“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”
“FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA”
“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA”
Tesis
“DISEÑO DEL SISTEMA DE FOTOVOLTAICO PARA ATENDER INCREMENTO DE CARGA EN LAS INSTALACIONES DE LA EMPRESA FAMESA”
Código CTI: “03030007 Uso eficiente de la energía en el sector industrial”
Código Unesco: “33065 Ingeniería y Tecnologías Energéticas”
Para optar el título profesional de:
Ingeniero Electricista
Presentado por:
Angel Clif Hinostroza Meza
Huancayo - Perú 2023 Caratula
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Av. MARISCAL CASTILLA N° 3909 – 4089 – El Tambo Huancayo Pab. “C” – Ciudad Universitaria
Teléfono (): 064-481060 anexos 7213,7204 (064-481181),7203 y 7206 Web.: https://fieeuncp.edu.pe
E-mail: [email protected]
“AÑO ”
INFORME Nº 010-2023-DECH-FIEE-UNCP
DE : MSc. David Elvis Condezo Hurtado Docente asesor
A : Dr. Bartolomé Sáenz Loayza
Decano de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica ASUNTO : Informe de Índice de Similitud - Bach. Angel Clif Hinostroza Meza FECHA : Ciudad Universitaria, 03 de abril de 2023
Por medio del presente me dirijo a su despacho para saludarlo cordialmente y así mismo informar, que el borrador de Tesis titulada: “DISEÑO DEL SISTEMA DE FOTOVOLTAICO PARA ATENDER INCREMENTO DE CARGA EN LAS INSTALACIONES DE LA EMPRESA FAMESA”, contiene 6% DE ÍNDICE DE SIMILITUD según el software TURNITIN, cumpliendo con las disposiciones respectivas.
Sin otro particular, hago propicia la ocasión para reiterarle las muestras de mi especial consideración y estima personal.
Atentamente,
MSc. David Elvis Condezo Hurtado Asesor
6 %
INDICE DE SIMILITUD
6 %
FUENTES DE INTERNET
1 %
PUBLICACIONES
4 %
TRABAJOS DEL ESTUDIANTE
1 2 %
2 1 %
3 1 %
4 1 %
5 < 1 %
6 < 1 %
7 < 1 %
8 < 1 %
9
Angel Clif Hinostroza Meza-TESIS
INFORME DE ORIGINALIDAD
FUENTES PRIMARIAS
Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru
Trabajo del estudiante
repositorio.uncp.edu.pe
Fuente de Internet
repositorio.upla.edu.pe
Fuente de Internet
repositorio.ucv.edu.pe
Fuente de Internet
cdn.www.gob.pe
Fuente de Internet
repositorio.unac.edu.pe
Fuente de Internet
Submitted to Universidad Continental
Trabajo del estudiante
repositorio.uap.edu.pe
Fuente de Internet
hdl.handle.net
Fuente de Internet
Asesor: M.Sc. David Elvis Condezo Hurtado
< 1 %
10 < 1 %
11 < 1 %
12 < 1 %
13 < 1 %
14 < 1 %
15 < 1 %
Excluir citas Activo Excluir bibliografía Activo
Excluir coincidencias < 15 words
Submitted to UNIV DE LAS AMERICAS
Trabajo del estudiante
distancia.udh.edu.pe
Fuente de Internet
Submitted to Universidad de Cundinamarca
Trabajo del estudiante
Submitted to unasam
Trabajo del estudiante
Submitted to Universidad Europea de Madrid
Trabajo del estudiante
repositorio.unh.edu.pe
Fuente de Internet
Asesor: M.Sc. David Elvis Condezo Hurtado
I Asesor
MSc. David Elvis Condezo Hurtado
II Dedicatoria
Dedico esta tesis a mis padres y hermanos que siempre me impulsaron a superarme y fueron un apoyo incondicional para lograr esta meta importante en mi vida.
III Agradecimiento
Agradezco a Dios, a la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UNCP y a todos los ingenieros que fueron parte de mi formación profesional.
IV Índice
Asesor ... I Dedicatoria ... II Agradecimiento ... III Índice... IV Índice de figuras ... XI Índice de tablas ... XV Resumen ... XVII Abstrac ... XVIII
Introducción ... 19
Capítulo I Caracterización del problema de investigación ... 20
1.1 Planteamiento del problema ... 20
1.2 Formulación del problema ... 21
1.2.1 Problema general ... 21
1.2.2 Problemas específicos ... 21
1.3 Objetivos de la investigación ... 22
1.3.1 Objetivo general ... 22
1.3.2 Objetivos específicos ... 22
1.4 Justificación ... 23
1.4.1 Justificación teórica ... 23
1.4.2 Justificación practica ... 23
1.4.3 Justificación metodológica... 23
1.5 Delimitación ... 23
1.5.1 Delimitación espacial ... 23
1.5.2 Delimitación temporal ... 24
V
Capítulo II Marco teórico... 25
2.1 Antecedentes de la investigación ... 25
2.1.1 Antecedentes Internacionales ... 25
2.1.2 Antecedentes nacionales ... 27
2.1.3 Antecedentes regionales... 29
2.2 Bases teóricas ... 31
2.2.1 Radiación solar... 31
2.2.2 Sistemas fotovoltaicos ... 32
2.2.2.1 Elementos de un sistema fotovoltaico ... 32
2.2.2.2 Cálculo de los elementos del sistema fotovoltaico ... 36
2.3 Conceptos teóricos ... 38
2.4 Hipótesis de investigación ... 39
2.4.1 Hipótesis general ... 39
2.4.2 Hipótesis especificas ... 39
2.5 Variables de la investigación... 39
2.5.1 Variable de independiente ... 39
2.5.2 Variable dependiente ... 40
2.6 Operacionalización de variables... 40
Capitulo III Metodología de la investigación ... 41
3.1 Método de la investigación ... 41
3.2 Tipo de investigación ... 42
3.3 Nivel de investigación ... 42
3.4 Diseño de la investigación... 42
3.5 Población ... 43
3.6 Muestra ... 43
VI
3.7 Método de recolección de datos ... 43
3.8 Instrumento de recolección de datos ... 43
Capítulo IV Resultados ... 44
4.1 Demanda de energía eléctrica ... 44
4.2 Evaluación del recurso energético... 46
4.2.1 Evaluación energético solar de la S.E. N°02 ... 49
4.2.1.1 Información del sitio ... 49
4.2.1.2 Sistema de configuración ... 50
4.2.1.3 Promedios anuales ... 51
4.2.1.4 Promedios anuales ... 51
4.2.1.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 51
4.2.2 Evaluación energético solar de la S.E. N°03 ... 53
4.2.2.1 Información del sitio ... 53
4.2.2.2 Sistema de configuración ... 54
4.2.2.3 Promedios anuales ... 54
4.2.2.4 Promedios anuales ... 55
4.2.2.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 55
4.2.3 Evaluación energético solar de la S.E. N°05 ... 57
4.2.3.1 Información del sitio ... 57
4.2.3.2 Sistema de configuración ... 58
4.2.3.3 Promedios anuales ... 58
4.2.3.4 Promedios anuales ... 59
4.2.3.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 59
4.2.4 Evaluación energético solar de la S.E. N°09 ... 61
4.2.4.1 Información del sitio ... 61
VII
4.2.4.2 Sistema de configuración ... 62
4.2.4.3 Promedios anuales ... 63
4.2.4.4 Promedios anuales ... 63
4.2.4.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 63
4.2.5 Evaluación energético solar de la S.E. N°10 ... 65
4.2.5.1 Información del sitio ... 65
4.2.5.2 Sistema de configuración ... 66
4.2.5.3 Promedios anuales ... 67
4.2.5.4 Promedios anuales ... 67
4.2.5.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 67
4.2.6 Evaluación energético solar de la S.E. N°11 ... 69
4.2.6.1 Información del sitio ... 69
4.2.6.2 Sistema de configuración ... 70
4.2.6.3 Promedios anuales ... 71
4.2.6.4 Promedios anuales ... 71
4.2.6.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 71
4.2.7 Evaluación energético solar de la S.E. N°12 ... 73
4.2.7.1 Información del sitio ... 73
4.2.7.2 Sistema de configuración ... 74
4.2.7.3 Promedios anuales ... 74
4.2.7.4 Promedios anuales ... 75
