65393725 subestacion a por celdas solares

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE

TLALNEPANTLA

OPCIÓN: TITULACIÓN INTEGRADA

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA ABASTECIDA

POR CELDAS SOLARES

T R A B A J O P R O F E S I O N A L

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

I N G E N I E R O S E L É C T R I C O S

P R E S E N T A N:

E D I T H S A A V E D R A R O D R Í G U E Z J O S É L U I S F I G U E R O A O S O R I O J U L I O C E S A R D E S E N A R A M Í R E Z ASESOR: DRA. MARÍA VERÓNICA ESTRELLA SUAREZ TLALNEPANTLA DE BAZ, EDO DE MÉXICO. JUNIO 2011

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ÍNDICE

CONTENIDO PAGINA

I introducción. 1

II Justificación. 2

III Objetivos. 2

Especifico. 2

General. 2

IV Características del área que participo. 3

V Problemas a resolver. 3

VI Alcance del proyecto. 3

VII Descripción de las principales actividades 4

Del área de desarrollo del proyecto.

VIII Cronograma de actividades. 4

IX Fundamento teórico. 5

Generalidades de una subestación eléctrica 5

Localización. 6

Capacidad. 8

Tensión. 8

Las celdas solares. 8

Efecto fotovoltaico. 10

Fenómenos básicos de la celda solar. 14

X Procedimientos y descripción de las actividades realizadas. 17

Factibilidad técnica. 17

Aplicación de la energía fotovoltaica. 18

Vida útil de un panel solar fotovoltaica. 18

Dureza de los módulos solares. 18

Mantenimiento de un sistema fotovoltaico. 19

Potencia pico de un panel. 19

Fabricación de un panel fotovoltaico. 20

La importancia del empleo de un regulador de carga en una 21 Instalación fotovoltaica.

Baterías y reducción de la disponibilidad de carga. 21

Diferencia que existe entre cargas resistivas y cargas inductivas. 21

Tipos de elementos de iluminación que son más adecuados para 22 Instalar con los sistemas solares fotovoltaico.

Factibilidad económica. 23

Problemas a resolver. 23

Beneficios socioeconómicos. 24

Celda solar delgada. 25

Potencial de reducción. 27

Costo de celdas solares. 28

Costo total en el proyecto. 30

Factibilidad ecológica. 33

Impacto ambiental. 35

XI Resultados. 37 Características; 37

Celda solar. 37

Lámpara LED. 39

Baterías. 40

Controlador de carga. 41

Centro de carga. 42

Memoria de cálculo. 43

Conexión de arreglos de celdas solares. 43

XII conclusiones y recomendaciones 45

XIII bibliografía. 46

XIV Anexos. 47

INTRODUCCIÓN

El propósito de este proyecto es utilizar energías alternativas con el diseño

de una subestación solar, con el objeto de renovar los sistemas ya existentes.

Con este gran crecimiento industrial de las últimas décadas se ha originado

un crecimiento paralelo en los sistemas de energía, así como el calentamiento

global de nuestro planeta; por lo tanto urge la utilización de energías

alternativas.

Se introduce los parámetros eléctricos típicos de dos baterías: la usada en

un sistema solar. El significado de estos parámetros es analizado en detalle.

Basados en valores típicos para cada uno de ellos, la segunda sección

establece las diferencias entre los dos diseños. La información en esta sección

incorpora, asimismo, la descripción de dos baterías, una de cada tipo, para

familiarizar al lector con los nuevos diseños en acumuladores de Pb-ácido.

El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en algún

tipo de proceso reversible; es decir, un proceso cuyos componentes no resulten

consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a

su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas.

Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del

circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una

corriente, igualmente externa, durante el de carga.

Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extraño que

parezca, en las relaciones entre los elementos químicos y la electricidad

durante el proceso denominado electrólisis, y en los generadores voltaicos o

pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a

observar y a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre de polarización.

Un acumulador es, así, un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus

límites alcanzables, y consta, en general, de dos electrodos, del mismo o de

distinto material, sumergidos en un electrolito.

JUSTIFICACIÓN

En el Instituto Tecnológico de Tlalnepantla, tiene la necesidad de tener un

servicio de energía eléctrica ininterrumpido, debido a que ofrece un servicio al

turno vespertino con alrededor de 200 alumnos con la luminaria de las aulas.

Observando y analizando dicho problema, se ha elegido llevar a cabo como

proyecto piloto para la implementación de un respaldo de energía abastecida

por celdas solares, lo cual cubrirá esa necesidad en el momento que no haya

suministro de red eléctrica en particular en el edificio H, entrando en forma

automática.

Con este proyecto se actualizarían las subestaciones y así se reduciría el

costo energético por consecuencia se reduciría el calentamiento global del

planeta. Se observara la factibilidad de aplicarse a todos los edificios del

Tecnológico.

De esta manera existirá un beneficio para los alumnos y profesores que

estén en el edificio H.

OBJETIVO GENERAL:

Se realizara este proyecto con el propósito de abastecer el edificio H del

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla, mediante una subestación eléctrica

abastecida por celdas solares. Con el fin del ahorro de energéticos utilizando

energías alternativas en este caso las celdas solares, Y así disminuir el costo

por suministro eléctrico del plantel.

OBJETIVO ESPECIFICO:

Abastecer el edificio H de energía eléctrica en el momento en que la

empresa suministradora no cumpla con las necesidades requeridas para

el turno vespertino.

Se harán modificaciones a una planta de emergencia con la adaptación

de celdas solares.

CARACTERÍSTICAS DEL ÁREA QUE PARTICIPO.

DATOS DE LA EMPRESA

NOMBRE:

Instituto Tecnológico de Tlalnepantla.

GIRO Y TIPO DE CAPITAL:

Educación nivel superior.

DIRECCIÓN DE LA INSTITUCIÓN:

Av. instituto tecnológico s/n. col. la comunidad Tlalnepantla, edo. Mex. Cp.540, apartado postal 750.

NOMBRE DEL DEPARTAMENTO DONDE REALIZARA SU PROYECTO:

Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

PROBLEMAS A RESOLVER.

La problemática a resolver es el suministro de energía eléctrica que llega

a ocasionar problemas para el turno vespertino para realizar las actividades

con normalidad las cuales incluso llegan a ser suspendidas.

ALCANCE DEL PROYECTO.

Teniendo en cuenta que la realización del proyecto es de nueva

construcción, teniendo en cuenta la descripción, cálculos y diseño de los

equipos de instalación, para poder conseguir la construcción de la misma

subestación transformadora para el edificio H en el ITTLA, buscando con esta

llegar a tener una factibilidad económica, técnica y ambiental.

DESCRIPCIÓN DE LAS PRINCIPALES ACTIVIDADES DEL ÁREA DE

DESARROLLO DEL PROYECTO:

1. Revisión Bibliográfica: se realizara una búsqueda y actualización

bibliográfica.

2. Estudio de mercado.

3. Clasificación del arreglo fotovoltaico.

4. Diseño del prototipo.

5. Elaboración del Prototipo.

6. Elaboración del reporte Técnico (memoria de trabajo).

7. Defensa del proyecto (JUNIO 2009, CONGRESO DE

ESTUDIANTES).

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

ACTIVIDAD FEBRERO MARZO ABRIL MAYO

1 X X

2 X X

3 X

4 X X

5 X

6 X

7 X

FUNDAMENTO TEÓRICO

Las actividades relacionadas al proyecto se llevaran a cabo en el interior de

la institución.

Datos del protocolo.

Nombre del proyecto:

Subestación eléctrica abastecida con celdas solares.

1.1 GENERALIDADES DE LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Es un conjunto de dispositivos eléctricos, que forman parte de un sistema

eléctrico de potencia; sus funciones principales son: transformar tensiones y

derivar circuitos de potencia [1].

Las subestaciones se pueden denominar, de acuerdo con el tipo de función

que desarrollan, los grupos:

a) Subestaciones vareadoras de tensión.

b) Subestaciones de maniobra o seccionadora de circuitos.

