PROYECTO

MINISTERIO DE EDUCACIÓN

CARRERA DE INGENIERIA DEL PETROLEO Y GAS NATURAL “ESTUDIO DE FACTIBILIDAD PARA LA CONSTRUCCION DE UN MODULO FOTOVOLTAICO PARA GENERAR ENERGIA ELECTRICA EN LABORATORIO DE COMPUTACION UNIBOL”

COMUNIDAD U ORGANIZACIÓN BENEFICIARIA:

UNIBOL-IVO

ORGANIZACIÓN MATRIZ: PROYECTO:

PARA OBTENER EL TITULO DE LICENCIATURA EN ING. PETROLEO Y GAS NATURAL

PRESENTADO POR:

WILMER PACIFICO POMA MAQUERA

ASESOR TÉCNICO:

ING. JULIO CESAR NUÑEZ TERRITORIO GUARANÍ – BOLIVIA DICIEMBRE 2015

INDICE GENERAL

CONTENIDO PAG.

I.

ANTECEDENTES.................................................................................................................. 1.1.

UBICACIÓN DEL PROYECTO.....................................................................................

II.

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA..................................................................................

III.

JUSTIFICACIÓN.................................................................................................................

IV.

OBJETIVOS.........................................................................................................................

4.1.

Objetivo general..............................................................................................................

4.2.

Objetivos específicos......................................................................................................

V.

COMPONENTES................................................................................................................... 5.1.

Conceptos y Descripción del funcionamiento de los equipos.................................

5.1.1.

Energía solar............................................................................................................

5.1.2.

Medición de la energía solar..................................................................................

5.1.3.

Energía fotovoltaica.................................................................................................

5.1.4.

Sistema fotovoltaico................................................................................................

5.1.5.

Entorno de la instalación........................................................................................

5.1.6.

Funcionamiento interno de los paneles solares.................................................

5.2.

Cuantificación de la energía consumida mediante cálculos..................................

5.3.

Determinación de la factibilidad del proyecto...........................................................

5.4.

Análisis de los costos...................................................................................................

IV.

ACTIVIDADES...................................................................................................................

V.

RESULTADOS ESPERADOS............................................................................................

VI.

FINANCIAMIENTO...........................................................................................................

VII.

EVALUACIÓN....................................................................................................................

7.1. Económica:....................................................................................................................... I

7.2. Sociocultural..................................................................................................................... 7.3. Ambiental:.......................................................................................................................... VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.............................................................................. IX.

BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................

INDICE DE GRAFICOS.

GRAFICO Nº: 1 vista panorámica de la unibol......................................................................... GRAFICO Nº: 2 panel solar......................................................................................................... GRAFICO Nº: 3 celda fotovoltaica............................................................................................. GRAFICO Nº: 4 panel fotovoltaico............................................................................................. GRAFICO Nº: 5 reguladores....................................................................................................... GRAFICO Nº: 6 acumuladores................................................................................................... GRAFICO Nº: 7 Convertidores o inversores.............................................................................

I

I.

ANTECEDENTES

Desde hace ya un tiempo, el mundo se está viendo enfrentado a problemas energéticos, debido al agotamiento de las reservas mundiales de petróleo, el cual es utilizado como fuente directa de energía (motores de vehículos u otros), o bien para que a través de él se generen otras energías (eléctrica por ejemplo), este fenómeno inalterable ha sido denominado como “Crisis Energética”. Las razones pueden ser muchas: aumento del consumo de energía eléctrica debido al constante crecimiento, tanto del sector residencial, como del sector industrial, quienes son los que demandan la mayor cantidad de energía, aumento del parque automotriz, agotamiento de recursos naturales como el agua dulce, junto con el ya mencionado petróleo. Frente a esta crisis ha surgido la necesidad de aprovechar de mejor forma los recursos energéticos disponibles, se han realizado campañas que permitan crear conciencia en los usuarios, etc. Por otro lado se han pensado en las formas de aprovechar distintos tipos de energías naturales con el propósito de convertirlas en energía eléctrica, las que además cuentan con la ventaja de ser renovables, dentro de estas se encuentran por ejemplo: la energía solar, eólica, hidroeléctricas, geotérmica, etc. Además existen sistemas que permiten aprovechar desperdicios animales y/o vegetales o también llamada Biomasa, que en su estado de descomposición generan gases utilizables domésticamente, estos sistemas son conocidos como Biodigestores. La energía solar fotovoltaica es una energía renovable, en la que a partir de la irradiación solar se obtiene energía eléctrica. Para conseguirlo, se requiere un material que absorba la luz del Sol y sea capaz de transformar la energía radiante absorbida en energía eléctrica, esto es lo que son capaces de hacer los módulos fotovoltaicos. En se están implementando este tipo de energías por las ventajas relevantes que presenta por ejemplo en la parte ambiental, técnico y económico.

