subestacion a por celdas solares

INSTITUTO TECNOLGICO DE TLALNEPANTLAOPCIN: TITULACIN INTEGRADA---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

SUBESTACIN ELCTRICA ABASTECIDA POR CELDAS SOLARES

TRABAJO

PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIEROS ELCTRICOS P R E S E N T A N:

EDITH SAAVEDRA RODRGUEZ JOS LUIS FIGUEROA OSORIO JULIO CESAR DESENA RAMREZASESOR: DRA. MARA VERNICA ESTRELLA SUAREZ

TLALNEPANTLA DE BAZ, EDO DE MXICO.

JUNIO 2011

NDICE CONTENIDO I II III introduccin. Justificacin. Objetivos. Especifico. General. IV V VI VII Caractersticas del rea que participo. Problemas a resolver. Alcance del proyecto. Descripcin de las principales actividades Del rea de desarrollo del proyecto. VIII IX Cronograma de actividades. Fundamento terico. Generalidades de una subestacin elctrica Localizacin. Capacidad. Tensin. Las celdas solares. Efecto fotovoltaico. Fenmenos bsicos de la celda solar. X Procedimientos y descripcin de las actividades realizadas. Factibilidad tcnica. Aplicacin de la energa fotovoltaica. Vida til de un panel solar fotovoltaica. Dureza de los mdulos solares. Mantenimiento de un sistema fotovoltaico. Potencia pico de un panel. Fabricacin de un panel fotovoltaico. 4 5 5 6 8 8 8 10 14 17 17 18 18 18 19 19 20 PAGINA 1 2 2 2 2 3 3 3 4

La importancia del empleo de un regulador de carga en una Instalacin fotovoltaica. Bateras y reduccin de la disponibilidad de carga.

21 21

Diferencia que existe entre cargas resistivas y cargas inductivas. 21 Tipos de elementos de iluminacin que son ms adecuados para 22 Instalar con los sistemas solares fotovoltaico. Factibilidad econmica. 23 Problemas a resolver. Beneficios socioeconmicos. Celda solar delgada. Potencial de reduccin. Costo de celdas solares. Costo total en el proyecto. Factibilidad ecolgica. Impacto ambiental. XI Resultados. Caractersticas; Celda solar. Lmpara LED. Bateras. Controlador de carga. Centro de carga. Memoria de clculo. Conexin de arreglos de celdas solares. XII XIII XIV conclusiones y recomendaciones bibliografa. Anexos. 23 24 25 27 28 30 33 35 37 37 37 39 40 41 42 43 43 45 46 47

INTRODUCCIN El propsito de este proyecto es utilizar energas alternativas con el diseo de una subestacin solar, con el objeto de renovar los sistemas ya existentes. Con este gran crecimiento industrial de las ltimas dcadas se ha originado un crecimiento paralelo en los sistemas de energa, as como el calentamiento global de nuestro planeta; por lo tanto urge la utilizacin de energas alternativas. Se introduce los parmetros elctricos tpicos de dos bateras: la usada en un sistema solar. El significado de estos parmetros es analizado en detalle. Basados en valores tpicos para cada uno de ellos, la segunda seccin establece las diferencias entre los dos diseos. La informacin en esta seccin incorpora, asimismo, la descripcin de dos bateras, una de cada tipo, para familiarizar al lector con los nuevos diseos en acumuladores de Pb-cido. El funcionamiento de un acumulador est basado esencialmente en algn 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 aplicacin de una corriente, igualmente externa, durante el de carga. Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extrao que parezca, en las relaciones entre los elementos qumicos y la electricidad durante el proceso denominado electrlisis, y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observar y a esclarecer este fenmeno, que recibi el nombre de polarizacin. Un acumulador es, as, un dispositivo en el que la polarizacin se lleva a sus lmites alcanzables, y consta, en general, de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito.

JUSTIFICACIN En el Instituto Tecnolgico de Tlalnepantla, tiene la necesidad de tener un servicio de energa elctrica 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 implementacin de un respaldo de energa abastecida por celdas solares, lo cual cubrir esa necesidad en el momento que no haya suministro de red elctrica en particular en el edificio H, entrando en forma automtica. Con este proyecto se actualizaran las subestaciones y as se reducira el costo energtico por consecuencia se reducira el calentamiento global del planeta. Se observara Tecnolgico. De esta manera existir un beneficio para los alumnos y profesores que estn en el edificio H. OBJETIVO GENERAL: Se realizara este proyecto con el propsito de abastecer el edificio H del Instituto Tecnolgico de Tlalnepantla, mediante una subestacin elctrica abastecida por celdas solares. Con el fin del ahorro de energticos utilizando energas alternativas en este caso las celdas solares, Y as disminuir el costo por suministro elctrico del plantel. OBJETIVO ESPECIFICO: Abastecer el edificio H de energa elctrica en el momento en que la empresa suministradora no cumpla con las necesidades requeridas para el turno vespertino. Se harn modificaciones a una planta de emergencia con la adaptacin de celdas solares. la factibilidad de aplicarse a todos los edificios del

CARACTERSTICAS DEL REA QUE PARTICIPO. DATOS DE LA EMPRESA NOMBRE: Instituto Tecnolgico de Tlalnepantla. GIRO Y TIPO DE CAPITAL: Educacin nivel superior. DIRECCIN DE LA INSTITUCIN: Av. instituto tecnolgico s/n. col. la comunidad Tlalnepantla, edo. Mex. Cp.540, apartado postal 750. NOMBRE DEL DEPARTAMENTO DONDE REALIZARA SU PROYECTO: Ingeniera Elctrica y Electrnica. PROBLEMAS A RESOLVER. La problemtica a resolver es el suministro de energa elctrica 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 realizacin del proyecto es de nueva

construccin, teniendo en cuenta la descripcin, clculos y diseo de los equipos de instalacin, para poder conseguir la construccin de la misma subestacin transformadora para el edificio H en el ITTLA, buscando con esta llegar a tener una factibilidad econmica, tcnica y ambiental.

DESCRIPCIN DE LAS PRINCIPALES ACTIVIDADES DEL REA DE DESARROLLO DEL PROYECTO: 1. Revisin Bibliogrfica: se realizara una bsqueda y actualizacin bibliogrfica. 2. Estudio de mercado. 3. Clasificacin del arreglo fotovoltaico. 4. Diseo del prototipo. 5. Elaboracin del Prototipo. 6. Elaboracin del reporte Tcnico (memoria de trabajo). 7. Defensa del proyecto (JUNIO 2009, CONGRESO DE

ESTUDIANTES).

