que en los últimos años se empezó a observar los cambios climáticos ocasionados por el uso de los combustibles fósiles.
El problema que existe de la falta de tecnología en las poblaciones rurales de la zona norte del país y la poca accesibilidad de la energía eléctrica, se convirtió en una preocupación alarmante para muchas autoridades del Perú [5]. Dado que existen varios lugares del Perú que aún no cuenta con un sistema de energía que pueda apoyar al desarrollo de las comunidades de la zona norte del país.
Ya que el crecimiento poblacional que existe en estas zonas de norte del Perú crece rápidamente, por la falta de accesibilidad de las redes eléctricas de baja tensión [6]. En el lugar donde se colocará la antena se pensó innovar de un sistema bastante ingenioso para poder llevar cobertura a las zonas más alejadas.
Con el empleo de los paneles solares fotovoltaicos, se utilizarán los criterios técnicos asociados a la electricidad junto con lo atrayente de las fuentes de energía renovable, para el funcionamiento de una antena de telecomunicaciones [7]. Lo cual sirve para poder dar señal inalámbrica a las zonas rurales del Perú con un medio de utilización de energía que no contamina el medio ambiente, y así, ayudar al crecimiento tecnológico de la zona.
4 Pero a partir de los últimos años, se ha tomado mayor prioridad el uso de energías renovables para el bienestar y desarrollo del país, ya que existen zonas en el norte del Perú, y que se puede usar la radiación solar para diversas actividades que se tengan, como, por ejemplo, usar la radiación solar para usos térmicos y usos de iluminación de una vivienda [9]. Las fuentes de utilización de paneles solares fotovoltaicos están siendo utilizados con mayor frecuencia en la zona norte del Perú, por el alto índice de radiación que existe, y que son favorables para muchas localidades.
La aplicación de un sistema solar fotovoltaico sirve para uso doméstico y diferentes usos que se pueda obtener en diferentes regiones del Perú, lo cual este diseño sirve para solucionar diferentes problemas que se pueden presentar en las zonas rurales donde es de difícil acceso. [10]. Lo cual, diseñar un sistema solar fotovoltaico sirve para implementar para diferentes tipos de uso, que sea de beneficio para las diferentes regiones del Perú.
5 CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1 Diseño de sistemas fotovoltaicos.
El método de diseño empleado se fundamenta en el balance de energía que tendrá el sistema solar fotovoltaico, para que pueda suministrar energía eléctrica, por lo cual, para ello, se hacen diferentes tipos de cálculos, como cálculo de la demanda de energía, el análisis de radiación, ángulo de inclinación, cantidad de paneles solares, capacidad de las baterías que suministran energía lo componentes eléctricos o electrónicos cuando hay ausencia de sol, etc.
2.2 Energía solar.
6 2.2.3 Radiación electromagnética.
El sol es la fuente de generación energía que sirve para diversas actividades del ser humano, donde ocurren reacciones nucleares que por medio de ondas electromagnéticas transmiten energía luminosa y calorífica a la tierra; la luz que se ve al amanecer es una onda electromagnética visible, pero la otra parte de la onda electromagnética no es visible al ojo humano, la radiación con menor energía que la luz visible es infrarroja, y la que es mayor a la luz visible es ultravioleta, lo cual antes de llegar a la superficie terrestre, la capa de ozono la disipa antes de ingrese a la superficie. [10]. Se muestra el índice de irradiación solar en el Perú por Departamento. Ver figura 05., tal como se muestra en la figura 05.
7 La radiación solar que es emitida por el sol no llega en su totalidad a la superficie de la tierra, según OSINERGMIN (Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería) solo se aprovecha en un 21%, siendo esta la cantidad que pasa por la capa de ozono. Sin embargo, existe una pérdida del 29% de esta energía que se disipa antes de entrar a la capa de ozono y se pierde en el espacio [11], tal como se muestra en la figura06.
Figura 06: energía solar sobre la superficie de la tierra [11]
8 2.2.4 Conversión de la energía solar .
La primordial fuente de transporte de la energía solar es el fotón, que son transmitidos por ondas electromagnéticas, provienen de la actividad que produce el sol, cuando combina el Hidrogeno y el Helio para formar combustible que genera ondas de energía luminosa y de calor, estos tienen la particularidad de viajar en el espacio luego que el sol la emita.
La energía solar se puede transformar de dos maneras siendo la primera utilizando la energía solar para convertirla en energía térmica, por medio de colectores térmicos, y la segunda utilizar energía solar para convertirla en energía eléctrica utilizando paneles fotovoltaicos. [2]
2.2.5 Componentes de panel solar fotovoltaico.
La estructura interna que tiene un panel solar fotovoltaico para utilizar la energía del sol y convertirla en energía eléctrica, son las placas de silicio que se encuentran al interior del panel, lo cual contiene una alta pureza, y tiene una alta sensibilidad a los rayos del sol, que genera el flujo de corriente eléctrica que pueden transportarse de un lugar a otro produciendo energía eléctrica [4], tal como se muestra en la figura 07.
9 2.2.6 Sistema solar fotovoltaico.
Los sistemas solares fotovoltaicos sirven para alimentar con energía eléctrica a los artefactos más utilizados en la vida cotidiana, que son los focos de poca potencia (40W a 100W), que demandan energía eléctrica, necesarios para viviendas que radican en zonas alejadas y que no cuentan con acceso a red.
