De acuerdo con la normativa de la Universidad Nacional del Callao, esta investigación consta de 6 fases. 12 En la tercera parte de la presente investigación se detallan las hipótesis y las variables.
Descripción de la realidad problemática
En la región de Cajamarca existe una gran cantidad de centros poblados que no cuentan con energía eléctrica, uno de ellos es el Anexo Quebrada Honda, ubicado en el distrito de Catache, provincia de Santa Cruz, departamento de Cajamarca. Esta localidad es una zona aislada y de difícil acceso, por lo que se encuentra limitada en las inversiones de proyectos de electrificación rural.
Formulación del problema
Problema General
Problemas específicos
Objetivos
Objetivo General
Objetivos Específicos
Limitantes de la investigación
Teórico
Temporal
Espacial
Determinar la ubicación óptima del sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado para electrificación rural en el anexo Quebrada Honda, distrito de Catache-Cajamarca. La investigación actual se limita al sector rural de la región montañosa del Perú; El anexo Quebrada Honda se encuentra ubicado en el distrito de Catache, provincia de Santa Cruz, departamento de Cajamarca.
MARCO TEÓRICO 18
Antecedentes Internacionales
En el informe de investigación titulado “AVANCES EN TECNOLOGÍA PARA LA ADQUISICIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A TRAVÉS DE SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR Y EÓLICA”, presentado por Rey Benavides Daniel Juliana, Ayala Mogollón Edwin y Barney Jaimes Julián, Colombia, en el año 2019. El informe de investigación antes mencionado nos presenta al uso. de dos tecnologías: energía solar fotovoltaica y energía eólica para la obtención de electricidad en Colombia, explicando el análisis para el diseño y simulación.
Antecedentes Nacionales
Debido a los buenos recursos eólicos y solares presentes en el sector, se decidió utilizar la radiación solar para generar electricidad. 23 La tesis en cuestión diseñó una planta de energía eólica fotovoltaica de 50 kVA que aprovecha la radiación solar y la velocidad del viento en el anexo del asentamiento Chaucalla.
Bases teóricas
- Energía Eólica
- El viento
- Energía del viento
- La velocidad del viento
- Instrumentos de medición del viento
- Distribución de direcciones
- Ley de Betz
- Distribución de Weibull
- Energía eólica en el Perú
- Energía Solar
- Recurso solar
- Sistema Sol-Tierra
- Radiación solar
- Radiación Solar Extraterrestre
- Radiación solar terrestre
- Medición de la energía solar incidente sobre el suelo
- Radiación solar en el Perú
Determinación del cambio en la velocidad del viento promedio, estacionario o meteorológico (velocidad promedio durante 10 minutos). Albedo: Es la fracción de radiación reflejada desde la superficie de la tierra o cualquier otra superficie.
Conceptual
- Aerogenerador
- Sistema fotovoltaico
- Sistema de generación eléctrica por hibridación
- Sistema híbrido eólico fotovoltaico autónomo
- Generador eléctrico
- LCOE
- El valor actual neto (VAN)
- La tasa interna de retorno (TIR)
- Software Homer Pro
Intensidad máxima de potencia (𝑰𝑷𝒎á𝒙): Es el valor de la corriente que puede entregar el panel cuando trabaja a máxima potencia. Es el valor de tensión cuando la potencia es máxima, también cuando el panel entrega la máxima corriente. También evita que se produzcan variaciones de corriente de carga en la fuente primaria, proporcionando un efecto de aislamiento.
Son elementos que permiten adaptar las características de la potencia generada por un sistema fotovoltaico a la demanda total o parcial de las aplicaciones” (Sánchez Maza, 2011 p. 91).
Definición de términos básicos
Conexión en paralelo: Método de conexión en el que se unen todos los terminales positivos y negativos. Conexión en serie: Método de conexión en el que el terminal positivo de un módulo se conecta al terminal negativo del siguiente, y así sucesivamente. Corriente de cortocircuito: Corriente medida en condiciones de cortocircuito en los terminales de un módulo.
Irradiancia: es la cantidad de radiación recibida en un determinado período de tiempo, es decir, la potencia recibida por unidad de tiempo y por unidad de área.