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ACTIVIDAD 1 2 3 4 5 6 7 FEBRERO X X MARZO X X X X X X X X ABRIL MAYO

FUNDAMENTO TERICO Las actividades relacionadas al proyecto se llevaran a cabo en el interior de la institucin. Datos del protocolo. Nombre del proyecto: Subestacin elctrica abastecida con celdas solares. 1.1 GENERALIDADES DE LA SUBESTACIN ELCTRICA Es un conjunto de dispositivos elctricos, que forman parte de un sistema elctrico 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 funcin que desarrollan, los grupos: a) Subestaciones vareadoras de tensin. b) Subestaciones de maniobra o seccionadora de circuitos. De acuerdo con la potencia y tensin que manejan las subestaciones, stas se pueden agrupar en: a) Subestaciones de transmisin. Arriba de 230 kv b) Subestaciones de subtransmisin. Entre 230 kv y 115 kv. c) Subestaciones de distribucin primaria. Entre 115 y 23 kv. d) Subestaciones de distribucin secundaria. Debajo de 23 kv.

[1] ver fuentes de informacin, pgina; 46.

1.2 LOCALIZACIN DE LA SUBESTACIN El punto de partida para la localizacin de una subestacin se deriva de un estudio de planeacin, a partir del cual se localiza, con la mayor aproximacin, el centro de carga de la regin que se necesita alimentar. Un mtodo que se puede utilizar para localizar una subestacin, es la siguiente: Obtenida la localizacin del centro de carga, conociendo la capacidad actual de la subestacin necesaria para la instalacin de la misma. A continuacin, se produce a la localizacin de un terreno de rea igual o mayor a la requerida y lo ms prximo posible al centro de carga del rea. 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 alimentacin de la subestacin. La alimentacin podr efectuarse por medio de lneas de transmisin. En la siguiente figura 1.2 se muestra el croquis y la fotografa panormica del terreno donde se ubicar nuestra subestacin (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, as como las bateras de carga que se colocaran bajo un arreglo futurista. Ser bajo una batera 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 obtencin de los datos climatolgicos de la regin: a) Temperaturas, mximas y mnima. b) Nivel ssmico. c) Grado de contaminacin [1].

[1] ver fuentes de informacin, pgina; 46.

Figura No. 1.2 Croquis y Fotografa panormica del terreno.

1.3 CAPACIDAD. La capacidad de una subestacin se fija, considerando la demanda actual de la zona (edificio H). En KAV (kW), ms el incremento en el crecimiento, obtenido por extrapolacin, durante los siguientes diez aos, previniendo el espacio necesario para las futuras ampliaciones [1]. 1.4 TENSIN. Dentro de la gama existente de tensiones normalizadas, la tensin de una subestacin se puede fijar en funcin de los factores siguientes: a) Si la subestacin es alimentada de forma radial, la tensin se puede fijar en la funcin de la potencia de la misma. b) Si la alimentacin proviene de un anillo, la tensin queda obligada por la misma del anillo. c) Si la alimentacin se toma de una lnea de transmisin cercana, la tensin de la subestacin queda obligada por la tensin de la lnea citada [1]. LAS CELDAS SOLARES. La energa solar puede ser convertida directamente en energa: calorfica, qumica, electroqumica, biomasa, elctrica, etc.; un dispositivo que convierte directamente los fotones de la energa solar en potencia elctrica, es llamado celda solar y es la unidad mnima de conversin en los mdulos 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 pelculas delgadas policristalinas (1-100 micras).

[1]; [2]; ver fuentes de informacin, pgina; 46.

En los aos 70s

los mdulos de celdas fotovoltaicas tenan un costo

promedio de $200pesos por watt de electricidad generado hacia la mitad del da con una irradiacin solar sobre el nivel de mar de 1000 W/m2 (Watt-pico, Wp) [2].

Ah surge la necesidad de desarrollar tecnologas fotovoltaicas de celdas solares en pelcula delgada, con la perspectiva de abatir el costo de fabricacin de las celdas solares a travs del uso de menos de una centsima de la cantidad de material semiconductor de las celdas convencionales [2].

Las pelculas delgadas semiconductoras tienen la ventaja de que estas pueden depositarse sobre substratos de diferentes caractersticas mecnicas con estabilidades trmicas y qumicas, algunos de los materiales

semiconductores estudiados a la fecha para las celdas solares en pelculas 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 utilizacin de materiales precursores costosos (indio, galio), y/o de alta toxicidad (CdTe); y la falta de reproducibilidad de las caractersticas de las celdas solares en reas grandes y en consecuencia el alto porcentaje de rechazo de los mdulos dadas las normas de control de calidad [2].Cu (In, Ga) Se2 - diselenuro de cobre indio. CdTe - teluro de cadmio.

[2]; ver fuentes de informacin, pgina; 46.

EFECTO FOTOVOLTAICO. Dispositivos fotovoltaicos tipo heterounin y multiunin El efecto fotovoltaico consiste en la conversin directa de energa luminosa de los fotones en voltajes de corriente directa (cd), desarrollndose directamente en energa elctrica. Este fenmeno se lleva a cabo en una unidad mnima de conversin llamada celda Solar, y forma la base de la tecnologa fotovoltaica (PV), o comnmente llamada tecnologa solar fotovoltaica (SPV), cuando la fuente de los fotones es la radiacin solar.

El efecto puede presentarse en: lquidos o slidos, en especial en los slidos semiconductores. En los slidos semiconductores se observan eficiencias aceptables de conversin de energa hasta de un 30% y tienen amplia aplicacin en la conversin de la energa solar a energa elctrica.

En el proceso fotovoltaico los fotones de la radiacin solar incidentes son absorbidos por el semiconductor que genera portadores de carga elctrica en exceso de su concentracin en equilibrio, electrones o huecos, llamados

comnmente portadores de carga fotogenerados.

Estos portadores viajan bajo un gradiente de concentracin hacia un campo elctrico interno construido por la unin de un semiconductor con diferente conductividad en un mismo. Semiconductor (homounin), en dos diferentes semiconductores (hete reunin); u otro tipo de uniones con diferentes materiales (metal semiconductor, metal-aislante-semiconductor, metal-aislantemetal) [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 caractersticas de las principales celdas solares [2].

Celda solar Homounion (n-p)

Principio de funcionamiento 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. 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. La obsorcion de los fotones sera en el intervalo9 de enrgias menores al Eg del material ventana, pero mayores a la del material absorvedor. La union del semiconductor con algunos de los metales, crean una barrera de potencial y una region de agotamiento con un semiconductor.

Caracteristicas Es la estructura sencilla, formada por el mismo semiconductor pero con conductividades tipo n y p. 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) Esta formada por la union de dos semiconductores con diferentes conductividades y brechas de energia.

Estructura heteroface (p+/p/n)

Heterounion

Metal semiconductor (MS o Schottky)

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. 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.

MOS (Metal- oxido s/c)

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. Esta compuesta por un metalaislante 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. 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 fotogeneracin de los portadores de carga (electrones y huecos) en exceso, tomando como base la concentracin en equilibrio trmico. la difusin de estos portadores hacia el extremo del semiconductor, a travs de un campo elctrico 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 caractersticas ptimas del semiconductor para su integracin en la estructura de la celda solar se indican en la Tabla 1.2. [2].