4.2.7.5 Promedios de los perfiles horarios de energía ... 75
4.3 Diseño de los generadores fotovoltaicos ... 77
4.3.1 Diseño del generador fotovoltaico 01 ... 77
4.3.1.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 77
VIII
4.3.1.2 Cálculo de baterías ... 78
4.3.1.3 Selección de inversor ... 78
4.3.1.4 Selección de regulador ... 78
4.3.2 Diseño del generador fotovoltaico 02 ... 79
4.3.2.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 79
4.3.2.2 Cálculo de baterías ... 79
4.3.2.3 Selección de inversor ... 80
4.3.2.4 Selección de regulador ... 80
4.3.3 Diseño del generador fotovoltaico 03 ... 81
4.3.3.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 81
4.3.3.2 Cálculo de baterías ... 81
4.3.3.3 Selección de inversor ... 82
4.3.3.4 Selección de regulador ... 82
4.3.4 Diseño del generador fotovoltaico 04 (A) ... 82
4.3.4.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 83
4.3.4.2 Cálculo de baterías ... 83
4.3.4.3 Selección de inversor ... 83
4.3.4.4 Selección de regulador ... 84
4.3.5 Diseño del generador fotovoltaico 04 (B) ... 84
4.3.5.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 84
4.3.5.2 Cálculo de baterías ... 85
4.3.5.3 Selección de inversor ... 85
4.3.5.4 Selección de regulador ... 86
4.3.6 Diseño del generador fotovoltaico 05 ... 86
4.3.6.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 86
IX
4.3.6.2 Cálculo de baterías ... 87
4.3.6.3 Selección de inversor ... 87
4.3.6.4 Selección de regulador ... 87
4.3.7 Diseño del generador fotovoltaico 06 ... 88
4.3.7.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 88
4.3.7.2 Cálculo de baterías ... 88
4.3.7.3 Selección de inversor ... 89
4.3.7.4 Selección de regulador ... 89
4.3.8 Diseño del generador fotovoltaico 07 ... 90
4.3.8.1 Cálculo de los paneles fotovoltaicos ... 90
4.3.8.2 Cálculo de baterías ... 90
4.3.8.3 Selección de inversor ... 91
4.3.8.4 Selección de regulador ... 91
4.4 Resumen de los generadores fotovoltaicos ... 91
4.5 Modelamiento de los generadores fotovoltaicos ... 92
4.5.1 Generador fotovoltaico 01 ... 93
4.5.2 Generador fotovoltaico 02 ... 94
4.5.3 Generador fotovoltaico 03 ... 95
4.5.4 Generador fotovoltaico 04 A ... 96
4.5.5 Generador fotovoltaico 04 B ... 97
4.5.6 Generador fotovoltaico 05 ... 98
4.5.7 Generador fotovoltaico 06 ... 99
4.5.8 Generador fotovoltaico 07 ... 100
4.6 Simulación del sistema eléctrico ... 101
4.6.1 Simulación actual ... 102
X
4.6.2 Simulación con el incremento de carga ... 104
4.7 Prueba de hipótesis ... 111
4.8 Discusión de resultados ... 112
Conclusiones ... 113
Recomendaciones ... 114
Bibliografía ... 115
Anexos ... 117
XI Índice de figuras
Figura 1 Radiación solar ... 32
Figura 2 Ondas electromagnéticas ... 32
Figura 3 Panel solar monocristalino de 450W y 24V ... 33
Figura 4 Especificaciones del panel JAM72S20 445-470/MR ... 33
Figura 5 Batería del tipo gel... 34
Figura 6 Especificaciones técnicas de las baterías del tipo 12V y 300Ah ... 34
Figura 7 Inversor ... 34
Figura 8 Especificaciones técnicas del inversor/cargador MultiPlus 800VA -5KVA ... 35
Figura 9 Regulador ... 35
Figura 10 Especificaciones técnicas de los controladores serie C de 12V y 24 V ... 35
Figura 11 Ubicación de las S.E. ... 48
Figura 12 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°02) ... 49
Figura 13 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°02) ... 49
Figura 14 Ubicación de la S.E. N°02 ... 50
Figura 15 Mapa solar (S.E. N°02) ... 50
Figura 16 Promedio anuales de energía (S.E. N°02) ... 51
Figura 17 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°02) ... 52
Figura 18 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°02) ... 52
Figura 19 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°03) ... 53
Figura 20 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°03) ... 53
Figura 21 Ubicación de la S.E. N°03 ... 54
Figura 22 Mapa solar (S.E. N°03) ... 54
Figura 23 Promedio anuales de energía (S.E. N°03) ... 55
Figura 24 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°03) ... 56
XII
Figura 25 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°03) ... 56
Figura 26 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°05) ... 57
Figura 27 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°05) ... 57
Figura 28 Ubicación de la S.E. N°05 ... 58
Figura 29 Mapa solar (S.E. N°05) ... 58
Figura 30 Promedio anuales de energía (S.E. N°05) ... 59
Figura 31 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°05) ... 60
Figura 32 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°05) ... 60
Figura 33 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N 09)... 61
Figura 34 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°09) ... 61
Figura 35 Ubicación de la S.E. N 09 ... 62
Figura 36 Mapa solar (S.E. N°09) ... 62
Figura 37 Promedio anuales de energía (S.E. N°09) ... 63
Figura 38 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°09) ... 64
Figura 39 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°09) ... 64
Figura 40 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°10) ... 65
Figura 41 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°10) ... 65
Figura 42 Ubicación de la S.E. N°10 ... 66
Figura 43 Mapa solar (S.E. N°10) ... 66
Figura 44 Promedio anuales de energía (S.E. N°10) ... 67
Figura 45 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°10) ... 68
Figura 46 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°10) ... 68
Figura 47 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°11) ... 69
Figura 48 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°11) ... 69
Figura 49 Ubicación de la S.E. N°11 ... 70
XIII
Figura 50 Mapa solar (S.E. N°11) ... 70
Figura 51 Promedio anuales de energía (S.E. N°11) ... 71
Figura 52 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°11) ... 72
Figura 53 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°11) ... 72
Figura 54 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°12) ... 73
Figura 55 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°12) ... 73
Figura 56 Ubicación de la S.E. N°12 ... 74
Figura 57 Mapa solar (S.E. N°12) ... 74
Figura 58 Promedio anuales de energía (S.E. N°12) ... 75
Figura 59 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°12) ... 76
Figura 60 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°12) ... 76
Figura 61 Representación del generador 01... 93
Figura 62 Potencia instalada del generador 01 ... 93
Figura 63 Potencia operación del generador 01 ... 93
Figura 64 Representación del generador 02... 94
Figura 65 Potencia instalada del generador 02 ... 94
Figura 66 Potencia operación del generador 02 ... 94
Figura 67 Representación del generador 03... 95
Figura 68 Potencia instalada del generador 03 ... 95
Figura 69 Potencia operación del generador 03 ... 95
Figura 70 Representación del generador 04A ... 96
Figura 71 Potencia instalada del generador 04A ... 96
