UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
TÍTULO:
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PARA MEJORAR LA
OPERATIVIDAD DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A LA RED DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
Presentado por:
JHOSIMAR GERARDO ROJAS MENDOZA
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRICISTA HUANCAYO – PERÚ
2023
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 006-2023-ERG-FIEE-UNCP
DE : MSc. Edgar Rodriguez Garcia Docente asesor
A : Dr. Bartolomé Sáenz Loayza
Decano de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
ASUNTO : Informe de Índice de Similitud - Bach. ROJAS MENDOZA, Jhosimar Gerardo FECHA : Ciudad Universitaria, 19 de junio de 2023
Por medio del presente me dirijo a su despacho para saludarlo cordialmente y así mismo informar, que el borrador de Tesis titulada: “PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PARA MEJORAR LA OPERATIVIDAD DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A LA RED DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”, contiene 09% 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. Edgar Rodriguez Garcia Asesor
9 %
INDICE DE SIMILITUD
6 %
FUENTES DE INTERNET
1 %
PUBLICACIONES
7 %
TRABAJOS DEL ESTUDIANTE
1 5 %
2 1 %
3 1 %
4 < 1 %
5 < 1 %
6 < 1 %
7 < 1 %
“Programa de mantenimiento para mejorar la operatividad del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad
Nacional del Centro del Perú
INFORME DE ORIGINALIDAD
FUENTES PRIMARIAS
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Trabajo del estudiante
ri.ues.edu.sv
Fuente de Internet
Submitted to Pontificia Universidad Catolica del Peru
Trabajo del estudiante
vsip.info
Fuente de Internet
doaj.org
Fuente de Internet
docplayer.es
Fuente de Internet
hdl.handle.net
Fuente de Internet
8 < 1 %
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Trabajo del estudiante
ASESOR:
M.Sc. Edgar Rodríguez García
DEDICATORIA
A mis amados padres,
Cada página de esta tesis lleva impreso un poco de su amor, esfuerzo, dedicación y sacrificio desinteresado. Gracias por haber creído en mí, por alentarme a perseguir mis sueños y brindarme la educación y los valores que me han llevado a alcanzar esta meta.
Les dedico este logro con todo mi amor y profunda gratitud por ser hijo de dos personas tan increíbles como ustedes. Han sido mi mayor fuente de inspiración y aliento para no desmayar y culminar esta etapa con éxito.
No habría sido posible sin ustedes, los amo Liz & Leonidas.
AGRADECIMIENTO
Quiero expresar mi más sincero agradecimiento a Gianella, mi compañera de vida por su constante motivación, paciencia, y amor incondicional. Tu apoyo moral ha sido fundamental en los momentos difíciles del cual supimos salir adelante juntos, contigo a mi lado siento que soy capaz de sobrepasar todos mis límites, Te amo.
También quiero extender mi agradecimiento a mis hermanos Lizbeth, Aldair y Valeria, vuestra presencia constante y vuestro amor han sido fuente de mi fortaleza y ganas de salir adelante, gracias por creer en mi cuando más lo necesitaba.
Así mismo, agradezco los docentes de la facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica – UNCP por los conocimientos brindados durante mi permanencia en la universidad.
ÍNDICE
ASESOR: ... ii
ÍNDICE ... v
ÍNDICE DE FIGURA... vii
ÍNDICE DE TABLAS ... x
RESUMEN ... xi
ABSTRACT ... xii
INTRODUCCIÓN ... 9
Capítulo 1: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ...10
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEM A ... 10
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 11
1.2.1 Problema genera l ...11
1.2.2 Problema s específicos...11
1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN... 11
1.3.1 Objetivo genera l...11
1.3.2 Objetivos específicos ...11
1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA... 12
1.4.1 Justifica ción metodológica...12
1.4.2 Justifica ción Socia l...12
1.4.3 Justifica ción Ambienta l ...12
Capítulo 2: BASES TEÓRICAS ...13
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ... 13
2.2 BASES TEÓRICAS ... 17
2.2.1 Componente crítico de un sistema fotovolta ico ...17
2.2.2 Diseño de un sistema fotovolta ico...19
2.2.3 Opera ción de sistema s fotovolta icos ...20
2.2.4 Mantenimiento de sistema s fotovolta icos ...22
2.2.5 Tipos de ma ntenimiento ...24
2.2.6 Definic iones conceptua les...37
2.2.7 Definic iones opera ciona les ...37
2.3 SISTEMA DE HIPÓTESIS... 38
2.3.1 Hipótesis Genera l: ...38
2.3.2 Hipótesis específica...38
Capítulo 3: ASPECTOS METODOLÓGICOS ...39
3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN... 39
3.1.1 Tipo de Investiga ción: ...39
3.1.2 Nive l de Investiga ción ...39
3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 40
3.2.1 Método...40
3.2.2 Diseño...40
3.3 Pobla ción y muestra... 40
3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 40
3.5 TÉCNICAS DE PR OCESAMIENTO DE DATOS ... 40
Capítulo 4: PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ...41
4.1 Aná lisis de re sulta dos ... 41
4.1.1 Descripción del sistema FV conecta do a la red de la UNC P. ...41
4.1.2 Descripción de los princ ipa les componentes ...42
4.1.3 Situa ción del sistema fotovolta ico a ntes del ma ntenimiento: ...47
4.1.4 Mantenimiento. ...48
4.1.5 Aná lisis de da tos de genera ción de energía a ntes y después de rea liza r el ma ntenimiento preventivo ...53
4.2 PRUEB A DE HIPÓTESIS ... 56
CONCLUSIONES ...60
RECOMENDACIONES...61
BIBLIOGRAFÍA ...62
ANEXOS ...63
ÍNDICE DE FIGURA
Figura 1. Modelo de un diodo de una célula solar...18
Figura 2. Grafica de tensión versus corriente de un panel fotovoltaica ...19
Figura 3. Tipos de sistemas fotovoltaicos ...20
Figura 4. Tipos de mantenimiento de sistemas fotovoltaicos ...23
Figura 5. Sensor de radiación con suciedad ...24
Figura 6. Panel solar FV con acumulación de excretas de animales ...25
Figura 7. Acumulación de polvo ...25
Figura 8. Herramienta especial para limpieza con mango telescópico...26
Figura 9. Utilización de equipos pesados para realizar la limpieza ...26
Figura 10. Fallas comunes en sistema fotovoltaicos ...27
Figura 11. Rotura de panel solar por impacto ...28
Figura 12. Daño del laminado del panel ...28
Figura 13. Delaminación en módulos monocristalino ...29
Figura 14. Delaminación en policristalino ...29
Figura 15. Interconexión rota en un módulo...30
Figura 16. Soldadura defectuosa ...30
Figura 17. Caja deteriorada por sobretensión...30
Figura 18. Daños por fallas electricas ...31
Figura 19. Celda con rotura...31
Figura 20. Microroturas visibles...32
Figura 21. Aislamiento deteriorado ...32
Figura 22. Conectores en mal estado ...33
Figura 23. Radio de curvatura pequeño...33
Figura 24. Diagrama de sistema de monitoreo ...35
Figura 25. Esquema descentralizado para sistemas FV ...36
Figura 26. Ejemplos de registros de datos externos (DAQ) ...36
Figura 27. Portal de monitore web GPM instalado...37
Figura 28. Sistema fotovoltaico 3.25 Kw - UNCP ...42
Figura 29. Panel solar -325 W CanadianSolar...43
Figura 30. Inversor ASM STP 5000TL-20 870...44
