Proyecto de Panel Solar

AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO

PROYECTO PARA EL CURSO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS II “GENERACIÓN

DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA” Alumnos:

Albitres Calderón, Junior Enrique Aldoradin Aldoradin, Royer Amaya Bazán, Henrry Roberto Bances Ángulo, Paul Jhonathan Blas Gastañadui, Héctor Paul Capuñay Florián, Jesús Lucio Alfonso Contreras Chirinos, Wilbert Francesco Correa Huatay, Sergio Antonio Durand Ciudad, Sandra Analí Galvez Calderon, Jhon Gonzalo Joao Gómez Díaz, Katherin Patricia Guevara Martinez, Marco Antonio Rodríguez Padilla, Edgar Uribe Sieden Rojas, Luis Felipe Romero Hoyos, Yoel Ruiz Moreno, Dennis Kevin

Grupo: C10 - Tecnología Mecánica - Eléctrica Docente: Ing. Juan Francisco Vital Jáuregui Fecha de entrega: Viernes 05 de diciembre

2014 – II

PROYECTO FINAL

GENERACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

INDICE:

I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII. XIV.

OBJETIVOS……………………………………………………………….5 OBJETIVOS ……………………………………………………………….5 FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………....5 EQUIPOS Y MATERIALES…………………………………………… MATERIALES …………………………………………… ...7 FICHAS TECNICAS DE EQUIPOS…………………………………… EQUIPOS …………………………………… ..7 CALCULOS PARA COMPONENTES…………………………………. COMPONENTES…………………………………. .8 PROCEDIMIENTO DE TRABAJO……………………………………... TRABAJO ……………………………………... 10 COMO INSTALAR UN PANEL PA NEL SOLAR ……………………………….12 ESQUEMA……………………………………………………………… ESQUEMA ……………………………………………………………… ...16 PRESUPUESTO………………………………….... PRESUPUESTO………………………………….... ...............................17 TIPO DE MANTENIMIENTO…………………………………...... MANTENIMIENTO…………………………………................17 ..........17 OBSERVACIONES……………………… OBSERVACIONES ………………………………….......... …………...................... ................... ....... ..18 CONCLUSIONES……………………… CONCLUSIONES …………………………………......... …………...................... ....................... .......... .18 RECOMENDACIONES …………………………………………………. 19 RECOMENDACIONES…………………………………………………. ANEXOS…………………………………......... ANEXOS……………………… …………...................... ........................... .................. .... .......19

INSTALACIONES ELECTRICAS II

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INTRODUCCIÓN El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellas la energía solar, eólica e hidráulica, es muy antiguo; desde muchos siglos antes de nuestra era ya se utilizaban y su empleo continuó durante toda la historia hasta la llegada de la "Revolución Industrial", en la que, debido al bajo precio del petróleo, fueron abandonadas. Durante los últimos años, debido al incremento del coste de los combustibles fósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, estamos asistiendo a un renacer de las energías renovables. Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de forma autogestionada (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que se producen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí, favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaica suministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debido al dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos, frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producir mayor energía eléctrica. Es por eso que hemos creído conveniente realizar este proyecto para demostrar que no sólo la energía eléctrica es la única que nos pueden suministrar, sino diversos tipos de energía, en el cual podemos obtener nuestra propia energía, en este caso solar, utilizando una serie de equipos y aprovechándola.


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AGRADECIMIENTO: En esta oportunidad queremos agradecer a dios por darnos la vida, y al profesor Juan Vital Jáuregui, por darnos la oportunidad de realizar este trabajo, además un agradecimiento especial a los profesores Ronald Serna Villanueva y Miguel Montalván Labrín, quienes no solo dedicaron tiempo a la culminación de este trabajo sino que también demostraron interés en este proyecto de generación de energía fotovoltaica, a través de los paneles solares.


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PROYECTO FINAL


I.

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: - Comprobar el funcionamiento de un sistema fotovoltaico. OBJETIVOS ESPECIFICOS: - Realizar el dimensionamiento de componentes necesarios para suministrar una carga especifica. - Seleccionar los componentes adecuados de acuerdo a los parámetros que están establecidos. - Llevar a cabo la instalación de los componentes seleccionados para verificar el funcionamiento de dicho sistema.

II.