Figura 72 Potencia operación del generador 04A ... 96
Figura 73 Representación del generador 04B ... 97
Figura 74 Potencia instalada del generador 04B ... 97
XIV
Figura 75 Potencia operación del generador 04B ... 97
Figura 76 Representación del generador 05... 98
Figura 77 Potencia instalada del generador 05 ... 98
Figura 78 Potencia operación del generador 05 ... 98
Figura 79 Representación del generador 06... 99
Figura 80 Potencia instalada del generador 06 ... 99
Figura 81 Potencia operación del generador 06 ... 99
Figura 82 Representación del generador 07... 100
Figura 83 Potencia instalada del generador 07 ... 100
Figura 84 Potencia operación del generador 07 ... 100
Figura 85 Diagrama de flujo de carga actual ... 102
Figura 86 Resumen del flujo de carga total actual ... 103
Figura 87 Diagrama de flujo de carga con la propuesta ... 104
Figura 88 Resumen del flujo de carga total con la propuesta ... 105
Figura 89 Resultados del flujo de carga 01 ... 106
Figura 90 Resultados de flujo de carga 02 ... 107
Figura 91 Resultados de flujo de carga 03 ... 108
Figura 92 Resultados de flujo de carga 04 ... 109
Figura 93 Resultados de flujo de carga 05 ... 110
XV Índice de tablas
Tabla 1 Demanda actual... 45
Tabla 2 Demanda proyectada... 46
Tabla 3 Coordenadas de Ubicación de las Subestaciones ... 47
Tabla 4 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 01 ... 77
Tabla 5 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 01 ... 78
Tabla 6 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 01 ... 78
Tabla 7 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 01 ... 78
Tabla 8 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 02 ... 79
Tabla 9 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 02 ... 79
Tabla 10 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 02 ... 80
Tabla 11 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 02 ... 80
Tabla 12 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 03 ... 81
Tabla 13 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 03 ... 81
Tabla 14 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 03 ... 82
Tabla 15 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 03 ... 82
Tabla 16 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 04 (A) ... 83
Tabla 17 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 04 (A) ... 83
Tabla 18 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 04 (A) ... 83
Tabla 19 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 04 (A) ... 84
Tabla 20 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 04 (B) ... 84
Tabla 21 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 04 (B) ... 85
Tabla 22 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 04 (B) ... 85
Tabla 23 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 04 (B) ... 86
XVI
Tabla 24 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 05 ... 86
Tabla 25 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 05 ... 87
Tabla 26 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 05 ... 87
Tabla 27 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 05 ... 87
Tabla 28 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 06 ... 88
Tabla 29 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 06 ... 88
Tabla 30 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 06 ... 89
Tabla 31 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 06 ... 89
Tabla 32 Cantidad de paneles del generador fotovoltaico 07 ... 90
Tabla 33 Cantidad de baterías del generador fotovoltaico 07 ... 90
Tabla 34 Cantidad de inversores del generador fotovoltaico 07 ... 91
Tabla 35 Cantidad de reguladores del generador fotovoltaico 07 ... 91
Tabla 36 Resumen de generadores fotovoltaicos... 91
XVII Resumen
La presente investigación tiene como objetivo de diseñar un sistema de generación fotovoltaico para atender el incremento de carga en las instalaciones de la empresa FAMESA.
La metodología utilizada para el desarrollo de la tesis utilizamos el método de la investigación es el sistémico – analítico, el tipo de investigación de la tesis es la aplicada, el nivel de investigación explicativo y el diseño de la investigación de la presente tesis es pre experimental.
El diseño de los generadores se logró primeramente evaluando el recurso energético en los lugares de la instalación con el software Global Solar Atlas, luego se realizaron los cálculos de los elementos importantes del sistema fotovoltaico en programa Excel y luego se modelo y simulo los generadores fotovoltaicos en el programa Digsilent.
Se diseñaron 08 generadores fotovoltaicos que suministraran el incremento de potencia de 700KW a 1746 KW de la empresa FAMESA, la cantidad de paneles solares calculados es de 1514 paneles, la cantidad de baterías calculadas es de 492 baterías, la cantidad de inversores calculados es de 316 inversores y la cantidad de reguladores calculados es de 316 baterías.
XVIII Abstrac
The objective of this research is to design a photovoltaic generation system to meet the increase in load in the facilities of the FAMESA company.
The methodology used for the development of the thesis we use the research method is systemic - analytical, the type of research of the thesis is applied, the level of explanatory research and the research design of this thesis is pre-experimental.
The design of the generators was achieved firstly by evaluating the energy resource in the places of the installation with the Global Solar Atlas software, then the calculations of the important elements of the photovoltaic system were made in Excel program and then the photovoltaic generators were modeled and simulated in the digsilent program.
08 photovoltaic generators were designed to supply the power increase from 700KW to 1746 KW of the FAMESA company, the number of calculated solar panels is 1514 panels, the number of calculated batteries is 492 batteries, the number of calculated inverters is 316 inverters and the number of regulators calculated is 316 batteries.
19 Introducción
La energía eléctrica es el tipo de energía que es necesaria para que los, hogares, comercios e industrias puedan realizar sus diferentes actividades. Según el reporte mundial del marco de seguimiento de las alternativas de energías sostenibles realizados por la Organización de Naciones Unidas, se tiene cerca al 15% de población que no cuenta con esta energía eléctrica.
Por otra parte, las industrias cada vez vienen utilizando este tipo de sistemas fotovoltaicos para suministrar de energía eléctrica a sus instalaciones, por ser una energía económica.
En nuestro país este tipo de sistemas fotovoltaicos viene teniendo mayor aceptación sobre todo en el sector domiciliario, en las industrias y comercio es muy poco la implementación de este tipo de sistemas y si se realiza la implementación de sistemas fotovoltaicos solo es para el sistema de iluminación de las empresas.
