Las variables de esta investigación se clasifican en variable dependiente y variable independiente y son designadas como sigue a continuación:
Variable Dependiente: Diseño de una .Planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
Variable Independiente: Factores que tienen influencia.
A continuación se expone el detalle de la operacionalización de variables:
105 MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
“ANÁLISIS DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE UNA PLANTA FOTOVOLTAICA DE 40MW UBICADA EN EL VALLE DEL MANTARO”
VARIABLE DIMENSIÓN SUB DIMENSIÓN INDICADORES ITEMS
DISEÑO DE UNA PLANTA FOTOVOLTAICA DE 40 MW UBICADA EN EL VALLE DEL MANTARO Viabilidad
VAN (Valor actual neto) Si el VAN < 0, no hay viabilidad.
Si el VAN = 0, es indiferente.
Si el VAN > 0, hay viabilidad.
Se calcula en base a los flujos de caja de los costes de construcción, operación y mantenimiento
proyectados a una tasa de retorno dada y el valor de la inversión inicial.
TIR (Tasa interna de retorno)
Si la TIR < Tasa de retorno, no hay viabilidad.
Si la TIR > Tasa de retorno, hay viabilidad.
La TIR es equivalente al valor de la tasa de retorno cuando el VAN se hace cero.
PAY BACK (Tiempo de retorno dela inversión.
Menores tiempos de retorno son mejores indicadores para la viabilidad de un proyecto. En proyectos fotovoltaicos, tiempos de retorno de 7 u 8 años son un buen indicador de viabilidad.
Se calcula con los flujos de caja y el costo de inversión.
ROE (Rentabilidad financiera)
SI la ROE < 1 , el proyecto no tiene viabilidad
SI la ROE > 1 , el proyecto tiene viabilidad
Se calcula dividiendo el beneficio neto entre la inversión. El beneficio neto es aquel beneficio después de descontar los impuestos).
Potencia instalada(MW)
Valor referencial de potencia producida por la suma de todos los paneles fotovoltaicos instalados en la planta. Se expresa en MW y es la que se obtiene a irradiaciones de 1000 W/m2 en condiciones óptimas por el sistema de generación antes de las pérdidas.
La potencia instalada de nuestras plantas será de 40 MW.
Energía
Energía generada (MWh) Indica la energía generada por nuestra planta (descontando ya todas las pérdidas), expresada generalmente en MWh
mensuales o anuales.
La energía generada dependerá de la tecnología utilizada y de las
condiciones climatológicas de la zona.
106 MATRIZ DE OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
“ANÁLISIS DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE UNA PLANTA FOTOVOLTAICA DE 40MW UBICADA EN EL VALLE DEL MANTARO”
VARIABLE DIMENSIÓN SUB DIMENSIÓN INDICADORES ITEMS
FACTORES QUE TIENEN INFLUENCIA
Factores Climatológicos
Factores Técnicos
Radiación Solar (Irradiancia en W/m2 por día)
Valor promedio del espectro lumínico de la radiación solar expresado de W/m2 por día.
Registrada por un instrumento de la Estación Meteorológica de la Universidad Continental, PVGIS de la European Comission y el SENAMHI.
Nubosidad (KT = Evaluado por una constante de nubosidad equivalente a la transmitividad atmosférica.
Valor calculado teóricamente con datos meteorológicos o como el cociente de las radiaciones global / extraterrestre.
Precipitación (mm) Cantidad de agua de lluvia precipitada
por unidad de superficie. Registrada por un instrumento de la Estación Meteorológica de la Universidad Continental.
Temperatura (oC) Definida por el grado o nivel térmico de
la atmósfera. Registrada por un instrumento de la Estación Meteorológica de la Universidad Continental.
Rendimiento del tipo de
panel fotovoltaico Valor porcentual o decimal, del valor real vs el valor teórico de la energía obtenida por cada tipo de panel fotovoltaico, el cual estará directamente influenciado por la eficiencia del material semiconductor y su coeficiente de pérdidas por temperatura.
Valores dados por el fabricante del panel fotovoltaico.
Rendimiento de la
estructura de soporte Valor porcentual del valor real vs el valor teórico de la energía obtenida según el tipo de estructura (Fija o con seguidor) debido a la corrección por inclinación.
Valores calculados con metodología de cálculo propuesta.
107 Factores
Económicos
Costo (USD $) Costo total de todas las obra civiles, obras electromecánicas, proyecto, dirección de obra, commisioning para cada alternativa evaluada.
