Informe - Dimensionamiento Final PDF

 

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

“Dimensionamiento Fotovoltaico - Caserío La Algodonera del distrito de Olmos” Presentado por: ● ● ● ● ● ●

Carranza Chuhui, Ricardo / 20141206 Saldaña Rodriguez, Haydee / 20150323  Ninanya Brañes, Brañes, Yersing / 2012 20121080 1080  Carranza Guzman, Juan / 20141067  Quispe Lazo, Tania/ 20130154  Misari Guidotti, James / 20150309 

Curso: Energías Renovables

Profesor: Kenyi Cavalcanti LIMA – PERÚ 2020

 

1.  INTRODUCCION Actualmente en el Perú, menos de la quinta parte de la población total carece de servicio eléctrico. Es decir, eta situación representa una desventaja respecto a los demás países de nuestro continente. El consumo de energía eléctrica se incrementa por muchas razones, siendo las mas  principales elnte, incre incremento de lasque ne necesidades cesidades de ladía población que crece crece constantemente, constanteme demento tal manera las cargasenergéticas eléctricas cada son mayores. La investigación de este trabajo se basa en aplicar soluciones a los problemas de ciertas necesidades que pasa la sociedad aplicando los conocimientos de ingeniería. Por ello el presente trabajo se uubica bica en el caserío La Algod Algodonera onera en el distrito de Olmos, perteneciente al departamento de Lambayeque para la realización del diseño de una central fotovoltaica para el suministro de energía eléctrica a los pobladores del caserío con la finalidad de mejorar su calidad de vida. 2.  FORMULACION DEL PROBLEMA En el Perú, existe un porcentaje de los peruanos que todavía no tienen electricidad en sus hogares. El no contar con el servicio de energía eléctrica, impide desarrollar actividades económicas tales como la comercialización de productos alimenticios, como bebidas, carne, pecado, fruta, entre otros. Por lo general productos que necesitan conservarse refrigerados para evitar su descomposición. Así mismo, impide implementar talleres de soldadura, carpintería o panadería, pese a tener total conocimiento en estos tipos de actividades. Los pobladores del caserío La Algodonera en el distrito de Olmos para poder iluminarse por las noches y así poder cumplir con sus responsabilidades respec respecto to a la educación utilizan velas y mecheros los cuales son perjudiciales para la visión en un futuro para los estudiantes. Utilizan fuentes de energía no convencionales como velas, mecheros y baterías las cuales para poder ser adquiridas hay que trasladarse hasta el centro poblado mas cercano. Por otro lado, gran parte de la población realiza faenas agrícolas y ganaderas, por el cual la permanencia en sus viviendas se acentúa en horas de la noche, con muy poco consumo en horas del día. 3.  JUSTIFICACION DEL ESTUDIO En los últimos años, la electrificación fotovoltaica como una alternativa de solución en muchos casos. En el Perú, gracias también a la alta disponibilidad de la energía solar: la radiación solar es en la mayor parte del territorio nacional  bastante alta y uniforme durante todo el año, con valores promedios entre 5 a 7 kwh. El proyecto de investigación va dirigido a solucionar la problemática problemática de falta de suministro eléctrico en el caserío correspondiente a una localidad aislada

 

teniendo como motivación el programa de inclusión social. Así mismo contribuirá un aporte como punto de partida para futuros estudios relacionados con el diseño de módulos. 4.  OBJETIVOS 4.1.Objetivo General   Proponer un diseño de sistema fotovoltaico para suministrar energía

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eléctrica en el caserío La Algodonera en el distrito de Olmos, perteneciente al departamento de Lambayeque. 4.2.Objetivos Específicos   Realizar el estudio de la demanda de energía eléctrica en el caserío La

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Algodonera.   Determinar la radiación existente en el caserío La Algodonera.   Diseñar, calcular y seleccionar los equipos en el sistema fotovoltaico.

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5.  UBICACIÓN La Algodonera, está ubicado a 35 kilómetros del Distrito de Olmos y es el primer  poblado que se construye en una zona aledaña al Proyecto Irrigación Olmos. La construcción de La Algodonera se hace con una inversión de 3 millones de soles y consta de 31 viviendas con servicio de agua y desagüe mediante biodigestores, una Institución Educativa con mobiliario. 5.1.Ubicación 5.1.Ubicac ión Polít Política ica   Distrito: Olmos   Provincia: Lambayeque   Departamento: Lambayeque

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  Ubigeo: 1400308

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Figura Nº1. Ubicación Satelital del Proyecto.

