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UNIVERSIDAD JOSE ANTONIO PÁEZ
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO
DE ENERGIA ALTERNATIVA UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS PARA
LA ALIMENTACION DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIONES DISTRIBUIDOS
POR LA EMPRESA SOLUTEL, C.A. UBICADA EN EL ESTADO CARABOBO
Autor: Contreras Jose C.I. 19.063.337
Urb. Villamaporal, Calle Nº 2, Municipio San Diego
Teléfono: (0412)7401062 (Master)
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO DE ENERGIA ALTERNATIVA UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS PARA LA
ALIMENTACION DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIONES DISTRIBUIDOS POR LA EMPRESA SOLUTEL, C.A. UBICADA E N EL
ESTADO CARABOBO.
EMPRESA: SOLUTEL, C.A.
Autor: Contreras Vielma, José Salomón C.I.: 19.063.337
San Diego, Octubre de 2014
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES
PROPUESTA DE UN SISTEMA DE SUMINISTRO DE ENERGIA ALTERNATIVA UTILIZANDO CELDAS FOTOVOLTAICAS
PARA LA ALIMENTACION DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIONES DISTRIBUIDOS POR LA EMPRESA SOLUTEL, C.A. UBICADA EN EL ESTADO CARABOBO.
CONSTANCIA DE ACEPTACIÓN TUTOR ACADÉMICO TUTOR EMPRESARIAL Ing. Alayon Jose Ing. Orlando Mendoza C.I.: 3.572.638 C.I.: 17.905.452
Autor: Jose Contreras. C.I.: 19.063.337
San Diego, Octubre de 2014.
DEDICATORIA
A mi padre Salomón, a
pesar de su ausencia
física, me heredó el
carácter, la voluntad y el
empeño para lograr mis
objetivos, a mi madre
Yanet, quien con su
apoyo incondicional, y
que con sus vivencias
me enseñó que la vida
está llena de
posibilidades y depende
de nosotros el rumbo
que tome ella; a mis tías,
Graciela, Beatriz e Inés,
con su amor, sus valores,
y su éxito profesional
fueron mi ejemplo a
seguir y a mi hermano
Julio por ser como un
segundo padre para mí;
a todos ellos por estar
conmigo, cuando los he
necesitado.
AGRADECIMIENTOS
A mi padre, por su cuidado en vida y desde el cielo. A mi madre, por su amor
y apoyo incondicional, por los valores inculcados y por querer siempre lo mejor para
mí en todos los aspectos.
A mis tías, Graciela, Beatriz e Inés, por su experiencia, sabiduría y por hacer
posible la realización de este sueño con mucho apoyo.
A mi hermano, Julio Contreras y su esposa Bhagabad Paredes por haberme
abierto las puertas de su hogar, haberme ayudado y hecho madurar en muchos
aspectos de la vida como un integrante más de su familia.
A mis hermanos, Horacio y Julio, por ser ejemplos de excepcionales constancia,
dedicación y, éxito profesional.
A mi tía, Blanca Vielma, por haberme acogido en su casa durante mi periodo de
formación como profesional. Igualmente a mi amigo y compañero Cesar Pérez pos su
hospitalidad y apoyo incondicional.
A la profesora, Dinorah Giménez por brindarme su especial amistad aparte de
fuertes conocimientos en clases. Especialmente a mi tutor el Ing. Jose Alayon por su
apoyo. Al Ing. Rubén Matos, Lic. Luis Porras.
A la empresa SOLUTEL, C.A. junto al Ingeniero Orlando Mendoza, por el
apoyo brindado, su orientación y guía durante el desarrollo de mi trabajo de grado.
Finalmente a cada una de las personas que participó en el desarrollo de mi
carrera como profesional, gracias por su apoyo y seguimiento. Muchísimas
Gracias…
José S. Contreras V.
CONTENID
ÍNDICE GENERAL.
pp.
