Expediente Tecnico Electrificacion Rural Con Energia Solar Fotovoltaica

EXPEDIENTE TECNICO

ELECTRIFICACION DOMICILIARIA CON ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA DE TRECE COMUNIDADES DEL DISTRITO DEL NAPO

DISTRITO

:

NAPO

PROVINCIA

:

MAYNAS

REGION

:

LORETO

REPUBLICA

:

PERU

ABRIL 2016

I. MEMORIA DESCRIPTIVA

Consultor: Max Chavez M

ELECTRIFICACION DE TRECE COMUNIDADES

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1.- GENERALIDADES El presente proyecto esta referido a la electrificación domiciliaria usando la energía solar fotovoltaica de trece (13) Comunidades del distrito del Napo.

2.- UBICACIÓN Y CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS Las Comunidades se encuentran en los márgenes del río Napo y sus afluentes. En el Distrito del Napo, Provincia de Maynas, Región Loreto.

Nº ACTIV. FAMILIAS POBLACION ECONOM

COMUNIDAD

CATEGORIA

1

TUTAPISHCO

Comunidad Campesina

80

353

Agricultura 95%

2

VENCEDORES DE ZAPOTE

Comunidad Campesina

30

126

Agricultura 95%

3

LIBERTAD

Comunidad Campesina

75

350

Agricultura 90%

4

ESPERANZA

Comunidad Campesina

76

380

Agricultura 95%

5

NUEVA PALETA

Comunidad Campesina

29

127

Agricultura 90%

6

BELLAVISTA

Comunidad Campesina

40

220

Agricultura 98%

7

NINAYACU

Comunidad Nativa

44

336

Agricultura 50%

8

LAGARTOCOCHA

Comunidad Nativa

80

402

Agricultura 95%

9

SAN LORENZO DE INAYUCA

Comunidad Nativa

41

258

Agricultura 95%

10

FORTALEZA

Comunidad Nativa

24

180

Agricultura 95%

11

DIAMANTE AZUL

Comunidad Nativa

68

450

Agricultura 87%

12

COPAL URCO - COPAL YACU

Comunidad Nativa

45

260

Agricultura 86%

13

SAN RAFAEL

Comunidad Nativa

38

200

Agricultura 95%

670

3,642

El clima es tropical, cálido y húmedo, clima característico de la selva peruana, con fuertes precipitaciones pluviales de octubre a marzo, con una temperatura promedio de 28 grados centígrados; los terrenos que ocupan las Comunidades son planos en su mayoría y en algunos hay una mínima pendiente.



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Para llegar a estas Comunidades la vía de acceso es fluvial, por el Río Napo que es afluente del Río Amazonas.

3.- INFRAESTRUCTURA ELECTRICA EXISTENTE Las Comunidades no cuentan con instalaciones eléctricas, nunca han tenido servicio de energía eléctrica, lo cual es típico en las comunidades rurales de la Selva del Perú.

Al no poseer ningún tipo de servicio eléctrico, el alumbrado domestico es producido por el uso de mecheros a kerosén.

4.- SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA Considerando que la mayoría de las Comunidades del Distrito del Napo, no cuentan con servicio de energía eléctrica, se ha previsto la implementación de un programa de electrificación rural con energía solar fotovoltaica.

5.- ALCANCES DEL PROYECTO El presente expediente comprende el diseño y calculo de los generadores eléctrico-solares que suministren la cantidad necesaria de energía eléctrica para uso en alumbrado domestico de cada vivienda y el uso de artefactos como radiorreceptor y televisión.

6.- DESCRIPCION DEL PROYECTO El proyecto de “Electrificación Domiciliaria con Energía Solar Fotovoltaica de trece Comunidades del Distrito del Napo”, consiste en proporcionar energía eléctrica, que será utilizada en la iluminación de las viviendas. La fuente inagotable de energía es el sol, que nos brinda es la energía solar, la misma que es transformada en energía eléctrica por medio de los paneles solares, este proceso de transformación se denomina el proceso fotovoltaico. El servicio de electrificación domiciliario se instalara en cada vivienda mediante un generador eléctrico-solar fotovoltaico compuesto por los siguientes elementos:

▪ Panel solar: ▪ Regulador de carga ▪ Batería Consultor: Max Chavez M

50 W, 3.02 A-h, 12 VDC 120 W, 12 VDC 10 A, 12 VDC


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▪ Lámparas fluorescentes (02) 18 W, 12 VDC ▪ Accesorios de Soporte y montaje. Este sistema proporcionara al usuario 205 Wp/día y 12.14 Ah/día. El panel solar será instalado en un poste de madera con una inclinación de 5º y una orientación norte; teniendo de esta manera, el usuario, 03 horas de iluminación cada noche y una reserva de 05 días de uso en caso de tiempo nublado o de baja insolación. Opcionalmente podrá utilizar un televisor B/N 12 VDC y 16 W, durante 03 horas diarias siempre en cuando use solo 02 lámparas al mismo tiempo en la noche. Para evitar problemas en la conexión de radios, se puede proporcionar al equipo un reductor de voltaje que suministre 6 y 9 VDC.