Sobre los sistemas solar fotovoltaicos (SFV) aislado o autónomos, también se puede apreciar como un sistema aislado cuya función principal es absorber la radiación solar para posteriormente ser utilizable como energía eléctrica, que se use como suministro para artefactos eléctricos y electrónicos que puedan ser utilizables en zonas rurales. El sistema solar fotovoltaico transporta la energía por corriente continua (DC), el voltaje que genera es de 12 V, 24 V hasta 48 V, dependiendo de la configuración del sistema [4]. También se puede describir que a los sistemas fotovoltaicos, como una fuente de generación de energía eléctrica que puede ser utilizable en zonas donde no hay acceso a una red de utilización de energía eléctrica [11].
2.2.6.1 Módulo fotovoltaico.
Está compuesta de placas más pequeñas, que se encuentran unidas en serie para obtener una suma total de potencia eléctrica que requiere el módulo.
La potencia requerida por el módulo fotovoltaico se obtiene cuando el flujo de corriente eléctrica alcanza el valor máximo permitirle por el sistema, para entender lo descrito, seria cuando la puesta de sol está a medio día ósea en el punto medio del todo su recorrido [11].
10 Figura 08: Transmisión de energía solar [11]
2.2.6.1.1 Clase de Células fotovoltaicas.
Actualmente, existen 3 clases de diseño más conocidas en el mercado actual, tal como se muestra en la figura 09:
Silicio monocristalino
Silicio policristalino
Silicio amorfo
11 2.2.6.1.2Tipos de conexiones para el sistema Solar Fotovoltaico.
Conexión en paralelo: Semejante a un circuito eléctrico, las instalaciones se realizan
uniendo los terminales de diferente polaridad, para mantener la tensión estable en todos los módulos, tal como se muestra en la figura 10.
Figura 10: Celdas SFV en conexión en paralelo [13]
Conexión en serie: Semejante a un circuito eléctrico, las instalaciones que se realizan
12 Figura 11: sistema solar fotovoltaico instalada en serie [13]
Conexión serie & paralelo: Las conexiones mixtas se realiza instalando y conectando
las instalaciones en paralelo y las instalaciones en serie, para aumentar la intensidad de corriente en el sistema, tal como se muestra en la figura 12.
13 2.2.7 Controlador.
El controlador tiene como función controlar la sobre carga de las baterías, también controlar las descargas para el uso de las baterías, una vez que las baterías estén cargadas, las tensiones generadas por el sistema fotovoltaico se pueden estabilizar al punto más optimo [7].
2.2.8 Batería.
Para cada batería su capacidad tiene una dependencia del régimen de descarga, esto es, dependiendo del valor de la corriente, de la temperatura y de la densidad del electrolito, en función del grado de ionización la capacidad es proporcionada por el fabricante bajo forma de tablas, que son valores obtenidos a temperatura ambiente lo cual son establecidos mediante una norma por cada capacidad de descarga según lo detalle los productores [9].
2.2.9Cálculo del consumo energético.
Para encontrar la radiación solar se ha tomado en consideración los datos extraídos de la NASA para las zonas rurales de Perú, tal como se muestra en la tabla 01.
2.2.9.1 Energía promedio en kW consumida por cada día de los meses del año (E).
Es la relación de la Energía promedio y los días que tiene cada mes del año [19]. E(kW)=E promedio consumida por dia
Dia ……… (1)
2.2.9.2 Factor de Energía (F.E).
El factor de energía es la relación que existe de la radiación solar total y la energía promedio que se tiene al mes [19].
F.E= Radiacion Solar
14
Tabla 01: Cuadro de datos de la NASA de la radiación solar del Caserío de Angolo de Enero a Diciembre del año 2018 [16]
Radiación Solar Mensual kWh/m2 Energía promedio Consumida por la Antena kW
Dia
Enero 6.71 0.75 31
Febrero 6.26 0.75 28
Marzo 6.57 0.75 31
Abril 6.61 0.75 30
Mayo 5.91 0.75 31
Junio 4.65 0.75 30
Julio 4.29 0.75 31
Agosto 4.42 0.75 31
Setiembre 4.94 0.75 30
Octubre 5.46 0.75 31
Noviembre 5.96 0.75 30
Diciembre 6.47 0.75 31
2.2.10 Rendimiento de la instalación (R).
Sirve para poder tener un dimensionamiento correcto después de realizar el cálculo, teniendo en consideración las pérdidas que puede tener el panel solar fotovoltaico [19].
R= 1-[(1-b-c-v)*a* N
PD] -b-c-v………..……… (3)
a.- Coeficiente de Descarga:
Normalmente es 0.005, o tambien decir 0.5% de descarga máxima b.- Coeficiente de pérdida de energía por rendimiento en las baterías:
0.05: Si no tienen descargas fuertes.
0.1: Descargas desfavorables. c.- Coeficiente de pérdidas en el inversor:
Para onda senoidales = 0.2
Para onda cuadrada = 0.1 v.- Coeficiente de otras pérdidas:
Fisibles, interruptores termo magnéticos, diferenciales, etc.=0.15.
15 N.- Días de autonomía:
Los días pueden ser de 2 a 5 días de trabajo son puesta de sol Pd= Profundidad de descarga:
0.5
2.2.11 Energía Necesaria para el panel solar fotovoltaico (E).
Es la energía requerida del panel solar fotovoltaico para la carga que se necesita [19]. E=Et
R (WH-día)………..……… (4)
Et: Energía total consumida, del mes con menor factor de energía. R: Rendimiento de instalación.
