DISEÑO DE UNA INSTALACION FV AISLADA (091561)

CURSO: ENERGIAS CURSO: ENERGIAS RENOVABLES DOCENTE: INGENIERA DOCENTE: INGENIERA PAOLA LY ELABORADO POR: CCAHUANA PUCHO Mijail (091561-B) CUSCO – PERÚ 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

INGENIERÍA MECÁNICA

INDICE CAPITULO I DATOS DE DISEÑO 1.1 Ubicación del generador fotovoltaico. 1.2 Ubicación del inversor. 1.3 Ubicación del regulador. 1.4 Uso de la instalación.

CAPITULO II ESTIMACION DE LAS CONDICIONES CLIMATOLOGICAS DEL LUGAR CAPITULO III CARACTERIZACION DEL CONSUMO ELECTRICO 3.1 Análisis del consumo eléctrico. 3.2 Perfiles de potencia. 3.3 Perfiles de demanda de energía. 3.1.1 Periodo de otoño-invierno. 3.1.2 Periodo de primavera-verano.

CAPITULO IV ELECCION DE LA CONFIGURACION DE LA INSTACION CAPITULO V

ELECCION DEL MES MÁS DESFAVORABLE

5.1 Cálculo de la orientación e inclinación del campo fotovoltaico.

CAPITULO VI CÁLCULO DE LOS TAMAÑOS DEL EQUIPO 6.1 Elección del tipo y número de módulos. 6.2 Número de ramales en paralelo. 6.3 Cálculo del perfil de energía de la instalación fotovoltaica. 6.4 Comparación entre el perfil de producción y la demanda de energía. 6.5 Inversor. 6.6 Batería. 6.7 Regulador de tensión. 6.8 Accesorios de la instalación.

CAPITULO VII SELLECCION DE LOS EQUIPOS DEL MERCADO CAPITULO VIII COMPROBACION DE LA INSATACION

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CAPITULO I DATOS DE DISEÑO DISEÑO DE UNA INSTALACION FOTOVOLTAICA PARA UNA VIVIENDA AISLADA EN LA PROVINCIA DE SICUANI DEPARTAMENTO DEL CUSCO DE USO ANUAL, CON UN TOTAL DE 4 PUNTOS DE LUZ W/UD Y TV DE 70 W TODOS EN CORRIENTE ALTERNA. LA VIVIENDA ESTA HABITADA POR UNA FAMILIA DEDICADA A UNA LADRILLERIA EQUIPOS DE CONSUMO (datos obtenidos de osinergmin)   

Cinco focos ahorradores de 20 w Televisor de 70 w. Radio grabadora de 30 w.

CAPITULO II ESTIMACION DE LAS CONDICIONES CLIMATOLOGICAS DEL LUGAR ESTIMACION DE LA MEDIA MENSUAL DE LA RADIACION SOLAR DIARIA EN EL CUSCO

DEPARTAMENTO CUSCO

LAT

ALT

IRRADIACION DIARIA MEDIA MENSUAL EN kWh/m2

GRAD 13.6

m 320

ENE 4.6

FEB 4.6

MAR 4.6

ABR 4.6

MAYO 4.4

JUN 4.3

JUL 4.4

AGOS 4.6

SEPT 4.9

OCT 5.2

NOV 5.2

DIC 4.8

MEDIA ANUAL kWh/m2 4.7

CAPITULO III CARACTERIZACION DEL CONSUMO ELECTRICO 3.1 Análisis del consumo eléctrico.   

Iluminación eficiente. Televisor eficiente. Radio grabadora eficiente.

3.2 Perfiles de potencia. El factor de potencia de todos los equipos de consumo es superior a 0,9. 

Calculo De La Potencia Instalada

Pii = Picc +Pica = 20w*4 + 70w +30w = 180 w Siendo: (Picc=0w)

Calculo De La Potencia De Demanda Suponemos un total de tres luminarias encendidas al mismo tiempo más la radio y el televisor. Pdi = Pdicc + Pdica = 20w * 3 + 70w + 30w = 160w Siendo :( Pdicc=0w) 

Calculo De La Potencia De Arranque Para el cálculo de la potencia de arranque de los equipos se tendrán en cuenta la del de mayor potencia. Pai = Pmaxai +Pdica  – Pimax Siendo: (Pmaxai= Pimax) En este caso la potencia de arranque = 160w 

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3.3 Perfiles de demanda de energía. El consumo se realizara por la noche con mayor requerimiento de energía y se destinara a iluminación (desde las 17 h hasta 23h en otoño e invierno y desde 19 h hasta las 24 h en primavera y verano) . De acuerdo a estas estimaciones la demanda de energía es la siguiente.

Periodo Otoño Invierno      

20w*6 h/dia = 120 wh/dia en la sala. 20w * 3 h/dia = 60 wh/dia en la cocina. 20w * 0.5 h/dia = 10 wh/dia en la dormitorio. 20w * 0.5 h/dia = 10 wh/dia en el baño. 70w* 5h/ dia = 350 wh/ dia del TV 30w* 10 h/dia = 300 wh/dia de la radio.