Fuente: Elaboración Propia, 2020.

 

5.2.Ubicación 5.2.Ubicac ión geográfica   Latitud sur: 5º53’31’’    Latitud Oeste: 80º01’23’’ 

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Tabla Nº1. Coordenadas UTM de ubicación de la zona de estudio.

UBICACION NORTE Caserío 9348369.08 Fuente: Elaboración Propia, 2020.

ESTE 608131.37

Figura Nº2. Mapa de Ubicación del Proyecto.

Fuente: Elaboración Propia, 2020.

 

5.3.Ubicación 5.3.Ubicac ión de estaciones meteorológicas La información de la ubicación las tres estaciones se presentan en la siguiente tabla: Tabla Nº2. Coordenadas de cada estación meteorológica.

ESTACION

NORTE

ESTE

Cerro Arena 9345436 Pasabar 9355050 Final del Tramo 9345825 Fuente: Elaboración Propia, 2020.

588603 630976 613806

Figura Nº3. Ubicación Satelital de las Estaciones Pluviométricas Pluviométricas

Fuente: Elaboración Propia, 2020. 6.  GENERALIDADES En Olmos, los veranos son cortos, muy caliente, húmedo y nublados; los inviernos son largos, caliente ydel parcialmente nublados y está seco varía durante todo Durante el transcurso año, la temperatura generalmente de 19 °C ael35año. °C y rara vez baja a menos de 17 °C o sube a más de 37 °C. 6.1.Temperatura La temporada calurosa dura 2,9 meses, del 13 de enero al 9 de abril, y la temperatura máxima promedio diaria es más de 34 °C. El día más caluroso del año es el 27 de febrero, con una temperatura máxima promedio de 35 °C y una temperatura mínima promedio de 23 °C. La temporada fresca dura 5,0 meses, del 4 de junio al 3 de noviembre, y la temperatura máxima promedio diaria es menos de 31 °C. El día más frío del año es el 10 de agosto, con una temperatura mínima promedio de 19 °C y máxima  promedio de 30 30 °C.

 

Figura Nº4. Temperatura máxima y mínima promedio.

Fuente: Weather Spark, 2020. La figura siguiente muestra una ilustración compacta de las temperaturas promedio por hora de todo el año. El eje horizontal es el día del año, el eje vertical es la hora y el color es la temperatura promedio para ese día y a esa hora. Figura Nº5. Temperatura promedio por hora.

Fuente: Weather Spark, 2020. 6.2.Sector Económico Sus actividades productivas que realiza son el sembrío de hortalizas y el mejoramiento de la crianza de ganado caprino. El Comité de Mujeres de La Algodonera del distrito de Olmos, región Lambayeque, se desenvuelven en la siembre de hortalizas orgánicas (zanahoria, beterraga, rabanito, nabo y repollo,

 

tomate, zanahoria, ají, pimiento, culantro, lenteja, beterraga, rabanito, col, entre otros). Estos productos orgánicos son promovidos por la Unidad de Gestión Social y Desarrollo Económico del Proyecto Especial Olmos Tinajones. Asimismo, los pobladores cuentan con una zona para el pastoreo de su ganado con dos bebederos, zona de 4 hectáreas para el desarrollo de proyectos agrícolas comunales. 6.3.Sector Social Según el censo realizado por el INEI en el año 2017, el caserío de la Algodonera tiene una población total de 130 personas, compuesto por 72 varones y 58 mujeres. Este centro poblado tiene 31 viviendas. Gracias al Proyecto Olmos los pobladores que anteriormente habitaban las tierras asignadas para el proyecto de riego dejaron sus precarias viviendas para ser reubicadas en las nuevas casas de material noble que cuentan con dormitorios, sala comedor, baños y patioOlmos cercado en una extensión total de 500dem2, construido por cocina, el Proyecto Especial Tinajones  –  PEOT,   PEOT, como parte su Programa de Compensación y Relocalización Involuntaria  – PCRI, PCRI, implementado  para liberar las áreas áreas del proyec proyecto to ocupadas ppor or posesionarios precarios. Figura Nº6. Caserio La algodonera.