2.2.12 Declinación Solar (δ).
Es el ángulo de inclinación del sol que debe tener respecto al panel solar[19]. δ=23.45Sen(360*284+𝑑𝑛
365 ) ………..……… (5)
dn: Número de días del año, hasta del día del mes que tiene el menor Factor de energía.
2.2.13 Angulo de Salida del Sol (ωs).
Es el ángulo de salida del sol respecto al lugar que se está aplican el panel solar fotovoltaico, respecto a la latitud y la longitud del lugar[19].
ωs=- arccos(-tan(δ)*tan(φ)) ………..……….(6) δ = Declinación solar.
16 2.2.14 Angulo de salida del sol sobre un plano inclinado(ωss).
Es el ángulo de salida del sol que se requiere cuando el panel solar se encuentra en un plano inclinado [19].
ωss= max{ωs;- arccos(-tan(δ)*tan(φ- β)) }………..…(7) δ = Declinación solar.
φ= Latitud del Lugar.
β= Inclinación del Panel Solar.
2.2.15 Factor de Excentricidad (εo).
Es la medida que se calcula de cuán lejos o cerca se encuentra la tierra respecto al sol [19].
εo= 1+0.033*cos(2π*265dn ) …………..……….(8) dn: Número de días del año, hasta del día del mes que tiene el menor Factor de energía.
2.2.16 Radiación del plano horizontal (Hd,m(0)).
Es el cálculo que se obtiene cuando el panel solar fotovoltaico se encuentra en forma horizontal [19].
Hd,m(0)=(𝑇𝜋) ∗ 𝐼𝑜 ∗εo[−180𝜋 ∗ (ωss*𝑠𝑒𝑛(δ) ∗ 𝑠𝑒𝑛(φ) − 𝑐𝑜𝑠(δ) ∗ 𝑐𝑜𝑠(φ) ∗ 𝑐𝑜𝑠(ωss)]…….(9)
𝐼𝑜 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (1367𝑊/𝑚2) εo= Factor de Excentricidad.
δ = Declinación solar. φ= Latitud del Lugar.
ωss= Angulo de salida del sol sobre un plano inclinado.
17 2.2.17 Índice de claridad (Ktm).
Es la relación que existe entre la radiación anual o global respecto a la radiación en un plano horizontal [19].
Ktm=Gd,n(o)
Hd,m(0)………..…(10)
Gd,n(o)=Radiación Global Solar.
𝐻𝑑,𝑚(0)=Radiación Solar horizontal.
2.2.18 Fracción difusa de la radiación (F dm).
Se presenta cuando existe mayor nubosidad o menor claridad en la zona, lo cual, a menor nubosidad, mayor será el índice de radiación y mayor será la fracción difusa [19]. Fdm=1-1.33*Ktm………..…(11)
Ktm=Índice de claridad.
2.2.19 Radiación Difusa (
D
d,m(o)).Es el efecto que se genera cuando la radiación solar ingresa a la superficie de la tierra, expandiéndose en
diferentes direcciones [19].
Dd,m(o)=Gd,m(o) Fd,m(o)………..…(12)
𝐹𝑑,𝑚(𝑜)= Fracción Difusa.
18 2.2.20 Radiación al plano inclinado (H).
La radiación solar recibida por un plano inclinado sobre la superficie del terreno consta de radicación solar y la radiación Difusa [19].
H=Gd,m(o) Dd,m(o)……….………..…(13)
𝐺𝑑,𝑚(𝑜) = Radiación Solar.
𝐷𝑑,𝑚(𝑜)= Radiación Difusa.
2.2.21 Factor de corrección (K).
Es el factor que indica la modificación que tendrá la radiación directa en un plano inclinado [19].
K=
ωss*π
180(sen(δ)sen(φ-β)+(cos(δ)*cos(φ-β)*sen(ωss))
ωs*180π sen(δ)sen(φ)+(cos(δ)*cos(φ)*sen(ωs) ……….………….…(14)
2.2.22 Radiación Directa sobre un plano inclinado (H(β, α)).
Es la radiación que se obtiene cuando el sistema solar fotovoltaico se encuentra inclinado un ángulo determinado, la cual se obtiene de la radiación de un plano inclinado y el factor de corrección [19].
H(β, α)=H*k……….………….…(15)
19 2.2.23 Radiación difusa sobre el plano inclinado D(B,α).
Es el efecto que se genera cuando la radiación solar ingresa a la superficie de la tierra, expandiéndose en diferentes direcciones de un plano inclinado [19].
D(β,m)=D(d,m)*(1+cos(β)2 ) ……….………….…(16)
𝐷(𝑑,𝑚)= Radiación Difusa
2.2.24 Radiación de Albedo sobre el panel inclinado (AL(β, α)).
Es la radiación que la se refleja de la superficie de panel solar fotovoltaico [19].
AL(β, α)=
ρ*Gd,m(o)(1-cos(β))
2 ……….………….…(17)
2.2.25 Radiación total del plano inclinado (G(β, α)).
Es la radiación que ingresa a la superficie del panel solar [19].
G(β, α) =H(β, α)+D(β, α)+AL(β, α)….…..…….………….…(18)
H(β, α)=Radiación directa sobre el plano inclinado.
D(β, α)=Radiación difusa sobre el plano inclinado.
AL(β, α)=Radiación de albedo sobre el plano inclinado.
2.2.26 Horas pico solar (HPS).
Las horas pico solar, es numéricamente igual a la radiación total del plano inclinado (kWh) [19].