El consumo diario en esta época del año es de 850 wh/dia.

Periodo Primavera Verano      

20w*5 h/dia =100 wh/dia en la sala. 20w * 2 h/dia = 60 wh/dia en la cocina. 20w * 0.5 h/dia = 10 wh/dia en la dormitorio. 20w * 0.5 h/dia = 10 wh/dia en el baño. 70w* 4 h/ dia = 280wh/ dia del TV 30w* 8 h/dia = 240 wh/dia de la radio.

El consumo diario en esta época del año es de 700wh/dia. Consecuentemente la demanda diaria mensual de energía Edca (m) Wh/dia para todos los meses del año está representada en la siguiente tabla: ENE 850

FEB 850

MAR ABR 850 700

MAY JUN 700 700

JUL 700

AGO SET 700 700

OCT 850

NOV DIC 850 850

Calculo De La Energía Diaria Media Mensual Que Debe Aportar La Batería Eb (m) Wh/Dia Eb (m) = Edcc (m) +Edca (m) /ɳ i

Calculo De La Energía Diaria Media Mensual Que Debe Aportar el generador fotovoltaico Egf(m) Wh/Dia Egf(m) = Eb(m) /ɳ b  Aplicando estas ecuaciones suponiendo que ɳ i =0.9 y ɳ b = 0.8 y teniendo en cuenta que no existe demanda en corriente continua resulta.

Wh/Dia Edcc(m) Edca(m) Eb(m) Ecs(m)

ENE 0 850 944 1063

FEB 0 850 944 1063

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MAR 0 850 778 1063

ABR 0 700 778 875

MAY 0 700 778 875

JUN 0 700 778 875

JUL AGO SET 0 0 0 700 700 700 778 778 778 875 875 875

OCT 0 850 944 1063

NOV 0 850 944 1063

DIC 0 850 944 1063 PÁGINA 4

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CAPITULO IV ELECCION DE LA CONFIGURACION DE LA INSTACION Como es necesario almacenamiento de energía por la noche, se debe incorporar batería, como existen equipos en corriente alterna se debe incorporar un inversor y teniendo en cuenta que la potencia de los equipos de consumo es muy pequeña, el control de la descarga de la batería se realizara desde el regulador y la tensión nominal de la batería será de 12 V.

CAPITULO V

ELECCION DEL MES MÁS DESFAVORABLE

En la tabla adjunta se presenta el resultado de aplicar:Egf(m)  – Radiación solar media (m). En todos los meses del año. IRRADIACION DIARIA MEDIA MENSUAL EN kWh/m2 ENE

FEB

MAR

ABR

MAYO

JUN

JUL

AGOS

SEPT

OCT

NOV

DIC

4.6

4.6

4.6

4.6

4.4

4.3

4.4

4.6

4.9

5.2

5.2

4.8

-3537

-3537

-3537

-3725

-3525

-3425

-3525

-3725

-4025

-4137

-4137

-3737

MEDIA ANUAL kWh/m2 4.7

Tomaremos el mes desfavorable aquel que tenga la mayor diferencia (-3725) en este caso corresponde al mes de MAYO

Calculo De La Orientación e Inclinación Del Campo Fotovoltaico Dado que la orientación permanecerá fija durante todo el año, que es lo que se aconseja en electrificación rural, tomaremos como orientación adecuada nuestro caso tomaremos la orientación Norte por estar en el hemisferio sur. La inclinación óptima será aquella inclinación que capta más radiación en el mes más desfavorable que en este caso que corresponde mayo  Así pues, para el periodo más desfavorable (mayo) la radiación solar, según la inclinación del captador, es la siguiente. EN EL CALCULO DE INCLINACIONES NO SE CUENTA CON LOS DATOS DEL SENAMI, SENAMI SOLO TE MENCIONA QUE EL ANGULO MAS DESFAVORABLE ES 13° PARA EL CUSCO

La máxima radiación incidente le corresponde con una inclinación del campo fotovoltaico de    sobre la horizontal. Las horas pico en Huelva para una inclinación de  sobre la horizontal son las siguientes: INCLINACION 13°

ENE 4.6

FEB 4.6

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MAR 4.6

ABR 4.6

MAYO 4.4

JUN 4.3

JUL 4.4

AGOS 4.6

SEPT 4.9

OCT 5.2

NOV 5.2

DIC 4.8

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CAPITULO VI CÁLCULO DE LOS TAMAÑOS DEL EQUIPO 6.1 Elección del tipo y número de módulos.         

marca : KIOCERA KD140SX-UFBS Potencia pico: 101 W Intensidad de cortocircuito: 7.03 A Tensión de circuito abierto: 20.22A Intensidad de máxima potencia: 6.33 A Tensión de máxima potencia: 16.0 V TONC: 45 °C   de células en serie:20 Coeficiente β = -0.52v/°c

6.2 Números De Módulos En Serie Nms = Unb/(Ump-3) Energía de demanda: muy pequeña menor a 500w (180 w) Potencia de demanda: 1063 wh/dia En estos casos la tensión nominal más conveniente es de 12 V. Así pues tomamos una batería de tensión nominal Unb=12 V. y como Ump =17 V. Así pues resulta el número de módulos en serie Nms =1. Cada ramal tendrá un solo modulo.