Fuente: Gobierno Regional de Lambayeque. Lambayeque.

 

7.

Di Dime mens nsio iona nami mien ento to del del S Sis iste tema ma Fo Foto tovo volta ltaic icoo 7.1. Demanda de  energía eléctrica proyectada y máxima demanda en el caserío La Algodonera El número  de viviendas en el caserío el Algodonal que se considerará en el dis iseeño será de  31 conformado por 130 personas, verificada por el censo realizado por el INEI en el 2017.

7.1. 7.1.1. 1.

Pr Proy oyec ecci ción ón de la en ener ergí gíaa d dee las las vviv ivie iend ndas as  Conoci Cono cien endo do la po pobl blac ació iónn actu actual al y el nú núme mero ro de vivi vivien enda dass ento entonc nces es lo pr prim imer eroo será erá pro royyecta ectarl rlaa  cons consid ider eran ando do una una vid idaa útil útil de la cent centra rall fot otov ovol olta taic icaa de 20 años. Para  ello necesitaremos la tasa de crecimiento poblacional y con esa finalidad utilizaremos los datos de los censos.

 Figura 1: Datos de población de Olmos - Censo 1993  Fuente: http://censos.inei.gob.pe/Censos1993/redatam/#

 

De la  misma fuente, se obtuvieron 4 censos del distrito de Olmos para los año años 1993 993,  2005 2005,, 2007 2007 y 2017 2017.. De los los dato datoss re ressulta ultant ntes es,, se calc calcul ular aráá la tas tasa de crecimiento poblacional utiliznado la siguiente fórmula:

Donde Po: Población inicial (la población en el año1993). Pf: Población después de “n” años i: tasa de crecimiento de la población Los resultados se muestran en la Tabla N°1 De donde onde  la tasa tasa de crec crecim imie ient ntoo a cons consid ider erar ar par araa el cas caser erío ío La Alg Algodo odonera nera es de  1,83% en promedio. Ahora proyectamos la población para 20 años (debido a que la vida útil de los paneles fotovoltaicos es de 20 años a más) Tabla N°1: Tasa de crecimiento en el distrito de Olmos

Donde: Po: Población actual (130 habitantes) P20: Población proyectada al año 20 i: Taza de crecimiento poblacional (1,83 %) Reemplazando los datos obtenemos:  P20 = 130 (1 + 0.0183)^20 0.0183)^20 = 186.8 = 187 hab.

Para determinar el número de viviendas, se tomará t omará de referencia con relación al año 2017:  P1/V1 = P20 / V20 130 hab. /31 viv. = 187 hab. / V20 V20 = 44.6 = 45 viviendas

 

7.1. 7.1.2. 2.

Alum Al umbr brad adoo de vías vías públ públic icas as El núme número ro  de punt puntos os de ilu ilumi mina naci cióón (PI PI), ), se calc calcul ulóó segú egún lo esta establ blec ecid idoo en la no norm rmaa  “D “DGE GE Al Alum umbr brad adoo de vías vías pú públ blic icas as en ár área eass ru rura rale less 20 2011 11”, ”, el mi mism smoo que se presenta a continuación. a. Determinación del  consumo de energía mensual por alumbrado público (CMAP): Donde: CMAP  NU KALP F

: Consumo mensual de energía alumbrado público en kW.h : Número de Usuarios de la localidad : Factor de alumbrado público en kW.h/usuario-mes : 1, para todos los sistemas eléctricos de distribución excepto los SER 0,5 , para los SER

(* (*)) Los Los  fact factor ores es KA KALP LP se ac actu tual aliz izan an cada cada 4 añ años os,, se tien tienee qu quee toma tomarr en cons consid ider erac ació ión n los los va valo lore ress  de los los fact factor ores es KALP KALP vi vige gent ntes es a la fech fecha a del del proy proyec ecto to de el elec ectr trif ific icac ació ión. n. Lo Loss va valo lore ress mo most stra rado doss  en la Ta Tabl bla a Nº Nº1 1 del del fact factor or KALP KALP co corr rres espo pond nden en a los los apro aproba bado doss po por  r  la Resolución Ministerial Nº 074- 2009-MEM/DM. 