Tabla 1.2, caractersticas ptimas que deben candidato para usar una celda solar [2]. Propiedad Brecha de energa del material absorbedor (Eg menor)

satisfacer

en un semiconductor para ser

Brecha de energa del material ventana (Eg mayor) Tipo de conductividad

Electroafinidades

Voltaje de difusin

Desacoplamiento de red

Mtodos de deposito

Contactos elctricos

Abundancia de materiales

Costo de materiales

Toxicidad de los materiales Estabilidad y tiempo de vida de la celda

Criterio Brecha de energa cercano a 1.4 eV para maximizar la absorcin solar; y a su vez minimizar la corriente de diodo que limita Voc. Absorcin directa, de modo que los portadores sean generados ceca de la unin. Longitud de difusin de los portadores minoritarios grande. Tan grande como sea posible, manteniendo baja la resistencia serie. El material absorbedor preferiblemente tipo-n, por la mayor longitud de difusin de los electrones. Los materiales deben ser escogidos de manera que no haya barrera de potencial en la unin para los portadores fotoexcitados. Tan grande como sea posible, pues el mximo Voc es proporcional al voltaje de difusin. Tan pequeo como sea posible para minimizar la densidad de estados de de la interface y las perdidas por recombinacin a travs de tales estados. Los mtodos de depsito deben ser convenientes para la formacin y control de las capas delgadas. Debe ser posible formar contactos elctricos de baja resistencia en ambos materiales (tipo-n y tipo-p). El suministro de materiales debe ser suficiente para permitir la produccin de celdas de rea grande. El costo de los materiales deben ser baratos para tener una energa competitiva con los sistemas alternativos. Los materiales deben ser no txicos o debe ser posible el control de la toxicidad. La celda debe tener un tiempo de operacin suficiente, de forma que pague los costos econmicos y energticos requeridos para producirla.


FENMENOS BSICOS DE LA CELDA SOLAR

Los fenmenos bsicos que ocurren en una celda solar de tipo homounin se muestran en la Fig. 1.1 la cual describe los procesos electrnicos que tienen lugar en las cinco partes principales en que se divide la celda para su estudio:

1) el contacto metlico con el semiconductor tipo-p, 2) la regin del semiconductor tipo-p donde se generan los portadores de carga en exceso (electrn/hueco) por la absorcin de los fotones, y donde adems los portadores minoritarios (electrones) son

transportados por difusin y parcialmente perdidos por recombinacin, 3) la regin de la unin, con sus respectivas reas de agotamiento, donde los portadores son separados por el campo electrosttico de la unin, 4) la regin tipo n, la cual contribuye con la resistencia en serie, 5) el semiconductor tipo-n con el contacto metlico adems de la superficie frontal, en donde se dan las mayores prdidas por recombinacin [2].

Fig. 1.1, Los fenmenos bsicos que ocurren en una celda solar de homounin p/n [2].


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

Los parmetros fotovoltaicos ms importantes que se determinan, para mostrar el comportamiento de una celda solar en oscuridad e iluminacin, son representados en la Fig. 1.2, donde se definen los parmetros de la corriente en corto circuito (Ice), el voltaje en circuito abierto (Vea), la potencia mxima de salida (Pmax). La resistencia-serie (Rs), la resistencia paralelo (Rp), y el factor de calidad, que comnmente se llama de llenado (fill- factor, ff), son otros parmetros importantes. Las eficiencias de celdas comerciales preparadas por diferentes tcnicas, 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 mdulos y mdulos comerciales en venta. Las celdas solares de pelcula policristalina de teluro de cadmio y diselenuro de cobre indio no aparecen a la venta [2].


Tabla 1.4. Anlisis comparativo de varias celdas solares (Fuente: National Renawable Energy Laboratory (NREL), USA) [2]. Celda Capa activa espesor (m) Celdas (%) del nuevas con modulo (%) aproximad a 12-15 Tiempo de vida Estabilidad Tecnologas de produccin avance Produccin Costo (1988) (s/w) Comentarios

C-Si 24 (SC/poly) (300) C-Si (hoja o pelcula) (20-50) A-Si-H (t) 12 12

20 aos /excelente

Crecimiento del 125 MW cristal/ tecnologa madura PVC, CVD / en va de desarrollo 1 MW (planeado)

4

limitaciones de costo

10 (piloto) Grande/ Buena

4

prometedor y viable, necesita mas desarrollo

7-8 (triple)

Variable/ Arriba de 5 aos

GD tecnologa madura

10 MW

4

Grande rango comercial viabilidad cuestionable, inestabilidad. Proceso de simple produccin, se tienen problemas con dispositivo y procesos. Proceso de produccin complejo, viabilidad cuestionable. Costoso, bueno para aplicaciones espaciales.

CdTe (1)

15.8

9 (piloto)

Grande/ en estudio

PVD,ECD/ en via 1 MW de desarrollo

4

Cu-In18.8 Ga-Se (1)

12 (piloto)

Algunos aos/bueno

PVD,ECD/ en via 20 MW de desarrollo

4

GaAs (1-5)

25

12 (piloto) Algunos aos bueno

MOCVDMBE, LPE/madura

10 k W

10

PVD: Deposito por vapor fsico (Physical vapor Deposition). CVD: Deposito por vapor qumico (Chemical vapor Deposition). GD: Descarga gaseosa (Glow Dischase).ECD: Deposito electroqumico (Electrochemical - Deposition). MOCVD: Deposito por vapor qumico de metales organicos (Metals Organics Chemical vapor Deposition). MBE: Epitaxial por haz molecular (Molecular Beam Epitaxy). LPE: Epitaxial en fase liquida (Liqued Phase Epitaxy).


PROCEDIMIENTOS REALIZADAS. FACTIBILIDAD TCNICA

Y

DESCRIPCIN

DE

LAS

ACTIVIDADES

Un sistema fotovoltaico es un dispositivo que obtiene energa elctrica a travs de la radiacin solar. El sistema consta de los siguientes elementos (ver esquema): Un generador solar, compuesto por un conjunto de paneles fotovoltaicos que captan la radiacin luminosa procedente del sol y la transforman en corriente contina a baja tensin (12 24 V). Un acumulador (en sistemas aislados), que almacena la energa producida por el generador y permite disponer de corriente elctrica fuera de las horas de luz o das nublados. En sistemas interconectados no se requiere de un acumulador, en este caso, la red sirve como respaldo. Un regulador de carga, cuya misin es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, adems de asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de mxima eficiencia [3].

Fig. 1 Una instalacin solar fotovoltaica sin inversor, utilizacin a 12Vcc [3].