INDICE DE FIGURAS……………..………………………...…………… x
INDICE DE TABLAS…………………………………………………....... xii
RESUMEN………………………..………………….………….……......... xiii
INTRODUCCION………………………………………………...……….. 1
CAPÍTULO
I LA EMPRESA
1.1 Ubicación de la empresa………………………………………….........
3
1.2 Reseña histórica………………………..………………………………
4
1.3 Procesos básicos………………………...………..…………………….
5
1.3.1 Inspección……………………………………………………......
5
1.3.2 Negociación………………………………………………………
5
1.3.3 Ejecución…………………………………………………………
5
1.3.4 Entrega…………………………………………………………....
5
1.4 Misión…………………………...……………………………………...
5
1.5 Visión……………………………………………………………..….....
6
1.6 Valores……………………………………………………………….....
6
1.7 Objetivos Organizacionales .……………………………………….....
6
1.8 Organigrama de SOLUTEL, C.A..……………………………………
7
II EL PROBLEMA
2.1 Planteamiento del Problema.................................................................... 8
2.2 Formulación del problema....................................................................... 11
2.3 Objetivos de la investigación................................................................... 11
2.3.1 Objetivo General……………………………………................ 11
2.3.2 Objetivos Específicos……………………………………….. 11
2.4 Justificación………………………………………………………........ 12
2.5 Alcances…………….………………………………………………… 12
2.6 Limitaciones……………………………………………………........... 12
III MARCO TEÓRICO
3.1 Antecedentes de investigacion............................................................... 14
3.2 Bases teóricas......................................................................................... 15
3.3.1 El Sol y la importancia de su energía………………………….. 15
3.3.2 Principios físicos. Estructura del átomo……………………….. 21
3.3.3 La celda solar. Definición y funcionamiento.......……………... 23
3.3.4 La unión p-n………………………………………………….... 24
3.3.5 Circuito equivalente de la celda solar…………………………. 25
3.3.6 Curvas V-I y parámetros de la celda solar…………………….. 27
3.3.7 Efectos de la radiación y temperatura en el rendimiento de la
celda…………………………………………………………………. 28
3.3.8 Eficiencia y pérdidas de la celda solar………………………… 29
3.3.9 Tipos de celdas solares………………………………………… 31
3.3.10 Conexión de celdas solares. El módulo fotovoltaico………… 34
3.3.11 El sistema fotovoltaico. Tipos y componentes………………. 38
3.3.12 El controlador de carga (regulador)………………………….. 41
3.3.13 El banco de baterías (Acumuladores)………………………... 45
3.3.14 Tipos de baterías……………………………………………... 47
3.3.15 Tipos de Conexión de un banco de baterías………………..... 48
3.3.16 Especificaciones eléctricas de las baterías…………………... 52
3.3.17 Unidad UPS………………………………………………….. 53
3.3.18 Sistema de Puesta a Tierra (SPAT)………………………….. 55
3.4 Definicion de terminos........................................................................... 56
IV MARCO METODOLOGICO
4.1 Fases metodológicas............................................................................... 57
V RESULTADOS
5.1 Realizar un diagnóstico del estado actual de las instalaciones eléctricas
del cliente en cuestión……………………………………………………… 60
5.1.1 Condiciones de acceso…………………………………………. 60
5.1.2 Estudio de la conexión del sistema energía instalado
Actualmente…………………………………………………………. 60
5.1.3 Estimación del consumo eléctrico de los equipos en el
cuarto de comunicaciones…………………………………………… 63
5.1.4 Estudio de las condiciones climáticas del Edo. Carabobo…….. 65
5.1.5 Estimación del ángulo de inclinación y ubicación de los
paneles solares………………………………………………………. 68
5.2 Diseño de un sistema de suministro y respaldo eléctrico implementando
paneles solares fotovoltaicos………………………………………………. 70
5.2.1 Sistema Fotovoltaico…………………………………………... 70
5.2.2 Principios del sistema fotovoltaico. Transformación de la
energía solar en energía eléctrica……………………………………. 71
5.2.3 Elementos necesarios del sistema propuesto…………………... 73
5.2.4 Cálculo de la cantidad de paneles solares requeridos para
satisfacer las necesidades de consumo eléctrico…………………….. 74
5.2.5 Sistema de Protección y Puesta a Tierra………………………. 75
5.2.6 Diagrama de conexión del sistema…………………………….. 77
5.2.7 Pérdidas……………………………………………………....... 78
5.2.8 Estructura de soporte mecánico para el generador…………….. 78
5.2.9 Beneficios que genera la propuesta planteada…………………. 79
5.3 Evaluación de los equipos existentes, tanto en la empresa como en el
mercado, para satisfacer las necesidades de consumo…………………….. 80
5.3.1 Equipos existentes en el mercado, requeridos para la propuesta. 80
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones……….……………………………………………………….. 85
Recomendaciones…………………………………………………………… 87
REFERENCIAS
Bibliográficas………………………………………………………………... 89
Electrónicas………………………………………………………………….. 89
ANEXOS
ANEXO A: Rack con todos los equipos de comunicaciones de la empresa
donde se realizó el análisis de datos………………………………………… 93
INDICE DE FIGURAS
CONTENIDO
FIGURA Pp.