De acuerdo con la potencia y tensión que manejan las subestaciones, éstas se

pueden agrupar en:

a) Subestaciones de transmisión. Arriba de 230 kv

b) Subestaciones de subtransmisión. Entre 230 kv y 115 kv.

c) Subestaciones de distribución primaria. Entre 115 y 23 kv.

d) Subestaciones de distribución secundaria. Debajo de 23 kv.

[1] ver fuentes de información, página; 46.

1.2 LOCALIZACIÓN DE LA SUBESTACIÓN

El punto de partida para la localización de una subestación se deriva de un

estudio de planeación, a partir del cual se localiza, con la mayor aproximación,

el centro de carga de la región que se necesita alimentar. Un método que se

puede utilizar para localizar una subestación, es la siguiente:

Obtenida la localización del centro de carga, conociendo la capacidad actual

de la subestación necesaria para la instalación de la misma. A continuación, se

produce a la localización de un terreno de área igual o mayor a la requerida y lo

más próximo posible al centro de carga del área.

Una vez localizado el terreno, (En este caso se utilizara la azotea del edificio

H del ITTLA, se debe efectuara un estudio para que no exista dificultad en la

llegada de los circuitos de alimentación de la subestación. La alimentación

podrá efectuarse por medio de líneas de transmisión.

En la siguiente figura 1.2 se muestra el croquis y la fotografía panorámica

del terreno donde se ubicará nuestra subestación (ubicando las celdas solares

en la parte superior del edificio, el centro de cargas se ubicara directamente a

un lado del centro de control de cargas que se encuentra actualmente

trabajando para corriente alterna, así como las baterías de carga que se

colocaran bajo un arreglo futurista. Será bajo una batería de 11 celdas como

las utilizadas en autos para motores de 6 pistones), tomando en cuenta todos

los estudios realizados.

Localizado el terreno necesario, se produce a la obtención de los datos

climatológicos de la región:

a) Temperaturas, máximas y mínima.

b) Nivel sísmico.

c) Grado de contaminación [1].

[1] ver fuentes de información, página; 46.

Figura No. 1.2 Croquis y Fotografía panorámica del terreno.

1.3 CAPACIDAD.

La capacidad de una subestación se fija, considerando la demanda actual de

la zona (edificio H).

En KAV (kW), más el incremento en el crecimiento, obtenido por

extrapolación, durante los siguientes diez años, previniendo el espacio

necesario para las futuras ampliaciones [1].

1.4 TENSIÓN.

Dentro de la gama existente de tensiones normalizadas, la tensión de una

subestación se puede fijar en función de los factores siguientes:

a) Si la subestación es alimentada de forma radial, la tensión se puede fijar en

la función de la potencia de la misma.

b) Si la alimentación proviene de un anillo, la tensión queda obligada por la

misma del anillo.

c) Si la alimentación se toma de una línea de transmisión cercana, la tensión de

la subestación queda obligada por la tensión de la línea citada [1].

LAS CELDAS SOLARES.

La energía solar puede ser convertida directamente en energía: calorífica,

química, electroquímica, biomasa, eléctrica, etc.; un dispositivo que convierte

directamente los fotones de la energía solar en potencia eléctrica, es llamado

celda solar y es la unidad mínima de conversión en los módulos fotovoltaicos.

En la actualidad se dispone comercialmente de tres tipos celdas solares:

Las fabricadas utilizando silicio cristalino y policristalino.

Las preparadas con silicio amorfo hidrogenado,

Las elaboradas con películas delgadas policristalinas (1-100 micras).

[1]; [2]; ver fuentes de información, página; 46.

En los años 70’s los módulos de celdas fotovoltaicas tenían un costo

promedio de $200pesos por watt de electricidad generado hacia la mitad del

día con una irradiación solar sobre el nivel de mar de 1000 W/m2 (Watt-pico,

Wp) [2].

Ahí surge la necesidad de desarrollar tecnologías fotovoltaicas de celdas

solares en película delgada, con la perspectiva de abatir el costo de fabricación

de las celdas solares a través del uso de menos de una centésima de la

cantidad de material semiconductor de las celdas convencionales [2].

Las películas delgadas semiconductoras tienen la ventaja de que estas

pueden depositarse sobre substratos de diferentes características mecánicas

con estabilidades térmicas y químicas, algunos de los materiales

semiconductores estudiados a la fecha para las celdas solares en películas

delgadas policristalinas son: diselenuro de cobre indio (CuInSe2) y el teluro de

cadmio (CdTe).

Las eficiencias reportadas en celdas solares utilizando estos materiales son

>17% para el Cu (In, Ga) Se2 y del 15% para el CdTe.

Los problemas actuales de estas celdas son: la utilización de materiales

precursores costosos (indio, galio), y/o de alta toxicidad (CdTe); y la falta de

reproducibilidad de las características de las celdas solares en áreas grandes y

en consecuencia el alto porcentaje de rechazo de los módulos dadas las

normas de control de calidad [2].

Cu (In, Ga) Se2 - diselenuro de cobre indio. CdTe - teluro de cadmio.

[2]; ver fuentes de información, página; 46.

EFECTO FOTOVOLTAICO.

Dispositivos fotovoltaicos tipo heterounión y multiunión

El efecto fotovoltaico consiste en la conversión directa de energía luminosa

de los fotones en voltajes de corriente directa (cd), desarrollándose

directamente en energía eléctrica. Este fenómeno se lleva a cabo en una

unidad mínima de conversión llamada celda Solar, y forma la base de la

tecnología fotovoltaica (PV), o comúnmente llamada tecnología solar

fotovoltaica (SPV), cuando la fuente de los fotones es la radiación solar.

El efecto puede presentarse en: líquidos o sólidos, en especial en los sólidos

semiconductores. En los sólidos semiconductores se observan eficiencias

aceptables de conversión de energía hasta de un 30% y tienen amplia

aplicación en la conversión de la energía solar a energía eléctrica.

En el proceso fotovoltaico los fotones de la radiación solar incidentes son

absorbidos por el semiconductor que genera portadores de carga eléctrica en

exceso de su concentración en equilibrio, electrones o huecos, llamados

comúnmente portadores de carga fotogenerados.

Estos portadores viajan bajo un gradiente de concentración hacia un campo

eléctrico interno construido por la unión de un semiconductor con diferente

conductividad en un mismo. Semiconductor (homounión), en dos diferentes

semiconductores (hete reunión); u otro tipo de uniones con diferentes

materiales (metal semiconductor, metal-aislante-semiconductor, metal-aislante-

metal) [2].

En la Tabla 1.1 se muestran los aspectos importantes de los diferentes tipos

de celdas solares [2].


Tabla 1.1, principio de funcionamiento y características de las principales celdas solares [2].

Celda solar Principio de funcionamiento Caracteristicas

Homounion (n-p) Electrones en el lado n que se difunden al lado p forman una red de cargas positivas en lado n y una region de cargas negativas en el lado p.

Es la estructura sencilla, formada por el mismo semiconductor pero con conductividades tipo n y p.

Estructura heteroface (p+/p/n) El principio de funcionamiento es similar a la de la homounion, con la diferencia de que tiene adicionada una capa ventana, que reduce las perdidas por recombinacion en la superficie.

Esta formada por el mismo semiconductor de conductividades tipo n y p, mas un semiconductor tipo ventana, que tiene brecha de energia grande (por ejemplo el CdS CON 2 42 eV)

Heterounion La obsorcion de los fotones sera en el intervalo9 de enrgias menores al Eg del material ventana, pero mayores a la del material absorvedor.

Esta formada por la union de dos semiconductores con diferentes conductividades y brechas de energia.

Metal – semiconductor (MS o Schottky)

La union del semiconductor con algunos de los metales, crean una barrera de potencial y una region de agotamiento con un semiconductor.

Esta formado por la union de un metal semitransparente con un semiconductor las ventajas de esta celda es que requieren tecnologias de baja temperatura tienen aceptabilidad para aplicarse como celdas solares policristalinas de capa delgada.

