Proyecto de Panel Solar

7/18/2019 Proyecto de Panel Solar

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AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIARESPONSABLE Y DEL COMPROMISO CLIMÁTICO

PROYECTO PARA EL CURSO DE INSTALACIONESELÉCTRICAS II

“GENERACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA”

Alumnos:

Albitres Calderón, Junior Enrique Aldoradin Aldoradin, Royer

Amaya Bazán, Henrry RobertoBances Ángulo, Paul Jhonathan

Blas Gastañadui, Héctor PaulCapuñay Florián, Jesús Lucio AlfonsoContreras Chirinos, Wilbert Francesco

Correa Huatay, Sergio AntonioDurand Ciudad, Sandra Analí

Galvez Calderon, Jhon Gonzalo JoaoGómez Díaz, Katherin Patricia

Guevara Martinez, Marco AntonioRodríguez Padilla, Edgar Uribe

Sieden Rojas, Luis FelipeRomero 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



INSTALACIONES ELECTRICAS II 2

PROYECT

FINALGENERACIÓN DE ENERGÍA FOTOVOLTAICA

INDICE:

I. OBJETIVOS……………………………………………………………….5

II. FUNDAMENTO TEÓRICO……………………………………………....5 III. EQUIPOS Y MATERIALES……………………………………………...7IV. FICHAS TECNICAS DE EQUIPOS……………………………………..7V. CALCULOS PARA COMPONENTES…………………………………..8

VI. PROCEDIMIENTO DE TRABAJO……………………………………...10VII. COMO INSTALAR UN PANEL SOLAR ……………………………….12 VIII. ESQUEMA……………………………………………………………… ...16IX. PRESUPUESTO………………………………….... ...............................17X. TIPO DE MANTENIMIENTO…………………………………................17

XI. OBSERVACIONES…………………………………...............................18XII. CONCLUSIONES………………………………….................................18XIII. RECOMENDACIONES………………………………………………….19XIV. ANEXOS…………………………………...............................................19




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INTRODUCCIÓN

El aprovechamiento por el hombre de las fuentes de energía renovable, entre ellasla energía solar, eólica e hidráulica, es muy antiguo; desde muchos siglos antes denuestra era ya se utilizaban y su empleo continuó durante toda la historia hasta lallegada 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 combustiblesfósiles y los problemas medioambientales derivados de su explotación, estamosasistiendo a un renacer de las energías renovables.

Las energías renovables son inagotables, limpias y se pueden utilizar de formaautogestionada (ya que se pueden aprovechar en el mismo lugar en que seproducen). Además tienen la ventaja adicional de complementarse entre sí,favoreciendo la integración entre ellas. Por ejemplo, la energía solar fotovoltaicasuministra electricidad los días despejados (por lo general con poco viento, debidoal dominio del anticiclón), mientras que en los días fríos y ventosos,

frecuentemente nublados, son los aerogeneradores los que pueden producirmayor energía eléctrica.

Es por eso que hemos creído conveniente realizar este proyecto para demostrarque no sólo la energía eléctrica es la única que nos pueden suministrar, sinodiversos tipos de energía, en el cual podemos obtener nuestra propia energía, eneste 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 profesorJuan Vital Jáuregui, por darnos la oportunidad de realizar este trabajo, además unagradecimiento especial a los profesores Ronald Serna Villanueva y MiguelMontalván Labrín, quienes no solo dedicaron tiempo a la culminación de estetrabajo sino que también demostraron interés en este proyecto de generación deenergía fotovoltaica, a través de los paneles solares.




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I. OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:- Comprobar el funcionamiento de un sistema fotovoltaico.OBJETIVOS ESPECIFICOS:

- Realizar el dimensionamiento de componentes necesarios para suministraruna 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 aveces son llamadas células fotovoltaicas, estas celdas dependen del efectofotovoltaico por el que la energía luminosa produce cargas positiva y negativaen dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campoeléctrico capaz de generar una corriente.