Una vez almacenada la energa elctrica en el acumulador hay dos opciones: sacar una lnea directamente de ste para la instalacin y utilizar lmparas y elementos de consumo de 12 24 Vcc. Aplicacin de la energa solar fotovoltaica Cualquier aplicacin 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 tamao de los paneles, no obstante, en lugares alejados de la red de distribucin elctrica, esta tecnologa suele ser ms econmica de implementar como un sistema aislado. Rentabilidad de la energa solar fotovoltaica, Vara mucho del lugar del

mundo donde vivamos, por ejemplo una gran parte de la humanidad en los pases en desarrollo, no tiene acceso a la electricidad por falta de una infraestructura elctrica bsica. En estos pases la energa solar fotovoltaica resulta ser la fuente mas rentable para obtener electricidad, en otros lugares viene siendo la nica [3]. Vida til de un panel solar fotovoltaico Un panel carece de partes mviles. Las celdas y contactos van encapsulados con resina sinttica, permitiendo una larga vida til del orden de 30 aos o ms. Otra ventaja que tiene es que si una de las celdas falla no afecta al funcionamiento de las dems y la intensidad y voltaje producidos pueden ser fcilmente ajustados aadiendo o suprimiendo celdas [3]. Dureza de los mdulos solares Los paneles van protegidos en su cara exterior con vidrio templado, que permite aguantar condiciones meteorolgicas muy duras tales como el hielo, la abrasin, cambios bruscos de temperatura, o los impactos producidos por el granizo. Una prueba estndar para su homologacin consiste en lanzar (con un can neumtico) una bola de hielo de dimensiones y consistencia preestablecidas al centro del cristal [3].[3]; ver fuentes de informacin, pgina; 46.

Mantenimiento de un sistema fotovoltaico. Las instalaciones fotovoltaicas requieren un mantenimiento mnimo y sencillo, que se reduce a las siguientes operaciones. Paneles; requieren un mantenimiento nulo o muy escaso, debido a su propia configuracin, no tienen partes mviles y las celdas y sus conexiones internas estn encapsuladas en varias capas de material protector. Es conveniente hacer una inspeccin general 1 2 veces al ao: asegurarse de que las conexiones entre paneles y al regulador estn bien ajustadas y libres de corrosin. En la mayora de los casos, la accin de la lluvia elimina la necesidad de limpieza de los paneles; en caso de ser necesario, simplemente utilizar agua y algn detergente no abrasivo [3]. Regulador: la simplicidad del equipo de regulacin reduce sustancialmente el mantenimiento y hace que las averas sean muy escasas. Las operaciones que se pueden realizar son las siguientes: observacin visual del estado y funcionamiento del regulador; comprobacin del conexionado y cableado del equipo; observacin de los valores instantneos del voltmetro y ampermetro (dan un ndice del comportamiento de la instalacin [3]. Potencia pico de un panel Es la potencia de salida, en Watt, que produce un panel fotovoltaico en condiciones de mxima iluminacin solar, con una radiacin de aproximadamente 1 kW/m2 (la que se produce en un da soleado al medioda)[3].


Fabricacin de un panel fotovoltaico Un panel fotovoltaico est formado por un conjunto de clulas solares conectadas elctricamente entre s en serie y paralelo hasta conseguir el voltaje adecuado para su utilizacin [3].

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

Este conjunto de celdas est envuelto por unos elementos que le confieren proteccin 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 transmisin a la radiacin y una degradabilidad baja a la accin de los rayos solares. Cubierta exterior de vidrio templado, que adems de facilitar al mximo la transmisin luminosa, debe resistir las condiciones climatolgicas ms 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 clulas, haciendo que vuelvan a incidir otra vez sobre stas.[3]; ver fuentes de informacin, pgina; 46.

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 conexin del mdulo [3]. La importancia del empleo de un regulador de carga en una instalacin fotovoltaica La funcin primaria de un regulador de carga en un sistema fotovoltaico es proteger a la batera de sobrecargas o descargas excesivas. Cualquier instalacin que utilice cargas impredecibles, intervencin del usuario, sistema de acumulacin optimizado (para minimizar inversin inicial), o cualquier otra caracterstica que pueda sobrecargar o descargar excesivamente la batera, requiere un regulador de carga. La falta del mismo puede ocasionar una reduccin de la vida til de la batera [3]. Batera y una reduccin de la disponibilidad de carga. Los sistemas con cargas pequeas, predecibles y continuas pueden disearse para funcionar sin necesidad de regulador. Si el sistema lleva un acumulador sobredimensionado y el rgimen de descarga nunca va a superar la profundidad de descarga crtica de la batera, [3]. Diferencia que existe entre cargas resistivas y cargas inductivas Una carga es cualquier dispositivo que absorbe energa en un sistema elctrico. Los electrodomsticos y aparatos elctricos 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. Tpicas cargas de este tipo son las lmparas incandescentes o los radiadores elctricos.

[3]; ver fuentes de informacin, pg. 46.

Las cargas inductivas generalmente son aquellas en las que la electricidad circula a travs de bobinas. Normalmente son motores, tales como ventiladores o frigorficos; o transformadores, que se encuentran en la mayora de los aparatos electrnicos, tales como televisores, ordenadores o lmparas fluorescentes [3]. Tipos de elementos de iluminacin que son los ms adecuados para instalar con los sistemas solares fotovoltaicos. Dadas las caractersticas de los sistemas fotovoltaicos, en los que la capacidad de acumulacin de energa es limitada, los equipos de iluminacin han de ser de elevado rendimiento y bajo consumo para aprovechar al mximo esa energa. Las ms idneas son las lmparas electrnicas (led), que dan las mismas prestaciones luminosas que las bombillas convencionales pero ahorran aproximadamente un 80% de energa y tienen una duracin 8 veces superior. Esto se debe a que el 95% de la energa que consumen las lmparas incandescentes se transforma en calor y no en luz, mientras que las electrnicas irradian mucho menos calor y transforman un 30% de la energa que consumen en luz. Tambin pueden utilizarse equipos fluorescentes convencionales pero siempre con reactancia electrnica (LED). En conclusin, la instalacin y el mantenimiento que se requiere para este proyecto que es subestacin con alimentacin con celda solar, no requiere de mucho recurso para su mantenimiento [3].


FACTIBILIDAD ECONMICA Esta es la parte final de toda la secuencia de anlisis de la factibilidad de este proyecto con el estudio de la evaluacin econmica. En este proyecto no han existido contratiempos por lo tanto, se sabe en este punto que existe un mercado potencial atractivo; se determin un lugar ptimo para la localizacin del proyecto y el tamao ms adecuado para este ltimo, de acuerdo con las restricciones del medio; se conocer y dominara el proceso de produccin, as como todos los costos en que se incurrir en la etapa productiva; adems, se habr calculado la inversin necesaria para llevar a cabo el proyecto. Antes de presentar los mtodos, se intentara describir brevemente cual es la base de su funcionamiento. PROBLEMAS A RESOLVER CON SU RESPECTIVA PRIORIZACIN Con este proyecto un objetivo es el ahorro ptimo de energa y tambin el costo del material que se utiliza para el proyecto no es caro en cuestin 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 instalacin. De igual manera se ha estudiado y analizado la vida til de los elementos, y son mejores que los utilizados comercialmente, todos estos datos estn reportados en el proyecto, si se desea de mayor estudio. Entonces este proyecto es de beneficio para ahorro ptimo de energa y por lo tanto de costos econmicos para apoyos de viviendas, oficinas, industrias y en este caso del edificio H del ITTLA.