MIS (metal –aislante – s/c)

Es una union inducida en donde la capa compensada es asociada con una de las capas de agotamiento en una homounion contenida en la superficie de una capa aislante delgada.

Esta compuesta por un metal-aislante delgado, del orden de 10-30 A, y un semiconductor (s/c) al incorporar el aislante. El flujo de los electrones puede ser limitada por el tunelage que atraviesa la capa aislante.

MOS (Metal- oxido – s/c)

Su principio de funcionamiento es muy similar al de la estructura MIS, solo que el aislante es una fina capa de oxido que actua como dielectrico.

Con capas de oxidos optimos

se incrementa V hasta en un

50%.


Para que el efecto fotovoltaico se presente en la celda, tiene que cumplir las

siguientes etapas:

la fotogeneración de los portadores de carga (electrones y huecos) en

exceso, tomando como base la concentración en equilibrio térmico.

la difusión de estos portadores hacia el extremo del semiconductor, a

través de un campo eléctrico interno (potencial de barrera), que

origina que se separen las cargas por un tiempo suficientemente

grande.

Y finalmente son conectadas por las terminales al exterior.

Las características óptimas del semiconductor para su integración en la

estructura de la celda solar se indican en la Tabla 1.2. [2].


Tabla 1.2, características óptimas que deben satisfacer en un semiconductor para ser

candidato para usar una celda solar [2].

Propiedad Criterio

Brecha de energía del material absorbedor

(Eg menor)

Brecha de energía cercano a 1.4 eV para

maximizar la absorción solar; y a su vez

minimizar la corriente de diodo que limita

Voc. Absorción directa, de modo que los

portadores sean generados ceca de la unión.

Longitud de difusión de los portadores

minoritarios grande.

Brecha de energía del material ventana (Eg

mayor)

Tan grande como sea posible, manteniendo

baja la resistencia serie.

Tipo de conductividad El material absorbedor preferiblemente tipo-n,

por la mayor longitud de difusión de los

electrones.

Electroafinidades Los materiales deben ser escogidos de

manera que no haya barrera de potencial en

la unión para los portadores fotoexcitados.

Voltaje de difusión Tan grande como sea posible, pues el

máximo Voc es proporcional al voltaje de

difusión.

Desacoplamiento de red Tan pequeño como sea posible para

minimizar la densidad de estados de de la

interface y las perdidas por recombinación a

través de tales estados.

Métodos de deposito Los métodos de depósito deben ser

convenientes para la formación y control de

las capas delgadas.

Contactos eléctricos Debe ser posible formar contactos eléctricos

de baja resistencia en ambos materiales

(tipo-n y tipo-p).

Abundancia de materiales El suministro de materiales debe ser

suficiente para permitir la producción de

celdas de área grande.

Costo de materiales El costo de los materiales deben ser baratos

para tener una energía competitiva con los

sistemas alternativos.

Toxicidad de los materiales Los materiales deben ser no tóxicos o debe

ser posible el control de la toxicidad.

Estabilidad y tiempo de vida de la celda La celda debe tener un tiempo de operación

suficiente, de forma que pague los costos

económicos y energéticos requeridos para

producirla.


FENÓMENOS BÁSICOS DE LA CELDA SOLAR

Los fenómenos básicos que ocurren en una celda solar de tipo homounión

se muestran en la Fig. 1.1 la cual describe los procesos electrónicos que tienen

lugar en las cinco partes principales en que se divide la celda para su estudio:

1) el contacto metálico con el semiconductor tipo-p,

2) la región del semiconductor tipo-p donde se generan los portadores de

carga en exceso (electrón/hueco) por la absorción de los fotones, y

donde además los portadores minoritarios (electrones) son

transportados por difusión y parcialmente perdidos por recombinación,

3) la región de la unión, con sus respectivas áreas de agotamiento, donde

los portadores son separados por el campo electrostático de la unión,

4) la región tipo n, la cual contribuye con la resistencia en serie,

5) el semiconductor tipo-n con el contacto metálico además de la superficie

frontal, en donde se dan las mayores pérdidas por recombinación [2].

Fig. 1.1, Los fenómenos básicos que ocurren en una celda solar de homounión p/n [2].


Fig. 1.2, curva característica corriente-voltaje de una celda solar en iluminación y oscuridad [2].

Los parámetros fotovoltaicos más importantes que se determinan, para

mostrar el comportamiento de una celda solar en oscuridad e iluminación, son

representados en la Fig. 1.2, donde se definen los parámetros de la corriente

en corto circuito (Ice), el voltaje en circuito abierto (Vea), la potencia máxima de

salida (Pmax). La resistencia-serie (Rs), la resistencia paralelo (Rp), y el factor

de calidad, que comúnmente se llama de llenado (fill- factor, ff), son otros

parámetros importantes.

Las eficiencias de celdas comerciales preparadas por diferentes técnicas, se

presentan en la Tabla 1.4; donde se observa la diferencia entre los valores de

eficiencia de las mejores celdas solares individuales en los laboratorios, de

prototipos de módulos y módulos comerciales en venta.

Las celdas solares de película policristalina de teluro de cadmio y diselenuro

de cobre indio no aparecen a la venta [2].


Tabla 1.4. Análisis comparativo de varias celdas solares (Fuente: National Renawable Energy

Laboratory (NREL), USA) [2].

PVD: Deposito por vapor físico (Physical vapor Deposition). CVD: Deposito por

vapor químico (Chemical vapor Deposition). GD: Descarga gaseosa (Glow

Dischase).ECD: Deposito electroquímico (Electrochemical - Deposition).

MOCVD: Deposito por vapor químico de metales organicos (Metals Organics

Chemical vapor Deposition). MBE: Epitaxial por haz molecular (Molecular Beam

Epitaxy). LPE: Epitaxial en fase liquida (Liqued Phase Epitaxy).


Celda Celdas nuevas con

η (%) aproximada

η (%) del modulo

Tiempo de vida

Tecnologías de producción

Producción

(1988)

Costo

(s/w)

Comentarios

Capa activa espesor (μm)

Estabilidad avance

C-Si (SC/poly)(300)

≈24 12-15 ˃20 años

/excelente

Crecimiento del cristal/ tecnología madura

≈125 MW 4 limitaciones de costo

C-Si (hoja o película)

(20-50)

≈12

≈10 (piloto) Grande/

Buena

PVC, CVD / en vía de desarrollo

≈1 MW

(planeado)

˂4 prometedor y viable, necesita mas desarrollo

A-Si-H

(t)

12 7-8

(triple)

Variable/

Arriba de 5 años

GD tecnología madura

≈10 MW 4 Grande rango comercial viabilidad cuestionable, inestabilidad.

CdTe

(1)

≈15.8 9 (piloto) Grande/ en estudio

PVD,ECD/ en via de desarrollo

≈1 MW ˃4 Proceso de simple producción, se tienen problemas con dispositivo y procesos.

Cu-In-Ga-Se (1)

≈18.8 12 (piloto) Algunos años/bueno

PVD,ECD/ en via de desarrollo

≈20 MW ˃4 Proceso de producción complejo, viabilidad cuestionable.

GaAs

(1-5)

≈25 ≈12 (piloto) Algunos años bueno

MOCVDMBE,

LPE/madura

≈10 k W ˃10 Costoso, bueno para aplicaciones espaciales.

PROCEDIMIENTOS Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES

REALIZADAS.

FACTIBILIDAD TÉCNICA

Un sistema fotovoltaico es un dispositivo que obtiene energía eléctrica a

través de la radiación solar. El sistema consta de los siguientes elementos (ver

esquema):

Un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos que

captan la radiación luminosa procedente del sol y la transforman en corriente

continúa a baja tensión (12 ó 24 V). Un acumulador (en sistemas aislados), que

almacena la energía producida por el generador y permite disponer de corriente

eléctrica fuera de las horas de luz o días nublados.