La presente tesis titulada “DISEÑO DEL SISTEMA DE FOTOVOLTAICO PARA ATENDER INCREMENTO DE CARGA EN LAS INSTALACIONES DE LA EMPRESA FAMESA”, tiene justificación porque este tipo de sistemas fotovoltaicos es de fácil aprovechamiento y económico en la parte operativa.
La tesis se divide principalmente en cuatro capítulos: Capitulo I del planteamiento del problema, Capitulo II marco teórico, Capitulo III metodología de la investigación y el Capítulo IV la presentación de los resultados.
Capítulo I
Caracterización del problema de investigación
1.1 Planteamiento del problema
La empresa FAMESA EXPLOSIVOS S.AC., ubicada en el km 28 de la autopista de Ancón, en el distrito de Puente Piedra, provincia y departamento de Lima. Actualmente cuenta con un sistema de utilización de uso exclusivo en media tensión en 10kV. El sistema compuesto por una red aérea de aluminio de 3-1x70mm2 del tipo AAAC, conductor de cobre 3-1x35m2 del tipo NKY 8.7/10 kV que abarca 12 subestaciones.
21 La empresa viene implementando nuevos procesos productivos los cuales generan el incremento de la demanda de 700kW a 1746kW con un factor de potencia de 0.85, este incremento de la demanda será necesario cubrir con el fin de seguir ampliando sus procesos. Ante esta problemática, la empresa tenía la opción de solicitar la ampliación el servicio eléctrico a la empresa concesionaria ENEL y para ello ENEL solicita un estudio de coordinación de protecciones de las instalaciones para verificar el sistema de protecciones.
Por lo tanto, en la presente investigación se propone se diseñar un sistema fotovoltaico para atender incremento de carga en las instalaciones de la empresa FAMESA que sirva como opción de suministro eléctrico al incremento de demanda.
1.2 Formulación del problema
1.2.1 Problema general
¿Como atender el incremento de carga en las instalaciones de la empresa FAMESA?
1.2.2 Problemas específicos
Los problemas específicos de la investigación son:
¿Cuál es la cantidad de paneles solares que se utilizara para abastecer el incremento de demanda eléctrica en la empresa FAMESA?
¿Cuál es la cantidad de baterías necesaria que se utilizara para abastecer el incremento de demanda eléctrica en la empresa FAMESA?
22
¿Cuál es la cantidad de inversores que se utilizara para abastecer el incremento de demanda eléctrica en la empresa FAMESA?
¿Cuál es la cantidad de controladores se utilizará para abastecer el incremento de demanda eléctrica en la empresa FAMESA?
1.3 Objetivos de la investigación
La investigación presenta un objetivo general y cuatro específicos.
1.3.1 Objetivo general
Diseñar un sistema de generación fotovoltaico para atender el incremento de carga en las instalaciones de la empresa FAMESA
1.3.2 Objetivos específicos
Calcular la cantidad de paneles solares para diseño del sistema de generación fotovoltaico.
Calcular la cantidad de baterías para diseño del sistema de generación fotovoltaico.
Calcular la cantidad de inversores para diseño del sistema de generación fotovoltaico.
Calcular la cantidad de controladores para diseño del sistema de generación fotovoltaico.
23 1.4 Justificación
1.4.1 Justificación teórica
La presente tesis tiene justificación teórica por la aplicación de la aplicación de la teoría en el diseño de sistemas fotovoltaicos en sistemas industriales, esto permite proponer seguirá mejorando la aplicación de estas energías renovables.
1.4.2 Justificación practica
La investigación parte de una necesidad ante el incremento de demanda eléctrica que atravesó la empresa FAMESA, la investigación nos lleva a proponer un sistema fotovoltaico que puede ser una buena opción o alternativa de solución a la problemática de la empresa.
1.4.3 Justificación metodológica
La estrategia planteada para el diseño del sistema de generación fotovoltaica es una secuencia de procedimientos que permiten obtener el resultado de sistema fotovoltaico.
1.5 Delimitación
1.5.1 Delimitación espacial
La investigación tuvo lugar en la empresa FAMESA ubicada en el kilómetro 28 de la autopista de Ancón en el distrito de Puente Piedra en el departamento a Lima.
24 1.5.2 Delimitación temporal
La presente investigación se desarrolló en el periodo del año 2021 al 2022en este tiempo se logró concluir satisfactoriamente la tesis.
Capítulo II Marco teórico
2.1 Antecedentes de la investigación
2.1.1 Antecedentes Internacionales
(Castro, 2010) en su publicación titulada “ANÁLISIS DEL POTENCIAL ENERGÉTICO SOLAR EN LA REGIÓN CARIBE PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO” nos indica lo siguiente.
26 De acuerdo a la actualidad la utilización de los rayos solares como fuente de generación de energía eléctrica se ha incrementado en los últimos años, en la presente investigación se ha demostrado la importancia de esta fuente de generación en la región del Caribe debido a su potencial energético de la zona.
Para investigación se tomó como muestra los datos del potencial energético del departamento del Atlántico que se basan en mapas de la radiación solar de Colombia. El resultado es que se obtuvo una metodología que permite establecer los parámetros a tener en consideración en los sistemas renovables fotovoltaicos que servirá como base para un estudio de viabilidad técnica - económica para la implementación de estos tipos de sistemas. (Castro, 2010, p. 1)
(Chavarría Roé, 2010) en su tesis de grado titulada “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN INVERSOR MULTINIVEL PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS A RED” presenta el resumen siguiente.
El trabajo presenta una descripción del potencial del recurso energético existente y del amplio conjunto se escogió la energía solar fotovoltaica, se mencionaron las relaciones que seden cumplir a nivel del estado y las proyecciones fijadas, las leyes y las ayudas que ofrecen en el sector que va depender de la evolución de la tecnología. En el trabajose describe los paneles fotovoltaicos siendo estos los principales elementos en estos tipos de instalaciones, por lo general se agrupan en conjunto formando el generador o array y precisa diferentes etapas de potencia y a estas etapas se le conoce con el nombre de sistemas de procesadores de potencia. Además, se muestran diferentes opciones para que puedan implementar el sistema procesador de potencia (Inversor multinivel) el cual es el objeto del estudio
27 (Fuentefría et al., 2017) en su investigación titulada "DISEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA ALIMENTAR UNA VIVIENDA" presenta:
Par lograr el objetivo del diseño de un sistema fotovoltaico realizaron un análisis las características generales del diseño de la vivienda, la ubicación y los datos meteorológicos, de esa información obtenida se realzaron cálculos que garantice que dicha instalación suministre l anergia que cubra la necesidad de la vivienda.
