Proyecto

 

CAPÍTULO 1: Introducción Los sistemas fotovoltaicos, que permiten la generación de electricidad a partir de la radiación solar, constituyen una alternativa importante en aplicaciones en que se requiere alimentar equipos eléctricos en áreas que se encuentran en cuentran excesivamente alejadas de la red eléctrica, o en que las condiciones del terreno circundante imposibilita la extensión de las líneas de transmisión para cubrir las necesidades de electrificación en estas zonas. Este  puede ser el caso, por ejemplo, de estaciones metereológicas y torres de transmisión de datos. Este tipo de sistemas fotovoltaicos no son muy difundidos a nivel comercial en áreas urbanas o con posibilidad de conectarse a una red de electrificación, debido a que la fabricación de las celdas solares que conforman los paneles, principales componentes del sistema fotovoltaico, requiere actualmente un elevado consumo energético; lo que se traduce en alto costo de inversión inicial. Por otra parte, este tipo de tecnología presenta p resenta numerosas ventajas: instalación simple, emplea una fuente de energía limpia y gratuita, su operación es automática y silenciosa, requiere poco mantenimiento y es amigable con el ambiente. Dos ventajas  principales las instalaciones de generación fotovoltaica es que son autónomas y fácilmente expandibles, de donde se deriva una de sus más importantes aplicaciones en la actualidad: la electrificación para uso doméstico en lugares que se encuentran aislados de la red eléctrica, como es el caso de muchas comunidades rurales en América Latina. En el presente Proyecto Eléctrico, se pretende brindar una opción de generación fotovoltaica para la comunidad de la Isla Cartí en el Golfo de San Blas, Pan Panamá; amá; actualmente electrificados mediante un sistema con fuente térmica de d e generación. A pesar de los altos costos de inversión que representan estos sistemas solares fotovoltaicos, muchas veces alejados del presupuesto disponible en una comunidad rural,  proyectos de este tipo se han implementado ya en nuestro país y en países vecinos como México; financiados total o parcialmente por un banco o una institución internacional. Es  por esta razón que parte del proyecto se enfoca a investigar sobre instituciones que brindan ayudas y financiamientos para la instalación de este tipo de sistemas, y que podrían contribuir para concretar la construcción del sistema diseñado.

1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo general Elaborar una propuesta para la implementación de un sistema fotovoltaico autónomo centralizado de generación eléctrica para la comunidad de la Isla Cartí en el Golfo de San Blas, Panamá. El sistema deberá poder pode r abastecer las cargas existentes, conectadas actualmente a un sistema eléctrico con una fuente térmica de generación; dicha fuente se aprovechará como una fuente de respaldo para el sistema.

 

1.1.2 Objetivos específicos · Realizar una investigación sobre los niveles promedio de radiación solar que se registran en las zonas del Caribe de Panamá. P anamá. · Investigar sobre las principales características y los costos de los equipos para generación fotovoltaica disponibles actualmente en el mercado. · Estimar la carga que se encuentra conectada co nectada actualmente en la Isla Cartí. · Diseñar el sistema fotovoltaico centralizado de generación eléctrica elé ctrica para la comunidad de la isla; utilizando tecnologías sencillas y de fácil mantenimiento, y empleando la fuente térmica existente como una fuente de respaldo del sistema. En esta etapa de diseño se incluirá la colocación de medidores en las viviendas y locales conectados al sistema, para cuantificar la cantidad de energía consumida por los beneficiarios y contar con una forma consistente de cobro del servicio.

1.2 Metodología Para realizar el diseño del sistema fotovoltaico de electrificación es necesario n ecesario conocer  las características y el funcionamiento de los distintos componentes que conforman la instalación aislada, para esto se realizará una investigación de fuentes bibliográficas y  páginas de Internet, con la finalidad de comprender los aspectos básicos de la generación de electricidad a partir de celdas solares y los principios de funcionamiento de éstas y de los  paneles, reguladores de carga, inversores y demás equipos que conforman el sistema. La investigación abarcará además las técnicas de diseño que se emplean actualmente para la elaboración de proyectos de este tipo. Como un complemento en la etapa de diseño del sistema, se espera realizar consultas a profesionales con experiencia en el tratamiento de este tipo de tecnologías, que puedan brindar una visión realista de los principales aspectos de la generación eléctrica a partir p artir de sistemas fotovoltaicos en la actualidad. En el proceso de estimar el nivel de radiación en la zona de interés, se cuenta con un documento docume nto llamado “Experiencias y Estado de la Oficina de Desarrollo Limpio en en   Panamá”, de la Autoridad Nacional del Ambiente en ese país. En dicho documento se  se   especifican los niveles de radiación solar en distintas localidades de este país para 1990, y datos de mediciones más recientes (2002). Los datos brindados por este documento deberán compararse con datos suministrados por otras fuentes similares, para tener una mejor  aproximación del valor real de la radiación solar promedio en esta área. Finalmente, el cálculo del presupuesto se realiza en e n base a los precios promedio de los equipos más favorables a los fines del proyecto, incluyendo además una estimación de los gastos adicionales derivados de la instalación, administración y otros gastos ga stos generales

 

  CAPÍTULO 2: Generación eléctrica a partir de sistemas fotovoltaicos autónomos 2.1 Conversión de luz solar en energía eléctrica 2.1.1 La celda solar La conversión directa de la luz solar en energía eléctrica se consigue mediante las celdas solares, por un proceso llamado efecto fotovoltaico (FV). Para comprender este efecto, se considera a continuación la forma en que se construyen las celdas solares y los  procesos internos que permiten la generación de una corriente eléctrica a partir de la radiación solar incidente sobre dichas celdas. La celda solar posee una estructura similar a la de un diodo, y como tal, los  principales componentes que conforman su estructura interna son los materiales semiconductores. Están compuestas básicamente por una capa de semiconductor tipo N y otra capa de semiconductor tipo P. Los materiales en general pueden clasificarse en conductores, co nductores, aislantes y semiconductores, de acuerdo con su conductividad eléctrica. La conductividad eléctrica indica el grado de movilidad que presentan los electrones dentro de una sustancia específica.

Figura 2.1 Bandas de energía en los materiales1

 

  2.2 Diseño de un sistema fotovoltaico autónomo9 Se describen a continuación los principales componentes de un sistema fotovoltaico autónomo, sus funciones, así como las principales especificaciones que qu e se deben tener en cuenta para realizar la escogencia de componentes que permitan un funcionamiento eficiente y confiable de dicho sistema.

2.2.1 Generador fotovoltaico: 2.2.1.1 Aspectos Generales Se compone de uno o más módulos fotovoltaicos interconectados para conformar  una unidad generadora de corriente continua. 2.2.1.2 Dimensionado de los Paneles [18] El tamaño del generador fotovoltaico debe asegurar que la energía producida durante el peor mes pueda, como mínimo, igualar a la demandada por la carga. Por lo que  para dimensionar tanto los módulos como las baterías de un sistema FV autónomo, es necesario conocer las cargas a conectar (televisores, radios, etc.), la potencia nominal de cada una (P), el número de aparatos de determinado tipo (n) y las ho horas ras diarias de funcionamiento (t). El consumo diario (Cd), medido en Wh/día, para cada tipo de carga se calcula entonces de la siguiente forma.

C P n t d = d = * * (1) 2.2.1.3 Pérdidas Las principales pérdidas que pueden generarse en el generador fotovoltaico son debidas a sombras, temperatura de las celdas superior supe rior a los 25°C, elementos desparejos,  pérdidas en cables, o diferencias significativas entre el voltaje de operación y el del punto de máxima potencia.