HPS=G(β, α)………(19)
2.2.27 Potencia mínima del panel solar fotovoltaico.
20
𝑃𝑚𝑖𝑛 =
𝑊𝑑∗GCEMGdm(β, α)∗𝑃𝑅….……….…….………….…(20) GCEM= Es la irradiancia en condiciones estándar
Gdm(β, α)= Valor medio mensual de irradiación diaria sobre la superficie del sistema solar
𝑃𝑅= Rendimiento Energético de la Instalación
Sistemas con inversor: PR= 0.7
Sistemas con inversor, baterías y regulador = PR=0.6
Sistemas con baterías y regulador de cargas (sin inversor): PR=0.7
2.2.28 Número de módulos fotovoltaicos.
Es la cantidad de paneles solares fotovoltaicos que se necesitan para poder cubrir la demanda energética que se necesita [19].
N#total_Modulo≥P PGmin
Max_Modulo….…..…….……….…(21)
N#total_Modulo= Es el número total de módulos
PGmin= Es la potencia mínima del Sistema solar Fotovoltaico
PMax_Modulo=Es la potencia comercial de un panel solar
2.2.29 Potencia máxima del panel solar.
Es la cantidad de potencia máxima requerida el panel solar fotovoltaico cuando está en el mes de baja radiación solar [19].
PGmin ≤ 𝑃𝐺 ≥ 1.2*PGmin ….…..…….……….…(22) PGmin= Es la potencia mínima del Sistema solar Fotovoltaico.
2.2.30 Capacidades de la Batería (C).
21 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑1 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑁𝑒𝑠𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝐷𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑛𝑜𝑚í𝑎….…..…….………(23)
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑2 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 1 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎….……….…….……(24)
Capacidad3= Capacidad 2* Profundidad de descarga….…..……….………(25)
2.2.31 Cantidad total de baterías (Nbt).
Es la cantidad que se necesaria de baterías que se necesita, para alimentar cubrir la demanda energética cuando exista ausencia de radiación solar[5].
N°bp= Vnom*Cnom_banco
Vnom_bat*Cnom_baterias………(26)
Vnominal= Voltaje Nominal.
Cnom_bat= Capacidad nominal de baterías. Vnom = voltaje nominal.
Cnom_baterias = Capacidad nominal de baterías.
2.2.32 Numero de baterías en serie (Nbs).
Está definido por el cociente de la capacidad del banco entre la capacidad de la batería [5].
N°bs= VVbanco
bateria………...(27)
Vbanco= Voltaje nominal. Vbateria=Voltaje de la batería.
2.2.33 Numero de batería en paralelo (𝑵°𝒃𝒑).
Se determina como la relación que existe entre el voltaje nominal y el voltaje nominal de la batería [5].
N°bp= VVnominal
22 Vnominal= Voltaje nominal.
Vbatería=Voltaje de la batería.
2.2.34 Sección del conductor (S).
Para determinar el área en mm2 del conductor se tiene como referencia la distancia donde se ubicará a la carga y el tipo de voltaje [19].
S=2LPρ
v.∆v………(29)
L= Longitud el conductor. P= Potencia consumida al mes.
ρ= Resistividad el cobre: 0,001724 Ω.m . V= Voltaje del sistema.
∆v = Caída de tensión.
2.2.29 Dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico.
Consiste en dimensionar su capacidad de energía para satisfacer la demanda determinada para el suministro. En zonas rurales y aisladas, donde no existen sistemas que se usen como apoyo, el sistema solar fotovoltaico debe poseer una alta seguridad. Para ello se debe tener componentes con alta confiabilidad y seguridad, que no exista peligros de descargas eléctricas que puedan dañar a todos los componentes y perjudicando su . El método de dimensionamiento se fundamenta en el balance de energía.
23 Figura 13: Diagrama de flujo de un sistema Fotovoltaico [2]
Usar la radiación solar para calentar tiene dos grandes ventajas [2].
• Los sistemas normales se pueden fabricar fácilmente con materiales comunes y así tener un gasto mínimo, para aprovechar la energía del sol de forma más económica. El mantenimiento es mínimo y tienen una vida como cualquier otro sistema para calentar agua [2].
2.3 Antenas sectoriales.
24 antena sectorial sería como un foco de gran apertura, es decir, con un haz de luz más ancho de lo normal [14], tal como se muestra en la figura 14.
Figura 14: Antenas sectoriales en extendida [14]
2.3.1 Especificaciones Técnicas de las antenas sectoriales.
Las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, se basa en tener los datos provenientes de los equipos tales como frecuencia, impedancia, máxima carga que requiere los equipos para su funcionamiento. [14], tal como se muestra en la Tabla 02.
25 Tabla 02: Datos técnicos de una antena sectorial [14]
2.3.2 Sistema de energía para suministro a una antena.
27 CAPITULO 3
METODOLOGIA DE LA SOLUCI ON
El orden para diseñar el panel fotovoltaico para alimentar una antena tipo extendida en las zonas rurales del Perú estaría sujeta a los siguientes cálculos:
Cálculo del cuadro de cargas de la antena tipo extendida.
Cálculo del consumo diario de la antena.
Cálculo de la potencia mínima del panel solar fotovoltaico.
Cálculo del número de paneles para el funcionamiento de la antena.
Cálculo del número de baterías.
Cálculo del controlador.
Calculo del tipo de conductor.
3.1 Cuadro de Cargas de la antena tipo Extendida.
28
Figura 17: Antena Tipo Extendida
29
Tabla 03: Cuadro de carga para antenas tipo Extendida
3.2 Cálculo del consumo energético.
Para encontrar la radiación solar se ha tomado en consideración los datos extraídos de la NASA para las zonas rurales de Perú, tomando como ejemplo la radiación del Caserío de Angolo-Lambayeque tal como se muestra en la figura 03.