Se utilizó en software PVSYST para el diseño del sistema fotovoltaico haciendo después simulaciones, para comprobarlas ventajas de la implementación del sistema fotovoltaico evaluando la relación beneficio - costo. Luego también realizaron un análisis de impacto ambiental teniendo en consideración diferentes variables de análisis. De los resultados de la investigación llegan se concluye que si es conveniente realizar dicha instalación fotovoltaica en la vivienda ya en forma global si instalaría estos tipos de sistemas en las viviendas se ahorraría toneladas de combustible fósil. (Fuentefría et al., 2017, p. 1)
2.1.2 Antecedentes nacionales
(Capuñay, 2022) en su tesis para optar el título profesional de Ingeniero Mecánico Electricista titulada “DISEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA ILUMINAR LA CARRETERA MONSEFU- LA VICTORIA” presenta el resumen siguiente:
En el trabajo se presenta un diseño de un sistema fotovoltaico para iluminar la carretera Monsefu que se encuentra ubicada en la provincia de Chiclayo en el departamento de Lambayeque, la tesis planteo reemplazar la iluminación con energía convencional por una energía convencional renovable, este reemplazo
28 sería un beneficio económico para población de la zona. En su propuesta se presenta un reemplazo de las luminarias de vapor de sodio de 70W por una iluminación del tipo led de 40W, siendo la distribución a lo largo de la vía cada 30 metros y teniendo un total de 260 luminarias. Se agruparon las luminarias en bloques de 10 unidades que se conectaran en sistemas fotovoltaico autónomo, por ende, teniendo 26 sistemas independientes, Ahora cada sistema presenta 4 paneles solares de 450W con un controlador, cuatro baterías, un inversor y su respectiva estructura de soporte. Este trabajo tiene la finalidad de optimizar factores ambientales y enriquecer los conocimientos técnicos para la generación de energía eléctrica eficiente. Además de ello realizaron un análisis económico y de ingeniería logrando diseñar un sistema que cubra la demanda eléctrica de la zona. (Capuñay, 2022, p. xii)
(Concepcion, 2019). En su tesis para obtener el título profesional de Ingeniero Mecánico Electricista titulada "DISEÑO DE SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA SUMINISTRAR ENERGÍA ELÉCTRICA AL SISTEMA DE BOMBEO DEL FUNDO EL CIRUELO CASERÍO LA PINTADA - TÚCUME". Presenta.
En la investigación presenta el problema de inadecuado sistema de suministro eléctrico en el fundo, porque se tiene un sistema eléctrico que está creciendo en su demanda y en el momento del estudio e transformador de 25 KVA estaba trabajando casi al 100% de su potencia total, razón por la cual se ven con la necesidad de utilizar generadores de energía eléctrica a través de grupo electrógenos a gasolina que permiten solucionar el desabastecimiento la falta de energía eléctrica para su sistema de riego. Primeramente, se diseñó el sistema de riego tecnificado, luego se consideró la radiación solar en la zona de estudio para
29 ello se utilizó el software NASTEC que proporcionó datos estadísticos de la radiación solar para luego calcular la energía requerida de los paneles solares y dimensionar los componentes del sistema. También se evaluaron económicamente el proyecto en un horizonte de 20 años llegando a concluir que si es rentable. (Concepcion, 2019, p. x)
(DIAZ, 2017) en su tesis titulada “DISEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA SUMINISTRAR ENERGÍA ELÉCTRICA AL CASERÍO LAQUIPAMPA BAJO INCAHUASI, 2017”.
La presente tesis tiene como objetivo desarrollar un proyecto de suministro de energía eléctrica mediante módulos fotovoltaicos en Laquipampa bajo en Incahuasi en el departamento Lambayeque. Se diseño haciendo un análisis de la proyección de la demanda eléctrica de 34 viviendas y local comunal, también elaboraron planos de lotización de las viviendas, luego se aplicaron métodos, cálculos que ayudaron al diseño del generador, controlador, baterías, inversor y los diferentes elementos electromecánicos para distribución de la energía eléctrica. (DIAZ, 2017, p. x)
2.1.3 Antecedentes regionales
(Juan de Dios, 2018) en tesis titulada "PROPUESTA DE DISEÑO DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA EL DISTRITO PARA EL SISTEMA ELÉCTRICO EN EL ANEXO DE TINCO, DISTRITO DE ALIS, PROVINCIA DE YAUYOS Y DEPARTAMENTO DE LIMA- 2017"
30 En la tesis se logró diseñar el sistema solar teniendo en cuenta la caracterización socio económica de la población de la zona de estudio, mediante un análisis técnico de las necesidades, el análisis de la viabilidad aplicando encuestas a los pobladores y realizando también un análisis de rentabilidad para conocer la posibilidad de la implementación y la sostenibilidad de la propuesta. El resultado de la presente investigación se selecciona un sistema fotovoltaico de 500W de potencia con un inversor de onda modificada HAMI SOLAR de 12 voltios y 600 watios, un controlador de carga de 20A, una batería de 1287 Wh/día que otorga una potencia de 300Wh/día. (Juan de Dios, 2018, p. viii)
(Montalvo, 2019) en su tesis titulada “DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN DEL SISTEMA ELÉCTRICO SOLAR FOTOVOLTAICA PARA INCREMENTAR LA POTENCIA ELÉCTRICA EN LOCAL COMUNAL DE ALTO ANAPATI - PANGOA – JUNÍN”
El trabajo presenta el objetivo de diseñar de una instalación solar que sirva para incrementar la potencia eléctrica en local comunal de Alto Anapati.
Primeramente, se realizó un análisis energético en la de la zona de estudio, posteriormente se dimensiono el sistema fotovoltaico y del Aerogenerador para ello utilizaron teorías y empleando un software para la simulación. Luego de procesamiento de la información se logra generar al mes 154, 35KW de potencia eléctrica que sirve para cubrir una demanda de 74,37 KW los resultados logran demostrar la realización del diseño del sistema solar puede suministrar la energía eléctrica a través del os sistemas fotovoltaicos en las viviendas aisladas en la región Junín. (Montalvo, 2019, p. xi)
31 (ROMERO, 2020) en su tesis para la obtención de grado titulada "SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS PARA MAYOR DISPONIBILIDAD DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN SENATI" presenta el resumen siguiente.
Esta investigación es del tipo tecnológico esto porque se internacionalizaron conceptos científicos orientándolos a lo real. El objeto de la investigación es la de evaluar los elementos de un sistema fotovoltaico esto en base a la caracterización del controlador, el acumulador y los conversores con el fin de mejorar la disposición de la energía. El método de la investigación es el sistémico de nivel experimental, el tipo de controlador, tipo de batería y tipo de conversor. Las mediciones y la toma de datos de la variable dependiente, el sistema se ubicó en el techo del edificio de SENATI, en lo cual se realizaron las pruebas verificando la prueba de hipótesis. En la tesis se logró identificar la mayor disponibilidad de la energía con un inversor, batería del tipo gel y el controlador C30 A. (ROMERO, 2020, p. viii)
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Radiación solar
La energía solar es el resultado de la fusión nuclear que se origina en el sol, esta energía se le denomina Energía solar.