REGULADOR O CONTROLADOR:Es la parte fundamental de un sistema autónomo ya que permite el tránsito decorriente del panel hacia la batería y de la batería hacia la carga. Por lo tantoel regulador es el que protege a la batería de sobrecargas, bajas tensiones ycortocircuitos.La tarea del regulador se simplifica en controlar constantemente la tensión dela batería durante su carga, cortando el paso de la corriente cuando estétotalmente cargada y detectar cuando la tensión de las baterías ha descendido

y reanudar la carga de estaEl objetivo del regulador es alargar la vida útil de la batería, evitando que estasufra cargas y descargas profundas que estén fuera de sus límitespermisibles.Es labor del regulador evitar las sobrecargas y descargas muy profundas; pararealizar esto, instante a instante, el regulador debe medir de alguna manera elestado de carga de la batería y compararlo con niveles permisibles tantoinferiores como superiores.




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

BATERIA:Una batería es esencialmente un recipiente lleno de químicos que producenelectrones. Las reacciones químicas son capaces de producir electrones yeste fenómeno es llamado reacción electroquímica. Asimismo, suministranelectricidad durante periodos de escasez o ausencia de luz solar, necesaria

para que el panel solar produzca energía. La duración del periodo que puedeser cubierto está determinada por la demanda de electricidad y el tamaño dela batería de almacenamiento.Las baterías están disponibles en diversas formas y tamaños. Las de 12V sonlas más utilizadas. Si las baterías son nuevas y son del mismo tipo y tamaño,pueden ser conectadas para incrementar la capacidad del almacenamiento debatería.

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 bastantepequeño en determinadas situaciones. Este inversor lleva acoplado unostransistores y tiristores capaces de cortar en un segundo, muchas veces lacorriente que recibe, lo cual simula el comportamiento de la energía alternatípica.Según el tipo de onda producido, podremos hablar de inversores de ondacuadrada, de onda modificada o de onda senoidal.




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III. EQUIPOS Y MATERIALES:

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS PARA EL MONTAJE

Madera Taladro Martillo

Clavo Panel SolarConductores THW –

16 mm2Conductor

GalvanizadoPintura Thiner

Tornillo Sierra Desarmador Plano

Desarmador Estrella Alicate Universal Alicate de Corte

Alicate Pelacable Esmeriladora Brochas

IV. FICHAS TECNICAS DE EQUIPOS:

EQUIPO Modulo Solar FotovoltaicoMonocristalino

Fabricante OPALUXTipo de Modelo SY – 30 MPotencia Nominal Maxima 30 WTolerancia de Rendimiento ± 3 %Voltaje 17.2 VCorriente 1.75 A

Tension en Circuito Abierto 21.5 VCorriente de Cortocircuito 1.92 AMaximo Voltaje en el Sistema 1000 VPeso 3 KgDimensiones 450*540*25 mm

EQUIPO Controlador de Carga SolarFabricante EnergitModelo ENS 1210

Carga Nominal 10 AVoltaje del Sistema 12 VProtección contra sobretensiones 17 V; *2/24 VTemperatura -35 °C ̴ 55 °C Tensión de Impulso 14.4 V ; *2/24 V




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EQUIPO Inversor de EnergíaFabricante EnergitModelo EN – CAR 200/12 VPotencia de Salida (Nominal) 200 W

Potencia de Salida (Pico) 400 WVoltaje de Entrada 12 VRango de Voltaje de Salida 220 ̴ 240 V Frecuencia de salida 50 ̴ 60 Hz Salida USB 5 V – 500 mASin Carga de Corriente ≤ 0.35 A Parada por Bajo Voltaje 9.5 ± o.5 VApagado por Temperatura 60 ̴ 80 °C Sobre Parada del Voltaje 15 ± 0.5 VFusible DC 25 A*1

V. CÁLCULOS PARA COMPONENTES:

DATOS DEL PANEL:

V = 17.2 VDC

I= 1.7Amp

P = 30W

Primero calculamos la Corriente que consumirá la carga:

o Datos de la carga:

= 100 = 220 Ө = 0.8

o Hallando la Corriente de Carga:

= × × Ө

=

×Ө

=100

220 × 0.8

= 0.568 Amp

o Según tabla asignamos un calibre:




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o Seleccionamos el conductor de calibre de 1.5mm que permite 18Amp comomáximo.

o Su equivalencia en AWG es de 16. Para la selección del inversor se hace mediante la potencia:

= 1.5 × = 1.5 × 100 = 150

o Como valor teórico obtenemos que la = 150; sin embargo como valorcomercial optamos por un Inversor de 200W.