Figura 31. Gestor de energía SUNNY PORTAL...44
Figura 32. Sunny Home Manager 2.0 ...45
Figura 33. Tablero de control y protección ...45
Figura 34. WEB¨LOG LIGTH + 20 ...46
Figura 35. Tablero de control ...46
Figura 36. Planos de la estructura ...47
Figura 37. Suciedad en los paneles solares. ...47
Figura 38. Monitoreo de la planta solar...48
Figura 39. Limpieza de panel solar...49
Figura 40. Inspección de los paneles ...49
Figura 41. Tableros de protección ...50
Figura 42. Inspección de cableado ...50
Figura 43. Inspección del inversor ...51
Figura 44. Inspección de la cadena de paneles ...51
Figura 45. Inspección de dispositivos de protección , celda calibrada , termómetro, piranómetro y datalogger ...52
Figura 46. Inspección de estructura metálica...52
Figura 47. Vista de suciedad en los paneles...53
Figura 48. Producción de energía mensual del sistema fotovoltaico durante los primeros meses de instalación. ...53
Figura 49. Graficas de producción de energía ménsula ...54
Figura 50. Producción de energía - año 2020...54
Figura 51. Producción de energía -año 2021...55
Figura 52. Producción de energía - año 2022...55
Figura 53. Diagramas de cajas para comparación generada 2022. ...57
Figura 54. Zonas de rechazo y aceptación...59
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Directrices para el diseño, instalación y mantenimiento SFV ... 21
Tabla 2: Fallas , Pruebas y Medidas. ... 34
Tabla 3: Variable dependiente ... 38
Tabla 4: Variable independiente ... 38
Tabla 5: Producción anual desde la fecha de instalación hasta el año 2022 ... 56
Tabla 6: Generación de energía mensual ... 57
Tabla 7: t Student calculado... 58
Tabla 8: Valor seleccionado de t de tabla ... 58
RESUMEN
La investigación realizada tuvo por objetivo la elaboración de un programa de mantenimiento para mejorar la operatividad del sistema solar conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú. La investigación fue del tipo aplicada porque se buscó encontrar mecanismos o estrategias que permitieron lograr la mejora de la operatividad del sistema fotovoltaico. Se empleó el nivel de investigación explicativo porque se da a conocer el comportamiento de una variable en función de otra, se utilizó el diseño causal comparativo. Después de la investigación se pudo observar que la energía producida después de realizado el mantenimiento se incrementa respecto a los años anteriores concluyéndose que es importante realizar un programa de mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red.
Palabras claves: Mantenimiento, operatividad, sistema solar fotovoltaico.
El Autor
ABSTRACT
The objective of the research carried out was the elaboration of a maintenance program to improve the operability of the solar system connected to the network of the National University of Central Peru. The research was of the applied type because it sought to find mechanisms or strategies that allowed the improvement of the operation of the photovoltaic system to be achieved. The explanatory level of research was used because the behavior of one variable is disclosed based on another, the comparative causal design was used. After the investigation it was possible to observe that the energy produced after carrying out the maintenance increases with respect to previous years, concluding that it is important to carry out a maintenance program for the photovoltaic systems connected to the network.
Keywords: Maintenance, operability, photovoltaic solar system.
The author
INTRODUCCIÓN
Los años de instalación, los daños meteorológicos y contaminación, afectan directamente a la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos. Si no se realiza un correcto mantenimiento la producción de energía se ve reducida afectando negativamente a la vida útil de todo el sistema. Varias investigaciones se realizaron entorno a los programas de mantenimiento los cuales recomiendan limpieza periódica paneles solares e inspección de las instalaciones;
incluso en la actualidad el mantenimiento se realiza de forma autónoma utilizando pequeños robots, pero se incrementa el costo en la en el mantenimiento y operación de los sistemas de energía lo que crea un desinterés por parte de los propietarios o inversionistas. Al respecto luego de realizar la presente investigación se recomienda un programa de mantenimiento con materiales cotidianos sin realizar mucho esfuerzo y utilizando siempre las instrucciones por parte de los fabricantes. La presente investigación se divide en cuatro capítulos. En el primer capítulo se da a conocer la formulación de la problemática de mantenimiento de sistemas fotovoltaicos, así como la importancia que se tiene en desarrollar la presente investigación. en la capitulo dos se indica el marco teórico en base a investigaciones realizadas referente a mantenimiento de sistemas fotovoltaicos y como el logro del conocimiento anteriores permitieron desarrollar la investigación propuesta. En el capítulo tres se da a conocer la metodología utilizada y el capítulo cuatro se muestra los resultados logrados durante la investigación luego de haber realizado el programa de mantenimiento de los “sistemas fotovoltaicos conectados a la red ” ubicados en la UNCP.
El autor.
Capítulo 1:
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La energía solar fotovoltaica es una alternativa como reemplazo del aumento de la demanda energética actual, ya que es inagotable en comparación con el combustible fósil y que en la actualidad se está incrementando los costos. Los sistemas fotovoltaicos son seguros y confiables, pero la eficiencia se ve reducida con el paso del tiempo cuando se encuentran expuestos a altas temperaturas, radiación UV, humedad, lluvia, polución, fallas de estructuras mecánicas, problemas en las instalaciones eléctricas y otros. Según Hernández-Callejo (2019) problema más resaltante en sistemas fotovoltaicos. Es la contaminación y la impureza de los paneles el cual ocasiona una reducción de la radiación ocasionando la disminución de la producción de la energía eléctrica. Para mejorar la eficiencia de los sistemas solares y reducir los riesgos potenciales que puedan parar el funcionamiento de todo el sistema es recomendable una correcta operación y un mantenimiento programado por lo menos de forma anual. Las investigaciones indican que la fase de operación y mantenimiento de un sistema solar es las más larga llegando durar por lo menos entre 25 a 30 años. Expuesto la problemática líneas arriba la investigación tuvo por objetivo la implementación de un programa de mantenimiento para mejorar la operatividad del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad Nacional
del Centro del Perú, considerando que el mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos es importante para la correcta producción de energía eléctrica.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.2.1 Problema general
¿Como el programa de mantenimiento mejorará la operatividad del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú?