32
Figura 1 Radiación solar
La radiación solar a su vez es la transferencia de la energía por medio de ondas electromagnéticas y se produce de la fuente (sol) a todas las direcciones
Figura 2 Ondas electromagnéticas
2.2.2 Sistemas fotovoltaicos
2.2.2.1 Elementos de un sistema fotovoltaico
Los principales elementos de un sistema fotovoltaico son: Paneles fotovoltaicos, baterías, inversores y controladores.
33 2.2.2.1.1 Paneles solares
Los paneles solares es el elemento más importante del sistema fotovoltaico, este elemento es el que produce la energía solar en electricidad.
Figura 3 Panel solar monocristalino de 450W y 24V
Figura 4 Especificaciones del panel JAM72S20 445-470/MR
34 2.2.2.1.2 Baterías
Las baterías son los elementos con los cuales se almacena la energía producida por los paneles solares.
Figura 5 Batería del tipo gel
Figura 6 Especificaciones técnicas de las baterías del tipo 12V y 300Ah
2.2.2.1.3 Inversores
Los inversores son los elementos con los cuales se transforma la corriente eléctrica en continua a corriente en alterna.
Figura 7 Inversor
35
Figura 8 Especificaciones técnicas del inversor/cargador MultiPlus 800VA -5KVA
2.2.2.1.4 Reguladores
Este dispositivo se utiliza para lograr el buen funcionamiento del sistema fotovoltaico, que sirve para unir los paneles solares y las baterías.
Figura 9 Regulador
Figura 10 Especificaciones técnicas de los controladores serie C de 12V y 24 V
36 2.2.2.2 Cálculo de los elementos del sistema fotovoltaico
2.2.2.2.1 Cálculo de paneles solares
El cálculo de los paneles solares se realizó con las siguientes formulas:
• Primero se calcula la energía que entregara el panel solar.
𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝= 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∗ 𝐻𝐻𝐻𝐻𝑃𝑃 �𝑉𝑉𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑉𝑉𝑝𝑝 �
𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 =𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑊𝑊ℎ) 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 =𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑚𝑚𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸(𝑊𝑊) 𝐻𝐻𝐻𝐻𝑃𝑃=𝐻𝐻𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑃𝑃𝑡𝑡 (ℎ)
𝑉𝑉𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑉𝑉𝐸𝐸 𝑚𝑚𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸𝑚𝑚𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑉𝑉) 𝑉𝑉𝑝𝑝 =𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑉𝑉𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑉𝑉)
• Segundo paso es calcular la cantidad de paneles solares
𝑁𝑁𝑝𝑝𝑝𝑝= �𝐸𝐸𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚
𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 � 𝑁𝑁𝑝𝑝𝑝𝑝 =𝐶𝐶𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑠𝑠 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑠𝑠
𝐸𝐸𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝑠𝑠𝑐𝑐𝑚𝑚𝑡𝑡 (𝑊𝑊ℎ) 𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 =𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑠𝑠 (𝑊𝑊)
2.2.2.2.2 Cálculo de baterías
El cálculo de las baterías se realizó con la siguiente formula:
37 𝐶𝐶𝑑𝑑𝑛𝑛 = 𝐸𝐸𝑑𝑑(𝐷𝐷𝑚𝑚𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎 + 1)
𝑉𝑉𝑑𝑑𝑛𝑛∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝𝑑𝑑∗ 𝐸𝐸𝑞𝑞𝑎𝑎𝑞𝑞∗ 𝐸𝐸𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼
𝐶𝐶𝑑𝑑𝑛𝑛 = 𝐶𝐶𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑏𝑏𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠
𝐸𝐸𝑑𝑑 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑊𝑊ℎ) 𝐷𝐷𝑚𝑚𝑎𝑎𝑝𝑝𝑎𝑎 = 𝐷𝐷𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑐𝑐𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝑚𝑚𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑑𝑑𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠) 𝑉𝑉𝑑𝑑𝑛𝑛= 𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑉𝑉𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑡𝑡𝑚𝑚𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑏𝑏𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝑡𝑡 (𝑉𝑉)
𝐸𝐸𝑝𝑝𝑑𝑑 =𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑠𝑠𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸
𝐸𝐸𝑞𝑞𝑎𝑎𝑞𝑞= 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑞𝑞𝑐𝑐𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑞𝑞𝑑𝑑𝑖𝑖=𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠𝑡𝑡𝐸𝐸
2.2.2.2.3 Cálculo de inversores
El cálculo de los inversores se realizó con la siguiente formula:
𝑃𝑃𝑞𝑞𝑑𝑑𝑖𝑖 = 1,2𝑃𝑃𝑚𝑚𝑎𝑎
𝑃𝑃𝑞𝑞𝑑𝑑𝑖𝑖 =𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠𝑡𝑡𝐸𝐸 (𝑊𝑊)
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑎𝑎 =𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑊𝑊)
2.2.2.2.4 Calculo reguladores
El cálculo de los reguladores se realizó con la siguiente formula:
𝐼𝐼𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝𝑒𝑒𝑚𝑚𝑑𝑑𝑚𝑚 = 1,25∗ 𝐼𝐼𝑠𝑠𝑎𝑎∗ 𝑁𝑁𝑝𝑝
𝐼𝐼𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝𝑒𝑒𝑚𝑚𝑑𝑑𝑚𝑚 =𝐶𝐶𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸
𝐼𝐼𝑠𝑠𝑎𝑎 =𝐶𝐶𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝑐𝑐𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡 𝑁𝑁𝑝𝑝 = 𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑐𝑐𝑚𝑚𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸𝑠𝑠 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡
38 𝐼𝐼𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑞𝑞𝑑𝑑𝑚𝑚 = 1,25∗ �𝑃𝑃𝑑𝑑𝑎𝑎+ 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑎𝑎
𝑁𝑁𝑞𝑞𝑑𝑑𝑖𝑖� 𝑉𝑉𝑛𝑛𝑚𝑚𝑝𝑝
𝐼𝐼𝑠𝑠𝑚𝑚𝑠𝑠𝑞𝑞𝑑𝑑𝑚𝑚 = 𝐶𝐶𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑠𝑠𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸 (A)
𝑃𝑃𝑑𝑑𝑎𝑎= 𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑃𝑃𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸 (𝑊𝑊) 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑎𝑎 =𝑃𝑃𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑃𝑃𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 (𝑊𝑊) 𝑁𝑁𝑞𝑞𝑑𝑑𝑖𝑖 = 𝑅𝑅𝐸𝐸𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑚𝑚𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑡𝑡 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠𝑡𝑡𝐸𝐸 (90−95%)
2.3 Conceptos teóricos Irradiancia
Es la rapidez de incidencia de la energía radiante sore una superficie (W/m2).
Irradiación
Es la cantidad de energía que incide sobre el área en un determinado periodo de tiempo (J/m2).
Tiempo solar
Es el tiempo el cual está basado en el movimiento angular aparente del sol y ángulos.
Radiación directa
Es la radiación recibida del sol el cual no ha sido absorbida ni disipada.
Radiación difusa
Es la radiación recibida del sol después que haya sido cambiada su dirección.
39 Radiación global
Es la suma de la radiación directa y difusa sobre una superficie.