En sistemas interconectados no se requiere de un acumulador, en este caso,

la red sirve como respaldo. Un regulador de carga, cuya misión es evitar

sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, además de asegurar que el

sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficiencia [3].

Fig. 1 Una instalación solar fotovoltaica sin inversor, utilización a 12Vcc [3].


Una vez almacenada la energía eléctrica en el acumulador hay dos

opciones: sacar una línea directamente de éste para la instalación y utilizar

lámparas y elementos de consumo de 12 ó 24 Vcc.

Aplicación de la energía solar fotovoltaica

Cualquier aplicación que necesite electricidad para funcionar, se puede

alimentar con un sistema FV adecuadamente dimensionado. Las limitaciones

es el costo del equipo y en otras ocasiones el tamaño de los paneles, no

obstante, en lugares alejados de la red de distribución eléctrica, esta tecnología

suele ser más económica de implementar como un sistema aislado.

Rentabilidad de la energía solar fotovoltaica, Varía mucho del lugar del

mundo donde vivamos, por ejemplo una gran parte de la humanidad en los

países en desarrollo, no tiene acceso a la electricidad por falta de una

infraestructura eléctrica básica. En estos países la energía solar fotovoltaica

resulta ser la fuente mas rentable para obtener electricidad, en otros lugares

viene siendo la única [3].

Vida útil de un panel solar fotovoltaico

Un panel carece de partes móviles. Las celdas y contactos van

encapsulados con resina sintética, permitiendo una larga vida útil del orden de

30 años o más. Otra ventaja que tiene es que si una de las celdas falla no

afecta al funcionamiento de las demás y la intensidad y voltaje producidos

pueden ser fácilmente ajustados añadiendo o suprimiendo celdas [3].

Dureza de los módulos solares

Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que

permite aguantar condiciones meteorológicas muy duras tales como el hielo, la

abrasión, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el

granizo. Una prueba estándar para su homologación consiste en lanzar (con un

cañón neumático) una bola de hielo de dimensiones y consistencia

preestablecidas al centro del cristal [3].


Mantenimiento de un sistema fotovoltaico.

Las instalaciones fotovoltaicas requieren un mantenimiento mínimo y

sencillo, que se reduce a las siguientes operaciones. Paneles; requieren un

mantenimiento nulo o muy escaso, debido a su propia configuración, no tienen

partes móviles y las celdas y sus conexiones internas están encapsuladas en

varias capas de material protector.

Es conveniente hacer una inspección general 1 ó 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

algún detergente no abrasivo [3].

Regulador: la simplicidad del equipo de regulación reduce sustancialmente el

mantenimiento y hace que las averías 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 voltímetro y amperímetro

(dan un índice del comportamiento de la instalación [3].

Potencia pico de un panel

Es la potencia de salida, en Watt, que produce un panel fotovoltaico en

condiciones de máxima iluminación solar, con una radiación de

aproximadamente 1 kW/m2 (la que se produce en un día soleado al mediodía)

[3].


Fabricación de un panel fotovoltaico

Un panel fotovoltaico está formado por un conjunto de células solares

conectadas eléctricamente entre sí en serie y paralelo hasta conseguir el

voltaje adecuado para su utilización [3].

Fig. 4 Corte transversal de un panel fotovoltaico [3].

Este conjunto de celdas está envuelto por unos elementos que le confieren

protección frente a los agentes externos y rigidez para acoplarse a las

estructuras que los soportan.

Los elementos son los siguientes:

Encapsulante, constituido por un material que debe presentar una buena

transmisión a la radiación y una degradabilidad baja a la acción de los

rayos solares.

Cubierta exterior de vidrio templado, que además de facilitar al máximo

la transmisión luminosa, debe resistir las condiciones climatológicas más

adversas y soportar cambios bruscos de temperatura.

Cubierta posterior, constituida normalmente por varias capas opacas que

reflejan la luz que ha pasado entre los intersticios de las células, haciendo que

vuelvan a incidir otra vez sobre éstas.


Marco de metal, normalmente de aluminio, que asegura rigidez y

estanqueidad al conjunto, y que lleva los elementos necesarios

(generalmente taladros) para el montaje del panel sobre la estructura

soporte.

Caja de terminales: incorpora los bornes para la conexión del módulo [3].

La importancia del empleo de un regulador de carga en una instalación

fotovoltaica

La función primaria de un regulador de carga en un sistema fotovoltaico es

proteger a la batería de sobrecargas o descargas excesivas. Cualquier

instalación que utilice cargas impredecibles, intervención del usuario, sistema

de acumulación optimizado (para minimizar inversión inicial), o cualquier otra

característica que pueda sobrecargar o descargar excesivamente la batería,

requiere un regulador de carga. La falta del mismo puede ocasionar una

reducción de la vida útil de la batería [3].

Batería y una reducción de la disponibilidad de carga.

Los sistemas con cargas pequeñas, predecibles y continuas pueden

diseñarse para funcionar sin necesidad de regulador. Si el sistema lleva un

acumulador sobredimensionado y el régimen de descarga nunca va a superar

la profundidad de descarga crítica de la batería, [3].

Diferencia que existe entre cargas resistivas y cargas inductivas

Una carga es cualquier dispositivo que absorbe energía en un sistema

eléctrico. Los electrodomésticos y aparatos eléctricos en general, se dividen en

dos grandes grupos de cargas: resistivas e inductivas. Las cargas resistivas

son simplemente aquellas en las que la electricidad produce calor y no

movimiento. Típicas cargas de este tipo son las lámparas incandescentes o los

radiadores eléctricos.

[3]; ver fuentes de información, pág. 46.

Las cargas inductivas generalmente son aquellas en las que la electricidad

circula a través de bobinas. Normalmente son motores, tales como ventiladores

o frigoríficos; o transformadores, que se encuentran en la mayoría de los

aparatos electrónicos, tales como televisores, ordenadores o lámparas

fluorescentes [3].

Tipos de elementos de iluminación que son los más adecuados para

instalar con los sistemas solares fotovoltaicos.

Dadas las características de los sistemas fotovoltaicos, en los que la

capacidad de acumulación de energía es limitada, los equipos de iluminación

han de ser de elevado rendimiento y bajo consumo para aprovechar al máximo

esa energía. Las más idóneas son las lámparas electrónicas (led), que dan las

mismas prestaciones luminosas que las bombillas convencionales pero ahorran

aproximadamente un 80% de energía y tienen una duración 8 veces superior.

Esto se debe a que el 95% de la energía que consumen las lámparas

incandescentes se transforma en calor y no en luz, mientras que las

electrónicas irradian mucho menos calor y transforman un 30% de la energía

que consumen en luz. También pueden utilizarse equipos fluorescentes

convencionales pero siempre con reactancia electrónica (LED).

En conclusión, la instalación y el mantenimiento que se requiere para este

proyecto que es subestación con alimentación con celda solar, no requiere de

mucho recurso para su mantenimiento [3].


FACTIBILIDAD ECONÓMICA

Esta es la parte final de toda la secuencia de análisis de la factibilidad de

este proyecto con el estudio de la evaluación económica.

En este proyecto no han existido contratiempos por lo tanto, se sabe en este

punto que existe un mercado potencial atractivo; se determinó un lugar óptimo

para la localización del proyecto y el tamaño más adecuado para este último,

de acuerdo con las restricciones del medio; se conocerá y dominara el proceso

de producción, así como todos los costos en que se incurrirá en la etapa

productiva; además, se habrá calculado la inversión necesaria para llevar a

cabo el proyecto.

Antes de presentar los métodos, se intentara describir brevemente cual es la

base de su funcionamiento.

PROBLEMAS A RESOLVER CON SU RESPECTIVA PRIORIZACIÓN

Con este proyecto un objetivo es el ahorro óptimo de energía y también el

costo del material que se utiliza para el proyecto no es caro en cuestión de

costos, prueba de ello que dentro del mismo proyecto nos hemos atrevido a

meter los precios cotizados por cada elemento que se necesite dentro de la

instalación.