BENEFICIOS SOCIOECONMICOS Diversificacin y aseguro del suministro de energa, aumento de las posibilidades de la estabilidad del precio. Provisin de oportunidades de trabajo en reas rurales. Promocin de la descentralizacin de los mercados energticos. Aceleracin de la llegada de electricidad a comunidades rurales en pases en desarrollo. Ante el incremento de los costos de la generacin de energa elctrica por medios tradicionales, y la bsqueda por disminuir los daos al medio ambiente, diversos sectores de la sociedad, entre los que se incluye al sector pblico de varios pases, han buscado fomentar el desarrollo de mtodos alternativos para la generacin de energa. Un nmero considerable de expertos han comentado que la energa solar, a pesar de los problemas asociados con su generacin, como la alta inversin inicial requerida y la pobre eficiencia de conversin ofrecida actualmente (hasta el momento no mayor del 20%), es una de las alternativas ms atractivas para generar electricidad. De hecho, algunos estudios revelan que esta industria ha registrado un incremento de alrededor del 20% anual, principalmente en Japn y algunos pases europeos, como Alemania. Las principales ventajas ofrecidas por este mtodo son su bajo impacto ambiental y el poco mantenimiento necesario para su operacin, lo que se traduce en un ahorro econmico a largo plazo.


Adems, esta tecnologa permite eliminar los problemas actuales de abastecimiento de recursos, ya que las plantas de energa solar no utilizan recursos no renovables. La energa fotovoltaica tiene muchsimas aplicaciones, en sectores como las telecomunicaciones, automocin, nuticos, parqumetros. Tambin podemos encontrar instalaciones fotovoltaicas en lugares como carreteras, ferrocarriles, plataformas petrolferas o incluso en puentes, gaseoductos y oleoductos. Tiene tantas aplicaciones como pueda tener la electricidad. Algunos usos:

Electrificacin de viviendas rurales Suministro de agua a poblaciones Bombeo de agua / riegos Naves ganaderas Pastores elctricos Telecomunicaciones: repetidores de seal, telefona mvil y rural Tratamiento de aguas: desalinizacin, cloracin Sealizaciones (martima, ferroviaria, terrestre y area) y alumbrado pblico Conexin a la red Proteccin catdica Sistemas de telecontrol va satlite, deteccin de incendios

CELDA SOLAR DELGADA, ECONMICA Y MAS ACCESIBLES Fabricar los paneles solares ms econmicos se ha convertido en el santo grial de la industria solar, casi desde que sta tuvo su origen. Los paneles solares de pelcula delgada, producidos ahora por muchas compaas, parece que han resuelto los problemas de la costosa y difcil instalacin 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 pelcula delgada de alrededor de 10.6%. Esta menor eficiencia podra esfumar el ahorro en los costos del panel.


VENTAJAS ECONMICAS ENERGA SOLAR No requiere instalacin de transformador, ni red primaria, ni cable pre ensamblado La cantidad de materiales es bajo (celdas fotovoltaicas, banco de bateras, regulador, lmparas y cable elctrico) El costo de instalacin es muy econmico Los costos de mano de obra son muy puntuales. El proyecto no necesita pago de trmites de derecho ante ninguna entidad. El costo del transporte de materiales es mnimo debido a la cantidad de los mismos. No necesita instalacin de acometida ni contador de energa. No requiere cobro de facturacin posterior a la instalacin de la celda debido a que la fuente de la energa es el sol. El tiempo de garanta de la celda fotovoltaica es de 25 aos. No requiere estudios de factibilidad ni planos topogrficos, debido a que la instalacin es domiciliaria. El tiempo de garanta de la red es de 15 aos (mximo). Requiere estudios de factibilidad y planos topogrficos, debido a las condiciones accidentales de los terrenos. El costo de instalacin es alto, debido al tendido de las lneas y la hincada de postes. El costo de instalacin por kilmetro de lnea es considerable y ms an en zonas de condiciones adversas. Como cualquier proyecto elctrico convencional requiere del pago de derechos por trmites ante la empresa electrificadora. El costo de transporte se incrementa considerablemente por lo robusto y pesado de los materiales. Es obligatorio el uso del contador de energa y de su respectiva acometida, cuyos costos deben ser asumidos por el usuario. Despus de instalado el contador el usuario asume los costos por el cobro de facturacin. ELECTRIFICACIN CONVENCIONAL Necesariamente se debe instalar red primaria, transformadora y tendida secundaria con cable pre ensamblado. El listado de materiales es extenso

Tabla 1.1 ventajas y desventajas econmicas sobre las celdas solares y el tipo de energa convencional.


EL POTENCIAL DE REDUCCIN. Virtualmente, cualquier necesidad de energa elctrica puede satisfacerse mediante un adecuado diseo del sistema de energa fotovoltaica. Esto incluye energa para iluminacin, bombeo, radiocomunicacin, electrificacin

domstica, proteccin catdica, etc. La nica limitacin es el costo del equipo y ocasionalmente el tamao del arreglo fotovoltaico, aunque ste raramente es un factor problema. El costo de esto depende directamente de la aplicacin, a rasgos generales, los sistemas que contengan 100watts o ms de energa 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 Mxico) de energa por da, dependiendo de la temporada y de la localizacin. En condiciones muy nubladas u oscuras (invierno) se producir menos energa y en condiciones ms iluminadas se producirn ms energa que la del promedio estimado. Usando costos tpicos de amortizacin y vida del equipo, el costo del ciclo de da generado mediante energa 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 lnea de energa. La energa solar no es difcil de usar, aunque las celdas fotovoltaicas y los mdulos requieren de avanzada tecnologa, su uso es muy simple. Los mdulos solares generan bajo voltaje (no obstante, arreglos de mdulos solares pueden interconectarse para altos voltajes) sin partes mviles o desmontables. Una vez instalado un arreglo fotovoltaico, generalmente no requiere otro mantenimiento ms que una limpieza ocasional (no indispensable).

[4]; ver fuentes de informacin, pgina; 46. Bixido de carbono CO2.