Se calculan los valores de todos los meses del año.
De ecuación (1) y (2), se encuentra los datos de la energía promedio y el factor de energía, por cada mes del año, tal como se muestra en la Tabla 04.
Tabla 04: Cuadro de datos extraída de la página principal de la NASA de la radiación solar del Caserío de Angolo de Enero a Diciembre del año 2018 [16]
Radiación Solar Mensual kWh/m2 Energía promedio Consumida por
la Antena kW
Dia Energía promedio
Diario/mes kW (E)
Factor de Energía (F.E)
Enero 6.71 0.75 31 0.024193548 277.3466667
Febrero 6.26 0.75 28 0.026785714 233.7066667
Marzo 6.57 0.75 31 0.024193548 271.56
Abril 6.61 0.75 30 0.025 264.4
Mayo 5.91 0.75 31 0.024193548 244.28
Junio 4.65 0.75 30 0.025 186
Julio 4.29 0.75 31 0.024193548 177.32
Agosto 4.42 0.75 31 0.024193548 182.6933333
Setiembre 4.94 0.75 30 0.025 197.6
Octubre 5.46 0.75 31 0.024193548 225.68
Noviembre 5.96 0.75 30 0.025 238.4
Diciembre 6.47 0.75 31 0.024193548 267.4266667
CUADRO DE CARGAS (EXTENDIDA)
REQUERIMIENTO P. INSTALADA(W) F.D. M.D. (W)
1. EQUIPO RRU 1900(2x250W) 500 0.85 425
2. EQUIPO BBU 1900(2x110W) 220 0.85 187
3. LUMINARIAS (2x40W) 80 1 80
TOTAL 800 692
CARACTERISTICAS DEL SUMINISTRO ELECTRICO A CONTRATAR:
POTENCIA 750 W
TENSION 24 V DC
FRECUENCIA 60 Hz
30 Para calcular la cantidad de paneles solares que se necesita para el suministrar energía a la Antena Tipo Extendida, se comienza analizando el peor de los casos de radiación solar en la zona rural, encontrando el mes con menor factor de energía, ya que al ser el peor escenario de radiación solar, es donde el consumo de energía es mayor respecto a los otros meses del año, y, de acuerdo a los datos obtenidos, se podrá encontrar la potencia mínima que necesita el panel solar fotovoltaico para suministrar energía eléctrica a la antena tipo extendida.
3.3 Cálculo del rendimiento de la instalación (R).
De la ecuación (3):
R= 1-[(1-b-c-v)*a* N
PD] -b-c-v Reemplazando en la ecuación (3):
R= 1-[(1-0.1-0-0.15)*0.005* 2
0.5] -0.1-0-0.15
Obs: C=0, porque el tipo de corriente que utiliza la antena es DC, tal como se muestra en la figura 16 de la página 26, donde la forma de la corriente eléctrica que genera el panel solar fotovoltaico (DC) es igual a la que recibe la antena (DC).
R= 0.735 = 73,5%
3.4 Cálculo de la energía necesaria para el panel solar fotovoltaico (E).
De la ecuación (4):
E=Et
R (WH-día) Reemplazando en la ecuación (4):
E=0.024193 ∗ 1000
31 3.5 Cálculo de la declinación solar(δ).
De la ecuación (5):
δ=23.45Sen(360*284+dn
365 ) ………..… (3)
Teniendo del cuadro de días del año el dn, se reemplaza en la ecuación (5):
Tabla 05: Cuadro de los días de cada mes hasta el mes de menor factor de energía
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio
31 28 31 30 31 30 15
dn=∑los días del año= 196 días
Reemplazando dn en la ecuación (5):
δ=23.45Sen(360*284 + 196
365 )
δ=0.816°
3.6 Cálculo del ángulo de salida del Sol (ωs).
De la ecuación (6):
ωs=- arccos(-tan(δ)*tan(φ)) se obtiene la latitud de la Tabla 05:
Tabla 06: Lugar del caserío de Angolo-Lambayeque extraída de Google Earth Pro
Latitud (φ) -6.538
32 Remplazando los datos en (6):
ωs=- arccos(-tan(0.81679)*tan(-6.538)) ωs= -87.41°
3.7 Cálculo del ángulo de salida del sol sobre un plano inclinado(ωss).
De la ecuación (7):
ωss= max{ωs;- arccos(-tan(δ)*tan(φ- β)) }
*Tomando como valor referencial el ángulo de inclinación del panel solar como valor mínimo de inclinación, β=20°.
Remplazando los datos en (7):
ωss= max{-87.4102;-78.6444}
ωss max=-78.64
3.8 Cálculo del factor de excentricidad (εo).
De la ecuación (8):
εo= 1+0.033*cos(2π* dn 265) Remplazando los datos en (8):
εo= 1+0.033*cos(2π*196 265) εo= 0.997
3.9 Cálculo de la radiación del plano horizontal (Hd,m(0).
De la ecuación (9):
Hd,m(0)=(𝑇
𝜋) ∗ 𝐼𝑜 ∗εo[− 𝜋
33 Reemplazando en (9):
Hd,m(0)=(24
π )*1367*0.9978[ -π
180*(-78.644*sen(0.8167)*sen(-6.538)-cos(0.8167)*cos(-6.538)*cos(-78.6444)]