De igual manera se ha estudiado y analizado la vida útil de los elementos, y

son mejores que los utilizados comercialmente, todos estos datos están

reportados en el proyecto, si se desea de mayor estudio.

Entonces este proyecto es de beneficio para ahorro óptimo de energía y por

lo tanto de costos económicos para apoyos de viviendas, oficinas, industrias y

en este caso del edificio H del ITTLA.


BENEFICIOS SOCIOECONÓMICOS

Diversificación y aseguro del suministro de energía, aumento de las

posibilidades de la estabilidad del precio.

Provisión de oportunidades de trabajo en áreas rurales.

Promoción de la descentralización de los mercados energéticos.

Aceleración de la llegada de electricidad a comunidades rurales en países en

desarrollo.

Ante el incremento de los costos de la generación de energía eléctrica por

medios tradicionales, y la búsqueda por disminuir los daños al medio ambiente,

diversos sectores de la sociedad, entre los que se incluye al sector público de

varios países, han buscado fomentar el desarrollo de métodos alternativos para

la generación de energía.

Un número considerable de expertos han comentado que la energía solar, a

pesar de los problemas asociados con su generación, como la alta inversión

inicial requerida y la pobre eficiencia de conversión ofrecida actualmente (hasta

el momento no mayor del 20%), es una de las alternativas más atractivas para

generar electricidad.

De hecho, algunos estudios revelan que esta industria ha registrado un

incremento de alrededor del 20% anual, principalmente en Japón y algunos

países europeos, como Alemania.

Las principales ventajas ofrecidas por este método son su bajo impacto

ambiental y el poco mantenimiento necesario para su operación, lo que se

traduce en un ahorro económico a largo plazo.


Además, esta tecnología permite eliminar los problemas actuales de

abastecimiento de recursos, ya que las plantas de energía solar no utilizan

recursos no renovables.

La energía fotovoltaica tiene muchísimas aplicaciones, en sectores como las

telecomunicaciones, automoción, náuticos, parquímetros. También podemos

encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles,

plataformas petrolíferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene

tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad.

Algunos usos:

Electrificación de viviendas rurales

Suministro de agua a poblaciones

Bombeo de agua / riegos

Naves ganaderas

Pastores eléctricos

Telecomunicaciones: repetidores de señal, telefonía móvil y rural

Tratamiento de aguas: desalinización, cloración

Señalizaciones (marítima, ferroviaria, terrestre y aérea) y alumbrado

público

Conexión a la red

Protección catódica

Sistemas de telecontrol vía satélite, detección de incendios

CELDA SOLAR DELGADA, ECONÓMICA Y MAS ACCESIBLES

Fabricar los paneles solares más económicos se ha convertido en el santo

grial de la industria solar, casi desde que ésta tuvo su origen.

Los paneles solares de película delgada, producidos ahora por muchas

compañías, parece que han resuelto los problemas de la costosa y difícil

instalación de los sistemas solares tradicionales. Pero esto ha sido posible a

costa de la eficiencia; mientras que las celdas solares tradicionales logran

eficiencias de 16%, la eficiencias promedio en sus paneles de película delgada

de alrededor de 10.6%. Esta menor eficiencia podría esfumar el ahorro en los

costos del panel.


http://www.solarbuzz.com/technologies.htm

http://www.solarbuzz.com/technologies.htm

VENTAJAS ECONÓMICAS

ENERGÍA SOLAR ELECTRIFICACIÓN CONVENCIONAL

• No requiere instalación de transformador, ni

red primaria, ni cable pre ensamblado

• Necesariamente se debe instalar red

primaria, transformadora y tendida secundaria

con cable pre ensamblado.

• La cantidad de materiales es bajo (celdas

fotovoltaicas, banco de baterías, regulador,

lámparas y cable eléctrico)

• El listado de materiales es extenso

• El costo de instalación es muy económico • El costo de instalación es alto, debido al

tendido de las líneas y la hincada de postes.

• Los costos de mano de obra son muy

puntuales.

• El costo de instalación por kilómetro de línea

es considerable y más aún en zonas de

condiciones adversas.

• El proyecto no necesita pago de trámites de

derecho ante ninguna entidad.

• Como cualquier proyecto eléctrico

convencional requiere del pago de derechos

por trámites ante la empresa electrificadora.

• El costo del transporte de materiales es

mínimo debido a la cantidad de los mismos.

• El costo de transporte se incrementa

considerablemente por lo robusto y pesado de

los materiales.

• No necesita instalación de acometida ni

contador de energía.

• Es obligatorio el uso del contador de energía

y de su respectiva acometida, cuyos costos

deben ser asumidos por el usuario.

• No requiere cobro de facturación posterior a

la instalación de la celda debido a que la

fuente de la energía es el sol.

• Después de instalado el contador el usuario

asume los costos por el cobro de facturación.

• El tiempo de garantía de la celda fotovoltaica

es de 25 años.

• El tiempo de garantía de la red es de 15

años (máximo).

• No requiere estudios de factibilidad ni planos

topográficos, debido a que la instalación es

domiciliaria.

• Requiere estudios de factibilidad y planos

topográficos, debido a las condiciones

accidentales de los terrenos.

Tabla 1.1 ventajas y desventajas económicas sobre las celdas solares y el tipo de energía

convencional.


EL POTENCIAL DE REDUCCIÓN.

Virtualmente, cualquier necesidad de energía eléctrica puede satisfacerse

mediante un adecuado diseño del sistema de energía fotovoltaica. Esto incluye

energía para iluminación, bombeo, radiocomunicación, electrificación

doméstica, protección catódica, etc. La única limitación es el costo del equipo y

ocasionalmente el tamaño del arreglo fotovoltaico, aunque éste raramente es

un factor problema.

El costo de esto depende directamente de la aplicación, a rasgos generales,

los sistemas que contengan 100watts o más de energía fotovoltaica, tienen un

costo que ronda entre los $7 y $10 pesos por watt .

Cada watt del arreglo fotovoltaico produce entre 4 y 6 watts-hora (en México)

de energía por día, dependiendo de la temporada y de la localización.

En condiciones muy nubladas u oscuras (invierno) se producirá menos

energía y en condiciones más iluminadas se producirán más energía que la del

promedio estimado.

Usando costos típicos de amortización y vida del equipo, el costo del ciclo de

día generado mediante energía fotovoltaica generalmente anda en rangos de

$50 pesos Kwh. Ocasionalmente, aplicaciones de baja potencia pueden ser de

costo-efectivo solamente a unos pasos de la línea de energía.

La energía solar no es difícil de usar, aunque las celdas fotovoltaicas y los

módulos requieren de avanzada tecnología, su uso es muy simple. Los

módulos solares generan bajo voltaje (no obstante, arreglos de módulos

solares pueden interconectarse para altos voltajes) sin partes móviles o

desmontables.

Una vez instalado un arreglo fotovoltaico, generalmente no requiere otro

mantenimiento más que una limpieza ocasional (no indispensable).

[4]; ver fuentes de información, página; 46. Bióxido de carbono CO2.

COSTOS DE CELDAS SOLARES

Ahorro de Luz

En este proyecto encontraremos algunas soluciones que nos permitirá

generar ahorros de luz en los procesos de iluminación, emitidas por lámparas

LED para ahorro óptimo de energía, en las cuales se colocaran en puntos

estratégicos para ahorrar lámparas y de igual forma el ahorro de luz en la

cual se tendrá una iluminación adecuada, exacta en el aula. Se trabajara con

elementos de alta tecnología y eficiencia energética. Así mismo, se trabajara

con paneles solares fotovoltaicos.

La generación de la electricidad solar depende de la conversión fotovoltaica

o de la concentración de luz solar directa. La conversión fotovoltaica funciona,

en días nublados, con una eficacia menor, mientras que el sistema de

concentración de luz solar directa se puede lograr sin semiconductores. En

ambos casos, no se requiere mucho material, y los diseños mecánicos pueden

ser sencillos y relativamente fáciles de mantener.

COSTO TOTAL DEL PROYECTO.