1.2.2 Problemas específicos
• ¿Cómo el programa de mantenimiento mejorará la eficiencia de generación de energía eléctrica?
• ¿Cómo el programa de mantenimiento evitará las paradas por mal funcionamiento del sistema fotovoltaico conectado a la red?
1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN 1.3.1 Objetivo general
Realizar un programa de mantenimiento para mejorar la operatividad del sistema fotovoltaico conectado a la red de la UNCP.
1.3.2 Objetivos específicos
• Analizar la influencia del programa de mantenimiento para mejorar la eficiencia de generación de energía eléctrica.
• Estimar que el programa de mantenimiento evitará las paradas por mal funcionamiento del sistema fotovoltaico conectado a la red de la UNCP.
1.4 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA 1.4.1 Justificación metodológica
La investigación se justifica metodológicamente porque se empleó una nueva estructura de programa de mantenimiento para sistemas fotovoltaicos en base a la experimentación.
1.4.2 Justificación Social
Con los resultados de la investigación se va a proponer un programa de mantenimiento para futuras instalaciones de sistemas fotovoltaicos conectado en los viviendas rurales y urbanas de la región Junín
1.4.3 Justificación Ambiental
La tesis se justifica ambientalmente porque tiene como tema principal el uso de energías renovables para la producción eficiente de energía eléctrica e incentiva a dejar los combustibles fósiles que son contaminantes y ocasiona problemas ambientales.
Capítulo 2:
BASES TEÓRICAS 2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Se utilizó la investigación titulada “Una revisión de los sistemas fotovoltaicos:
diseño, operación y mantenimiento” (Hernández-Callejo et al., 2019), el autor indica que en la actualidad las energías renovables están cobrando mayor importancia en la generación de electricidad. Los recursos fósiles no presentan una opción sustentable para el futuro ya que son fuentes de energía no renovables que contribuyen a contaminación ambiental. Dentro de las fuentes de generación renovable, la energía fotovoltaica es la más utilizada, y esto se debe a un gran número de recursos solares existentes en todo el planeta. En la actualidad, los mayores avances en fotovoltaica (independientemente de la eficiencia de las diferentes tecnologías) se centran en diseños mejorados de energía fotovoltaica sistemas, así como una operación y mantenimiento óptimos. El trabajo hace una revisión de la energía fotovoltaica, donde el diseño, la operación y el mantenimiento son los puntos clave de estos sistemas. Dentro del diseño, se revisan los componentes críticos del sistema. En cuanto a la operación, se revisa la operación general y la operación de sistemas híbridos, así como la calidad de la energía. Finalmente, en relación con el mantenimiento de sistemas fotovoltaicos, se ha estudiado su rendimiento, termografía y electroluminiscencia, suciedad, riesgos y modos de falla.
Se empleó la investigación denominada “Una política óptima de mantenimiento preventivo para un Sistema Solar Fotovoltaico” (Baklouti et al., 2020), en este artículo, el autor desarrolla una estrategia de mantenimiento preventivo (PM) para una planta solar fotovoltaica, sistema compuesto por paneles solares que funcionan como un sistema en serie. El sistema fotovoltaico se considera en un estado de falla cada vez que su eficiencia cae por debajo de un umbral predefinido o cualquier cableado eléctrico el elemento está dañado. En tal situación de falla, se realiza una reparación mínima. El PM propuesto estrategia sugiere reemplazar sistemáticamente n paneles con su respectivo sistema de cableado cada vez unidades T en un tiempo finito de funcionamiento H. Los paneles a sustituir preventivamente se seleccionan mediante el agente de mantenimiento después de una evaluación general en el sitio.
Se propone un modelo analítico para determinar simultáneamente el período óptimo de PM, T, y el número óptimo de paneles solares, n, a reemplazar en cada PM. Esto se hace modelando y minimizando el costo de mantenimiento total esperado durante el horizonte de tiempo de operación finito H.
Se utilizó la tesis “Operación y mantenimiento: Experiencia de campo para fuera de la red de Sistemas Fotovoltaicos Residenciales” (Canada et al., 2005). El autor da a conocer que el rendimiento de campo de los sistemas fotovoltaicos se ha estudiado ampliamente durante muchos años. Existen aplicaciones y varias bases de datos en los Estados Unidos e internacionalmente. Sin embargo, estas bases de datos se centran casi exclusivamente en el rendimiento eléctrico del sistema. Información publicada sobre la O&M y los costos es casi inexistente. En un momento en que la fotovoltaica se está considerando como una opción viable para la generación de energía distribuida, es crítico que la experiencia de mantenimiento sea capturada para identificar los costos del ciclo de vida y/o nivelados costos de energía para estos sistemas, así como para identificar áreas para sistemas y componentes mejoras. La investigación aborda la recopilación de datos, el análisis y los resultados de un sistema fuera de la red programa de servicio al cliente residencial ofrecido por el Servicio Público de Arizona (APS). Compañía durante un período de seis años desde 1997 hasta 2002. La O&M los registros de estos sistemas fueron cuidadosamente rastreados y analizados. Se presentan el desarrollo de los costos de operación y mantenimiento, base de datos, los factores de costo, las implicaciones del costo del ciclo de vida y las lecciones aprendidas y discusión de resultados.
Se empleó la investigación “Detección de anomalías y mantenimiento predictivo para sistemas fotovoltaicos” (De Benedetti et al., 2018). Los autores presentan un enfoque de aprendizaje diseñado para detectar posibles anomalías en los sistemas fotovoltaicos (FV) con el fin de permitir que un operador planifique intervenciones de mantenimiento predictivo. El algoritmo de detección de anomalías presentado se basa en la comparación entre los valores medidos y predichos de la producción de energía de CA. El modelo diseñado para predecir la producción de energía de CA se orienta en una Red Neural Artificial (ANN), que es capaz de estimar la producción de energía de CA utilizando mediciones de la temperatura del SFV y la radiación solar, y que se entrena utilizando un conjunto de datos recopilados previamente de la planta a monitorear. Los datos de tendencias provenientes del sistema fotovoltaico se comparan luego con la salida del modelo y se analiza el vector de residuos para detectar anomalías y generar alertas diarias de mantenimiento predictivo; allí los residuos se agregan durante 1 día y se procesan para detectar muestras fuera del umbral y tendencias de degradación del sistema; estas tendencias se extraen mediante el cálculo de la media móvil triangular (TMA), donde el tamaño de la ventana se determina automáticamente. El documento también informa resultados de datos experimentales que revelan que el modelo conduce a una buena tasa de detección de anomalías, que se mide como una tasa de detección predictiva positiva superior al 90
%. Además, el algoritmo es capaz de reconocer tendencias de desviaciones del sistema con respecto al comportamiento normal de operación y generar alertas de mantenimiento predictivo como un sistema de apoyo a la decisión de los operarios, con el objetivo de evitar posibles fallas entrantes.