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La unibol guaraní actualmente es abastecida por el servicio de energía eléctrica CRE, con una alta demanda energética lo cual no es ningún resultado favorable para la institución debido a que la universidad tiene la ideología de autosustentable.

El presente proyecto es una alternativa e innovación tecnológica para generar energía eléctrica aprovechando la radiación solar para la residencia universitaria, considerando que el crecimiento de la población aumenta a medida que se van abriendo los diferentes semestres, viendo todo este efecto conlleva a mayor consumo de energía eléctrica lo cual induce una demanda energética del consumo de este servicio básico, y este deriva a un gasto exagerado de los recursos económicos que tiene la universidad. Por tal motivo nace esta idea de proyecto con el fin de minimizar los gastos elevados y reemplazar la energía actual por la energía solar.

1.1.

UBICACIÓN DEL PROYECTO

El presente proyecto de construcción de un módulo fotovoltaico aprovechando la energía solar como una nueva alternativa para generar energía eléctrica en la residencia universitaria-unibol estará ubicado en la comunidad de Ivo- Chuquisaca en los predios de la universidad Unibol Guaraní como se muestra en la fotografía: GRAFICO Nº: 1 vista panorámica de la unibol

FUENTE: elaboración propia

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II.

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. La alta demanda del consumo de la energía eléctrica dentro de la residencia universitaria, genera elevados gastos para el abastecimiento de este servicio básico, provocando un déficit en los montos destinados para la universidad indígena boliviana.

III.

JUSTIFICACIÓN El presente proyecto es muy importante debido a que, es un apoyo al cambio de matriz energética del país, así como también fomenta al aprovechamiento de energías alternativas debido a su fácil instalación de las mismas que eso es de mucha ayuda para el personal encargado. Por otro lado con la implementación de este tipo de energía alternativa prácticamente se minimizaría o en muchos casos se eliminaría el gasto de los recursos económicos que actualmente la universidad destina en el consumo de este servicio básico, así contribuyendo el desarrollo económico de la universidad

puesto que la visión de la universidad es

autosustentable. Al implementar este proyecto se reduciría la contaminación ambiental, porque es una energía limpia y ecológica. No se procede a la quema de ningún combustible sino más bien en el aprovechamiento de la energía solar. Así como también el presente proyecto quedara como una fuente de referencia bibliográfica por otro lado es una innovación tecnológica para que el estudiantado de la universidad vea otras formas autosustentables para la universidad.

IV.

OBJETIVOS

IV.1.

Objetivo general.

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Construir un módulo fotovoltaico aprovechando la energía solar como una nueva alternativa para generar energía eléctrica en la residencia universitaria-unibol”

IV.2.

Objetivos específicos.  Describir el funcionamiento de los equipos fotovoltaicos  Realizar cálculos para Cuantificar el consumo de energía eléctrica en la comunidad universitaria mensualmente.  determinar la viabilidad del proyecto.  Delimitar el área donde se implementara el módulo fotovoltaico.  Ejecución del proyecto.

V.

COMPONENTES

V.1.

Materia prima.

V.1.1. Energía solar. España es un país privilegiado en el desarrollo del aprovechamiento de la energía solar, ya que es uno de los países con más horas de sol de Europa, permitiendo augurar un futuro esperanzador a este tipo de energías, tanto sea por vía térmica como por vía fotovoltaica. La energía solar, en sus diversas variantes, intenta aprovechar el potencial calorífico que el sol emite de forma constante y que llega a nuestro planeta en forma de radiación solar. El sol está formado fundamentalmente por helio, hidrógeno y carbono. En el mismo de forma constante se producen reacciones de fusión, mediante las cuales dos átomos de hidrógeno se fusionan, dando lugar a un átomo de helio y liberando gran cantidad de energía. Solo una parte de esta energía llega a la superficie de la tierra, ya que al toparse con la atmósfera se producen los efectos típicos de cualquier radiación: la reflexión, la refracción y la absorción. Solo una parte de la refracción alcanzará pues la superficie de la tierra. No toda la radiación que puede cruzar la atmósfera es aprovechable, dividiéndose está en dos grandes grupos; la radiación directa y la radiación difusa o reflejada.