Hd,m(0)= 8747.45 Wh/m2
3.10 Cálculo del Índice de claridad (Ktm).
De la ecuación (10):
Ktm=Gd,n(o) Hd,m(0)
Calculando:
𝐺𝑑,𝑛(𝑜) = 4290 𝑊ℎ/𝑚2 𝐻𝑑,𝑚(0)= 8747.45 Wh/m2 Reemplazando en (9)
Ktm= 4290 𝑊ℎ/𝑚2
8747.499 Wh/m2
Ktm=0.4904
3.11 Cálculo de la fracción difusa de la radiación (Fdm).
De la ecuación (11):
𝐹𝑑𝑚 = 1 − 1.33 ∗ 𝐾𝑡𝑚
Reemplazando en (11):
34 3.12 Cálculo de la radiación Difusa(
D
d,m(o)).De la ecuación (12):
𝐷𝑑,𝑚(𝑜)=𝐺𝑑,𝑚(𝑜) 𝐹𝑑,𝑚(𝑜)
Reemplazando en (12):
Dd,m(o)=4290* 0.34773356
Dd,m(o)=1491.77Wh/m2
3.13 Cálculo de la radiación al plano inclinado(H).
De la ecuación (13):
𝐻 = 𝐺𝑑,𝑚(𝑜) 𝐷𝑑,𝑚(𝑜)
Reemplazando en (13)
H=4290 -1491.777 H=2798.223 Wh/m2
3.14 Cálculo del factor de corrección (K).
De la ecuación (14):
K=ωss* π
180 (sen(δ)sen(φ-β)+(cos(δ)*cos(φ-β)*sen(ωss)) ωs*180 sen(δ)sen(φ)+(cos(δ)*cos(φ)*sen(ωs)π
Reemplazando en (14):
K=-78.6444* π
180 (sen(0.8167)sen(-6.538-20)+(cos(0.8167)*cos(-6.538-20)*sen(-78.6444)) -87.4102*180 sen(0.8167)sen(-6.538)+(cos(0.8167)*cos(-6.538)*sen(-87.4102)π
35 3.15 Cálculo de la radiación directa sobre un plano inclinado (H(β, α)).
De la ecuación (15):
H(β, α) = 𝐻 ∗ 𝑘
Reemplazando en (15):
H(β, α) =2798.223012∗ 1.004Wh/m2
H(β, α)=8782.45Wh/m2
3.16 Cálculo de la radiación difusa sobre el plano inclinado D(B,α).
De la ecuación (16):
D(β,m)=D(d,m)*(
1+cos(β)
2 )
β=ángulo de inclinación del panel=20° Reemplazando en (16):
D(β,m)=1491.777*(1+cos(20)
2 )
D(β,m)=1455.27 Wh/m2
3.17 Cálculo de la radiación de Albedo sobre el panel inclinado (AL(β, α)).
De la ecuación (17):
AL(β, α)=ρ*Gd,m(o)(1-cos(β)) 2
Reemplazando en (17):
AL(β, α) =
0.2*4290(1-cos(20)) 2
36 3.18 Cálculo de la radiación total del plano inclinado (G(β, α)).
De la ecuación (18):
G(β, α) =H(β, α)+D(β, α)+AL(β, α)
Reemplazando en (18):
G(β, α) = 8782.489 + 1455.26575 +20.99Wh/m2
G(β, α) = 4274.478758Wh/m2
Dividiendo entre 1000 a la expresión G(β, α) se obtiene:
G(β, α)= 4.27K𝑊h/m2
3.19 Horas pico solares (HPS).
Las horas pico solares es numéricamente igual a la radiación total(kWh/m2) del plano inclinado.
HPS=4.274 Horas
En total son 4.27 horas que es equivalente a 4 horas con 16 minutos; esto significa que es la cantidad de horas que el panel solar recibe más radiación del sol, que será aproximadamente a partir de las 11:00 hasta las 15:00 horas.
3.20 Cálculo de la potencia mínima del panel solar fotovoltaico.
De la ecuación (20):
Pmin= Wd*GCEM Gdm(β, α)*PR
Para el Rendimiento Energético de la Instalación (PR), tener en cuenta que para un:
Sistemas con inversor: PR= 0.7
Sistemas con inversor, baterías y regulador = PR=0.6
Sistemas con baterías y regulador de cargas (sin inversor): PR=0.7
37 Reemplazando en (20):
Pmin = 750 ∗4290
4274.479∗ 0.7 Pmin = 1075.32w
3.21 Cálculo del número de módulos fotovoltaicos.
De la ecuación (21):
N#total_Modulo≥
PGmin PMax_Modulo
Reemplazando en (21):
N#total_Modulo≥1075.3190 w
250 w
N#total_Modulo≥4.3 Por lo tanto, el número de paneles solares serán:
N#total_Modulo=5
3.22 Calculo la potencia máxima del panel solar.
El cálculo de la potencia máxima del panel solar sirve para determinar la veracidad de los valores calculados, como el número de Paneles solares y potencia mínima que necesita el panel solar.
De la ecuación (22):
𝑃𝐺𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃𝐺 ≤ 1.2 ∗ 𝑃𝐺𝑚𝑖𝑛 ….…..…….……….…(12) Cálculo de la Potencia Máxima:
𝑃𝐺 =N#total_Modulo∗PMax_Modulo
38
𝑃𝐺 = 1250𝑤
Por lo tanto:
1075.3190 ≤ 5 ∗ 250 ≤ 1.2 ∗ 1075.32
1075.3190 ≤ 1250 ≤ 1290.38
3.23 Cálculo de capacidades de la batería.
De la ecuación (23):
Capacidad1= Energía Necesaria* Días de Autonomía Reemplazando en (23):
Capacidad1 = 32916.4 ∗ 2 wh
Capacidad1 = 65832.8 𝑤ℎ
De la ecuación (24):
Capacidad2= Capacidad 1* Voltaje del sistema
Reemplazando en (24):
Capacidad2= 65832.8 wh* 24v
Capacidad2= 1371.52 Ah
De la ecuación (25):
Capacidad3= Capacidad 2* Profundidad de descarga
Reemplazando en (25):
39 3.24 Cálculo de la cantidad total de baterías (Nbt).