Costo del proyecto por aula. Costo Total en Edificio H

Lámpara (10 lámparas por aula) $3000MN Total de Lámparas $21000MN

Controlador de carga $1172MN Total de Controladores

$8204MN

Soporte de montaje $120MN Total de Soportes $840MN

Batería de ciclo profundo 12 vdc $900MN Total de Baterías $6300MN

Kit de cableado eléctrico $1200MN Total Kit de cableado $14000MN

Banco de baterías y Regulador $2000MN Total del Banco y Regulador

$14000MN

Instalación $3000MN Total de Instalación $21000MN

Costo de celd : $ 9600MN Total de celda $ 67200MN

Total $19792.00MN Total $152544.00MN


SUBESTACIÓN ABASTECIDA POR CELDA SOLAR

COSTO DE LA INVERSIÓN POR AULA

APARATOS COSTOS

Lámpara (10 lámparas por aula) $3,000MN

Controlador de carga $1,172MN

Costo de celda: $ 9,600MN

Batería de ciclo profundo 12 vdc $900MN

Kit de cableado eléctrico $1,200MN

Banco de baterías y Regulador $2,000MN

Instalación $3,000MN

Soporte de montaje $120MN

Total $19,792.00MN


COSTO DE LA INVERSIÓN TOTAL EN EDIFICIO H

APARATOS COSTOS

Total de Lámparas $21,000MN

Total de Controladores $8,204MN

Total de Soportes $840MN

Total de Baterías $6,300MN

Total Kit de cableado $14,000MN

Total de Instalación $21,000MN

Total de celda $ 67,200MN

Total del Banco y Regulador $14,000MN

Total $152,544.00MN

COSTO-BENEFICIO

BENEFICIO EN UN

AÑO

COSTO DE LA

INVERSIÓN

Mes 1 $12,712MN

Mes 2 $12,712MN

Mes 3 $12,712MN

Mes 4 $12,712MN

Mes 5 $12,712MN

Mes 6 $12,712MN

Mes 7 $12,712MN

Mes 8 $12,712MN

Mes 9 $12,712MN

Mes 10 $12,712MN

Mes 11 $12,712MN

Mes 12 $12,712MN

TOTAL $152,544MN

FACTIBILIDAD ECOLÓGICA.

INTRODUCCIÓN

Todas las personas conscientes de que las fuentes tradicionales de energía

ocasionan daños al ambiente, y que la población humana crece día a día, con

el consecuente aumento del consumo de energía, creemos que la obtención de

energía por fuentes renovables es la única alternativa a una crisis energética

futura.

Es evidente que las fuentes renovables de energía son mucho más benignas

que las tradicionales pero como toda actividad humana, generan un impacto

ambiental perceptible [5].

El principal beneficio ambiental de las energías renovables es que reducen

las emisiones gaseosas provenientes de la combustión de residuos fósiles.

Actualmente hacen que, 1500 millones de toneladas de dióxido de carbono no

lleguen a la atmósfera y también producen una reducción no cuantificada de los

gases promotores de la lluvia ácida: dióxidos de azufre y nitrógeno.

Como las fuentes renovables de energía tienen la característica de estar

muy distribuidas en diferentes regiones, ya que cada región tiene

características ambientales diferentes y por ende diferentes recursos

energéticos para aprovechar, esto hace que se reduzca la necesidad de

desarrollo de nuevos sistemas de distribución de energía eléctrica y la

construcción de nueva infraestructura para transportar dicha energía,

reduciendo relevantemente los impactos ambientales negativos de la

distribución de energía.

Los principales recursos energéticos que se utilizan (el carbón, el petróleo, el

gas natural y el uranio) son limitados y, por lo tanto, pueden agotarse. Además,

su utilización provoca un gran impacto ambiental en la biosfera al contaminar el

aire, el agua y el suelo [5].

Estos hechos han generado un interés creciente por el desarrollo de nuevas

tecnologías para la utilización de fuentes de energía renovables alternativas

que, aunque actualmente son poco rentables, tienen la ventaja de ser poco

contaminantes.

Actualmente de la subestación eléctrica abastecida por celdas solares, su

instalación tendría como objeto el beneficio y no la destrucción de nuestro

medio ambiente, A continuación se muestran las ventajas en el uso de celdas

solares y desventajas de la energía convencional [5].

VENTAJAS AMBIENTALES.

ENERGÍA SOLAR ELECTRIFICACIÓN CONVENCIONAL

• El impacto ambiental es nulo, ya que la

instalación es domiciliaria.

• El impacto ambiental es considerable

por la poda de árboles y vegetación para

el tendido.

• No necesita certificado de la corporación

autónoma regional, debido a que la

instalación se realiza en el mismo predio.

• Por ser un proyecto que tiene impacto

sobre el ecosistema, requiere de licencia

ambiental expedida por la corporación

autónoma regional.

• La continuidad del servicio de energía

es constante, porque se depende

exclusivamente de la fuente solar.

• El servicio de energía depende de la

empresa comercializadora

TABLA 1. Ventajas ambientales en el uso de celdas solares en el medio ambiente [5].

IMPACTO AMBIENTAL DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía solar fotovoltaica, al igual que otras energías renovables,

constituye, frente a los combustibles fósiles, una fuente inagotable, contribuye

al autoabastecimiento energético nacional y es menos perjudicial para el medio

ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminación atmosférica,

residuos, etc.) y los derivados de su generación (excavaciones, minas,

canteras, etc.) [5].

Los efectos de la energía solar fotovoltaica sobre los principales factores

ambientales son los siguientes:

Clima: la generación de energía eléctrica directamente a partir de la luz solar

no requiere ningún tipo de combustión, por lo que no se produce polución

térmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero.

Geología: Las celdas fotovoltaicas se fabrican con silicio, elemento obtenido

de la arena, muy abundante en la naturaleza y del que no se requieren

cantidades significativas. Por lo tanto, en la fabricación de los módulos

fotovoltaicos no se producen alteraciones en las características litológicas,

topográficas o estructurales del terreno.

Suelo: al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de

tierra, la incidencia sobre las características físico-químicas del suelo o su

erosionabilidad es nula.

Aguas superficiales y subterráneas: No se produce alteración de los

acuíferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminación por

residuos o vertidos.

Flora y fauna: la repercusión sobre la vegetación es nula, y, al eliminarse los

tendidos eléctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.

Paisaje: los paneles solares tienen distintas posibilidades de integración, lo

que hace que sean un elemento fácil de integrar y armonizar en diferentes tipos

de estructuras, minimizando su impacto visual. Además, al tratarse de sistemas

autónomos, no se altera el paisaje con postes y líneas eléctricas.

Ruidos: el sistema fotovoltaico es absolutamente silencioso, lo que

representa una clara ventaja frente a los generadores de motor en viviendas

aisladas.

Medio social: El suelo necesario para instalar un sistema fotovoltaico de

dimensión media, no representa una cantidad significativa como para producir

un grave impacto. Además, en gran parte de los casos, se pueden integrar en

los tejados de las viviendas.

Por otra parte, la energía solar fotovoltaica representa la mejor solución para

aquellos lugares a los que se quiere dotar de energía eléctrica preservando las

condiciones del entorno; como es el caso por ejemplo de los Espacios

Naturales Protegidos [5].

La utilización de las celdas solares Colabora con la protección del medio

ambiente, dado que más del 50% de la electricidad en California proviene de

plantas de carbón o gas natural, al adquirir estos sistemas usted puede reducir

el impacto que causa al medio ambiente por su consumo de electricidad al

sustituirlo por un sistema eléctrico de energía solar. Con los 121400 kWh

producidos en los 30 años de vida del sistema, los beneficios al medio

ambiente son los siguientes:

Equivalente de barriles de petróleo que no se queman: 200 Barriles.

Equivalente en árboles plantados: 413.

Gasolina de miles de autos: 215.500 millas.

Reducción de emisiones de smog: 400 libras.

Reducción de emisiones que causan lluvia acida: 900 libras.

Reducción de gases de invernadero y sus efectos: 172.400 libras [5].