7.- DEMANDA ELECTRICA La demanda eléctrica de este poblado en términos relativos, es poco significativo, sin embargo, el aspecto social que conlleva el contar con servicio eléctrico fotovoltaico es enorme y no se pude cuantificar económicamente. Finalmente para efectos de simplificar la instalación de los equipos fotovoltaicos que serán usados, se ha considerado la electrificación dispersa, que es el equipamiento individual de generadores eléctrico-solares de las viviendas.

8.- CALCULO DEL GENERADOR ELECTRICO-SOLAR Se ha calculado la potencia de cada Generador Eléctrico-Solar (GES) para abastecer de energía eléctrica a cada vivienda, para usos de alumbrado y recepción de radio y televisión, con una autonomía de tres días. Potencia de GES = 50 Wp La energía que proporciona el GES es de 12 VDC, que será acumulada en baterías.



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9.- DESCRIPCION DEL GENERADOR ELECTRICO-SOLAR El Generador Eléctrico-Solar, es un conjunto de partes (modulo solar, controlador de carga , batería y carga ), que funcionan armónicamente con el fin de transformar la energía solar en energía eléctrica y suministrar la energía para el uso de diferentes aplicaciones (carga).

9.1 MODULO SOLAR.- El modulo solar usado en iluminación domestica, esta compuesto típicamente de 36 a 40 celdas solares, es el elemento que realiza la conversión directa de la energía solar en energía eléctrica a un voltaje apropiado.

9.2 CONTROLADOR DE CARGA.- Es el elemento que regula el ingreso de la energía eléctrica del modulo a la batería, permite cortar el ingreso de la energía cuando la batería está cargada, para evitar la sobre carga y por las noches evita la descarga de las baterías que por diferencial de potencia tienden a fluir hacia los módulos que tienen potencial 0.

9.3 BATERIA.- Es el elemento que acumula la energía eléctrica generada en el modulo y tiene a disposición la energía en cualquier instante, el principio de acumulación es la conversión electro-química, en el caso del proyecto se utilizaran baterías plomo-ácido de ciclo profundo.

9.4 CARGA.- Es el conjunto de artefactos que funcionan con la energía eléctrica generada por el Generador Eléctrico-Solar, en el proyecto de tiene dos lámparas ahorradoras de energía y salida para radio y televisión.



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II. ESPECIFICACIONES TECNICAS



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1.- ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS MATERIALES 1.1.

Generalidades de las especificaciones técnicas.Un sistema fotovoltaico permite obtener energía directamente de la luz solar. La operación básica de transformar radiación solar en electricidad es llevada a cabo por el módulo fotovoltaico La electricidad producida así es almacenada en la batería, de forma que pueda utilizarse en cualquier momento, y no sólo durante las horas de sol. El sistema de acumulación de energía habrá de ser de dimensiones suficientes para que el sistema continúe funcionando incluso en largos periodos de mal tiempo, cuando la irradiación solar es tan baja que los módulos apenas proporcionan electricidad. En este sentido, se asegura un suministro de energía casi continuo. El sistema de regulación y control , de tipo serie, regula la carga y descarga e la batería, conectándola y desconectándola del módulo cuando sea necesario. Asimismo, desconecta el consumo cuando el estado de la batería es tal que una descarga más profunda pudiera deteriorarla. Este sistema asegura una utilización eficiente de la batería, prolongando su vida útil. Los generadores fotovoltaicos producen energía en forma de corriente continua (DC). Existen todo tipo de equipos especialmente adaptados para ser alimentados en DC.

1.2.

Estructura Soporte .- La estructura soporte del panel solar, será fabricado de platina de fe. de 2” x 3/16”, pintado con una mano de pintura anticorrosivo y un mano de pintura de acabado color negro : sus dimensiones están en el plano de detalle

1.3.