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

= 30

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

= 30 × 6 = 180H




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o Como valor teórico obtenemos que = 180; sin embargo como valorcomercial optamos por una batería de 12VDC; 17.2AH donde la potencia es:

= 12 × 17.2 = 206.4

o La cual soporta la potencia que suministra el panel.

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

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

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

VI. PROCEDIMIENTO DE TRABAJO:

1. Evaluar la factibilidad del proyecto, teniendo en cuenta costos estimados delos equipos para dicha instalación.

2. Determinación de las características de consumo de la carga; teniendo encuenta 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 cargaa suministrar.

4. Comprobamos las características del panel fotovoltaico.




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5. Evaluación del lugar en el que seinstalaría el sistema, se tuvieron encuenta los siguientes puntos:

Lugar de ubicación de la carga a

alimentar (Luces navideñas quealumbrarán el árbol navideño)La proyección educativa que tendríael poder exhibir un trabajo deenergía renovable en la institución.Protección del circuito a posiblescontactos con agua.Máximo aprovechamiento de laenergía solar.

6. Bajo los puntos mencionados anteriormente, decidimos instalar el sistemafuera del taller eléctrico para que quede cercano al árbol (cualenergizaremos) que se encuentra en las afueras de las oficinas de losprofesores. Pero antes de ello hubo un pequeño conflicto entre la decisiónde 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 fijarnuestro proyecto en el suelo para que de esta manera se pueda apreciarmucho 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 elaboraruna estructura para la protección de este.




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8. Luego se pasó a realizar la instalación correspondiente la cual se tuvo encuenta 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 lugaresdonde se realizará).Conectamos el controlador a la batería. Esta es la primera conexión quese realizará y es fundamental que se cumpla, pues de esta forma uncontrolador programado para 12v-24V identificaría a qué nivel de tensióntrabajará, por el contrario si se conecta en primer lugar al panel, estetomaría esa tensión que no siempre está en esos valores por lo cualpodría arruinar completamente el equipo de alto costo.Después se prosigue con la instalación del inversor de voltaje; paraconvertir de DC a AC.

Una vez establecido el sistema se conectará el panel que es la fuente yel principal componente del sistema y debe ser siempre conectado comoúltimo componente para asegurar su conservación y la seguridad delsistema que será alimentado por él.




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9. Dejar el sistema por un día activo (12horas) en la noche ya estará lista laenergía, 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 suinstalación, solo basta tener conocimientos elementales de electricidad parapoder realizarla.

Los generadores se instalan sobre una estructura soporte la cual se puede fijara 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) seentregan con 2,5 metros de cable para conectarlo directamente a labatería.

En lo de mayor potencia, la estructura soporte tiene adosada una bornera ala cual se conectan los polos (+) y (-) del módulo, con los correspondientespolos 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 deun 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 10mm2Dentro de la casa (para 12v) la sección del cable debe ser de 4 mm2pudiéndose hacer las bajadas a los artefactos de 2,5 mm2.

Orientación relativa del panel solar:

Las posiciones del Sol al amanecer, mediodía y alatardecer en las estaciones y en los hemisferios sonde importancia tener en cuenta para aprovechar lomáximo de energía en el Panel Solar fotovoltaicopara mayor cosecha de energía eléctrica o en lasplacas solares térmicas para calentar más el agua.




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La máxima radiación directa que incide sobre un panel solar horizontaldurante un día claro, sin partículas suspendidas en el aire, a nivel del mar yestando el Sol en el cenit (Posición del Sol cuando alcanza el punto másalto de elevación sobre el horizonte) del captador es aproximadamenteigual 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 energíadisponible 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 dela 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 quelo sostiene. ATENCIÓN: En el invierno, los módulos deben estar en el ángulode 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 lospaneles solares fotovoltaicos instalados con un ángulo de mayor paramayor aprovechamiento de la energía solar (Explica muy bien el vídeoarriba).