2.4 Hipótesis de investigación
2.4.1 Hipótesis general
El diseño del sistema fotovoltaico logra atender incremento de carga en las instalaciones de la empresa FAMESA.
2.4.2 Hipótesis especificas
Con el cálculo de los paneles solares se logró el diseño del sistema fotovoltaico.
Con el cálculo de las baterías se logró el diseño del sistema fotovoltaico.
Con el cálculo de los inversores se logró el diseño del sistema fotovoltaico
Con el cálculo de los controladores se logró el diseño del sistema fotovoltaico.
2.5 Variables de la investigación
La investigación tiene dos variables una variable dependiente y otra independiente.
2.5.1 Variable de independiente
La variable independiente es el Incremento de Carga
40 2.5.2 Variable dependiente
La variable dependiente es el Diseño de Sistema Fotovoltaico
2.6 Operacionalización de variables
En la operacionalización de las variables se identificó la dimensión, el indicador y su unidad.
Variable Dimensión Indicador Unidad
Variable independiente
Incremento de carga
Incremento de potencia
Cantidad de potencia
Kw (Kilowatt) Variable
dependiente
Sistema fotovoltaico
• Cálculo de
paneles solares
• Cálculos de baterías
• Cálculo de
inversores
• Cálculo de
controladores
• Cantidad de paneles
solares
• Cantidad de baterías
• Cantidad de inversores
• Cantidad de controladores
• Watios
• Amperio - hora
• Watios y Voltios
• Voltaje
Capitulo III
Metodología de la investigación
3.1 Método de la investigación
El método de la investigación es el sistémico - analítico “el método sistémico utilizado en todas las ciencias experimentales ya que mediante ésta se extraen las leyes generalizadoras y el método analítico es el proceso derivado del conocimiento a partir de las leyes usadas en la investigación” (Rivero, 2008, p. 46).
42 3.2 Tipo de investigación
El tipo de investigación de la tesis es la aplicada “esta investigación se diferencia por tener el propósito practico, es decir se investiga en modificar cambios a la realidad problemática ” (Carrasco, 2005, p. 43)
3.3 Nivel de investigación
(Valderrama, 2015) en su libro nos indica que el nivel de investigación de acuerdo a “su naturaleza o profundidad, el nivel de una investigación se refiere al grado de conocimiento que posee el investigador en relación con el problema, hecho o fenómeno a estudiar. De igual modo cada nivel de investigación emplea estrategias adecuadas para llevar a cabo el desarrollo de la investigación” (2015, p. 42). En tal sentido el nivel de investigación explicativo.
3.4 Diseño de la investigación
El diseño de la investigación de la presente tesis es pre experimental, este tipo de investigación “consiste en la aplicación de un estímulo a un grupo y después de realizar la medición de la otra variable para luego observar el nivel de efecto a esa variable”(Carrasco, 2005, p. 63).
Esquema:
G X O
G: Grupo de personas o individuos
X: Tratamiento o estimulo (variable independiente) O: Una medición a los sujetos de un grupo
43 3.5 Población
La población de la investigación son las instalaciones eléctricas de la empresa FAMESA
3.6 Muestra
La muestra de la investigación son las instalaciones eléctricas de la empresa FAMESA
3.7 Método de recolección de datos
La técnica de recolección de los datos es la documental que nos permitió la recopilación de las evidencias que nos permitieron demostrar la hipótesis planteada.
3.8 Instrumento de recolección de datos
El instrumento de la recopilación de los datos utilizados la ficha bibliográfica y ficha de trabajo.
Capítulo IV Resultados
4.1 Demanda de energía eléctrica
La empresa cuenta con una demanda de energía eléctrica de 700KW, debido al crecimiento productivo de la empresa está proyectando una potencia de 1476KW. A continuación, se presenta dos tablas describiendo el incremento de carga en las diferentes subestaciones de distribución.
45 En la siguiente tabla se muestra el resumen de las 12 subestaciones eléctricas existentes tipos casetas y bipostes y de los 10 transformadores de distribución instalados, podemos notar también que se tiene una potencia instalada total de 3835 KVA y una máxima demanda actual de 720 KW
Tabla 1 Demanda actual
RESUMEN DE LA POTENCIA INSTALADA DE CADA
TRANSFORMADOR
CONSUMO DE POTENCIA ACTUAL
SUBESTACIÓN ELÉCTRICA EXISTENTE
TRANSFORMAD OR EXISTENTE
(KVA)
TOTAL, DE POTENCIA INSTALADA DE
CADA TRANSFORMAD
OR (KVA)
MÁXIMA DEMANDA TRANSFORMAD
OR (KW)
TOTAL, MÁXIMA DEMANDA SUBESTACI
ÓN (KW)
S.E. N° 01 - Tipo Caseta 1000 1000 325 325
S.E. N° 02 - Tipo Caseta 250 750 75 75
500
S.E. N° 03 - Tipo Caseta 200
700 60
500 60
S.E. N° 04 - Tipo Biposte 125 125 50 50
S.E. N° 05 - Tipo Biposte 500 500 0
S.E. N° 06 - Tipo Caseta 500 500 120 120
S.E. N° 07 - Tipo Biposte 160 160 50 50
S.E. N° 08 - Tipo Biposte 100 100 40 40
S.E. N° 09 - Tipo Caseta
0
0
S.E. N° 10 - Tipo Biposte 0 0
S.E. N° 11 - Tipo Biposte 0 0
S.E. N° 12 - Tipo Biposte 0 0
Total, de potencia instalada (KVA) 3835 Máxima demanda Actual (KW)
720
En la siguiente tabla se indica el aumento de la potencia instalada de cada transformador que asciende a 5205 KVA y teniendo como máxima demanda 1476 KW. Además, se puede apreciar que se instalaran 08 transformadores.
46
Tabla 2 Demanda proyectada
RESUMEN DE LA POTENCIA INSTALADA DE CADA
TRANSFORMADOR
CONSUMO DE POTENCIA PROYECTADA
SUBESTACIÓN ELÉCTRICA EXISTENTE
TRANSFORMAD OR EXISTENTE
(KVA)
TOTAL, DE POTENCIA INSTALADA DE
CADA TRANSFORMAD
OR (KVA)
MÁXIMA DEMANDA TRANSFORMAD
OR (KW)
TOTAL, MÁXIMA DEMANDA SUBESTACI ÓN (KW)
S.E. N° 01 - Tipo Caseta 1000 1000 325 325
S.E. N° 02 - Tipo Caseta 250
750 75
500 115 190
S.E. N° 03 - Tipo Caseta 200
700 60
500 120 180
S.E. N° 04 - Tipo Biposte 125 125 50 50
S.E. N° 05 - Tipo Biposte 500 500 120 120
S.E. N° 06 - Tipo Caseta 500 500 120 120
S.E. N° 07 - Tipo Biposte 160 160 50 50
S.E. N° 08 - Tipo Biposte 100 100 40 40
S.E. N° 09 - Tipo Caseta 320
820 100
500 151 251
S.E. N° 10 - Tipo Biposte 200 200 50 50
S.E. N° 11 - Tipo Biposte 100 100 30 30
S.E. N° 12 - Tipo Biposte 250 250 70 70
Total, de potencia instalada (KVA) 5205 Máxima demanda
Proye.. (KW) 1476
4.2 Evaluación del recurso energético
La evaluación del recurso energético sirve para conocer los niveles de radiación solar del lugar donde están proyectadas la instalación de los sistemas de generación fotovoltaica.