COSTOS DE CELDAS SOLARES Ahorro de Luz En este proyecto encontraremos algunas soluciones que nos permitir generar ahorros de luz en los procesos de iluminacin, emitidas por lmparas LED para ahorro ptimo de energa, en las cuales se colocaran en puntos estratgicos para ahorrar lmparas y de igual forma el ahorro de luz en la cual se tendr una iluminacin adecuada, exacta en el aula. Se trabajara con elementos de alta tecnologa y eficiencia energtica. As mismo, se trabajara con paneles solares fotovoltaicos. La generacin de la electricidad solar depende de la conversin fotovoltaica o de la concentracin de luz solar directa. La conversin fotovoltaica funciona, en das nublados, con una eficacia menor, mientras que el sistema de concentracin de luz solar directa se puede lograr sin semiconductores. En ambos casos, no se requiere mucho material, y los diseos mecnicos pueden ser sencillos y relativamente fciles de mantener. COSTO TOTAL DEL PROYECTO. Costo del proyecto por aula. Lmpara (10 lmparas por aula) $3000MN Controlador de carga $1172MN $8204MN Soporte de montaje $120MN Batera de ciclo profundo 12 vdc $900MN Kit de cableado elctrico $1200MN $14000MN Banco de bateras y Regulador $2000MN$14000MN

Costo Total en Edificio H Total de Lmparas $21000MN Total de Controladores

Total de Soportes $840MN Total de Bateras $6300MN Total Kit de cableadoTotal del Banco y Regulador

Instalacin $3000MN $21000MN Costo de celd : $ 9600MN Total $19792.00MN[4]; ver fuentes de informacin, pgina; 46.

Total de Instalacin Total de celda $ 67200MN Total $152544.00MN

SUBESTACIN ABASTECIDA POR CELDA SOLAR

COSTO DE LA INVERSIN POR AULAAPARATOS Lmpara (10 lmparas por aula) Controlador de carga Costo de celda: Batera de ciclo profundo 12 vdc Kit de cableado elctrico Banco de bateras y Regulador Instalacin Soporte de montaje Total COSTOS $3,000MN $1,172MN $ 9,600MN $900MN $1,200MN $2,000MN $3,000MN $120MN $19,792.00MN


COSTO DE LA INVERSIN TOTAL EN EDIFICIO H

APARATOS Total de Lmparas Total de Controladores Total de Soportes Total de Bateras Total Kit de cableado Total de Instalacin Total de celda Total del Banco y Regulador Total

COSTOS $21,000MN $8,204MN $840MN $6,300MN $14,000MN $21,000MN $ 67,200MN $14,000MN $152,544.00MN

COSTO-BENEFICIO BENEFICIO EN UN AO Mes 1 Mes 2 Mes 3 Mes 4 Mes 5 Mes 6 Mes 7 Mes 8 Mes 9 Mes 10 Mes 11 Mes 12 TOTAL COSTO DE LA INVERSIN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $12,712MN $152,544MN

FACTIBILIDAD ECOLGICA. INTRODUCCIN Todas las personas conscientes de que las fuentes tradicionales de energa ocasionan daos al ambiente, y que la poblacin humana crece da a da, con el consecuente aumento del consumo de energa, creemos que la obtencin de energa por fuentes renovables es la nica alternativa a una crisis energtica futura. Es evidente que las fuentes renovables de energa son mucho ms benignas que las tradicionales pero como toda actividad humana, generan un impacto ambiental perceptible [5]. El principal beneficio ambiental de las energas renovables es que reducen las emisiones gaseosas provenientes de la combustin de residuos fsiles. Actualmente hacen que, 1500 millones de toneladas de dixido de carbono no lleguen a la atmsfera y tambin producen una reduccin no cuantificada de los gases promotores de la lluvia cida: dixidos de azufre y nitrgeno. Como las fuentes renovables de energa tienen la caracterstica de estar muy distribuidas en diferentes regiones, ya que cada regin tiene

caractersticas ambientales diferentes y por ende diferentes recursos energticos para aprovechar, esto hace que se reduzca la necesidad de desarrollo de nuevos sistemas de distribucin de energa elctrica y la construccin de nueva infraestructura para transportar dicha energa, reduciendo relevantemente los impactos ambientales negativos de la distribucin de energa. Los principales recursos energticos que se utilizan (el carbn, el petrleo, el gas natural y el uranio) son limitados y, por lo tanto, pueden agotarse. Adems, su utilizacin provoca un gran impacto ambiental en la biosfera al contaminar el aire, el agua y el suelo [5].

Estos hechos han generado un inters creciente por el desarrollo de nuevas tecnologas para la utilizacin de fuentes de energa renovables alternativas

que, aunque actualmente son poco rentables, tienen la ventaja de ser poco contaminantes. Actualmente de la subestacin elctrica abastecida por celdas solares, su instalacin tendra como objeto el beneficio y no la destruccin de nuestro medio ambiente, A continuacin se muestran las ventajas en el uso de celdas solares y desventajas de la energa convencional [5].

VENTAJAS AMBIENTALES.ENERGA SOLAR ELECTRIFICACIN CONVENCIONAL El impacto ambiental es nulo, ya que la El impacto ambiental es considerable instalacin es domiciliaria. No necesita certificado de la corporacin autnoma regional, debido a que la instalacin se realiza en el mismo predio. por la poda de rboles y vegetacin para el tendido. Por ser un proyecto que tiene impacto sobre el ecosistema, requiere de licencia ambiental expedida por la corporacin autnoma regional. La continuidad del servicio de energa es constante, porque se depende El servicio de energa depende de la empresa comercializadora

exclusivamente de la fuente solar.

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

IMPACTO AMBIENTAL DE LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA La energa solar fotovoltaica, al igual que otras energas renovables, constituye, frente a los combustibles fsiles, una fuente inagotable, contribuye al autoabastecimiento energtico nacional y es menos perjudicial para el medio ambiente, evitando los efectos de su uso directo (contaminacin atmosfrica, residuos, etc.) y los derivados de su generacin (excavaciones, minas, canteras, etc.) [5]. Los efectos de la energa solar fotovoltaica sobre los principales factores ambientales son los siguientes: Clima: la generacin de energa elctrica directamente a partir de la luz solar no requiere ningn tipo de combustin, por lo que no se produce polucin trmica ni emisiones de CO2 que favorezcan el efecto invernadero. Geologa: 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 fabricacin de los mdulos fotovoltaicos no se producen alteraciones en las caractersticas litolgicas, topogrficas o estructurales del terreno. Suelo: al no producirse ni contaminantes, ni vertidos, ni movimientos de tierra, la incidencia sobre las caractersticas fsico-qumicas del suelo o su erosionabilidad es nula. Aguas superficiales y subterrneas: No se produce alteracin de los acuferos o de las aguas superficiales ni por consumo, ni por contaminacin por residuos o vertidos. Flora y fauna: la repercusin sobre la vegetacin es nula, y, al eliminarse los tendidos elctricos, se evitan los posibles efectos perjudiciales para las aves.