RESULTADOS.

CARACTERÍSTICAS DE CELDA SOLAR UTILIZADA:

Modulo si monocristalino figura 1.1.

Las celdas están hechas de un solo cristal de silicio de muy alta

pureza.

La eficiencia alcanzada es del 17%.

Es la tecnología más desarrollada.

Estos módulos están garantizados por 25 años aproximadamente.

Figura 1.1. Modulo si monocristalino.

CANTIDAD DE CELDAS SOLARES A UTILIZAR.

Con base en el estudio técnico realizado podemos sugerir el número de

celdas que se necesitan para nuestra iluminación deseada.

Una típica celda solar de silicio monocristalino produce 75 watt, por lo tanto

si la carga total de nuestro circuito será:

Carga total; 140 W.

Entonces se ocuparan dos celdas de silicio monocristalino.

Tabla. 1.2 Características de celda.

Tabla. 1.2 continuación.

DIMENSIONES.

LARGO 1.20 mts.

ANCHO. 52.7 cm.

PROFUNDIDAD. 3.4 cm.

PESO. 7.6 kg.

TIPO DE CONDUCTOR.

THW (75)

Secciones; 2,5 a 10 mm² o 14 a 8 AWG.

Normas; NTP 370.250, NTP 370.253.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

Potencia pico típica. 75 W.

Voltaje Pmax [Vp]. 17.0 V

Corriente Pmax [Ip]. 4.4 A

Corriente de corto circuito [Icc]. 4.8 A

Voltaje a circuito abierto [Vca]. 21.7 V

COEFICIENTES DE TEMPERATURA.

Vca. -0.77 Volts/°C

Icc. +2.06 Ma/°C

GARANTIA 25 años.

PRECIO. USA $450.00

CARACTERÍSTICAS DE LÁMPARA LED UTILIZADA:

Figura 1.2, imagen de la lámpara LED.

Tensión alimentación 11 a 14 vdc. Intensidad luminosa 100 – 120 im. Peso 454 grs. Temperatura color 3500k. Componentes 70 leds. Potencia consumida 2 w aprox. Luz blanca calida. Casquillo par 38 e27. Equivalente en w 35 w. Información

LÁMPARAS TECNOLOGÍA LED A 12 V Y BAJO CONSUMO PARA APLICACIONES SOLARES.

Muy bajo consumo. Con muy poca potencia pueden alimentarse

simultáneamente diversas lámparas LED.

No emiten calor. Son ideales parea iluminar pequeños espacios y

objetos sensibles a la temperatura. No cargan el ambiente.

No hay radiación UV (ultravioleta), ni IR (infrarroja). No perjudican la

salud de personas ni animales, ni decoloran pinturas ni tintes.

Insensibles a vibraciones y sacudidas.

Iluminación para ambientes acogedores. Nuevos LED´s de luz blanca y

calida.

Vida útil ˃ 50.000 horas. LEDs blancos espesiales cuya luminosidad tan

solo merman un 5% a las 1.000 horas de uso. Los LEDs blancos

standard, en el mismo periodo, suelen disminuir su brillo mas del 60%.

BATERÍAS DEEP CYCLE

El término Deep cycle se refiere en general a las baterías que tienen la

capacidad de descargarse completamente cientos de veces. La diferencia

principal de las baterías deep cycle y la de un automóvil convencional es que la

batería del automóvil está hecha para proveer una rápida cantidad de energía

miles de veces en su tiempo de vida, mientras que solamente es capaz de

descargarse completamente menos de 50 veces durante su vida y las baterías

deep cycle están hechas para descargarse cientos de veces.

Una batería deep cycle marina puede ser usada en varias aplicaciones, como

en lanchas, casas móviles, energía solar, casas de campaña, etc.

Figura 1.3, Imagen de Batería a Utilizar. PC – 12750. 80Ah - 395 Ah / 6V - 12v

El DOD de las baterías (en porcentaje) es lo contrario al estado de carga de

las baterías. Por ejemplo si la batería tiene un 70 % de carga, la profundidad de

descarga es el 30% siendo que el total debe ser igual a 100%. (Ver figura 2).

La forma más eficiente para determinar el estado de carga de una batería en

baterías con tapas removibles es usando un hidrómetro. En baterías libres de

mantenimiento, el mejor método es usando un buen voltímetro.

CARACTERÍSTICAS DEL CONTROLADOR DE CARGA UTILIZADO:

Figura 1.4 controlador de carga sunkeeper 6AMP, 12 V $1,172.8

El controlador de carga solar SunKeeper de Morningstar provee una salida

regulada de bajo costo, directamente del módulo solar, para maximizar la vida

de la batería en aplicaciones solares de poca potencia. El SunKeeper está

encapsulado en epoxi y su especificación permite el uso en exteriores. Al

montarse directamente en el módulo de caja de empalme y cablearse a través

de las aberturas troqueladas, la conexión es a prueba de clima.

El controlador de carga SunKeeper está disponible en versiones de 6 A y 12

A (ambos de 12VCC). Para soportar las altas temperaturas en el módulo solar,

el controlador ha sido diseñado usando electrónica de potencia

extremadamente eficiente y está especificado para 70ºC. El SunKeeper

también está certificado para uso en ubicaciones peligrosas Clase 1, División 2,

convirtiéndose así en un controlador ideal para aplicaciones en petróleo/gas

alimentadas con energía solar.

CARACTERÍSTICAS DEL CENTRO DE CARGAS UTILIZADO:

Centros de Carga tipo QO

Los Centros de Carga Tipo QO. De Square D, se han clasificado en primer

lugar, por ser la marca de preferencia de los contratistas eléctricos.

Esto se debe a que cada producto que desarrollamos esta diseñando para

proporcionarle al usuario un valor agregado, una protección insuperable, alto

desempeño y confiabilidad. Para lograr este diseño, nuestros centros de Carga

QO. Clase 1130 están fabricados de acuerdo a normas de calidad.

Los centros de carga QO cuentan con las siguientes características:

2 hasta 42 circuitos

Monofásico y Trifásico

Tipo NEMA1 y NEMA 3R

Neutro dividido caracterizando 3 terminaciones de 1/0.

Alimentación por arriba o por abajo.

Cubierta de ajuste de nivel automático.

Páneles adaptables en campo:

Convertible de interruptor principal a zapatas.

Capacidad de cortocircuito estándar con interruptor principal 22kA.

Capacidad de cortocircuito estándar con zapatas principales 65kA.

Estas y otras características hacen de los centros de carga QO la mejor

elección para su instalación eléctrica.

Figura: 1.5, centro de carga.

MEMORIA DE CÁLCULO. MEMORIA DE CÁLCULO

ARREGLO DE CONEXIONES DE CELDAS ES EL SIGUIENTE:

Se cuenta con 2 celdas solares, cada celda proporciona un voltaje de

17volts, una potencia de75W, y una corriente de 4.4A.se hace un arreglo de

celdas ambas en paralelo, como se muestra en la siguiente figura.

Este circuito me da un voltaje de salida de: 17V

Soporta una corriente de: 8.8A

(2 celdas)(4.4A) = 8.8A

Nos soporta una potencia de: 150W

75W (G1) + 75W (G2) = 150W

Por lo tanto se realiza el comparativo entre la carga y la capacidad de las

celdas

VALORES DADOS POR EL

DISEÑO DEL CIRCUITO

NECESIDAD DELA

DEMANDA DE CARGA

DEL EDIFICIO

Voltaje: 17V Voltaje: 12V

Potencia: 150W Potencia: 140W

Corriente: 8.8A Corriente: 7A

CUADRO DE CARGAS DESGLOSADO

AULAS No. DE

LÁMPARAS

LED

POTENCIA

(W)

CORRIENTE VOLTAJES

AULA 1 4 20w 1A 12V CD







TOTALES 28 140w 7A 12V CD

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Este trabajo tiene como objetivo dar una recopilación de conceptos básicos,

para lograr obtener factibilidades ergonómicas, ambientales y técnicas, para el

proyecto de Subestación Eléctrica Abastecida por Celdas Solares, enfocado al

edificio H del Instituto Tecnológico de Tlalnepantla.