FUNDAMENTO TEORICO: PANEL SOLAR: Es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. Están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

REGULADOR O CONTROLADOR: Es la parte fundamental de un sistema autónomo ya que permite el tránsito de corriente del panel hacia la batería y de la batería hacia la carga. Por lo tanto el regulador es el que protege a la batería de sobrecargas, bajas tensiones y cortocircuitos. La tarea del regulador se simplifica en controlar constantemente la tensión de la batería durante su carga, cortando el paso de la corriente cuando esté totalmente cargada y detectar cuando la tensión de las baterías ha descendido y reanudar la carga de esta El objetivo del regulador es alargar la vida útil de la batería, evitando que esta sufra cargas y descargas profundas que estén fuera de sus límites permisibles. Es labor del regulador evitar las sobrecargas y descargas muy profundas; para realizar esto, instante a instante, el regulador debe medir de alguna manera el estado de carga de la batería y compararlo con niveles permisibles tanto inferiores como superiores. INSTALACIONES ELECTRICAS II

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Seria caro utilizar un densímetro como transductor y a través de este obtener una medida de la carga de la batería.

BATERIA: Una batería es esencialmente un recipiente lleno de químicos que producen electrones. Las reacciones químicas son capaces de producir electrones y este fenómeno es llamado reacción electroquímica. Asimismo, suministran electricidad durante periodos de escasez o ausencia de luz solar, necesaria para que el panel solar produzca energía. La duración del periodo que puede ser cubierto está determinada por la demanda de electricidad y el tamaño de la batería de almacenamiento. Las baterías están disponibles en diversas formas y tamaños. Las de 12V son las más utilizadas. Si las baterías son nuevas y son del mismo tipo y tamaño, pueden ser conectadas para incrementar la capacidad del almacenamiento de batería. CONVERTIDOR O INVERSOR: Es un aparato normalmente electrónico que a partir de corriente continua (CC), produce corriente alterna (CA) o viceversa. Pero esto trae consigo la perdida de energía del propio inversor, el cual tiene un rendimiento bastante pequeño en determinadas situaciones. Este inversor lleva acoplado unos transistores y tiristores capaces de cortar en un segundo, muchas veces la corriente que recibe, lo cual simula el comportamiento de la energía alterna típica. Según el tipo de onda producido, podremos hablar de inversores de onda cuadrada, de onda modificada o de onda senoidal.


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III.

EQUIPOS Y MATERIALES: EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS PARA EL MONTAJE Madera

Taladro

Clavo

Panel Solar

Conductor Galvanizado Tornillo

IV.

Martillo Conductores THW – 16 mm2

Pintura

Thiner

Sierra

Desarmador Plano

Desarmador Estrella

Alicate Universal

Alicate de Corte

Alicate Pelacable

Esmeriladora

Brochas

FICHAS TECNICAS DE EQUIPOS: EQUIPO Fabricante Tipo de Modelo Potencia Nominal Maxima Tolerancia de Rendimiento Voltaje Corriente Tension en Circuito Abierto Corriente de Cortocircuito Maximo Voltaje en el Sistema Peso Dimensiones

EQUIPO Fabricante Modelo Carga Nominal Voltaje del Sistema Protección contra sobretensiones Temperatura Tensión de Impulso


Modulo Solar Fotovoltaico Monocristalino OPALUX SY – 30 M 30 W ±3% 17.2 V 1.75 A 21.5 V 1.92 A 1000 V 3 Kg 450*540*25 mm

Controlador de Carga Solar Energit ENS 1210 10 A 12 V 17 V; *2/24 V -35 °C ̴ 55 °C 14.4 V ; *2/24 V

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EQUIPO Fabricante Modelo Potencia de Salida (Nominal) Potencia de Salida (Pico) Voltaje de Entrada Rango de Voltaje de Salida Frecuencia de salida Salida USB Sin Carga de Corriente Parada por Bajo Voltaje Apagado por Temperatura Sobre Parada del Voltaje Fusible DC V.

Inversor de Energía Energit EN – CAR 200/12 V 200 W 400 W 12 V 220̴ 240 V 50 ̴ 60 Hz 5 V – 500 mA ≤ 0.35 A 9.5 ± o.5 V 60 ̴ 80 °C 15 ± 0.5 V 25 A*1

CÁLCULOS PARA COMPONENTES: DATOS DEL PANEL: V = 17.2 VDC I= 1.7Amp P = 30W



Primero calculamos la Corriente que consumirá la carga: o

o

Datos de la carga: 

 = 100



 = 220



Ө = 0.8

Hallando la Corriente de Carga: 

 =  ×  ×  Ө



 =

 ×Ө

100  =

220 × 0.8

 = 0.568 Amp

o

Según tabla asignamos un calibre:


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Seleccionamos el conductor de calibre de 1.5mm que permite 18Amp como máximo. o Su equivalencia en AWG es de 16. Para la selección del inversor se hace mediante la potencia: o





 = 1.5 ×   = 1.5 × 100  = 150

o



Como valor teórico obtenemos que la  comercial optamos por un Inversor de 200W.