Numero De Ramales En Paralelo Nrp Nrp = Egf(md)/h.s.p(md)*Pnb Siendo: Egf (md)= Egf (diciembre) y Pnb = Imp * Unb Haciendo los cálculos Pnb = 76w Egf (md)= 1063wh/dia h.s.p (md)= 4.4 Lo que resulta Nrp=3 Luego el número total de módulos resulta: Ntm = Nms * Nrp = 1*3=3 Todo ello ellos inclinados   sobre la horizontal.

6.3 Cálculo del perfil de energía de la instalación fotovoltaica. Epb (m) = h.s.p (m) * Nrp * Pnb * ɳ b Siendo h.s.p (m) las horas sol pico del mes Wh/dia ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC Epb(m) 839 839 839 839 802.6 784.32 802.6 839 893.8 948 948 875.52

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La energía diaria media mensual que debe estar disponible a la salida del inversor es: Epsi (m) = (Epb (m) – Epcc (m)) * ɳ i

siendo: Epcc (m) = Edcc (m)

Wh/dia ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SET OCT NOV DIC Epsi(m) 771 771 771 771 738.5 705.9 722.3 755 804.4 853 853 788

6.4 Comparación entre el perfil de producción y la demanda de energía. En la siguiente tabla se compara la producción fotovoltaica (Epcc (m) + Epsi (m)) con la demanda (Edcc (m) + Edca (m)), en nuestro caso Epcc (m) y Edcc (m) son ceros. Wh/dia Edca(m)

ENE FEB MAR ABR MAY 850 850 850 700 700

JUN 700

Epsi(m)

771

771

771

771

738.5 705.9 722.3 755

804.4 853

853

788

Epsi(m) - Edca(m) - 79

-79

-79

71

38.5

104.4 3

3

-62

5.9

JUL 700

22.3

AGO SET 700 700

55

OCT NOV DIC 850 850 850

Se observa que todos los días cuyos valores de irradianza se aproximan al de la media mensual correspondiente existe suficiente energía para satisfacer la demanda los meses de abril, mayo, junio , julio ,agosto, setiembre ,octubre , n oviembre, pero existe también 1000

Edca(m)

Epsi(m)

Epsi(m) - Edca(m)

800 600 400 200 0 ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SET

OCT

NOV

DIC

-200

una deficiencia los meses de enero febrero marzo y diciembre

6.5 Inversor. Potencia de demanda en corriente alterna es de 160 W, entonces la potencia del inversor será. Pi = Pdca * 1.2 = 192W Cuentan con las siguientes características:    

Transferencia rápida Protección alto y bajo voltaje Corrección de onda Cargador digital adaptivo de 4 pasos

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Protección de sobre carga en modo inversor Frecuencia 60Hz Voltaje de salida 220V Voltaje de entrada 12V

6.6 Batería. La tensión nominal de la batería es de 12 V. Seleccionamos una batería formada por vasos de 2 V de tipo estacionario de placa positiva tubular .El número total de vasos conectados en serie será de: 



 Vasos= Unb / Unv =6 vasos conectados en serie.

CAPITULO VII SELLECCION DE LOS EQUIPOS DEL MERCADO En la elección del equipo y accesorios tenemos que asegurarnos que las características técnicas se adapten a las requeridas, revisar las garantías que ofrecen cada fabricante, los precios y el servicio de pos venta del fabricante.

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CONCLUSIONES 

Es algo lamentable que no se encontrara datos sobre la radiación diaria media mensual para todo el año lo cual dificulto el trabajo. el cual nos obligó a trabajar con datos promedio.



El diseño de la instalación en este lugar donde escogimos es eficiente en algunos meses pero en otras no, debido a la baja radiación solar que existe en este lugar.



La electrificación rural, y en general la energización rural, es necesaria para mantener la paz social y, la energía solar, en especial la electricidad fotovoltaica, presenta hoy en muchos casos la mejor opción, y, eventualmente la única sostenible.



Para no repetir los errores hechos en proyectos anteriores se debe evaluar con suma cuidado los proyectos. Se requiere más gente capacitada tanto a nivel técnico como a nivel profesional que conozcan realmente las posibilidades y limitaciones del uso de las energías renovables.



Finalmente: No es posible suministrar energía a regiones rurales alejadas con costos similares a los en regiones urbanas, pero más caro es no suministrar energía a esas regiones. La energía más cara es la energía que uno no tiene.

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