HIPÓTESIS Y VARIABLES 77
- Hipótesis General
- Hipótesis Específicas
- Definición conceptual de variables
- Variable Dependiente
- Variable Independiente
- Operacionalización de variable
- Tipo y diseño de investigación
- Método de investigación
- Población y muestra
- Lugar de estudio y periodo desarrollado
- Técnicas e instrumentos para la recolección de la información
- Análisis y procesamiento de datos
Según César Augusto Bernal Torres en su libro “Metodología de la Investigación” afirma: “Este método de razonamiento consiste en sacar conclusiones generales para obtener explicaciones particulares. Según César Augusto Bernal Torres en su libro “Metodología de la Investigación” afirma: “Técnica basada sobre registros bibliográficos, cuya finalidad es analizar el material impreso. Fuente: Elaborado con base en datos de la investigación realizada en el Anexo Quebrada Honda, 2020.
Fuente: Elaboración propia con datos de la investigación realizada en el Anexo Quebrada Honda, 2021.
RESULTADOS 85
Ubicación
Determinación de la demanda máxima proyectada
El anexo Quebrada Honda, según la norma DGE/MEM, pertenece a una zona rural de localidades tipo II, que son conjuntos de casas ubicadas en zonas rurales que aún no tienen configuración urbana o se encuentran en inicio. De la Figura 24 podemos observar que en la hora 16 existe un mayor uso de electrodomésticos con una potencia máxima de consumo de 360 W. Considerando que las 12 viviendas familiares existentes en el Anexo Quebrada Honda tienen la misma demanda energética promedio, obtenemos los siguientes valores se muestra en la Tabla 7. Anexo Demanda Residencial Quebrada Honda DEMANDA RURAL. Para encontrar la energía necesaria que aporta el sistema híbrido, sumamos las pérdidas que se producen durante el consumo diario, para lo cual determinamos las pérdidas que producen los equipos que componen el sistema.
Sustituyendo los datos en la ecuación según la selección obtenemos R=0,675 por lo que la energía requerida es 2768,88 Wh/día.
Evaluación del recurso energético
- Recurso energético solar
- Recurso energético eólico
Se utilizó la siguiente fórmula para determinar la velocidad y dirección del viento previstas a una altura de 10 m: 94 En la Tabla 10 se muestra que el rango de velocidad de 4 a 5 m/s representa un mayor número de repeticiones. Valores gamma según parámetro k. Con la ayuda de la tabla 11 de valores gamma según el parámetro k, encontramos la velocidad promedio según la siguiente fórmula:.
Sustituimos el valor del parámetro de escala c en la ecuación por la expresión analítica según Lysen: 𝐺.
Determinación y selección de los componentes de un sistema
Obtenemos que para un valor de k=5,256, el valor de la función gamma es 0,92146, que sustituimos en la ecuación que da como resultado el valor de la velocidad media:. Conociendo el valor de la demanda energética total registrado en la tabla, tomamos este valor para seleccionar nuestro inversor utilizando un factor de seguridad de 1,25. Determinamos el número de acumuladores o baterías en función del valor de la capacidad total necesaria para nuestro sistema solar, ya que la energía acumulada será recolectada del recurso solar.
Para calcular la sección transversal de los conductores a utilizar en las conexiones eléctricas de equipo a equipo, se determinó mediante la siguiente fórmula 𝑆 = 2𝑥𝜌𝑥𝐿𝑥𝐼. Selección de pilotos por equipo.
Evaluación del sistema eólico
Sustituimos la velocidad media obtenida del apartado 5.4.2. en la fórmula del Potencial Eólico, teniendo también en cuenta el valor del radio del aerogenerador seleccionado. Según los datos obtenidos en el punto 5.2, nuestro aerogenerador debería ser de baja potencia y tener una velocidad de arranque baja, considerando que la velocidad media obtenida es de 4,1 m/s. La torre debe estar anclada y fijada firmemente al suelo, con cimentación de concreto, la torre debe estar vertical y nivelada para evitar un mal funcionamiento.