Se calcula en base a los flujos de caja de los costes de construcción, operación y mantenimiento proyectados a una tasa de retorno dada.
Beneficio Neto (USD $) Es el rédito económico por la generación de energía eléctrica, los CERs de los bonos de carbono y el valor residual de la planta.
Para el cálculo del Beneficio neto se trabaja con los flujos actualizados en el tiempo y se consideran deducciones por impuestos.
Tasa de descuento (%) Es la tasa financiera equivalente a la de poner el dinero de la inversión en un banco o invertirla en fondos mutuos o en acciones.
Se considera una tasa de 10% para este proyecto.
108
CAPITULO II
DISEÑO METODOLOGICO
2.1. Tipo y nivel de investigación 2.1.1. Tipo de investigación
Por su finalidad: Aplicada, ya que según Sampieri R. (2010) esta metodología va a permitir analizar y estudiar las variables de este trabajo a fin de describir los diferentes cuestionamientos investigados para ello el uso de las diferentes herramientas para la recolección de datos. A su vez el método experimental propone procedimientos para la exposición y manipulación de una de las variables a fin de estudiar y proporcionar datos cuantitativos.
Por su alcance: Longitudinal, ya que esta investigación se realizará en diferentes periodos con datos obtenidos entre los años 2015 -2016.
Por su profundidad: Descriptivo, ya que describe las características de un fenómeno, sujeto o población a estudiar.
Por sus fuentes: Cuantitativa, ya que con los datos obtenidos y estudiados se hará el uso de diferentes herramientas, estadísticas y matemáticas para la obtención de resultados.
2.1.2. Nivel de investigación
Mediante un nivel descriptivo - correlacional, el presente estudio pretende detallar situaciones y eventos, es decir como es y cómo se manifiesta determinado fenómeno y busca especificar propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier fenómeno que sea sometido a análisis.
2.2. Métodos de investigación 2.2.1. Método general.
Se utilizó el método científico como una herramienta de investigación, el cual parte de un conjunto de procedimientos que va a permitir explicar, resolver y producir conocimiento de las preguntas formuladas en este trabajo.
2.2.2. Método específico
Se ha utilizado un método descriptivo – cuasi-experimental, ya que mediante simulaciones con software especializado y el uso de datos de radiación solar, humedad, precipitación y nubosidad de un punto específico en la zona se evaluó el comportamiento de una Planta Fotovoltaica de 40 MW. Esta metodología ha permitido
109 analizar y estudiar las variables de este trabajo a fin de describir los diferentes cuestionamientos investigados a partir de un caso particular y que mediante el modelamiento con DigSilent Power Factory se pudo analizar el comportamiento de los elementos que componen la PV Valle del Mantaro así como los efectos causados por su interconexión al SEIN en la red de 60 KV del Sistema Valle del Mantaro de ELECTROCENTRO S:A.
2.3. Diseño de la investigación
El estudio utilizó un diseño cuasi-experimental, ya que mediante la manipulación de la variable independiente se intenta analizar el comportamiento de la variable dependiente seleccionando la muestra en un lugar específico.
La estrategia a utilizada involucra el uso del DigSilent Power Factory como software de simulación, el cual permitió simular el comportamiento una planta fotovoltaica que opera bajo las condiciones meteorológicas del Valle del Mantaro (tomando como referencia datos meteorológicos de la ciudad de Huancayo) mediante su representación matemática con el uso modelos, los que para su funcionamiento utilizan los datos de la radiación solar, humedad, precipitación y temperatura de la zona, de esta manera se analizó la correlación que existe entre los parámetros meteorológicos de la zona y la producción de energía del sistema. Para el análisis correlacional se ha usado métodos estadísticos como ANOVA y PEARSON.
Se realizó también un análisis económico con las posibles alternativas para la construcción de la planta, en el cual se calcularon los indicadores financieros VAN , TIR, ROE y PAYBACK para las 4 alternativas propuestas.
2.4. Población y muestra 2.4.1. Población
La población de nuestra investigación está constituida por una planta fotovoltaica de 40 MW en el valle del Mantaro y todos los datos relacionados a los factores que tienen influencia en su diseño, tomados en un periodo comprendido entre los años 2015 y 2016.