Utilizamos el software GLOBAL ATLAS SOLAR con herramienta para conocer la producción de energía solar in situ en donde uno quiere diseñar sus sistemas de generación ingresando las coordenadas de la ubicación geográfica.
En la siguiente tabla podemos mostrar las coordenadas de las subestaciones:
47
Tabla 3 Coordenadas de Ubicación de las Subestaciones
N° Este Norte Altitud (m) Zona UTM Descripción
1 273802 8685305,01 170,07 18L SE N°7
(Biposte)
2 273428 8685088,01 196,56 18L SE N° 2
(Caseta)
3 273808 8685064,01 175,7 18L SE N° 1
(Caseta)
4 273362 8685099,01 201,45 18L SE N° 3
(Caseta)
5 273267 8684898,01 214,81 18L SE N°4
(Biposte)
6 273328 8684823,01 214,14 18L SE N° 11
(Biposte)
7 273136 8684787,01 234,06 18L SE N° 10
(Biposte)
8 273211 8684722,01 229,11 18L SE N° 5
(Biposte)
9 272954 8684757,01 260,82 18L SE N° 6
(Caseta)
10 273420 8684473,01 216,08 18L SE N° 8
(Biposte)
11 272766 8684690,01 279,3 18L SE N°9
(Caseta)
12 272885 8684731,01 264,35 18L SE N°12
(Biposte)
Figura 11 Ubicación de las S.E.
4.2.1 Evaluación energético solar de la S.E. N°02
La evaluación del recurso energético se realizó con software GLOBAL SOLAR ATLAS.
Primero se ingresó las coordenadas de ubicación de la S.E. N°02 (-11.887015°, - 077.079936°), obteniendo:
El segundo paso es elegir el tipo de sistema para evaluar el recurso solas para la investigación se elegio el tipo (sistema industrial mediano).
4.2.1.1 Información del sitio
Figura 12 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°02)
Figura 13 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°02)
50
Figura 14 Ubicación de la S.E. N°02
Figura 15 Mapa solar (S.E. N°02)
4.2.1.2 Sistema de configuración
El tipo de sistema seleccionado es: Medium size comercial Azimut de PV paneles: (Default 0°)
Inclinación de paneles: (Default 10°) Capacidad instalada: 100kWp
51 4.2.1.3 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total y la irradiación inclinada global:
diario
0,381 MWh (per/day) 4,792 kWh/m2 (per/day).
anual
139,134 MWh (per/year) 1749,1 kWh/m2 (per/year).
4.2.1.4 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total por meses y anual.
Figura 16 Promedio anuales de energía (S.E. N°02)
4.2.1.5 Promedios de los perfiles horarios de energía
Perfiles de los horarios mensuales de la salida de energía fotovoltaica en kWh.
52
Figura 17 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°02)
Figura 18 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°02)
53 4.2.2 Evaluación energético solar de la S.E. N°03
La evaluación del recurso energético se realizó con software GLOBAL SOLAR ATLAS.
Primero se ingresó las coordenadas de ubicación de la S.E. N°03 (-11.8872744°, - 77.0800585°), obteniendo:
El segundo paso es elegir el tipo de sistema para evaluar el recurso solas para la investigación se elegio el tipo (sistema industrial mediano).
4.2.2.1 Información del sitio
Figura 19 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°03)
Figura 20 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°03)
54
Figura 21 Ubicación de la S.E. N°03
Figura 22 Mapa solar (S.E. N°03)
4.2.2.2 Sistema de configuración
El tipo de sistema seleccionado es: Medium size comercial Azimut de PV paneles: (Default 0°)
Inclinación de paneles: (Default 10°) Capacidad instalada: 100kWp
4.2.2.3 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total y la irradiación inclinada global:
55 diario
0,381 MWh (per/day) 4,789 kWh/m2 (per/day).
anual
139,043 MWh (per/year) 1748,1 kWh/m2 (per/year).
4.2.2.4 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total por meses y anual.
Figura 23 Promedio anuales de energía (S.E. N°03)
4.2.2.5 Promedios de los perfiles horarios de energía
Perfiles de los horarios mensuales de la salida de energía fotovoltaica en kWh.
56
Figura 24 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°03)
Figura 25 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°03)
57 4.2.3 Evaluación energético solar de la S.E. N°05
La evaluación del recurso energético se realizó con software GLOBAL SOLAR ATLAS.
Primero se ingresó las coordenadas de ubicación de la S.E. N°05 (-11.8904517°, - 77.0819567°), obteniendo:
El segundo paso es elegir el tipo de sistema para evaluar el recurso solas para la investigación se elegio el tipo (sistema industrial mediano).
4.2.3.1 Información del sitio
Figura 26 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N°05)
Figura 27 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°05)
58
Figura 28 Ubicación de la S.E. N°05
Figura 29 Mapa solar (S.E. N°05)
4.2.3.2 Sistema de configuración
El tipo de sistema seleccionado es: Medium size comercial Azimut de PV paneles: (Default 0°)
Inclinación de paneles: (Default 10°) Capacidad instalada: 100kWp
4.2.3.3 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total y la irradiación inclinada global:
59 diario
0,382 MWh (per/day) 4,801 kWh/m2 (per/day).
anual
139,384 MWh (per/year) 1752,3 kWh/m2 (per/year).
4.2.3.4 Promedios anuales
Salida de la energía fotovoltaica total por meses y anual.
Figura 30 Promedio anuales de energía (S.E. N°05)
4.2.3.5 Promedios de los perfiles horarios de energía
Perfiles de los horarios mensuales de la salida de energía fotovoltaica en kWh.
60
Figura 31 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°05)
Figura 32 Perfiles de los horarios de la salida de energía (S.E. N°05)
61 4.2.4 Evaluación energético solar de la S.E. N°09
La evaluación del recurso energético se realizó con software GLOBAL SOLAR ATLAS.
Primero se ingresó las coordenadas de ubicación de la S.E. N°09 (-11.8904538°, - 77.0857329°), obteniendo:
El segundo paso es elegir el tipo de sistema para evaluar el recurso solas para la investigación se elegio el tipo (sistema industrial mediano).
4.2.4.1 Información del sitio
Figura 33 Reporte de datos del recurso solar (S.E. N 09)
Figura 34 Horizonte y trayectoria solar (S.E. N°09)
62
Figura 35 Ubicación de la S.E. N 09
Figura 36 Mapa solar (S.E. N°09)
4.2.4.2 Sistema de configuración
El tipo de sistema seleccionado es: Medium size comercial Azimut de PV paneles: (Default 0°)
Inclinación de paneles: (Default 10°) Capacidad instalada: 100kWp