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

Radiación difusa: es cuando el sol no incide de forma directa sobre la superficie de la tierra, como por ejemplo cuando esta nublado. Esta radiación llega pues muy debilitada, y en muchas ocasiones es el reflejo de la radiación directa que afecta a zonas próximas. Este tipo de energía no se utiliza normalmente, solo algunos colectores planos y las células fotovoltáicas son capaces de aprovecharla en parte.



Radiación Directa: se da cuando hay sol. Es decir, los rayos inciden de forma nítida sobre la superficie terrestre. Este tipo de energía es la que se utiliza para generar energía.

La energía solar ofrece innumerables ventajas frente a otras energías convencionales, dado su carácter gratuito y al ser una fuente energética inagotable (se estima la vida del sol en unos 6000 millones de años), además mediante procesos de concentración, pueden alcanzarse temperaturas de hasta 3000ºC, temperatura que permite poner en marcha los más variados ciclos termodinámicos. La energía solar, no obstante, tiene graves inconvenientes. Entre ellos cabe destacar que depende de múltiples factores como son las estaciones del año, o las fluctuaciones diarias, las condiciones climatológicas o la situación geográfica, etc. Aparte actualmente todavía no existe una tecnología suficientemente avanzada que permita su almacenamiento en grandes cantidades y los componentes de las instalaciones resultan sumamente caros. Es por tanto una energía con futuro, pero con evidentes limitaciones técnicas y económicas en la actualidad. La energía solar puede aprovecharse por conversión de la misma en calor (sistemas térmicos de calefacción, agua caliente sanitaria, o transformación en electricidad), o bien transformándola directamente en energía eléctrica mediante el empleo de placas fotovoltaicas. V.1.2. Radiación solar en Bolivia. En Bolivia las regiones del altiplano y de los valles interandinos reciben una alta tasa de radiación solar entre 5 y 6 kilovatios hora por metro cuadrado al día (kWh/m2día),

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dependiendo de la época del año. En la zona de los llanos la tasa de radiación media se sitúa entre 4,5 y 5 kW/m2día. Los altos valores de radiación solar en Bolivia se deben a la posición geográfica que tiene su territorio, el cual se encuentra en la zona tropical del Sur, entre los paralelos 11° y 22°. Por ello la tasa de radiación entre la época de invierno y verano no representa diferencias que sobrepasen el 25%, a diferencia de otras regiones del globo que se encuentran en latitudes mayores.

V.1.3. Medición de la energía solar.

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La intensidad del flujo energético solar que incide en la tierra depende de la latitud del sitio: mientras más cerca de la línea de ecuador, la luz incide de forma más perpendicular en la tierra, es decir con una intensidad más alta. Por otro lado, la intensidad varía según la época del año, el momento del día y las condiciones atmosféricas. La magnitud que describe la intensidad de la radiación solar, se conoce como radiantica o irradiación y se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2). En términos populares también se dice brillo solar. La radiación es la energía solar que incide en una placa plana de un metro cuadrado. Como la posición de la tierra con respecto al sol cambia constantemente, el ángulo de incidencia de la luz solar sobre la superficie cambia según la hora del día y según el día del año. Por eso, la orientación y la inclinación de la superficie determinan la cantidad de energía solar que recibe. Fuera de la atmósfera, la irradiancia tiene un valor que se admite actualmente como de 1,354 W/m2 con variaciones de alrededor de 50 W/m2 según varía la distancia entre la tierra y el sol. Cuando el cielo está completamente despejado, la irradiancia en el suelo terrestre es de alrededor de 1,000 W/m2. Es decir que la cuarta parte de la energía procedente del sol es amortiguada por la atmósfera. El término sistema solar se refiere a cualquier equipo o dispositivo para la conversión de energía solar en otra forma de energía aprovechable.

V.1.4. Energía fotovoltaica. La producción eléctrica está basada en el fenómeno físico denominado "efecto fotovoltaico", que básicamente consiste en convertir la luz solar en energía eléctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados células fotovoltaicas. El término sistema solar se refiere a cualquier equipo o dispositivo para la conversión de energía solar en otra forma de energía aprovechable. La transformación directa de la energía solar en energía eléctrica se realiza en un equipo llamado módulo o panel fotovoltaico. Los módulos o paneles solares son placas rectangulares formadas por un conjunto de celdas fotovoltaicas protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado.

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V.2.