La investigación “Operación en el campo y Mantenimiento de Fotovoltaica Sistemas en Camerún” (Alwateer et al., 2018) (Deli & Noel, 2020). El autor examina las causas del quiebre en el sistema de energía fotovoltaica, proponer estrategias para solucionarlos y evaluar el campo de vida útil de algunos elementos de los sistemas fotovoltaicos. Los datos analizados se obtuvieron a partir de registros de mantenimiento y mediciones durante un período de 9 años (desde 2007 a 2015) para los sistemas fotovoltaicos de respaldo y 2 años (de 2016 a 2018) para fotovoltaica sistemas de bombeo de agua (PVWPS). De este análisis se desprende que el 29% de los las baterías se estropearon (lo que llevó a una intervención curativa); esto
contribuyó a aproximadamente 64,9% del desglose total registrado. Logro demostrar que las motobombas son más sensibles que otros elementos del PVWPS. Este estudio también permitió no sólo evaluar la cantidad de acciones preventivas y correctivas impactos del mantenimiento en los sistemas solares fotovoltaicos, sino también para proponer el mantenimiento estrategias para el diagnóstico rápido de los sistemas fotovoltaicos.
Se empleó la investigación “Evaluación de la operación y mantenimiento seguro de Sistemas instalaciones fotovoltaicas” (Kamenopoulos & Tsoutsos, 2015). Los autores explican que hoy en día, aunque los PV (fotovoltaicos) han sido una fuente de energía importante, existen publicaciones limitadas centrado en los riesgos relacionados con la O&M de los sistemas fotovoltaicos. este tema es crucial sobre todo teniendo en cuenta el número de instalaciones adicionales debido, también, a la política europea favorable. Además, hay datos limitados en todo el mundo sobre percances relacionados con la operación/mantenimiento de la energía fotovoltaica instalada. Por lo tanto, es difícil establecer una hoja de ruta de política de seguridad para Proyectos de operaciones/mantenimientos fotovoltaicos, especialmente los grandes. Para lograrlo, un operativo Se sugiere adoptar una metodología de gestión de riesgos. El alcance de este documento es: (i) aclarar la importancia de la seguridad en los sistemas fotovoltaicos durante la operación/mantenimiento normal; (ii) establecer una evaluación holística de riesgos de referencia para el entorno de trabajo fotovoltaico instalado; (iii) para identificar posibles riesgos incorporados a la operación/mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos; y (iv) evaluar los riesgos asociados riesgos. La metodología y los hallazgos propuestos deben considerarse como una línea de base para futuras investigación en el futuro.
Se utilizó la investigación denominada “Optimización del plan de mantenimiento fotovoltaico mediante un FMEA enfoque basado en datos reales” (Villarini et al., 2017). La investigación da a conocer que los altos niveles de confiabilidad son tan importantes como los altos rendimientos para maximizar la energía verde útil producida. El autor presenta una evaluación completa y nueva de la Fiabilidad Centrada Mantenimiento llevado a cabo utilizando un enfoque de análisis de modo y efecto de falla para sistemas fotovoltaicos usamos un gran volumen de datos derivados de una base de datos de actividades reales de mantenimiento realizadas por
una multinacional empresa. Estos datos fueron interpretados por las opiniones de expertos con experiencia especializada en la instalación, operación y mantenimiento de sistemas de energía fotovoltaica, desde pequeños hasta multi-megavatios, el trabajo tiene ventajas sobre muchos estudios previos ya que la información se derivó de experiencias reales de sistemas fotovoltaicos que permitieron un análisis de riesgo más realista y, sobre todo, esta información también fue utilizados para revisar el plan de mantenimiento de las instalaciones fotovoltaicas y optimizar su eficacia, concentrando en varios modos de falla que afectan principalmente a la producción o que pueden eliminarse y reducirse fácilmente.
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 Componente crítico de un sistema fotovoltaico
Las células solares fotovoltaicas se basan en el efecto fotoeléctrico sobre materiales semiconductores. Esto establece que, en algunas condiciones, uno electrón en un material puede absorber un fotón. Por lo tanto, el electrón gana la energía asociada a ese fotón, dada por la ecuación. (1):
𝐸 = ℎ. 𝑣 = ℎ. 𝑐 λ Donde:
E es la energía del fotón para su frecuencia, λ es la longitud de onda, h es la constante de Planck y c, la velocidad de la luz.
Un material semiconductor es un sólido cristalino en el que se unen electrones (electrones de valencia) y electrones libres (electrones de conducción), están permitidos solo en algunos valores de energía, con una banda de energías prohibida entre ambos, llamado gap de energía. Esto explica las raras propiedades de semiconductores.
Sin embargo, esto sólo puede ocurrir si la energía del fotón es igual o superior a la energía asociada al desfase energético de ese semiconductor. Además, un electrón en la banda de conducción puede perder parte de su energía por varios tipos de procesos, y caer a la banda de valencia. Esto es posible porque hay niveles de energía libre en
esta banda debido al hecho de que algunos electrones están en la conducción bandas (ya sea por efectos térmicos o por efecto de dopantes).
A continuación, se presenta el modelo matemático de una célula fotovoltaica.
Figura 1. Modelo de un diodo de una célula solar
Entender que el modelo más simple que refleja el funcionamiento de una celda solar Como una fuente de corriente, diodo, resistencia en serie y otro en derivación. Este modelo se refleja en la figura y está matemáticamente modelado por la ecuación.
𝐼 = 𝐼𝐿 − 𝐼0 (𝑇) (𝑒𝑒𝑉+𝑅𝑚𝑘𝑇𝑆𝐼− 1) − 𝑉 + 𝑅𝑆𝐼 𝑅𝑝 Donde:
I : Corriente real IL : Corriente teórica.
I0 (T) : corriente que depende la temperatura.
E : electrón.
V : Variación de voltaje.
RS : “Resistencia en serie de la celda”.
M : “Factor de idealidad del diodo”.
K : “Constante de Boltzmann.
Rp : “Es la Resistencia en paralelo de la celda”.
Esto también puede modelar la característica I-V de la celda fotovoltaica bajo condiciones de iluminación, que se muestra en la Figura.
La figura 2 muestra la curva que es el resultado del producto de la corriente en coto circuito y el voltaje en circuito abierto. El punto en negrita indica el valor máximo.