Para una torre de base pequeña se utilizan entre 3 o 4 pernos de sujeción, los cuales son de 6 mm de espesor, teniendo en cuenta que la torre debe fijarse por debajo del diámetro de las hélices.
Sistema de protección y puesta a tierra
El sistema de conexión a tierra ayuda a proteger la vida humana y los equipos contra descargas eléctricas y cortocircuitos. El aditivo ayudará a expulsar las secreciones y evitar daños en nuestro sistema, para ello contamos con tres tratamientos que son los más utilizados: Bentonita, una mezcla de cloruro de sodio y carbón en gel y Gel. Finalmente se coloca el cable de conexión junto con el electrodo de cobre y continuamos con la conexión de la puesta a tierra y la conexión de las estructuras y equipos del sistema.
Generación eléctrica del sistema híbrido
Determinación de la evaluación económica
El precio de la gasolina de 84 octanos es de aproximadamente 12 soles por galón, lo que resulta en el costo total del consumo de combustible por año de 3912 soles. Además del consumo también se debe realizar un mantenimiento, en este caso consideraremos el 5% del coste del equipo. Costo GE: Costo generador eléctrico Costo combustible: Costo combustible Costo mant: Costo mantenimiento.
El costo de la energía con un generador es alto, se ve que el aumento del costo viene dado por el uso de combustible, que también es una fuente contaminante.
Presupuesto de inversión del sistema híbrido (Alternativa Nº1) . 116
Presupuesto de inversión del sistema híbrido (Alternativa No. 1) En las siguientes tablas se muestra el costo en soles del equipo y. En la siguiente Tabla 23 estimamos la vida útil del equipo y el número de reemplazos que se realizarán. El mantenimiento del sistema híbrido es una acción responsable para mantener los equipos para su buen funcionamiento durante su vida útil, en este caso los residentes deben estar capacitados para dicho mantenimiento o vigilancia visual, para ello deben continuar con la Revisión de todos los equipos que conforma el sistema.
El mantenimiento anual se debe realizar revisando el ángulo de inclinación de los paneles, si hay sombra, verificando el estado de las aspas y midiendo el voltaje y amperaje para asegurar que estén dentro de parámetros.
Cálculo de VAN y TIR
Determinación del LCOE
Simulación con el software Homer Pro
Para el dimensionamiento se utilizó un panel fotovoltaico policristalino de 200 W, como se muestra en la Figura 37. Para mantener el voltaje y almacenar la energía generada por el aerogenerador y el panel fotovoltaico. Luego se muestra en la figura 40, obtenida en la simulación del diseño realizada en el software Homer.
128 Fuente: Tomado de “Esquema del sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado”, obtenido mediante el software Homer Pro.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS 130
Contrastación de la hipótesis general
Contrastación de la las hipótesis específicas
De establecerse la ubicación óptima del sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado se logrará un buen funcionamiento de la electrificación rural en el anexo Quebrada Honda, distrito de Catache-Cajamarca. La ubicación óptima de los paneles solares, la turbina eólica, las baterías se determinó tomando en cuenta la ubicación demográfica de las 12 viviendas, para lograr el correcto funcionamiento del sistema en el Anexo Quebrada Honda. El sistema estará ubicado a 10 m de cada casa, el panel tendrá un ángulo de inclinación de 15° y estará ubicado a 5 m de la casa, el aerogenerador estará a una altura de 10 m.
Contrastación de los resultados con otros estudios similares
DISEÑO DE UN SISTEMA EÓLICO-HÍBRIDO FOTOVOLTAICO AISLADO PARA ELECTRIFICACIÓN RURAL EN EL ANEXO QUEBRADA HONDA, DISTRITO CATACHE-CAJAMARCA”. Cómo diseñar un sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado para la electrificación rural en el anexo Quebrada Honda, distrito de Catache-Cajamarca. Cómo determinar los parámetros de diseño para la adecuación del sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado para electrificación rural en el anexo Quebrada Honda, distrito de Catache-Cajamarca.
Determinar los parámetros de diseño para dimensionar el sistema híbrido eólico fotovoltaico aislado para electrificación rural en el Anexo Quebrada Honda, Distrito de Catache.