Panel solar .La unidad básica del sistema fotovoltaico es el panel solar, de una potencia de 50 Wp (vatios pico) , una corriente máxima de potencia entre 2.87 - 3.00 A. y tensión optima entre 16.7 – 17.4 V ; esta formado por celdas de silicio policristalino ó monocristalino. Las celdas están conectadas en serie, se integran herméticamente en una plancha de vidrio templado protegido por un bastidor de aluminio anodizado ; el panel tiene elementos antirreflectantes , son capaces de soportar una humedad de hasta 100%.



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1.4.

Regulador de carga. El regulador de carga que se utilizara en este sistema fotovoltaico es de 12 voltios de tensión nominal, soporta 25 voltios de máximo voltaje en circuito abierto del panel solar. El control de sobrecarga 2.4 v/celda +/- 2%, control de descarga 1.85 v/celda +/- 2%, máxima corriente de salida 10 A, con un consumo de corriente de < o = 25 mA . Este dispositivo electrónico debe proteger a la batería de los riesgos de sobrecarga y descarga profunda, regulando la entrada de corriente proveniente del panel a la batería y la salida de corriente de la batería a la carga (aplicación).También debe servir para impedir la eventual corriente que pueda fluir de la batería hacia el panel en periodos sin sol.

1.5.

Batería.- Se usará una batería de plomo-ácido de 12 voltios de tensión ,115 Ah, con un factor de descarga de 0.65 , factor de carga de 1.1 , con las placas positivas reforzadas y una vida útil de 3 a 4 años .

1.6.

Luminarias.- Las iluminarias deben ser del tipo equipo completo, es decir el fluorescente compacto y el balastro electrónico, están como una unidad, para socket de rosca.

1.7.

Balastro electrónico El balastro electrónico debe ser de 12 VDC de tensión, 1 a 1.4 A de corriente, alta eficiencia eléctrica y larga duración, dentro del equipo.

1.8.

Lámparas.- Las lámparas que se usaran son fluorescentes compactos de 18 W de potencia.

1.9.

Cables eléctricos para conexión

Los cables eléctricos que emplearemos en las conexiones se detallan en el siguiente cuadro.

SECCION mm2

TIPO

LONG. MAX mt.

Panel solar –Regulador

4

TW

6.0

Regulador – Batería

4

TW

1.5

Regulador – Distribución

4

TW

7.0

Distribución – Lámparas

2.5

TW

3.0

CIRCUITO



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III. CALCULOS JUSTIFICATIVOS



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1. DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO. Se ha considerado realizar un balance de carga (Ah/día) en lugar de un balance de energía (Wh/día), ya que la batería tendrá una tensión variable a lo largo del día dependiendo de su estado, y, consiguientemente, haciendo un balance en Amperios hora generados y consumidos se evita el error derivado de la variación de la tensión de funcionamiento del sistema. Se ha utilizado valores medios mensuales de radiación global diaria y de la carga. Se considerarán sólo los valores correspondientes al mes más desfavorable en la relación carga/radiación. Además se ha definido el número máximo de días de autonomía previstos para la instalación en función de las características climáticas de la zona y el uso de la instalación.

En el diseño de los sistemas fotovoltaicos a utilizarse se han tenido en cuenta los siguientes parámetros: 1.1.

Recurso energético : La radiación solar de la zona se ha tomado de los cálculos elaborados por la NASA quienes utilizando la vía satélite han realizado un mapa solar de todo el mundo. Los siguientes valores son validos para el Distrito del Napo: ▪ ▪ ▪

1.2.

Radiación solar mínima en el mes de julio 4.4 Kwh. / m 2d. Horas de insolación 4.02 h/día. Angulo de inclinación 5% del panel hacía el Norte. Evitando sombra.

Requerimiento de carga : La mayoría de las viviendas de las comunidades tienen por lo general 2 ambientes y una área aproximada de 30 m2, por este motivo se ha considerado en el diseño, dotar a las viviendas de 02 lámparas fluorescentes de 18 Watt .h; teniendo así una lámpara para cada ambiente, las dos lámparas, funcionando al mismo tiempo, dotaran al usuario 3 horas de luz diaria (de las 18 a las 21.00 horas), teniendo una reserva para el radio receptor y televisión b/n.

1.3.

Condiciones de carga El sistema funcionara durante el año en un clima calido, húmedo, lluvioso, con temperatura promedio de 29°C.



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1.4.

Tipo de servicio El servicio que brindaran los sistemas diseñados son para electrificación domestica individual, y específicamente para eso en alumbrado domestico y recepción de radio y televisión.

1.5.

Equipamiento Cada sistema fotovoltaico funcionara con los equipos descritos anteriormente.

1.6.