(Tiwari y Dubey, 2010).
Figura 2. Grafica de tensión versus corriente de un panel fotovoltaica
2.2.2 Diseño de un sistema fotovoltaico
Se muestra las principales aplicaciones del sector fotovoltaico.
Uno de los principales problemas de la electrificación rural descentralizada con sistemas solares domiciliarios es la dispersión de las casas y el difícil acceso en para realizar funciones de mantenimiento. Las empresas privadas tienen el problema de establecer la implementación de estructuras de mantenimiento operar y garantizar el servicio de los sistemas solares por un período de más de 10 años.
Los edificios nuevos y antiguos deben incorporar sistemas que aumenten su eficiencia energética. Siguiendo con lo anterior, Fan y Xia (2017)
presentar un modelo de optimización multiobjetivo, consistente en la instalación de paneles solares en el techo, la envoltura del edificio incluyendo ventanas, paredes exteriores y techos.
Figura 3. Tipos de sistemas fotovoltaicos
2.2.3 Operación de sistemas fotovoltaicos
Como indican Zhao et al. (2000), el funcionamiento de una planta fotovoltaica se apoya en otros procesos, por ejemplo: seguimiento, control, simulación, optimización, diagnóstico de fallas existentes, parada de producción, el inicio de la producción y operación de todos ellos.
Para estimar la producción fotovoltaica es necesario anticipar el valor del recurso existente (irradiación). En el área de pronóstico, el uso de redes neuronales artificiales (ANN) está muy extendido, y Monteiro et al. (2017) analizan siete algoritmos de entrenamiento utilizados en RNAs, para la previsión de la potencia activa generada. Los resultados obtenidos a través de ANN superan los resultados de otros trabajos con Soporte Máquina Vectorial (SVM) y el Filtro de Kalman (KF). De acuerdo con los autores, para mejorar el modelo es necesario utilizar la temperatura de la célula.
Para un adecuado ajuste de la potencia activa de la red, Thao y Uchida (2017) proponen una estrategia de control basada en fuzzy lógica, donde hay dos niveles jerárquicos. Sistemas fotovoltaicos Disponer de bancos de baterías para regular la frecuencia de la red. Cada El sistema fotovoltaico tiene un controlador central y muchos controladores locales.
Tabla 1: Directrices para el diseño, instalación y mantenimiento SFV
Pautas Diseño Instalación Mantenimiento de
sistemas fotovoltaicos
Módulo PV Toda s la s
tecnología s son vá lida s, pero es necesa rio pa ga r a tención a su eficiencia y costo.
Ademá s, La s
especifica ciones de los fa brica ntes no siempre
coincidir con
experimentos de la bora torio y de ca mpo
Pa ra ga ra ntiza r la ventila ción (refrigera ción ) del
módulos fotovolta icos
insta la dos en cubierta s, es necesa rios pa ra ga ra ntizar un espa cio suficiente
entre ellos y a quellos
Como regla genera l, para poder estima r la
producción fotovolta ica, los ma ntenedores utiliza n la
medición rea l procedente del Sma rt Meter.
Esta medida de producción debe coincidir con la irra dia ncia existente en el sitio, por lo que es
conveniente tener
medidores de irra dia ncia
Inversor
La mejor
configura ción es a quella que no tiene
tra nsforma dor
a socia do a l
inversor
La a cción del MPPT debe ha cer que el volta je moverse a va lores a ltos, y de esta ma nera reducir la va lores a ctua les (y por lo ta nto la s pérdida s)
Todos los
inversores comercia les ga ra ntiza n una a cepta ble
THD y fa ctor de potencia
La ca bina idea l es a quella que ma ntiene una consta nte tempera tura (10–15 °C)
Sombrea do, Obstá culos y Pa rtes
La s herra mientas pa ra la eva lua ción de sombra s son funda mental.
Alguna s de estas herra mienta s son:
PVSyst, Autoca d, SketchUp, etc.
Los elementos existentes deben ser va lora dos, ya que pueden ser obstá culos y sombra s pa ra el sistema.
Aire
Los sistema s de
a condiciona miento ta mbién deben tenerse en cuenta . cuenta
La comproba ción del esta do y funciona miento del circuito.
disyuntores, fusibles y otros elementos deben ser rea liza do por el persona l de servicio
La ta rea de limpieza de los módulos fotovolta icos es crítico, ya que la suciedad es responsa ble de un a lto
degra da ción de la
eficiencia del módulo
En los sistema s con seguimiento (uno o dos ejes),
la lubrica ción y
supervisión de los equipos en movimiento
la s pieza s son necesa ria s Inversor-
Arra y PV
La experiencia muestra que la configura ción óptima es
el de ma yor
número de
módulos, en pa ra permitir más ra ma s en pa ra lelo En la fa se de
diseño, es
recomenda ble proponer un inclina ción óptima de los módulos según la
ubica ción, y los
modelos deben
ca lcula rse con una irra dia ción má xima de 1100 W/m2 con periodos má ximos de 15 min
Ca bles eléctricos
En el la do DC, es necesa rio tener fusibles y
rompedores de
circuito
Los ca bles de CA deben tener doble a isla miento y secciones de gra n ta ma ño
Los ca bles deben evita r ser expuestos a l sol,
y la s ca ja s de protección deben ser esta nca s. Eso ha y que tener en cuenta que los componentes
necesita n disipa r el ca lor en su funciona miento norma l
Pa ra evita r el a umento de pérdida s, los ca bles y los los inversores deben tener ba ja tempera tura
Fuente (Spertino y Corona, 2017)
2.2.4 Mantenimiento de sistemas fotovoltaicos
Los trabajos relacionados con el rendimiento de la energía fotovoltaica en actualidad utilizan “termografía y electroluminiscencia, suciedad, riesgos en operación y mantenimiento y modos de falla que están presentes en sistemas fotovoltaicos”.
Bahaidarah et al. (2016) destacan la necesidad de un enfriamiento uniforme de los paneles solares y los autores presentan algunas conclusiones de gran interés:
• Los autores presentan como crítica la distribución no uniforme de temperatura debido al material de la celda, la geometría del concentrado y sus propiedades
ópticas, el diseño y método de fabricación; y como principal efecto la reducción de la eficiencia eléctrica indicando que el 40% se pierde debido a una distribución no uniforme.
• Una distribución de flujo no uniforme provocará una distribución no homogénea distribución de temperatura a través de la celda.
• El VCO y FF (ambos, parámetros de las células solares) disminuyen al aumentar la temperatura.
Una vez determinada la necesidad de un enfriamiento uniforme de las celdas solares, Se comparan y analizan los siguientes métodos de enfriamiento:
• Refrigeración por tubería de calor: absorción de calor en superficies de alto flujo y descarga en las superficies de flujo de calor inferior.