= 150;

sin embargo como valor

Para la selección de la batería se debe de tener en cuenta la potencia del panel:  o

 = 30

Como se producirá 30W por hora y aproximadamente se tiene 6 horas de sol, La potencia que debe de tener la batería es: 

 = 30 × 6  = 180 H


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o

= 180 ; sin embargo como valor Como valor teórico obtenemos que  comercial optamos por una batería de 12VDC; 17.2AH donde la potencia es: 



 = 1 2 × 17.2  = 206.4

o



Para la selección del controlador debemos de tener en cuenta la corriente que proporciona el panel y el voltaje con el que trabaja la batería: o o



La cual soporta la potencia que suministra el panel.

La corriente del panel es 1.2Amp EL voltaje de la batería es 12VDC

Por lo cual se consideró comprar un controlador de 12VDC-10Amp; donde 10Amp es el mínimo valor que se encuentra en el mercado. VI.

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO:

1. Evaluar la factibilidad del proyecto, teniendo en cuenta costos estimados de los equipos para dicha instalación. 2. Determinación de las características de consumo de la carga; teniendo en cuenta los cálculos respectivos. 3. Realizar la compra de todos los componentes (panel solar, controlador, batería e inversor), teniendo en cuenta los cálculos de potencia de la carga a suministrar. 4. Comprobamos las características del panel fotovoltaico.


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5. Evaluación del lugar en el que se instalaría el sistema, se tuvieron en cuenta los siguientes puntos: Lugar de ubicación de la carga a alimentar (Luces navideñas que alumbrarán el árbol navideño) La proyección educativa que tendría el poder exhibir un trabajo de energía renovable en la institución. Protección del circuito a posibles contactos con agua. Máximo aprovechamiento de la energía solar. 6. Bajo los puntos mencionados anteriormente, decidimos instalar el sistema fuera del taller eléctrico para que quede cercano al árbol (cual energizaremos) que se encuentra en las afueras de las oficinas de los profesores. Pero antes de ello hubo un pequeño conflicto entre la decisión de ponerlo en el techo o en el suelo, así que si lo colocábamos en el techo, la idea era aprovechar al máximo la energía solar, pero decidimos fijar nuestro proyecto en el suelo para que de esta manera se pueda apreciar mucho mejor el trabajo realizado. 7. Debido a que el emplazamiento de nuestro trabajo queda rodeado por una pequeña área de gras que tendrá que ser regado, determinamos elaborar una estructura para la protección de este.


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8. Luego se pasó a realizar la instalación correspondiente la cual se tuvo en cuenta el siguiente orden: Emplazamiento del panel, de la batería y el controlador (Emplazamientos que normalmente se realizan independientemente pues suelen ir en diferentes niveles y lugares de las casas o lugares donde se realizará). Conectamos el controlador a la batería. Esta es la primera conexión que se realizará y es fundamental que se cumpla, pues de esta forma un controlador programado para 12v-24V identificaría a qué nivel de tensión trabajará, por el contrario si se conecta en primer lugar al panel, este tomaría esa tensión que no siempre está en esos valores por lo cual podría arruinar completamente el equipo de alto costo. Después se prosigue con la instalación del inversor de voltaje; para convertir de DC a AC. Una vez establecido el sistema se conectará el panel que es la fuente y el principal componente del sistema y debe ser siempre conectado como último componente para asegurar su conservación y la seguridad del sistema que será alimentado por él.


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9. Dejar el sistema por un día activo (12horas) en la noche ya estará lista la energía, en este caso se hará la comprobación de su funcionamiento. 10. Instalación finalizada y comprobada. VII.