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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 elhemisferio Sur, por ello se colocará hacia el Norte.

- Para calcular el ángulo de inclinación se toma en cuenta la latitud deTrujillo:Consideramos que la ciudad de Trujillo se encuentra en sierra Norte conuna 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 deinclinación de 15°.




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VIII. ESQUEMA DE CONEXIÓN:

CONTROLADOR

BATERIA

INVERSOR

CARGA

PANEL SOLAR




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IX. PRESUPUESTO:

PRESUPUESTO DEL PANEL SOLAR

EQUIPO DESCRIPCIONCANT. PRECIO

UNITARIO

PRECIO TOTAL

Controlador

solar12 v /10 A Energit

01S/. 90 S/. 90

Inversor de

corriente

12 v a 220 VAC

200W/Energit

01S/. 100 S/. 100

Batería 12 V 17.2 AH/Duick 01 S/. 120 S/. 120

Panel solar17.2 v 1.72 A 30

W/Opalux

01S/. 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 sereduce a las siguientes operaciones:

Paneles: requiere un MTO nulo o muy escaso, debido a su propiaconfiguración: no tiene partes móviles y las células y sus conexiones

internas están encapsuladas en varias capas de material protector. Esconveniente hacer una inspección general de 1 o 2 veces al año,asegurarse de que las conexiones entre paneles y al regulador están bienajustadas y libres de corrosión. En la mayoría de los casos, la acción de lalluvia elimina la necesidad de limpieza de los paneles; en caso de sernecesario, simplemente utilizar agua y algun detergente no abrasivo.Regulador: la simplicidad del equipo de regulación reduce sustancialmenteel MTO y hace que las averias sean muy escasas. Las operaciones que sepueden realizar son las siguientes: observación visual del estado yfuncionamiento del regulador; comprobación del conexionado y cableado

del equipo; observación de los valores instantáneos del voltimetro yamperímetro, dan un índice del comportamiento de la instalaciónAcumulador: es el elemento de la instalación que requiere una mayoratención, de su uso correcto y buen MTO dependerá en gran medida suduración.




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XI. OBSERVACIONES:

Al momento de realizar pruebas de funcionamiento, el controlador comenzóa sonar, ya que l carga que le estábamos aplicando en ese momento exigíademasiado.

Al comienzo se compró una batería y tuvo que ser cambiada a una de 12 v y17 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.

XII. CONCLUSIONES:

La producción de energía fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa yelegante por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejoresalternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica.

Una característica importante de este sistema es la capacidad dealmacenamiento de la energía, cosa que no es posible con las otras formasde generación de energía. La energía generada a través de un panel solarpuede ser almacenada en baterías electrolíticas para su futura utilización.

Sabiendo que la generación de energía fotovoltaica trae consigo unsinnúmero de ventajas creemos que todos los países deberían implementareste 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 zonasrurales, en las cuales no es posible hacer llegar la red de energía eléctricaconvencional.

Para hacer posible la utilización de estos dispositivos es necesario convertirla corriente directa entregada por el módulo y almacenada en la batería, encorriente alterna. Esto se hace mediante un inversor. Una vez obtenida estaseñal la podremos aplicar a los aparatos mencionados.

En estos sistemas es importante tomar en cuenta que se necesita controlarla carga de la batería y asegurarse que ésta no se sobrecargará. Para esto

utilizamos un controlador que consiste en un comparador que desconectaráautomáticamente al módulo de la batería cuando ésta se encuentre en unnivel 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 odepresiones 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 latituddonde se encuentra y utilizar ese ángulo como referencia considerando loslímites.

XIV. ANEXOS:

TABLAS DE RADICION SOLAR EN PERÚ

- “Estimación de la Energía Solar en el Perú” por el Ing. J. W. Vásquezpublicado en la Revista Energética (OLADE) en 1987, muestra la valuaciónde la irradiación diaria media anual en 64 estaciones meteorológicas a nivelnacional.



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- “Atlas de Energía Solar del Perú” publicación del Servicio Nacional deMeteorología e Hidrología (SENAMHI) en convenio con la DirecciónEjecutiva de Proyectos del Ministerio de Energía y Minas (DEP-MEM) en

2003.

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

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