De la Ecuación (26):
N°bt=
Vnom*Cnom_banco Vnom_bat*Cnom_baterias Reemplazando en la ecuación (26):
N°bt=
24*2110.025
12*220 N°bt= 19.18≅ 19 Baterías
En total son 19 baterías que se conectan al sistema solar fotovoltaico para poder abastecer la capacidad total que requiere la antena que es de 2110.025151 Ah
3.25 Cálculo de la cantidad de baterías en serie (Nbs).
De la Ecuación (27):
N°bt= 𝑉𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎
Reemplazando:
N°bt=
24𝑣 12𝑣
N°bt= 2 filas de baterías en serie
3.26 Cálculo de la cantidad de la batería en paralelo (Nbp).
De la Ecuación (28):
N°bp= 𝑁𝑏𝑡
𝑁𝑏𝑠
N°bp=
19 2
N°bp = 9.5 ≅ 10 baterías en cada fila
19 Baterías = 2110 Ah
40
El tipo de conexión se muestra en el Anexo 04.
3.27 Cálculo del tipo de conductor.
De la ecuación (29):
S=2. L. P v. ∆v .ρ
Se usa como tipo de conductor, el cobre, cuya Resistividad es: 0.001724.Ω.m
Reemplazando en (29):
S=2X40x( 75030 )
24x(0.25x24)x0.001724
41 CAPITULO 4
RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
4.1 Evaluación del resultado del índice de radiación.
Para el análisis de la radiación solar que llega a las zonas rurales del Perú se ha tomado una muestra de la radiación que llega en todos los departamentos del Perú, tomando como referencia el departamento de Lambayeque, que en los últimos años se detectó una radiación que supera los 5 kW/m2 , tal como se muestra en la figura 18.
42 4.2 Evaluación del resultado del índice de radiación.
Los datos estadísticos obtenidos por Atmospheric Science Data Center - NASA, se puede apreciar, la variación de la radiación solar de los 12 meses del año 2018 en Lambayeque , donde se concluye que la radiación de los meses de enero hasta Abril tiene una radiación solar promedio de 7.83 kW/m2 – día y en los meses de Noviembre y Diciembre tiene una radiación solar promedio entre 6.74 y 7.77 kW/m2 – día, ambos eventos tienen un valor superior a lo estándar que es de 5 kW/m2 – día, en donde la utilización de un panel solar fotovoltaico será de gran utilidad para zonas rurales , cuyos resultados se muestran en la figura 19, tabla 06 y tabla 07.
Figura 19: Estimación de radiación solar del departamento de Lambayeque [12]
Tabla 07: Estimación de radiación solar en kW-H del departamento de Angolo-Lambayeque [12]
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre
43 Tabla 08: Estimación de la radiación solar y temperatura en Angolo en los meses del año 2018. [12]
4.3 Resultados del tipo de Controlador.
El tipo de controlador se encuentra relacionado a la cantidad de voltaje que suministrara el sistema Solar fotovoltaico a la antena, y al número de celdas que tiene cada panel solar (60 celdas/panel), seleccionando un tipo de controlador MPPT.
44 4.4 Resultados del diseño del sistema solar fotovoltaico y baterías.
En el capítulo 3 se calculó el número de paneles solares que debe emplearse para suministrar energía eléctrica a una antena tipo extendida, teniendo en consideración los datos obtenidos por la radiación solar emitido en la zona de Angolo del departamento de Lambayeque, teniendo como resultado lo siguiente:
Voltaje del sistema de telecomunicaciones= 24V.
N°- De paneles solares fotovoltaicos= 5 de 250 W cada uno.
Potencia demandada por el sistema= 750W.
Tipo de paneles solares fotovoltaicos= Monocristalino.
Capacidad de Batería= 111,05 Ah.
Capacidad total de Baterías= 2110,025 Ah.
Los paneles solares fotovoltaicos, se conectará en serie para que sumen los voltajes que se suministrara a la antena, y el tipo de batería a considerar seria de 111.05 Ah, tal como se muestra en la tabla 10.
45 4.5 Resultado del tipo de conductor.
El tipo de conductor que se usara para la implementación del sistema solar fotovoltaico en el caserio de Angolo del departamento de Lambayeque es de 2.5mm2, será un conductor de cobre con cubierta, para proteger el cable de altas temperaturas que puedan dañar las propiedades físicas y eléctricas del material y alterar su aislamiento, ya que, si no tuviera la cubierta, el material tiende a dilatarse y a aumentar su resistencia eléctrica, lo cual no es conveniente, el tipo de conductor tendrá 7 hilos de cobre, tan como se muestra en la tabla 11.
46 CONCLUSIONES
El tipo de paneles solares fotovoltaicos que se usara es de celdas Monocristalinas, ya que tiene una mayor capacidad de absorción de energía eléctrica.
La demanda de energía que suministrara el sistema solar fotovoltaico a la antena tipo extendía es de 32916.39 Wh-dia.