• Microcanales.
• Refrigeración por inmersión en líquido: inmersión de las células en el líquido intercambiadores de calor mejorados.
Figura 4. Tipos de mantenimiento de sistemas fotovoltaicos
• Disipadores de calor: con refrigerante circulante al alcanzar una determinada temperatura en el panel solar.
• Refrigeración por chorro de impacto.
• Microcanales híbridos y refrigeración por chorro de impacto.
• Sistemas de materiales de cambio de fase: uso de dispositivos de almacenamiento de calor latente que permanecen constantes durante el proceso de cambio de fase.
2.2.5 Tipos de mantenimiento A. Mantenimiento preventivo
Este tipo de mantenimiento tiene por objetivo evitar o reducir las fallas y posteriormente aumentar la disponibilidad reduciendo costos y aumentando la operatividad de equipos y sistemas (emaint, 2022).
Se debe tener en cuenta que en los costos del mantenimiento preventivo no debe sobrepasar los beneficios.
Procedimiento general
Cuando se opera un sistema se debe realizar inspecciones, registrar datos de forma diaria y observar los parámetros de generación de electricidad. Para anticiparnos a posibles fallas. (Grandel, 2016)
Figura 5. Sensor de radiación con suciedad
Fuente: (Grandel, 2016)
Cuando los costos de limpieza son económica y eficiente se obtiene buenos resultados, en la figura 6 se observa la acumulación de suciedad de aves producidos por aves.
Figura 6. Panel solar FV con acumulación de excretas de animales
En la figura 7 se observa suciedad en paneles solares ocasionado por la polución y polvo en suspensión del ambiente.
Figura 7. Acumulación de polvo
Las actividades de seguridad son la siguientes:
• Siempre se debe realizar las indicaciones de los fabricantes respecto al mantenimiento y limpieza.
• Utilizar plataformas de elevación o andamios.
• Se debe desconectar el inversor.
• No se permite caminar encima de los paneles.
• Si se utiliza productos químicos se debe determinar donde se almacenará el agua.
• Verificar las temperaturas de los equipos.
• No obtener diferencias de temperatura es decir no utilizar mucha agua frio o mucha agua caliente.
• No emplear altas presiones de agua o aire.
• El agua no debe tener cal o componentes que dañen los vidrios.
Figura 8. Herramienta especial para limpieza con mango telescópico
Para realizar la limpieza de los módulos es necesario:
Utilizar grandes cantidades de agua.
La escoba debe se r de cerdas bien suaves.
Se debe evitar machas utilizando agua ionizada.
La frecuencia de limpieza dependerá de la ubicación o ambiente de instalación del panel, en lugares con gran cantidad de polvo se limpiará mensual o cada dos meses.
Figura 9. Utilización de equipos pesados para realizar la limpieza
B. Mantenimiento correctivo
Son todas las actividades de reparación o reemplazo de los equipos o partes importante para la operación del equipo o sistema.
Fallas típicas
Las fallas más comunes se presentan en los inversores y tiene un 50% de los costos de mantenimiento.
El inversor es el dispositivo con mayores problemas ocasionando que los sistemas se detengan en su funcionamiento en la figura 10 se muestra que en los países de Inglaterra, Alemania, Suiza, Taiwán y Japón el inversor tiene mayor problemas.
Figura 10. Fallas comunes en sistema fotovoltaicos
Inversor
Cuando no funcionan los inversores ocasionan muchas perdidas las causas pueden ser:
• Por falla de la red.
• Operación de protecciones de la instalación existente.
• Problemas en los ventiladores.
• Corrientes residuales elevadas.
• Corrientes de fuga.
• Corrientes en continua demasiado elevadas.
• Baja potencia por elevadas temperaturas o exceso de carga.
Módulos solares
Es el elemento principal del sistema de generación cualquier problema ocasiona perdidas de energía en el sistema.
Figura 11. Rotura de panel solar por impacto
A continuación, se describe algunas fallas de los paneles solares:
Problemas de laminación
El daño en el laminado coacciona mala captación de la radiación, corrosión y muchos problemas internos. Por lo general el laminado es de Etileno Vinil Acetato, el envejecimiento del panel tiene un color amarillo y marrón.
Figura 12. Daño del laminado del panel
Figura 13. Delaminación en módulos monocristalino
Figura 14. Delaminación en policristalino
Fuente: DGS Berlin e.V Delaminación
Este efecto aparece por el laminado viejo debido al paso del tiempo y los rayos solares.
Conexiones defectuosas
La corriente sale de los paneles a través de conductores. También vemos conductores que empalman a las células los cuales soportan estrés mecánico y de temperatura.
Las soldaduras deben ser las correctas para que no existan perdidas de energía. Las conexiones malas también suceden durante las conexiones en las cajas. Debemos tener presente que los circuitos electrónicos pueden ser destruidos por sobretensión.
Figura 15. Interconexión rota en un módulo
Fuente: DGS Berlín e. v.
Figura 16. Soldadura defectuosa
Figura 17. Caja deteriorada por sobretensión
Figura 18. Daños por fallas eléctricas
Roturas y micro-roturas
Las roturas pequeñas ocasionado durante el transporte, instalación, transporte o por factores ambientales afectan la eficiencia del panel dependiendo del grado de afectación.
Es muy importante inspeccionar las roturas o microrroturas e informar al fabricante.
Figura 19. Celda con rotura
Fuente: DGS Berlín e. V.
Figura 20. Microroturas visibles
Fuente: DGS Berlín e. V.
Conexiones y cableado
Se debe realizar inspecciones sobre los conductores debido a la exposición en el medio ambiente este podría causar daños al material aislante.
Figura 21. Aislamiento deteriorado
Figura 22. Conectores en mal estado
Figura 23. Radio de curvatura pequeño
Estructura de montaje Estructura fija
La inspección del anclaje de la estructura debe estar bien fija es importante realizar inspecciones regulares de tornillos y fijaciones.
Corrosión
El material utilizado para estructuras debe ser de aluminio o utilizar pinturas antioxidantes.
Diagnóstico y pruebas
En la tabla número 2 se observa las fallas, pruebas y medidas que se utilizan para detectar problemas en sistemas solares, información brindada por la Sociedad Alemana de Energía Solar (DGS).
Tabla 2: Fallas , Pruebas y Medidas.
C. Mantenimiento predictivo
Es conocido como mantenimiento basado en la condición el objetivo es tener información actualizada para realizar acciones correctivas como limpieza y otros. Lo que se espera es anticiparnos a fallas y corregirlas tempranamente.
Las actividades son similares al mantenimiento preventivo y correctivo. Respecto al costo es menor que los demás tipos de mantenimiento.