Equipos y materiales

V.2.1. Sistema fotovoltaico. Un sistema fotovoltaico, es un conjunto de equipos construidos e integrados especialmente para realizar cuatro funciones fundamentales: Transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica con un módulo o panel fotovoltaico, almacenar adecuadamente la energía eléctrica generada por medio de la batería, proveer adecuadamente la energía producida (el consumo) y almacenada a través del inversor y utilizar eficientemente la energía producida almacenada con las cargas de aplicación en el consumo.

V.2.2. Entorno de la instalación. Los cuidados en la instalación son mínimas, lo recomendable es hacer un buen diseño de las ubicaciones de los equipos para el aseguramiento, así para evitar en épocas de lluvias y vientos que se presenten no se lleven los paneles. El otro factor a considerar es que el modulo fotovoltaico este ubicado en un lugar donde no se encuentren alrededor objetos que provoquen sombres interfiriendo el arribo de los rayos solares.

V.2.2.1.

Paneles solares.

Los paneles solares son dispositivos que aprovechan la energía que nos llega a la tierra en forma de radiación solar, el componente principal de los paneles solares son las células de silicio, siendo el componente base de los paneles solares.

Cada panel, o módulo, está formado por varias células fotovoltaicas unidas internamente y protegidas de la intemperie mediante diferentes capas de vidrio ultra transparente templado de 3,2 mm, encapsulante termoestable de EVA (etil-viniloacetato) alrededor de las células y

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aislante eléctrico de tedlar y poliéster en la parte trasera. Su diseño y construcción les permiten tener una larga vida útil, estando garantizado el 80% de su potencia de salida los primeros 25 años. Los paneles solares fotovoltaicos están destinado a la producción de energía solar a partir de las células de silicio, en algunos países de Euros el uso de los paneles solares fotovoltaicos, un uso se está haciendo de forma masiva de los paneles con instalaciones de huertos solares dedicados a la producción eléctrica de forma fotovoltaica.

GRAFICO Nº: 4 panel fotovoltaico

FUENTE: Grupo de nuevas actividades profesionales energía fotovoltaica”

V.2.2.2.

Regulador. La implementación del regulador en el sistema tiene básicamente tres funciones: 

Evita sobrecargas a la batería que puedan producir daños



Impide la descarga de la batería en los periodos de luz solar suficiente.



Asegura el funcionamiento del sistema en el punto de máxima eficacia.

El regulador mantiene constante la tensión y la alimentación del circuito y la carga de baterías.

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Existen dos tipos el paralelo o shunt y los serie, los más utilizados son los shunt, los serie son para instalaciones mayores GRAFICO Nº: 5 reguladores

Fuente: Pdf-energia fotovoltaica. V.2.2.3.

Acumulador(es). Los acumuladores sirven para acumular energía y consumirla en horas de poca radiación solar o de noche, estos equipos de acumulación son las baterías.

Las baterías estas

formadas por dos compuestos Generalmente (Plomo y ácido). Están construidos en módulos denominados vasos o celdas, que tendrán dos electrodos el positivo y el negativo, cada vaso (o celda) puede llegar a dar 2 voltios. La cantidad de energía que puede almacenar una batería depende de su capacidad que se mide en A/h. Los acumuladores están compuestos por una serie de láminas electrodos de plomo GRAFICO Nº: 6 acumuladores

fuente: Pdf- energía fotovoltaica

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Los acumuladores son fabricados con plomo y ácido sulfúrico, lo que hace que sean altamente contaminantes al ambiente si no tienen un adecuado tratamiento cuando terminan su vida útil, aproximadamente entre 4 y 5 años. Mientras que la vida útil de los paneles fotovoltaicos está entre 20 y 30 años.

V.2.2.4.

Convertidor. Son los más avanzados de todos los convertidores de energía cuántica y constituyen el más prometedor camino hacia la potencia electro- solar. Éste proceso es llamado también proceso de foto emisión interna. Se produce básicamente por foto emisión que posee un umbral inferior a la absorción de fotones y la luz pasa de ser luz a ser electricidad sin pasar antes por un estadio de energía térmica. GRAFICO Nº: 7 Convertidores o inversores

Fuente: Pdf- energia fotovoltaica A parte de las células fotovoltaicas existen otras tecnologías, pero la fotovoltaica es la única que posee una absorción óptica muy alta y una resistencia eléctrica los suficientemente baja como para poder convertir la energía solar en energía útil de modo económico. V.2.3. Mantenimiento de la instalación 

Los paneles fotovoltaicos generalmente no requieren de mantenimiento, pero se debe tener presente que la superficie del panel esté siempre limpia y libre de sombras (árboles u otro obstáculo que impida la incidencia directa de la luz sobre el panel).