1 Mapa direccional de la empresa………….……………………………… 3
2 Organigrama de la empresa……………………………………………… 7
3 Espectro solar……………………………………………………………. 17
4 Interpretación grafica de la hora solar pico……….……………………... 20
5 Masa de aire…………………………………………………………….... 21
6 Circuito equivalente de la celda solar…………………………………..... 25
7 Impacto de la resistencia en serie en el funcionamiento de una
célula solar.................................................................................................. 26
8 Impacto de la resistencia en paralelo en el funcionamiento de una
célula solar……………………………......................................................
27
9 Características tensión-corriente de una celda solar…..……………..…... 28
10 Curvas V-I para diferentes valores de radiación y temperatura……….…. 29
11 Tipo de celda de silicio: monocristalino, policristalino y amorfa………... 33
12 Estructura interna de la celda solar………………………………………. 33
13 Conexión serie de celdas fotovoltaicas, con su respectivo voltaje
de salida…………………………………………………………………... 34
14 Conexión en paralelo de celdas fotovoltaicas, con sus respectiva corriente
de salida…………………………………………………………………… 35
15 Conexión en serie-paralelo de modulos fotovoltaicos, con su respectiva
corriente y voltaje de salida………………………………………………. 35
16 Componentes de un módulo solar fotovoltaico…………………………... 36
17 Diagrama de bloques de un sistema conectado a la red………………….. 39
18 Diagrama de bloques de un sistema Autónomo………………………….. 40
19 Diagrama de bloques de un sistema Híbrido……………………………... 40
20 Diagrama de bloques de un sistema que puede trabajar como autónomo,
híbrido y conectado a la red e interactivo………………………………... 41
21 Esquema eléctrico de un regulador de carga (serie)………………………. 42
22 Esquema eléctrico de un regulador de carga shunt (paralelo)…………….. 42
23 Histéresis de protección frente a sobrecarga y sobredescarga en un
regulador………………………………………………………………….. 43
24 Componentes de una batería tipo AGM VRLA…………………………... 48
25 Conexión en Serie de un banco de baterías……………………………….. 49
26 Conexión en Paralelo de un banco de baterías……………………………. 50
27 Conexión en Serie-Paralelo de un banco de baterías…………………….... 52
28 Esquema de conexión actual del sistema de alimentación a los equipos
de comunicaciones instalados por la empresa SOLUTEL, C.A…………...
61
29 UPS instalado Actualmente en el rack de la empresa en estudio
modelo EMERSON NETWORK POWER GXT3-1500RT120…………..
62
30 Datos anuales de radiación solar de la NASA…………………………….
66
31 Mapa de ubicación con las coordenadas trabajadas……………………….
67
32 Mapa de radiación solar en Venezuela……………………………………. 68
33 Depósitos de la empresa que fue analizada………………………………..
69
34 Símbolo de puesta a tierra………………………………………………… 76
35 Diagrama de conexión del diseño propuesto………………………………
77
36 Regulador PWM S-SC-1503………………………………………………
81
37 Inversor xantrex off-grid 3000 watts 12 volts xpower 3000………………
82
38 Panel solar fotovoltaico SUN-70………………………………………….
83
39 Bateria 12V 300Ah Optimun Battery……………………………………..
84
INDICE DE TABLAS
TABLAS
1. Consumo promedio eléctrico del sistema de comunicación estudiado….... 64
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
CARRERA INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES
Propuesta de un sistema de suministro de energía alternativa utilizando celdas fotovoltaicas para la alimentación de los equipos de comunicaciones distribuidos por
la empresa SOLUTEL, C.A. ubicada en el estado Carabobo. Autor : Contreras Vielma, José Salomón. Tutor : Ing. Jose Alayon.