Paisaje: los paneles solares tienen distintas posibilidades de integracin, lo que hace que sean un elemento fcil de integrar y armonizar en diferentes tipos

de estructuras, minimizando su impacto visual. Adems, al tratarse de sistemas autnomos, no se altera el paisaje con postes y lneas elctricas. 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 dimensin media, no representa una cantidad significativa como para producir un grave impacto. Adems, en gran parte de los casos, se pueden integrar en los tejados de las viviendas. Por otra parte, la energa solar fotovoltaica representa la mejor solucin para aquellos lugares a los que se quiere dotar de energa elctrica preservando las condiciones del entorno; como es el caso por ejemplo de los Espacios Naturales Protegidos [5]. La utilizacin de las celdas solares Colabora con la proteccin del medio ambiente, dado que ms del 50% de la electricidad en California proviene de plantas de carbn 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 elctrico de energa solar. Con los 121400 kWh producidos en los 30 aos de vida del sistema, los beneficios al medio ambiente son los siguientes: Equivalente de barriles de petrleo que no se queman: 200 Barriles. Equivalente en rboles plantados: 413. Gasolina de miles de autos: 215.500 millas. Reduccin de emisiones de smog: 400 libras. Reduccin de emisiones que causan lluvia acida: 900 libras. Reduccin de gases de invernadero y sus efectos: 172.400 libras [5].

RESULTADOS. CARACTERSTICAS DE CELDA SOLAR UTILIZADA: Modulo si monocristalino figura 1.1. Las celdas estn hechas de un solo cristal de silicio de muy alta pureza. La eficiencia alcanzada es del 17%. Es la tecnologa ms desarrollada. Estos mdulos estn garantizados por 25 aos aproximadamente.

Figura 1.1. Modulo si monocristalino.

CANTIDAD DE CELDAS SOLARES A UTILIZAR. Con base en el estudio tcnico realizado podemos sugerir el nmero de celdas que se necesitan para nuestra iluminacin deseada. Una tpica celda solar de silicio monocristalino produce 75 watt, por lo tanto si la carga total de nuestro circuito ser: Carga total; 140 W. Entonces se ocuparan dos celdas de silicio monocristalino.

Tabla. 1.2 Caractersticas de celda. PROPIEDADES ELCTRICAS. Potencia pico tpica. Voltaje Pmax [Vp]. Corriente Pmax [Ip]. Corriente de corto circuito [Icc]. Voltaje a circuito abierto [Vca]. 75 W. 17.0 V 4.4 A 4.8 A 21.7 V

COEFICIENTES DE TEMPERATURA. Vca. Icc. GARANTIA PRECIO. -0.77 Volts/C +2.06 Ma/C 25 aos. USA $450.00

Tabla. 1.2 continuacin. DIMENSIONES. LARGO ANCHO. PROFUNDIDAD. PESO. 1.20 mts. 52.7 cm. 3.4 cm. 7.6 kg.

TIPO DE CONDUCTOR. THW (75) Secciones; 2,5 a 10 mm o 14 a 8 AWG. Normas; NTP 370.250, NTP 370.253.

CARACTERSTICAS DE LMPARA LED UTILIZADA:

Figura 1.2, imagen de la lmpara LED. Tensin alimentacin Intensidad luminosa Peso Temperatura color Componentes Potencia consumida Luz Casquillo Equivalente en w Informacin 11 a 14 vdc. 100 120 im. 454 grs. 3500k. 70 leds. 2 w aprox. blanca calida. par 38 e27. 35 w.

LMPARAS TECNOLOGA LED A 12 V Y BAJO CONSUMO PARA APLICACIONES SOLARES. Muy bajo consumo. Con muy poca potencia pueden alimentarse simultneamente diversas lmparas LED. No emiten calor. Son ideales parea iluminar pequeos espacios y objetos sensibles a la temperatura. No cargan el ambiente. No hay radiacin UV (ultravioleta), ni IR (infrarroja). No perjudican la salud de personas ni animales, ni decoloran pinturas ni tintes. Insensibles a vibraciones y sacudidas. Iluminacin para ambientes acogedores. Nuevos LEDs de luz blanca y calida.

Vida til 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%.

BATERAS DEEP CYCLE El trmino Deep cycle se refiere en general a las bateras que tienen la capacidad de descargarse completamente cientos de veces. La diferencia principal de las bateras deep cycle y la de un automvil convencional es que la batera del automvil est hecha para proveer una rpida cantidad de energa 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 bateras deep cycle estn hechas para descargarse cientos de veces. Una batera deep cycle marina puede ser usada en varias aplicaciones, como en lanchas, casas mviles, energa solar, casas de campaa, etc.

Figura 1.3, Imagen de Batera a Utilizar. PC 12750. 80Ah - 395 Ah / 6V 12v El DOD de las bateras (en porcentaje) es lo contrario al estado de carga de las bateras. Por ejemplo si la batera 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 ms eficiente para determinar el estado de carga de una batera en bateras con tapas removibles es usando un hidrmetro. En bateras libres de mantenimiento, el mejor mtodo es usando un buen voltmetro.

CARACTERSTICAS 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 mdulo solar, para maximizar la vida de la batera en aplicaciones solares de poca potencia. El SunKeeper est encapsulado en epoxi y su especificacin permite el uso en exteriores. Al montarse directamente en el mdulo de caja de empalme y cablearse a travs de las aberturas troqueladas, la conexin es a prueba de clima. El controlador de carga SunKeeper est disponible en versiones de 6 A y 12 A (ambos de 12VCC). Para soportar las altas temperaturas en el mdulo solar, el controlador ha sido diseado usando electrnica de potencia

extremadamente eficiente y est especificado para 70C. El SunKeeper tambin est certificado para uso en ubicaciones peligrosas Clase 1, Divisin 2, convirtindose as en un controlador ideal para aplicaciones en petrleo/gas alimentadas con energa solar.

CARACTERSTICAS 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 elctricos. Esto se debe a que cada producto que desarrollamos esta diseando para proporcionarle al usuario un valor agregado, una proteccin insuperable, alto desempeo y confiabilidad. Para lograr este diseo, nuestros centros de Carga QO. Clase 1130 estn fabricados de acuerdo a normas de calidad. Los centros de carga QO cuentan con las siguientes caractersticas:

2 hasta 42 circuitos Monofsico y Trifsico Tipo NEMA1 y NEMA 3R Neutro dividido caracterizando 3 terminaciones de 1/0. Alimentacin por arriba o por abajo. Cubierta de ajuste de nivel automtico. Pneles adaptables en campo: Convertible de interruptor principal a zapatas. Capacidad de cortocircuito estndar con interruptor principal 22kA.

Capacidad de cortocircuito estndar con zapatas principales 65kA. Estas y otras caractersticas hacen de los centros de carga QO la mejor eleccin para su instalacin elctrica.

Figura: 1.5, centro de carga.