El regulador de carga no requiere ningún mantenimiento.

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

Para el caso de la batería, si es del tipo de Plomo-ácido no sellada, debe controlarse el nivel del líquido una vez al año. Además se debe evitar que los bornes de conexión se sulfaten. Hay que instalar la batería en lugares suficientemente sombreados y ventilados.



El cableado del sistema se debe mantener en perfectas condiciones, a fin de evitar sobrecalentamiento de los conductores, para lo cual es recomendable realizar inspecciones periódicas.

V.3.

Cuantificación de la energía consumida mediante cálculos



En esta parte del proyecto se analizaran el consumo de la energía en sus correspondientes, tomando en cuenta los factores que se deben considerar para ciertos cálculos.



También se analizaran cuantos paneles fotovoltaicos se necesitara para abastecer el consumo real de la energía eléctrica

V.4.

Determinación de la factibilidad del proyecto. En este capítulo se determinara la factibilidad tanto técnica, económica, social del proyecto guiándonos de los cálculos realizados anteriormente como también inspeccionando el tamaño del territorio que llegaría a ocupar para la instalación de estos equipos.

V.5.

Análisis de los costos. En este capítulo se analizara los costos que se invertirán al proveer los equipos mencionados y más algunas herramientas que serán de mucha importancia en la adquisición des estos materiales.

IV.

ACTIVIDADES

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

Socialización con las autoridades más los estudiantes mediante charlas encuestas de los trabajos a realizarse y las ventajas que se obtendrían



Ubicación del geográfica del proyecto



Cotización de los equipos y de los materiales de construcción



Contratación del personal entendido para la construcción de la infraestructura



V.

Inicio de la construcción del proyecto

RESULTADOS ESPERADOS

Con la implementación del proyecto se espera la aceptación por parte de las autoridades universitarias, así como también el equipamiento e inicio de la construcción del proyecto. Por otro lado un resultado muy esperado a largo plazo es que la construcción de modulo fotovoltaico genere una tasa de energía que abastezca el consumo de energía eléctrica de la comunidad universitaria.

VI.

FINANCIAMIENTO El presente proyecto será financiado por el fondo indígena a través de sus medio correspondientes ya que es de mucha importancia la implementación de este proyecto porque favorece el auto sustento de la universidad indígena guaraní Por otra parte se buscara a las organizaciones no gubernamentales ONG para la colaboración en la adquisición de los equipos.

VII.

EVALUACIÓN

7.1. Económica:

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La universidad tendrá una relevancia económica porque disminuirá o eliminara el gasto que actualmente invierte la universidad en el consumo de energía eléctrica, tomando en cuenta que la implementación tendrá un costo de ejecución que será una inversión a largo plazo.

7.2. Sociocultural. Con la elaboración del proyecto se contribuirá a incentivar para que otras personas se interesen sobre temas relacionados con energías alternativas así poder concientizar sobre el cambio de matriz energética en el país. También se espera que el estudiantado se interese en adquirir más conocimientos sobre este tipo de energías naturales y que sean capaces de platear proyectos autosustentables para la institución y así cumplir con la ideología de la universidad.

7.3. Ambiental: Con la implementación de este proyecto se minimizaría en un gran porcentaje muy relevante la contaminación ambiental que es el punto muy importante que se debe concientizar para el cuidado del medio ambiente.

VIII.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

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1

Elaboración y presentación del perfil de proyecto

2

Recopilación de información.

3

Definición de los componentes del proyecto.

4

Evaluación del proyecto

5

Revisión del proyecto de emprendimiento productivo

6

Presentación

a

diseño

final

del

proyecto

JULIO

JUNIO

ACTIVIDADES

ABRIL-MAYO

FEBRERO-MARZO

MESES

de

emprendimiento productivo

IX.

BIBLIOGRAFÍA 

Texto: Edit. Almagro 22/08/2010 Madrid-España “Grupo de nuevas actividades profesionales energía fotovoltaica”.



Renewable energy costs drop in '09 Reuters, 23 de noviembre de 2009.



Chinese PV producer Phono Solar to supply German system integrator Sybac Solar with 500 MW of PV modules Solarserver.com, 30 de abril de 2012 Pdf- enerias fotovoltaicas, equipos

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