Es importante la instalación de sistemas de monitoreo utilizando sensores para la correcta toma de decisiones. En la actualidad todas las marcas de inversores y reguladores tiene sistemas de monitoreo es decir utilizan softwares en línea para realizar el monitoreo. Las marcas de inversores y reguladores cuentan con sistemas de adquisición de datos para almacena información de parámetros eléctricos y observan de forma sencilla la eficiencia del sistema.
También se cuenta con sistema de adquisición de datos de parámetros meteorológicos los cuales permiten tomar decisiones para la programación de mantenimiento del sistema.
Figura 24. Diagrama de sistema de monitoreo
Figura 25. Esquema descentralizado para sistemas FV
Figura 26. Ejemplos de registros de datos externos (DAQ)
La comunicación es muy importante para los trabajos de mantenimiento, motivo por el cual el sistema de adquisición de datos informa de forma automática al usuario. El mismo entrega un reporte fallas en el día.
Un monitoreo ordinario diario permite visualizar parámetros eléctricos, datos meteorológicos, alarmas de falla, reportes de operación. Es importante indicar que el monitoreo no reemplaza las actividades de inspección en campo.
Figura 27. Portal de monitore web GPM instalado.
2.2.6 Definiciones conceptuales
VI: Programa de mantenimiento
Son las actividades programadas para realizar el mantenimiento para posteriormente evitar las fallas.
VD: Operatividad del sistema fotovoltaico
“Es el correcto funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos para generar energía eléctrica”.
2.2.7 Definiciones operacionales VI: Programa de mantenimiento
“Variable que expresa el conjunto de actividades planificadas de mantenimiento”.
VD: Operatividad del sistema fotovoltaico
“Variable que expresa la variación del funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos”.
Tabla 3: Variable dependiente
Variable dependiente Indicador Valor final Tipo de variable
Operatividad del sistema fotovoltaico
Incremento de eficiencia del sistema.
Incremento de potencia eléctrica del sistema
Índice de eficiencia en valor
porcentual.
Potencia eléctrica en Watts
Numérica
Tabla 4: Variable independiente
2.3 SISTEMA DE HIPÓTESIS 2.3.1 Hipótesis General:
El programa de mantenimiento mejorará la operatividad del sistema fotovoltaico conectado a la red de la UNCP.
2.3.2 Hipótesis específica
• El programa de mantenimiento mejorará la eficiencia de generación de energía eléctrica del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú.
• El programa de mantenimiento evitará las paradas por mal funcionamiento del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú.
Variable independiente Indicadores Valor final Tipo de variable
Programa de mantenimiento
Conjunto de estrategias de mantenimiento
Informes de mantenimiento
Cualitativa
Capítulo 3:
ASPECTOS METODOLÓGICOS 3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN
3.1.1 Tipo de Investigación:
El tipo de investigación que se utilizó fue la aplicada porque se buscó mecanismos y estrategias que permitieron lograr la mejora de la operatividad del sistema solar conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú.
3.1.2 Nivel de Investigación
Se utilizó el nivel explicativo debido a que se da a conocer el comportamiento de una variable en función de otra; es decir la investigación es de causa efecto; se buscó el efecto del programa de mantenimiento en la operatividad del sistema fotovoltaico.
3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1 Método
Se empleó el método inductivo porque se realizó estudios específicos de lo general a lo individual es decir se analizó de forma individual los tipos de mantenimiento y luego se analizó el empleo de los tipos de mantenimiento de forma conjunta.
3.2.2 Diseño
Se empleó el diseño causal comparativo porque se analizó las posibles causas de reducción de energía eléctrica en sistemas fotovoltaicos y como el programa de mantenimiento incrementa la generación de energía eléctrica. (Espinoza, 2014).
3.3 Población y muestra
La población y la muestra son similares para nuestro caso de estudio es la energía eléctrica del sistema fotovoltaico conectado a la red de la Universidad Nacional del Centro del Perú.
3.4 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Se empleó como técnica la observación para lo cual el autor creó instrumentos como notas de campo y fichas de datos.
3.5 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS
El procesamiento de datos comprende la toma, clasificación y análisis para lo cual se empleó estadística descriptiva. Para validad la hipótesis se utilizó estadística inferencia.
.
Capítulo 4:
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
4.1 Análisis de resultados
4.1.1 Descripción del sistema FV conectado a la red de la UNCP.
La instalación del sistema fotovoltaico fue instalada en junio del año 2019, se encuentra en la azotea del pabellón de laboratorios de ingeniería de la UNCP, con 3.25 kWp de potencia instalada exactamente, con 10 paneles solares de tipo policristalinos de la marca Canadian Solar de 325 Wp cada uno y eficiencia de 16.97%, un inversor de corriente marca SMA modelo Sunny Tripower 5000TL-20 de 98.2% de eficiencia, una unidad de gestión de energía SUNNY HOME MANAGER 2.0 y un data loger web'log light 20.
Los módulos están instalados con 20° de inclinación y sin asombramiento, con orientación al norte.
Además, cuenta con una estación meteorológica equipada con un piranómetro Kipp&Zonen SMA COM-WS-200-10, un sensor de temperatura PT1000 y tres celdas calibradas SI-I-420TC-T; dichos equipos miden sus parámetros eléctricos y envían los datos vía internet por un cable de Ethernet hacía el modem que se adecuo para el monitoreo general del sistema.
Figura 28. Sistema fotovoltaico 3.25 Kw - UNCP
4.1.2 Descripción de los principales componentes
A continuación, se dará a conocer los principales equipos instalados.
A. Panel solar:
El panel solar utilizado es de potencia de 325 Wp y están formadas por células solares de silicio policristalino. La marca que se está utilización es Canadian Solar debido a que cuenta con un prestigio en la calidad de su producto y con una garantía mayor a 15 años.
Canadian Solar garantiza que la potencia de salida real del módulo en el primer año no será inferior al 97,5% de la potencia de salida etiquetada.
La marca canadian Solar cuentan con la norma internacional IEC 61730 e IEC 61215 como lo exige el cliente.
Figura 29. Panel solar -325 W CanadianSolar
B. Inversor de Conexión a Red
El tipo de inversor que se está utilizando es de conexión trifásico. La marca es SMA, que tiene una tecnología de punta y el mejor rendimiento en instalaciones de interiores y exteriores. Como la potencia que se desea generar es de 3.25KWp, tomamos en cuenta la línea Sunny Tripower que es la solución ideal para este tipo de aplicaciones. El inversor puede trabajar con potencias de 5 kW a 12 kW.
El inversor se encuentra soportado sobre la estructura de los paneles solares, asimismo al lado derecho se encuentra un tablero de control que contiene al equipo gestor de energía SUNNY HOME MANAGER 2.0 y protecciones eléctricas.