El tipo de corriente es continua(DC), la cual será necesaria para alimentar a la antena tipo extendida ya que es un sistema electrónico.
La cantidad de paneles solares de 250 W cada uno que se necesita para alimentar de energía eléctrica a la antena tipo extendida es 5.
La potencia demandada por la antena tipo extendida es de 750W.
La cantidad de baterías que se utilizara para el sistema solar fotovoltaico son 19, con una capacidad de cada uno de 111,05 Ah.
47 RECOMENDACIONES
Se recomienda que este proyecto sea utilizado en zonas donde la radiación solar sea mayor a 5kW-h/m2, ya que puede ocasionar que todo el sistema de los paneles solares disminuya su vida útil de servicio, y no pueda suministrar energía eléctrica a la antena.
Se recomienda usar un conductor de cobre con cubierta, para no tener problemas de aislamiento por las altas temperaturas de las zonas.
Se recomienda usar un controlador MPPT con respecto a otros tipos de controladores, porque tiene mayor eficiencia al momento de controlar las sobre cargas que pudieran dañar el sistema solar fotovoltaico.
48 BIBLOGRAFÍA
[1] R Ladino, “La Energía solar fotovoltaica como factor de desarrollo en zonas rurales de Colombia”, tesis magister, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia,2011. [2] M. Valenzuela, "Tecnologías Solar-Eólica-Hidrogeno-Pilas de Combustible como fuente de energía", "Capitulo1: Celdas Solares", Primera edición, México, 2009. [3] W. Clemente, "Optimización del Sistema Solar Fotovoltaico para la generación de energía eléctrica en zonas alejadas alto andinas", tesis magister, Universidad Nacional del Centro del Perú, Huancayo, Perú, 2014.
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[5] P. Valdiviezo, “Diseño de un sistema fotovoltaico para el suministro de energía eléctrica a 15 computadoras portátiles PUCP”, tesis profesional, Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, 2014.
[6] R. E. Tafur, "Electrificación Rural con sistema fotovoltaico doméstico (SFD)", tesis profesional, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú, 2006.
[7] M. Gutiérrez, “Manual de instalación y mantenimiento de sistemas solares fotovoltaicos”, Proyecto de trabajo comunal universitario, 2002.
[8] E. Jadraque, “Uso de energía solar fotovoltaica como fuente para el suministro de energía eléctrica en el sector residencial”, tesis doctoral, Universidad de Granada, Granada, 2011.
[9] C. Pérez, “Aplicaciones de paneles solares para el tratamiento térmico de suelos de invierno”, tesis doctoral, Córdoba, 2007.
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[11] M.A. Abella, “Dimensionamiento de Sistemas Fotovoltaicos autónomos”, quinta edición, España, 2005.
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https://deltavolt.pe/atlas/atlassolar
, [Accedido: Abr 15, 2019].[13] «Damia Solar» 10 Marzo 2016. [En línea]. Available: https://www.damiasolar.com/actualidad/blog/articulos-sobre-la-energia-solar-y-sus-componentes/conexion-paneles-solares-en-serie-en-paralelo_1. [Último acceso: 15 03 2019].
[14] “HiperLink Tecnologies” 14 de Octubre del 2010 [En Linea] Avaigable:
49 [16] “NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources”, 30/01/2018 [En Linea]
Avaigable: https://power.larc.nasa.gov/. [ Ultimo Acceso: 15 05 2019].
[17] N. Edgar, “Dimensionamiento y evaluacion económica de SFV”, XVIII Simposio Peruano de Energía Solar, centro de energías renovables y Uso Racional de la Energía, Universidad Nacional de Ingeniería, 2011.
[18] “Delta Volt” 2019. [En Línea] Disponible en: hhttps://deltavolt.pe/energia-renovable/renovable-peru, [Accedido: Mayo 21, 2019].
[19] I. López, “Estudio de viabilidad y dimensionamiento de un sistema fotovoltaico para el área del estacionamiento del Ciermad” Tesis de Magister, centro de investigaciones de Materiales Avanzados, Chihuahua, 2013.
[20] ”Emeisa”,2016. [En Línea] Disponible en: http://www.emeisa.com.mx/rl.php, [Accedido: Jun 19, 2019].
55 GLOSARIO
Ecosistema: Es el conjunto biológico constituido por una gran comunidad de seres vivos y el habitad natural.
Radiación solar: Son las radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol.
Sistema solar fotovoltaico: Es denominado una fuente no contaminante de energía
que produce electricidad y que es de origen renovable.
Energía solar: Es la energía que se aprovecha a través de las ondas electromagnéticas
que ingresan a la superficie de la tierra.
Fotosíntesis: Es el proceso de transformación de energía luminosa en energía química Inversor de corriente: es aquella que transforma la corriente continua de entrada en
corriente alterna de salida.
Controlador de carga: Es aquel instrumento que protege a la batería de una
sobrecarga.
Células solares: Son aquellas placas que forman un módulo o panel fotovoltaico.
Paneles monocristalinos: Son paneles solares que absorben mayor radiación solar
respecto a los otros tipos de paneles solares.
Horas pico solar: Son las horas donde el sol se encuentra irradiando mayor cantidad
de energía luminosa.
Radiación en albedo: Es la radiación que se produce por el reflejo que se genera en
una la superficie del sistema solar fotovoltaico, cuando la radiación del sol incide sobre ella.
Antena tipo extendida: Es el tipo de antenas de menor cobertura, la cual se utiliza para
zonas de poca población.
Ampere Hora: E Indica la cantidad de carga eléctrica que pasa por los terminales de un