Sistema de acumulación Toda la energía producida se almacena en baterías de plomo-ácido proporcionando así un funcionamiento confiable durante 3.0 horas en la noche, iluminación domestica, con una reserva de 05 días de funcionamiento sin sol, equivalente a 07 días nublados.

2. METODOLOGIA DEL DISEÑO. 2.1.- ESTIMACION DEL CONSUMO - ( Balance de Carga )

Fluorescente compacto

POTENCIA (W) 18

USO ( hr ) 3

ENERGIA ( W-h ) 54

CARGA ( A-h ) 4.50

Fluorescente compacto

18

3

54

4.50

Radio receptor

8

3

24

2.00

Televisor b/n

16

2

32

2.67

TOTAL

60

164

13.67

APARATO

2.2.- CALCULO DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO La potencia pico del generador fotovoltaico se determina teniendo en cuenta la radiación total diaria incidente sobre la superficie de los módulos, Gdm( β), y el rendimiento global de la conversión fotovoltaica, en el que se incluye las pérdidas por conexionado, dispersión de parámetros, efecto de la temperatura, acumulación de suciedad en la superficie de los módulos, etc.



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El cálculo del número de módulos ( 50 Wp ) viene dado por la expresión: N = Nps x Npp

=

1

Nps = Vng / Vnp

=

12/12 =

Siendo 1

Npp = L / (( Gdm(β) x ηg x ηb ) = 164 / ( 4.14 x 0.9 x 0.9) = 50 Wp = 1 Donde: Nps :

Número de módulos asociados en serie para trabajar a la tensión nominal del sistema.

Npp :

Número de módulos asociados en paralelo para entregar la intensidad adecuada de suministro.

Vng :

Tensión nominal de la instalación.

Vnp :

Tensión nominal del módulo: 12V (24V en casos especiales).

L:

Energía real que se desea suministrar (Wh)

Gdm( β):

Media mensual de la radiación global diaria sobre el plano inclinado, en el "mes peor", con base 1.000W/m2.

ηg :

Rendimiento global del generador fotovoltaico: 0.9 (90%). Este factor ha sido contrastado en aplicaciones de electrificación rural, y ratificado por normas internacionales (Universal Standard for Solar Home Systems-SHS, Thermie B SUP 995-96, EC-DGXVII, 1998). Incluye pérdidas por dispersión de parámetros, suciedad de los módulos, efecto de la temperatura, pérdidas en el cableado y el regulador, etc.

ηb:

Rendimiento faradaico de la batería (eficiencia media de carga/descarga de la batería en Amperios hora).

2.3.- CALCULO DE LA BATERIA Para el cálculo del sistema de acumulación es necesario estimar el número de días de autonomía requerido en la instalación, d, que evidentemente dependerá del número de días seguidos sin sol que pueden darse en la ubicación de la misma.

El sistema de acumulación, en Ah, vendrá determinado por la expresión:

C = L x d / Pd= 13.67 x 5 / 0.65 = 105 »»»»»» Consultor: Max Chavez M

La batería escogida es la de 115 A-h ELECTRIFICACION DE TRECE COMUNIDADES

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C:

Capacidad de la batería (Ah). Será muy importante tener en cuenta el régimen de descarga marcado por el subíndice x y que para aplicaciones fotovoltaicas será generalmente 100h a 25 ºC y para una tensión de corte de 1.85V/elem.

L:

Carga de consumo (Ah/día)

d:

Días de autonomía de la instalación. Este parámetro viene fundamentalmente determinado por las características climatológicas de la zona y el uso o finalidad de la aplicación.

Pd :

Profundidad de descarga máxima de trabajo. Dependiendo de la tecnología de la batería este parámetro varía entre 0,5 para baterías de automoción, 0,6 para baterías de placa plana espesas y 0,8 para baterías tubulares ó de varilla.

2.3.- CALCULO DEL REGULADOR DE CARGA En cuanto al regulador de carga, la elección se realizará en función de la aplicación, la tensión nominal del sistema y la corriente máxima de generación.

La corriente en operación continua que debe ser soportada por el controlador de carga será como máximo la intensidad de cortocircuito de los módulos multiplicado por el número de módulos en paralelo Img »»»»»»

=

Npp x Icc

= 1 x 3.00 = 3 A

El regulador seleccionado es de 10 A máximo

Donde: Img:

Intensidad máxima a soportar en régimen nominal por el regulador.

Npp:

Número de módulos en paralelo que constituyen el generador fotovoltaico.

Icc:

Intensidad de cortocircuito del modulo fotovoltaico.



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