COMO INSTALAR UN PANEL SOLAR: 



Cada generador se entrega con las instrucciones necesarias para su instalación, solo basta tener conocimientos elementales de electricidad para poder realizarla. Los generadores se instalan sobre una estructura soporte la cual se puede fijar a suelo, amurar a la pared, techo o torre de comunicación en posición vertical. La estructura soporte la que permite dar al generador la posición adecuada: • Inclinación con respecto a la horizontal: depende del lugar geográfico. • Orientación: el módulo debe mirar hacia el Norte. • Lugar: Lo más cerca posible de la batería y ésta del lugar de consumo de la energía, no debiendo recibir sombras entre las 9 y las 17 horas. Conexionado: 

Todos los módulos fotovoltaicos se proveen con sus polos (+) y (-) identificados para su conexión. Los de menor potencia (de 3W a 20W) se entregan con 2,5 metros de cable para conectarlo directamente a la batería.  En lo de mayor potencia, la estructura soporte tiene adosada una bornera a la cual se conectan los polos (+) y (-) del módulo, con los correspondientes polos de igual signo que del banco de baterías o regulador, a través de un cable del tipo subterráneo o taller. Este último debe estar alojado dentro de un caño protector. La sección de cable varía de acuerdo a la distancia entre el panel y la batería. • HASTA 8 METROS 4 mm2 • DE 8 A 12 METROS 6mm2 • DE 12 A 20 METROS 10mm2 Dentro de la casa (para 12v) la sección del cable debe ser de 4 mm2 pudiéndose hacer las bajadas a los artefactos de 2,5 mm2. Orientación relativa del panel solar: 

Las posiciones del Sol al amanecer, mediodía y al atardecer en las estaciones y en los hemisferios son de importancia tener en cuenta para aprovechar lo máximo de energía en el Panel Solar fotovoltaico para mayor cosecha de energía eléctrica o en las placas solares térmicas para calentar más el agua.


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

La máxima radiación directa que incide sobre un panel solar horizontal durante un día claro, sin partículas suspendidas en el aire, a nivel del mar y estando el Sol en el cenit (Posición del Sol cuando alcanza el punto más alto de elevación sobre el horizonte) del captador es aproximadamente igual a 1000W/m². A éste valor lo conocen como “pico de la irradiancia” . Los Ángulos de orientación de los rayos solares:



La energía acumulada en un panel solar durante un tiempo determinado (día, mes, año) define el concepto de insolación. Esta es la energía disponible para su uso en alguna aplicación específica.

 Un Panel Solar instalado en el hemisferio norte del Planeta se deberá colocar mirando hacia el Sur

 Un Panel Solar instalado en el hemisferio sur se deberá colocar mirando al Norte

Ángulo de inclinación del Panel Solar con el eje horizontal de la Tierra: 

El Panel Solar se deberá instalar con un Ángulo de Inclinación respecto de la horizontal en el terreno, igual a al valor de la latitud en ese mismo lugar.

NOTA: Debido a que el ángulo del sol cambia con las estaciones del tiempo, es posible que deseas ajustar el ángulo de montaje en el rack o estructura que lo sostiene. ATENCIÓN: En el invierno, los módulos deben estar en el ángulo de la latitud más aproximadamente 10 grados, y en verano, la latitud menos un ángulo de 10 grados es ideal. Pero aceptemos esto como una recomendación, no como una regla fija. 

El objetivo es que los Rayos Solares incidan verticalmente sobre los paneles solares fotovoltaicos instalados con un ángulo de mayor para mayor aprovechamiento de la energía solar (Explica muy bien el vídeo arriba).


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ORIENTACION FINAL:



Con los datos antes mencionados, la tabla presentada anteriormente, podemos ubicar nuestro panel de la siguiente manera: - Como Perú se ubica por debajo de la línea Ecuatorial, se encuentra en el hemisferio Sur, por ello se colocará hacia el Norte. - Para calcular el ángulo de inclinación se toma en cuenta la latitud de Trujillo: Consideramos que la ciudad de Trujillo se encuentra en sierra Norte con una latitud de -4.46. Ángulo de inclinación= - 4.46° -10 Ángulo de inclinación= 14.46°≈ 15° 

UBICACIÓN FINAL: Orientado hacia el Norte, con un ángulo de inclinación de 15°.


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VIII.

ESQUEMA DE CONEXIÓN:

PANEL SOLAR

CONTROLADOR

BATERIA

INVERSOR

CARGA


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IX.

PRESUPUESTO:

EQUIPO Controlador solar Inversor de corriente Batería Panel solar

PRESUPUESTO DEL PANEL SOLAR CANT. PRECIO DESCRIPCION UNITARIO 01 12 v /10 A Energit S/. 90 12 v a 220 VAC 200W/Energit 12 V 17.2 AH/Duick 17.2 v 1.72 A 30 W/Opalux

01 01 01

PRECIO TOTAL S/. 90

S/. 100

S/. 100

S/. 120

S/. 120

S/. 150

S/. 150

TOTAL

S/. 460

NOTA: Se tomó en cuenta solo los costos de los equipos. X.