SDT 4: Urbano Rural SDT 5: Rural SDT Especial: Coelvisac (Villacurí) SDT SER: Sistemas Eléctricos Rurales DeCMAP la tabla,=calculamos: 1 x (6.3 kWh/usuario-mes) x (45 viv.) = 283.5 kWh/mes b. Determinación del  consumo de energía mensual por alumbrado público (CMAP): Donde: PI CMAP CM AP

: Puntos de Iluminación : Co Cons nsum umoo mens mensua uall de en ener ergí gíaa de al alum umbr brad adoo pú públ blic icoo en kW.h)  NHMAP : Número de horas men mensuales suales del servicio alumbrado  público (horas/mes). PP PPL L

:  público Pote Potenc ncia iaen no nomi mina nal prom edio io de la lámpar araa de alum alumbr brad adoo W (50l pr Womed para SDT 5)lámp

 

La cantida idad  de puntos de iluminación (PI) en el caso de ser decimal se debe redondear  al entero inferior. El número de horas diarias de alumbrado públic lico  considerado debe estar tar comprendido entre 8 y 12 horas; mayormente 12 horas. (NHMAP = 12 x 30 = 360 horas/mes)

PI = (283.5kWh/mes x 1000) / (360horas/mes x 50W) PI = 15.75 = 15 Puntos de Iluminación La energía  por alumbrado público lo obtenemos multiplicando la cantidad de  puntos de iluminación por la potenciay por 12h de utilización obteniendo: 15 * (50W/1000)*(12h) = 9 kWh/día

7.1.3.

Consumo de  energía elétrica promedio diario para el caserío la Algodonera Entonces la energía promedia diaria para el caserío el algodonal es de: Tabla N° 2: Energía eléctrica promedio y potencia instalada

De la tabla N°2 podemos determinar el consumo diario de energía del caserío que es igual a 26.64 kWh/día y una potencia de 7.23kW. La potencia  que será instalada en el caserío La Algodonera es de 7230 W; com respecto  a la máxima demanda consideraremos lo establecido en la norma con respecto de los factores de demanda

 

Tabla N° 3: Máxima demanda

Entonces la máxima demanda es de: 3990 W

7.2.. 7.2

Det Determ ermina inació ción n de la rradi adiaci ación ón ssola olarr en el ccase aserío río La A Algo lgodon donera era Pa Para ra dete determ rmin inar ar  la radi radiac ació iónn so sola larr en el Case Caserí ríoo La Algo Algodo done nera ra cons consid ider erar arem emos os tr tres es fuentes y  de sus datos consideraremos el peor de los escenarios es decir cuando   la radiación solar es mínima. mínima. Atlas de energía solar del Perú (SENAMHI, 2003) Seg egún ún este este  docu docum mento ento obte obtene nemo moss los los dato datoss de radia adiaci ción ón so sola larr del del depa deparrtame tament ntoo de Lambayeque.

 

Dondee ob Dond obse serv rvam amos os  que que la ener energí gíaa sola solarr inci incide dent ntee diar diaria ia má máss desf desfav avor orab able le varí varíaa entr entree 4,5kWh/m2/día y  5 kWh/m2/día por lo que se considerará el valor promedio de 4,75kWh/m2/día. Consultando el software RETScreen La NA NASA SA,,  qu quee es la agen agenci ciaa aero aeroes espa paci cial al de los los Es Esta tado doss Un Unid idos os,, re regi gist stra ra dato datoss como como temperatura del  aire, humedad relativa, precipitación, radiación solar lar, presión atmosférica, velocidad del viento, temperatura del suelo, entre otros. Pa Para ra la  dete determ rmin inac ació iónn de los los dato datoss de las las cond condic icio ione ness atmo atmosf sfér éric icas as en la loca locali lida dadd en es estu tudi dio, o, se  to toma ma lo loss dato datoss de la esta estaci ción ón me mete teooro roló lóggica ica más cerc cercan ana, a, y es la que está está ubicada a  25 Km, que es la estación meteorológica de Pueblo Nuevo, tal como se muestra en las siguientes capturas.

 

4.899 kWh/m2. kWh/m2.d d, si Donde la  radiación más baja ocurre en el mes de Junio de 4.8 sien endo do más precisa a nuestra área de estudio para el dimensionamiento.