MEMORIA DE CLCULO. MEMORIA DE CLCULO 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 DISEO DEL CIRCUITO NECESIDAD DELA DEMANDA DE CARGA DEL EDIFICIO Voltaje: 17V Potencia: 150W Corriente: 8.8A Voltaje: 12V Potencia: 140W Corriente: 7A

AULAS

CUADRO DE CARGAS DESGLOSADONo. DE LMPARAS LED 4 4 4 4 4 4 4 28 POTENCIA (W) CORRIENTE VOLTAJES

AULA 1 AULA 2 AULA 3 AULA 4 AULA 5 AULA 6 AULA 7 TOTALES

20w 20w 20w 20w 20w 20w 20w 140w

1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A 7A

12V CD 12V CD 12V CD 12V CD 12V CD 12V CD 12V CD 12V CD

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Este trabajo tiene como objetivo dar una recopilacin de conceptos bsicos, para lograr obtener factibilidades ergonmicas, ambientales y tcnicas, para el proyecto de Subestacin Elctrica Abastecida por Celdas Solares, enfocado al edificio H del Instituto Tecnolgico de Tlalnepantla. Con los clculos matemticos 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 instalacin, y cubrir una necesidad para el aprovechamiento de conocimiento con nuestros compaeros estudiantes.

FUENTES DE INFORMACIN. [1] Diseo de subestaciones elctricas Jos Ral Martnez 2005. [2] Ingeniera Ambiental en Mxico, Prentice Hall, Henry Uglinn. [3] Normatividad tcnica. Reglamento tcnico especificaciones tcnicas y procedimientos de

evaluacin del sistema fotovoltaico y sus componentes para electrificacin rural. R.D. N 003-2007-EM/DGE (2007.02.12) Norma tcnica peruana NTP 399.403.2006: sistemas fotovoltaico hasta 500 W. Especificaciones tcnicas y mtodo para la calificacin energtica de un sistema fotovoltaico. R.0013-2006/INDECOPI-CRT (2006.03.06). Cdigo Nacional de electricidad utilizacin. 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 TCNICO CONDUCTORES ELCTRICOS 1. OBJETO.- El presente Reglamento Tcnico tiene por finalidad establecer las caractersticas tcnicas, as como de rotulado y etiquetado, que deben cumplir los conductores elctricos de consumo masivo y uso general, con el fin de que su utilizacin no sea un peligro para la vida y la seguridad de las personas. 2. CAMPO DE APLICACIN.- Los conductores elctricos 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. a)

CONTENIDO TCNICO ESPECIFICO DEL REGLAMENTO.Definiciones: CONDUCTOR (de un cable): Parte de un cable que tiene la funcin especfica de conducir la corriente elctrica. AISLAMIENTO (de un cable): Material aislante incorporado a un cable con la funcin especfica de soportar la tensin elctrica. Permite aislar un conductor de los otros conductores o de partes conductoras o de la tierra.

SECCIN DE UN CONDUCTOR: Es el rea de la seccin transversal expresada en milmetros cuadrados. RESISTENCIA ELCTRICA: La oposicin del conductor al paso de la corriente elctrica y que normalmente es expresada en ohm/km. RESISTENCIA DE AISLAMIENTO: La oposicin del aislamiento al paso de la corriente elctrica y que normalmente se expresa en Mega-Ohmkm. ESFUERZO A LA TRACCIN: Resistencia a la rotura de un material cuando se le somete a estiramiento en una mquina de traccin, expresada en N/mm2 ELONGACIN: Longitud final que alcanza un material al momento de romperse cuando se le somete a un ensayo de traccin, 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. PAS DE FABRICACIN: Pas en que la mercanca ha sido manufacturada. b) Condiciones Generales: Los conductores elctricos comprendidos en el presente reglamento estn constituidos de una parte conductora de cobre y un material de aislamiento que puede ser Cloruro de Polivinilo (PVC) polietileno reticulado (XLPE). El cobre debe ser de una pureza tal que posea una conductividad del 100 %, IACS (International Annealed Cooper Standard) segn normas internacionales y de una seccin suficiente para que la resistencia elctrica no sea mayor a la establecida por las normas tcnicas indicadas en la referencia.El material de aislamiento debe tener propiedades y espesor suficientes que den garanta de un comportamiento fsico y elctrico seguros establecido por las normas tcnicas indicadas en la referencia.

El presente reglamento comprende los siguientes tipos de conductores:Tipo Conductor TW-70 TWF-70 THHW-90 THHWF-90 TWT-70 TTR-70 TTRF-70 THW (75) THWN-2 (90) XHHW-2 (90) SPT (60) de Cdigo IEC 60227 IEC 01 60227 IEC 02 60227 IEC 07 60227 IEC 08 60227 IEC 10 60227 IEC 53 Secciones 1,5 a 10 mm2 16 a 8 AWG 1,5 a 10 mm2 0,5 a 6 mm2 0,5 a 6 mm2 1,5 a 10 mm2 16 a 8 AWG 1,5 a10 mm2 0,75 a 6 mm2 2,5 a 10 mm2 14 a 8 AWG 2,5 a 10 mm2 14 a 8 AWG 2,5 a 10 mm2 14 a 8 AWG 0,5 a 6 mm2 NTP NTP 370.250 370.253 NTP NTP 370.250 370.252 Normas

c)

Caractersticas Tcnicas Los conductores elctricos debern cumplir los siguientes requisitos mnimos: c.1) Todo conductor elctrico, cualquiera sea su procedencia, deber cumplir con el valor de resistencia elctrica para el tipo de conductor estipulado, segn la NTP 370.250. c.2) Los tipos de conductores elctricos comprendidos en el punto b) del presente Reglamento, debern cumplir con los requerimientos que estn establecidos en las NTP 370.252 y NTP 370.253 para:

Los espesores de aislamiento La resistencia de aislamiento El esfuerzo a la Traccin y Elongacin, antes de envejecer El esfuerzo a la Traccin y Elongacin, despus de envejecer

d)

Requisitos de rotulado y etiquetado del conductor: d.1) Requisitos de rotulado: Los conductores elctricos indicados en el numeral 2 del presente reglamento, que se comercialicen en el Per, debern tener consignados en forma indeleble en la superficie del conductor, cada 275 mm la siguiente informacin: Pas de fabricacin Nombre del fabricante Tipo de conductor Seccin en mm2 AWG Tensin nominal en Volt

d.2) Requisitos de etiquetado del rollo del conductor: Los conductores elctricos indicados en el numeral 2, del presente Reglamento, que se comercialicen en el Per, debern ser etiquetados. La modalidad de etiquetado queda a eleccin del fabricante o importador, pudiendo para ello utilizar etiquetas adhesivas, soportes colgantes, etc. La informacin que debe contener la etiqueta es la siguiente: e) Pas de fabricacin Nombre del fabricante Tipo de conductor Seccin en mm2 AWG Tensin nominal en volt Longitud del conductor expresada en metros Ao de fabricacin

Referencia: NTP 370.250 CONDUCTORES ELCTRICOS. Conductores para cables aislados. Est 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. Est basada en la norma IEC 60227 Partes 1 a 5 NTP 370.253 CONDUCTORES ELECTRICOS Cables aislados con compuesto termoplstico y termoestable para tensiones hasta e inclusive 600 V. Est 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:

subestacion a por celdas solares

Documents