TIPO DE MANTENIMIENTO: Las instalaciones fotovoltaicas requieren un MTO mínimo y sencillo, que se reduce a las siguientes operaciones: Paneles: requiere un MTO nulo o muy escaso, debido a su propia configuración: no tiene partes móviles y las células y sus conexiones internas están encapsuladas en varias capas de material protector. Es conveniente hacer una inspección general de 1 o 2 veces al año, asegurarse de que las conexiones entre paneles y al regulador están bien ajustadas y libres de corrosión. En la mayoría de los casos, la acción de la lluvia elimina la necesidad de limpieza de los paneles; en caso de ser necesario, simplemente utilizar agua y algun detergente no abrasivo. R e g u l a d o r : la simplicidad del equipo de regulación reduce sustancialmente el MTO y hace que las averias sean muy escasas. Las operaciones que se pueden realizar son las siguientes: observación visual del estado y funcionamiento del regulador; comprobación del conexionado y cableado del equipo; observación de los valores instantáneos del voltimetro y amperímetro, dan un índice del comportamiento de la instalación A c u m u l a d o r : es el elemento de la instalación que requiere una mayor atención, de su uso correcto y buen MTO dependerá en gran medida su duración.


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XI.

OBSERVACIONES: 

 

XII.

Al momento de realizar pruebas de funcionamiento, el controlador comenzó a sonar, ya que l carga que le estábamos aplicando en ese momento exigía demasiado. Al comienzo se compró una batería y tuvo que ser cambiada a una de 12 v y 17 a/h, ya que la anterior no abastecía lo que necesitábamos. Al realizar la fabricación de la mesa para colocar los equipo y el panel solar, hubo una dificultad en la pintura ya que no era muy eficiente.

CONCLUSIONES: La producción de energía fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa y elegante por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica.  Una característica importante de este sistema es la capacidad de almacenamiento de la energía, cosa que no es posible con las otras formas de generación de energía. La energía generada a través de un panel solar puede ser almacenada en baterías electrolíticas para su futura utilización.  Sabiendo que la generación de energía fotovoltaica trae consigo un sinnúmero de ventajas creemos que todos los países deberían implementar este nuevo sistema ya que gracias a ello se contribuye con la naturaleza y este es además muy rentable en cuanto a lo económico.  Estos paneles solares además de contribuir al medio ambiente y ser económicamente favorables; estos pueden ser utilizado sobre todo en zonas rurales, en las cuales no es posible hacer llegar la red de energía eléctrica convencional.  Para hacer posible la utilización de estos dispositivos es necesario convertir la corriente directa entregada por el módulo y almacenada en la batería, en corriente alterna. Esto se hace mediante un inversor. Una vez obtenida esta señal la podremos aplicar a los aparatos mencionados.  En estos sistemas es importante tomar en cuenta que se necesita controlar la carga de la batería y asegurarse que ésta no se sobrecargará. Para esto utilizamos un controlador que consiste en un comparador que desconectará automáticamente al módulo de la batería cuando ésta se encuentre en un nivel máximo de carga recomendable. 


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XIII.

RECOMENDACIONES: Para el diseño de un panel, se realizan las siguientes recomendaciones: 

Alejarlos de fuentes de humedad, como pueden ser plantas o depresiones sobre el terreno.  Colocarlo sobre una base de madera  Darle mantenimiento, al menos una vez al año para prolongar el tiempo de vida útil. Para la ubicación del panel solar y su inclinación, debe investigarse la latitud donde se encuentra y utilizar ese ángulo como referencia considerando los límites. XIV.

ANEXOS: TABLAS DE RADICION SOLAR EN PERÚ -

“Estimación de la Energía Solar en el Perú” por el Ing. J. W. Vásquez publicado en la Revista Energética (OLADE) en 1987, muestra la valuación de la irradiación diaria media anual en 64 estaciones meteorológicas a nivel nacional.


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“Atlas de Energía Solar del Perú” publicación del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) en convenio con la Dirección Ejecutiva de Proyectos del Ministerio de Energía y Minas (DEP-MEM) en 2003.

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Comparando las tablas anteriores podemos apreciar que la radiación solar ha ido incrementando en los últimos años.


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