7.3. 7.3.

Diseño Dise ño de la cent centra rall ffot otov ovol olta taic icaa 7.3. 7.3.1. 1. Cá Cálc lcul uloo del del gene genera rado dorr fo foto tovo volt ltai aico co Prim Primer eroo dete determ rmin inam amos os el cons consum umoo de ener energí gíaa para para DC y AC po porr día día teni tenien endo do lo siguiente: Lámparas: Alumbrado Público: Celular:

72 Wh x 45 viv = 3240 Wh 9000 Wh

30 Wh x 45 viv = 1350 Wh

Consumo DC por día = 13590 Wh

Radio: Televisor:

50 Wh * 45 viv. = 2250 Wh 240 Wh * 45 viv. = 10800 Wh

Consumo AC por día = 13050 Wh

Supon uponie ienndo una  efic eficie ienc ncia ia de ba bate terí ríaa = 0.90 .90 y ef efic icie ienncia cia del in invver erssor = 0.8 0.85 resulta:  ET = 13590/0.90 + 13050/(0.90*0.85) = 32159 Wh/día

De las  marcas recomendadas de paneles fotovoltaicos, elegimos YINGLI/SOLAR. Tabla N° 3: Paneles fotovoltaicos comerciales

De la  tabla N° 14 seleccionamos los paneles fotovoltaicos de 320 Wp de la marc ma rcaa YING YINGLI LI  SO SOLA LAR R (A (ANE NEXO XO 01 01), ), debi debido do a qu quee tene tenemo moss un cost costoo me meno nor  r  y adem además ás  el núm número ero de pan paneles eles es me meno norr con con lo que que ocu ocupan pan me meno noss esp spaacio cio y también tendremos  un menor número de estructuras de apoyo ,se observa también que  la potencia del generador fotovoltaico es de 10.24 kWp con lo que tenemos una reserva de energía.

 

Tabla N° 4: Características eléctricas de los módulos fotovoltaicos

 Fuente: Catálogo YINGLI SOLAR https://autosolar.pe/pdf/Ficha-panel-Yingli-320W.pdf

Tabla N° 5: Características mecánicas

 Fuente: Catálogo YINGLI SOLAR https://autosolar.pe/pdf/Ficha-panel-Yingli-320W.pdf

Por tanto,  tenemos una potencia de 320 Wp, con una tensión del panel Vpmp mp=3 =37V 7V,, una una  cor corrien riente te de pane panell Ip Ipmp mp=8 =8.6 .644 A y un fa fact ctor or de pér érdi diddas de 0.75. Primero calculamos las HPS, sabiendo que energía solar incidente diaria es kWh/m2.d (RETScreen) : de 4.89 kWh/m2.d (RETScreen) HPS = (4890 Wh/m2) / (1000 W/m2) = 4.89 HPS (peor mes)

 

  Calculamos el número total de paneles:

 NT = (32159 Wh/día) / (320*4.89*0.75)= (320*4.89*0.75)= 27.4 27.4 = 28 paneles

El número de paneles en serie será:

 Ns = (24V)/(37V) = 0.64 0.64 = 1 panel en ser serie ie

El número de paneles en paralelo será:

 Np = (28/1) = 28 ramas ramas en paralelo

7.3. 7.3.2. 2.

Dime Dimens nsio iona nado do del del ssis iste tema ma de acum acumul ulac ació ión n Consideramos una autonomía de 6 días por la ausencia de sol:  ΔE = D*ET = 2 días * 32159 Wh/día = 64318 Wh

Suponiendo un profundidad máxima de descarga de 0.7 resultará:

Cn (Ah) = (64318 Wh) / (24V*0.7) = 3828 Ah

Teniendo en cuenta que las baterías tiene una fuerte influencia en el costo total de la central fotovoltaica entonces para la selección se ha considerado baterías de marca reconocida como la marca RITAR ola ROLLS se ha considerado sus costos. (fuente:https://autosolar.pe/baterias-solares/ritar  (fuente: https://autosolar.pe/baterias-solares/ritar )

 

7.3. 7.3.3. 3.