Figura 30. Inversor ASM STP 5000TL-20 870
C. Gestor de Energía
El Sistema de monitoreo solar proporciona la información del rendimiento del sistema fotovoltaico a través de la plataforma SUNNY PORTAL, además nos permite visualizar alertas y fallas de funcionamiento.
Figura 31. Gestor de energía SUNNY PORTAL
El Sunny Home Manager 2.0 es un equipo central encargado de gestionar la energía en plantas fotovoltaicas. Cuenta con funciones esenciales y principales como la acumulación de valores de medición de energía y potencia en sistemas conectados a red.
Figura 32. Sunny Home Manager 2.0
Instalación del equipo gestor de energía SUNNY HOME MANAGER 2.0 y protecciones eléctricas.
Figura 33. Tablero de control y protección
Unidad de Monitorización
El Data Logger web’log light + 20 registra y guarda los datos de: inversor, enchufes inteligentes.
El WEB’log light + 20 nos permite tener las siguientes funciones: Registro de datos, transmisiones, realiza copias de los datos, se puede agregar diferentes sensores, cuenta con diferentes interfaces, es compatible con diferentes marcas de inversores.
Figura 34. WEB¨LOG LIGTH + 20
Figura 35. Tablero de control
Estructura de los módulos solares
El soporte tiene material de fierro galvanizado, esta empotrado a la azotea, tiene un ángulo de inclinación de 20° sexagesimales y está orientado hacia el norte con azimut de 0.
La estructura tiene el diseño tipo mesa, con seis postes de soporte fijadas al piso y reforzadas con unos pernos de expansión, se caracteriza por tener una buena estabilidad y soportar según calculo estructural una velocidad del viento del 130 Km/h.
Figura 36. Planos de la estructura
4.1.3 Situación del sistema fotovoltaico antes del mantenimiento:
En las figuras se observa la suciedad en los paneles solares ocasionados por estiércol de aves y polvo. Se puede observar que la lluvia no es una solución para la limpieza de los paneles al contrario forma masas de tierra con mayor volumen ocasionando que la radiación solar no impacte de forma directa en la superficie del panel solar, aspecto que reduce la generación de energía eléctrica.
Figura 37. Suciedad en los paneles solares.
El monitoreo de los sensores da a conocer las interrupciones del funcionamiento del sistema, cuando existe corte de energía, problemas de comunicación es decir cuando existe falta de internet. Los dispositivos que están conectados a plataforma de monitoreo son el inversor (STP 5000TL-20 870), enchufe inteligente (Edimax) y datalogger (3002848762).
Figura 38. Monitoreo de la planta solar
4.1.4 Mantenimiento.
La investigación se centra en un programa de mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo, como la instaló es nueva, se realizó las siguientes actividades para el tipo de mantenimiento preventivo. El cronograma mensual y anual se presenta en el anexo 3 y 4, asimismo se presenta las actividades del mantenimiento correctivo como una propuesta para los posibles daños del sistema fotovoltaico en los próximos años.
Se realizaron las siguientes actividades del mantenimiento preventivo el día 01 de setiembre de 2022:
Sistema fotovoltaico:
-Se elaboró el cronograma del mantenimiento (ver anexo 3)
-Se elaboró formatos para mantenimiento preventivo (Ver anexo 2) Módulo fotovoltaico
-Limpieza de módulos fotovoltaicos según el cronograma que indica el fabricante;
para el panel Canadian Solar es de forma mensual.
Figura 39. Limpieza de panel solar.
-Se inspeccionó si los paneles tienen corrosión, laminado o amarillamiento.
Figura 40. Inspección de los paneles
Caja de conexión CC y CA -Inspección.
-Limpieza, secado y sellado de cajas de conexión.
-Se comprobó fusibles y ajustó todas las conexiones.
-Se verificó el funcionamiento de los interruptores y dispositivos de protección.
Figura 41. Tableros de protección
Cableado CC y CA.
-Se inspeccionó los conductores para observar daños ocasionados por costocicuitos, sobre tensiones y otras fallas.
Figura 42. Inspección de cableado
Inversor
Se inspeccionó el funcionamiento del inversor.
Se verificó la energía generada.
Se revisó los dispositivos de sobre tensión.
Se limpió el polvo.
Figura 43. Inspección del inversor
Arreglo del sistema fotovoltaico
-Se realizó pruebas de voltaje en las cadenas de paneles fotovoltaicos.
-Se revisó la fijación de los módulos
Figura 44. Inspección de la cadena de paneles
Sensores de monitoreo
Se realizó la inspección de los sensores de monitoreo asegurando que esta operativos.
Figura 45. Inspección de dispositivos de protección, celda calibrada, termómetro, piranómetro y datalogger
Estructura de montaje
Se inspeccionó la estructura si tiene corrosión o movimientos anormales.
Figura 46. Inspección de estructura metálica
Se realizó la inspección del panel después de 15 días observándose presencia de suciedad por estiércol de aves, indicativo para realizar un mantenimiento preventivo de forma mensual.
Figura 47. Vista de suciedad en los paneles
4.1.5 Análisis de datos de generación de energía antes y después de realizar el mantenimiento preventivo
En la figura 48 se observa los valores energía mensual desde la instalación, observándose que en el mes de setiembre se obtuvo 456.75 kWh aproximadamente, es importante indicar que en los últimos meses del año se tiene bajas radiaciones como se muestra en la figura 49. En los primeros meses de instalación no se tuvo muchos problemas de suciedad impregnados en los paneles fotovoltaicos.
Figura 48. Producción de energía mensual del sistema fotovoltaico durante los primeros meses de instalación.
Figura 49. Graficas de producción de energía ménsula
En la figura 50 se puede ver el primer año de operación del sistema fotovoltaico se aprecia un buen rendimiento en promedio de 465.37 kWh, pero nuevamente observamos disminución de la energía en el mes de setiembre mes de evaluación para la presente tesis se alcanzó un valor de 378.48 kWh. Posiblemente las causas son los periodos de lluvia y suciedad en los paneles solares.
Figura 50. Producción de energía - año 2020
En el año 2021 se observa una baja muy considerable de la energía producida específicamente en el mes de setiembre con un valor de 128.68 kWh, las posibles consecuencias son poca radicación por la presencia de nubosidad y lluvias, también por el incremento de suciedad por polvo y estiércol de aves.
Figura 51. Producción de energía -año 2021
En el año 2022 después del mantenimiento preventivo realizado el 01 de setiembre se observa que la energía producida en comparación a los años anteriores llega a un valor de 557.11 kWh concluyéndose que los trabajos de mantenimiento si dan buenos resultados en sistemas.
Figura 52. Producción de energía - año 2022