2.4.2. Muestra
La muestra de datos a tomar ha sido la de los valores registrados correspondientes a 12 meses de operación del sistema fotovoltaico durante las estaciones de verano, otoño, invierno y primavera. Para ello se trabajó con datos meteorológicos de los años 2015 y 2016 de irradiación, precipitación y temperatura del Valle del Mantaro los cuales fueron seleccionados por el investigador en forma
110 discrecional. Así también se ha considerado el diseño del SEIN con proyectos actualizados para el 2020 y 2021 para su modelamiento en DigSilent.
2.4.3. Técnicas de Muestreo
2.5. Técnicas e instrumentos de recopilación de datos
Análisis documental, mediante la recopilación de datos meteorológicos del SENAMHI, PVGIS de la European Comission y de la Estación Meteorológica de la Universidad Continental.
Guías de observación de campo, para la recopilación de datos de campo como radiación solar y otros parámetros requeridos en la investigación se utilizaron como instrumentos formatos creados por el autor para tal fin.
Uso de Dataloger, Instrumento usado para recopilación de parámetros de tensión y corriente del sistema fotovoltaico de prueba. Además se usaron voltímetros y amperímetros, cuyos datos han sido también recopilados por personal técnico.
2.6. Técnicas de procesamiento de datos
El tipo de análisis es estadístico, el cual utilizó una prueba de hipótesis con el uso de ANOVA y el Índice de Correlación de Pearson. Para probar la hipótesis se ha hecho uso de EXCEL y SPSS.
Se ha utilizado DigSilent Power Factory para realizar las simulaciones de la planta fotovoltaica, realizando un modelamiento del funcionamiento del sistema fotovoltaico y sus diferentes equipos de protección, teniendo en cuenta los diferentes parámetros de diseño. Así también se ha usado este software para la evaluación de la estabilidad del sistema eléctrico de potencia del Valle del Mantaro tras la entrada en servicio de nuestra planta fotovoltaica de 40 MW evaluando el comportamiento de los flujos de potencia y el comportamiento del sistema ante posibles fallas.
111 MATRIZ DE CONSISTENCIA
“ANÁLISIS DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DE UNA PLANTA FOTOVOLTAICA DE 40MW UBICADA EN EL VALLE DEL MANTARO”
PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES E INDICADORES METODOLOGÍA
Problema General:
¿Cuáles son los factores que influyen en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro?
Objetivo General:
Determinar cuáles son los factores que influyen en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
Hipótesis General
Existen factores que tienen influencia en la operación de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
Variables
Variable Independiente (x) : Factores que tienen influencia
Dimensiones:
Factores Climatológicos
Factores Técnicos
Factores Económicos
Variable Dependiente (y):
Planta Fotovoltaica de 40 MW ubicada en el Valle del Mantaro
Dimensiones
Energía
Viabilidad
Método de Inv.: Científico, descriptivo – experimental
Nivel de Inv.: Correlacional - Descriptivo
Tipo de Inv.: Aplicada, Longitudinal, descriptiva, cuantitativa.
Diseño de Inv.:
Experimental
Población y muestra:
Planta Fotovoltaica de 40 MW ubicada en el Valle del Mantaro y Datos de 12 meses
Técnicas de recolección de datos:
Análisis Documental
Guías de Observación de Campo
Datalogger
Técnicas de procesamiento de datos:
ANOVA y PEARSON Problemas Específicos
A. ¿Cómo influirán factores climatológicos de nubosidad, radiación solar y precipitación en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro?
B. ¿Cómo influirán factores técnicos de rendimiento del tipo de panel fotovoltaico y rendimiento de la estructura de soporte en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro?
C. ¿Cómo influirán factores económicos de costo, beneficio y tasa de retorno en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.?
Objetivos Específicos A. Determinar cómo influirán factores climatológicos como la nubosidad, radiación solar y precipitación en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
B. Determinar cómo influirán factores técnicos como el rendimiento del tipo de panel fotovoltaico y rendimiento de la estructura de soporte en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
C. Determinar cómo influirán factores económicos de costo, beneficio y tasa de retorno en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
Hipótesis específicas A. Existe una influencia de factores climatológicos de nubosidad, precipitación y la radiación solar en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
B. Existe una influencia de factores técnicos como el rendimiento del tipo de panel fotovoltaico y rendimiento de la estructura de soporte en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
C. Existe una influencia de factores económicos de costo, beneficio y tasa de retorno en el diseño de una planta fotovoltaica de 40 MW, ubicada en el Valle del Mantaro.
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