Dime Di mens nsio iona nado do del del reg regul ulad ador or:: La corr corrie ient ntee  má máxi xima ma qu quee pr prod oduc ucir iráá el si sist stem emaa ge gene nera rado dorr fo foto tovo volt ltai aico co será:

 IG = 28 * 8.64 A = 241.9 A

La corriente máxima que consumen las cargas será:

Ic = 13590 Wh/12V + (13050Wh/0.85)/220 = 1202.3 A

La corriente máxima que debe sorportar el regulador será:

 Ir = 241.9 A 

Entonnces Ento ces se  cons consid ider eraará trab trabaj ajar ar con con con contr trol olad adoore ress de la ma marc rcaa VIC ICTR TRO ON ENERGY 150/100

 Fuente: https://www.suenergiasolar.com/tienda/reguladores-de-carga/regulador-solar-mppt/  regulador-de-carga-victron-bluesolar-mppt-150-v/  

 

7.3. 7.3.4. 4.

Dime Di mens nsio iona nado do del del in inve vers rsor or:: Consideramos trabajar con un inversor Must Solar de 10 kW.

 Fuente:https://autosolar.pe/pdf/MUST-SOLAR-PV3500.pdf    Fuente:https://autosolar.pe/pdf/MUST-SOLAR-PV3500.pdf 

8.

CONCLUSIONES ●

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Re Real aliz izan ando do la  pr proy oyec ecci ción ón para para 20 años años,, la po pobl blac ació iónn es de 18 1877 habi habita tant ntes es,, es deci decir, r, el centro poblado estará conformado por 45 viviendas aproximadamente. El consumo  de energía mensual por alumbrado público es de 283.5 kWh/mes, obte obteni nién éndo dose se en  tota totall 15 pu punt ntos os de ilum ilumin inac ació iónn y la ener energí gíaa po porr alum alumbr brad adoo públ públic icoo es de 9 kWh/dia. El consumo  diario de energía del caserío es igual a 26.64 kw/dia y una potencia de 7.23 kW.; es decir la potencia instalada con respecto a la máxima demanda. Los Los pane panele less  sele selecc ccio iona nado doss fuer fueron on de la ma marc rcaa YI YING NGLI LI SOLA SOLAR, R, adem además ás la po pote tenc ncia ia del generador fotovoltaico es de 10.24 kWp.

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La hora pico solar es de 4.98 es el peor valor del peor por mes. En total  para este proyecto se consta de 28 paneles solares para la generación de energía eléctrica en el caserío la Algodonera.

 

9.

BIBLIOGRAFÍA ●

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Ca Cama mare rena na &  Loza Lozano no.. De Dete term rmin inac ació iónn del del Ángu Ángulo lo de In Incl clin inac ació iónn Óp Ópti timo mo de un pane panell foto fotovo volta ltaic icoo en  el Va Valle lle del del Ma Mant ntar aro. o. Un Univ iver ersi sida dadd Na Naci cion onal al del del Ce Cent ntro ro del del Perù Perù.2 .201 016. 6. Huancayo. Perù. Juarez Rivera.  Diseño y Evaluación de un sistema de energía distribuida para modulos de  3kw alimentado con energia solar aplicado en la zona de Socabaya Arequipa. Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. 2018. Arequipa. Perù. Alcedo Aspilcueta  & Gonzales Urbina. Diseño de un sistema fotovoltaico de con conexió exiónn a  red red de 500k 00kw para para reduc educir ir la fa fact ctuura raci ción ón en el con consu sumo mo de la dem eman andda de ener energí gíaa eléc eléctr tric icaa  en el Centr entroo de Dato atos Bitel itel-A -Are requ quip ipa. a. Univ iver erssid idad ad Nacio aciona nall del Callao. 2018. Callao.Perù. Fuentes Cantero.  Instalación de colectores solares para suministro de ACS en Valencia. Gobierno Regional de Lambayeque. Proyecto Especial Olmos Tinajones. Centurion Vasquez.  Diseño de una central fotovoltaica para suministr traar energía eléc el éctr tric icaa al  cent centro ro po pobl blad adoo Las Las Po Poza zas, s, dist distri rito to de Ol Olmo mos, s, pr prov ovin inci ciaa de Lamb Lambay ayeq eque ue,, departamento de Lambayeque. Universidad Señor de Sipán. 2015. Perù.