Con los cálculos matemáticos realizados para el circuito y arreglo de las

celdas y el resultado de ellas, se ha analizado que es factible el proyecto, ya

que no se necesita de gastos de mantenimiento en la instalación, y cubrirá una

necesidad para el aprovechamiento de conocimiento con nuestros compañeros

estudiantes.

FUENTES DE INFORMACIÓN.

[1] Diseño de subestaciones eléctricas José Raúl Martínez 2005.

[2] Ingeniería Ambiental en México, Prentice Hall, Henry Uglinn.

[3] Normatividad técnica.

Reglamento técnico especificaciones técnicas y procedimientos de

evaluación del sistema fotovoltaico y sus componentes para electrificación

rural. R.D. N° 003-2007-EM/DGE (2007.02.12)

Norma técnica peruana NTP 399.403.2006: sistemas fotovoltaico hasta 500

W. Especificaciones técnicas y método para la calificación energética de

un sistema fotovoltaico. R.0013-2006/INDECOPI-CRT (2006.03.06).

Código Nacional de electricidad – utilización. R.M. N° 037-2006-MEM/DM

(2006.01.30).

[4] http://www.alegsa.com.mx.

[5] Todo ambiente/empresas ambientes/energeticos.htm

ANEXOS 1. NORMA

Normas; NTP 370.250, NTP 370.253.

REGLAMENTO TÉCNICO CONDUCTORES ELÉCTRICOS

1. OBJETO.- El presente Reglamento Técnico tiene por finalidad establecer

las características técnicas, así como de rotulado y etiquetado, que deben

cumplir los conductores eléctricos de consumo masivo y uso general, con el fin

de que su utilización no sea un peligro para la vida y la seguridad de las

personas.

2. CAMPO DE APLICACIÓN.- Los conductores eléctricos comprendidos en el presente reglamento son los siguientes:

TW-70

TWF-70

THHW-90

THHWF-90

TWT-70

TTR-70

TTRF-70

THW (75)

THWN-2 (90)

XHHW-2 (90)

SPT (60)

3. CONTENIDO TÉCNICO ESPECIFICO DEL REGLAMENTO.- a) Definiciones:

CONDUCTOR (de un cable): Parte de un cable que tiene la función

específica de conducir la corriente eléctrica.

AISLAMIENTO (de un cable): Material aislante incorporado a un cable

con la función específica de soportar la tensión eléctrica. Permite aislar

un conductor de los otros conductores o de partes conductoras o de la

tierra.

SECCIÓN DE UN CONDUCTOR: Es el área de la sección transversal

expresada en milímetros cuadrados.

RESISTENCIA ELÉCTRICA: La oposición del conductor al paso de la

corriente eléctrica y que normalmente es expresada en ohm/km.

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: La oposición del aislamiento al paso

de la corriente eléctrica y que normalmente se expresa en Mega-Ohm-

km.

ESFUERZO A LA TRACCIÓN: Resistencia a la rotura de un material

cuando se le somete a estiramiento en una máquina de tracción,

expresada en N/mm2

ELONGACIÓN: Longitud final que alcanza un material al momento de

romperse cuando se le somete a un ensayo de tracción, expresada en

porcentaje de la longitud inicial.

ENVEJECIDO: Proceso de someter a un material a una temperatura

elevada durante un tiempo determinado establecido por las normas para

simular un envejecimiento acelerado del material.

PAÍS DE FABRICACIÓN: País en que la mercancía ha sido manufacturada.

b) Condiciones Generales:

Los conductores eléctricos comprendidos en el presente reglamento están constituidos de una parte conductora de cobre y un material de aislamiento que puede ser Cloruro de Polivinilo (PVC) ó polietileno reticulado (XLPE).

El cobre debe ser de una pureza tal que posea una conductividad

del 100 %, IACS (International Annealed Cooper Standard) según normas internacionales y de una sección suficiente para que la resistencia eléctrica no sea mayor a la establecida por las normas técnicas indicadas en la referencia.-

El material de aislamiento debe tener propiedades y espesor

suficientes que den garantía de un comportamiento físico y eléctrico

seguros establecido por las normas técnicas indicadas en la referencia.

El presente reglamento comprende los siguientes tipos de conductores:

Tipo de

Conductor Código IEC Secciones Normas

TW-70 60227 IEC 01 1,5 a 10 mm2 ó 16 a 8 AWG

NTP 370.250

NTP 370.252

TWF-70 60227 IEC 02 1,5 a 10 mm2

THHW-90 60227 IEC 07 0,5 a 6 mm2

THHWF-90 60227 IEC 08 0,5 a 6 mm2

TWT-70 - 1,5 a 10 mm2 ó 16 a 8 AWG

TTR-70 60227 IEC 10 1,5 a10 mm2

TTRF-70 60227 IEC 53 0,75 a 6 mm2

THW (75) - 2,5 a 10 mm2 ó 14 a 8 AWG

NTP 370.250

NTP 370.253

THWN-2 (90) - 2,5 a 10 mm2 ó 14 a 8 AWG

XHHW-2 (90) - 2,5 a 10 mm2 ó 14 a 8 AWG

SPT (60) - 0,5 a 6 mm2

c) Características Técnicas

Los conductores eléctricos deberán cumplir los siguientes requisitos

mínimos:

c.1) Todo conductor eléctrico, cualquiera sea su procedencia, deberá

cumplir con el valor de resistencia eléctrica para el tipo de conductor

estipulado, según la NTP 370.250.

c.2) Los tipos de conductores eléctricos comprendidos en el punto b) del

presente Reglamento, deberán cumplir con los requerimientos que están

establecidos en las NTP 370.252 y NTP 370.253 para:

Los espesores de aislamiento La resistencia de aislamiento El esfuerzo a la Tracción y Elongación, antes de envejecer El esfuerzo a la Tracción y Elongación, después de envejecer

d) Requisitos de rotulado y etiquetado del conductor:

d.1) Requisitos de rotulado: Los conductores eléctricos indicados en el

numeral 2 del presente reglamento, que se comercialicen en el

Perú, deberán tener consignados en forma indeleble en la superficie

del conductor, cada 275 mm la siguiente información:

- País de fabricación - Nombre del fabricante - Tipo de conductor - Sección en mm2 ó AWG - Tensión nominal en Volt

d.2) Requisitos de etiquetado del rollo del conductor: Los conductores

eléctricos indicados en el numeral 2, del presente Reglamento, que se comercialicen en el Perú, deberán ser etiquetados. La modalidad de etiquetado queda a elección del fabricante o importador, pudiendo para ello utilizar etiquetas adhesivas, soportes colgantes, etc. La información que debe contener la etiqueta es la siguiente:

- País de fabricación - Nombre del fabricante - Tipo de conductor - Sección en mm2 ó AWG - Tensión nominal en volt - Longitud del conductor expresada en metros - Año de fabricación

e) Referencia:

NTP 370.250 CONDUCTORES ELÉCTRICOS. Conductores para cables aislados. Está basada en la norma IEC 60228 1978 Conductors for insulated cables y en la norma UL 1581:2001 Reference standard for electrical wires, cables and flexible cords. NTP 370.252 CONDUCTORES ELECTRICOS Cables aislados con Cloruro de Polivinilo para tensiones hasta e inclusive 450/750 V. Está basada en la norma IEC 60227 Partes 1 a 5

NTP 370.253 CONDUCTORES ELECTRICOS Cables aislados con compuesto termoplástico y termoestable para tensiones hasta e inclusive 600 V. Está basada en las normas: UL 44: 2002 Thermoset-Insulated wire and cables UL 62: 2001 Flexible cord and fixture wires UL 83: 2001 Thermoplastic insulated wires and cables. UL 1581: 2001 Reference standard for electrical wires, cables and flexible cor

Anexo:

65393725 subestacion a por celdas solares

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