Fecha: Julio, 2014.
RESUMEN
Motivado a las frecuentes interrupciones del servicio eléctrico que afectan al
sistema comunicaciones de la clientela, de la empresa SOLUTEL, C.A.
ubicada en San Diego Edo. Carabobo, se realizó el presente proyecto, el
cual propone sistema de suministro y respaldo de energía eléctrica
utilizando celdas fotovoltaicas para alimentar los equipos de
comunicaciones antes mencionada. Motivado a la inhabilitación de la
comunicación, la diversa clientela de SOLUTEL, C.A. queda incomunicado
a través del sistema de red y vigilancia por lo que les afecta en el préstamo
de sus servicios. La propuesta tiene como finalidad mantener un sistema de
comunicaciones ininterrumpido y confiable.
Descriptores: Control, Monitoreo, Organización, Entrada y Salida
INTRODUCCIÓN
El sol es una fuente muy poderosa de energía. Sin su luz y calor, la vida
humana en nuestro planeta no sería posible; el impacto que produce la posibilidad
de utilizar la energía solar en forma controlada y para nuestros fines, ha permitido
el desarrollo de sistemas completos de transformación, almacenamiento y
distribución, según convenga.
El interés general por la energía solar se ha acrecentado en los últimos años.
Se trata de la más atractiva de las fuentes energéticas alternativas del futuro, no solo
por ser limpia y gratuita, sino también por su abundancia y su carácter inagotable a
escala humana.
La energía del sol es eternamente renovable y fácilmente almacenable. La
gran variedad de formas de almacenamiento y características particulares de cada una
de ellas permiten su utilización con gran versatilidad, desde la pequeña escala de una
granja hasta la interconexión con redes nacionales de energía eléctrica.
La energía solar puede ser aprovechada de modos diversos. Además de las
formas simples empleadas para secar ropa, calentar agua, o para secar cosechas,
podemos utilizar la energía del sol para producir electricidad destinada a hogares,
oficinas o empresas, lo que se denomina electricidad solar o energía fotovoltaica
(FV).
Para la empresa SOLUTEL, C.A. la oportunidad de brindar servicios
innovados de manera tal que ofrezca a sus clientes facilidades laborales, económicas
y permanentes, revolucionaría e incrementaría su nivel económico, tecnológico,
social y empresarial, si la misma introdujese dentro de sus productos y servicios
alimentación de energía eléctrica a través de un sistema alternativo; ahora bien, es
conocido por los habitantes del estado Carabobo (lugar donde la misma presta sus
servicios), la problemática existente de suministro de energía por parte de las un
sistema de suministro de energía alternativa utilizando celdas fotovoltaicas para la
centrales hidroeléctricas, es por ellos que a continuación se plantea una propuesta de
alimentación de sus equipos de comunicación.
Esta investigación se realiza como requisito indispensable para poder aprobar
la cátedra de Pasantías I del 9no semestre de la carrera de Ingeniería en
Telecomunicaciones, la cual está conformada por cinco (5) capítulos, los cuales
atienden los siguientes puntos:
El Capítulo I se basa principalmente en la reseña histórica de la empresa, de
igual manera en los valores, funciones, objetivos estratégicos de ATIT, entre otros.
El Capítulo II describe la problemática que presenta la empresa como
también, la posible solución de la misma, el objetivo general y los específicos que se
realizaran en las pasantías, que marcan las pautas como necesarias para realizar la
presente investigación.
El Capítulo III se basa en la parte conceptual de la investigación, con la
finalidad de afianzar y relacionar los conocimientos teóricos con los prácticos.
Representa la “explicación” teórica para comprender la naturaleza del hecho
investigado, o lo que es lo mismo, sustentar teóricamente el estudio.
El Capítulo IV describe el diseño de estudio en detalle, indica el nivel de la
investigación y la metodología de la investigación. De igual manera expresa con
detalle cada una de las fases del proyecto.
Y por último El Capítulo V se nombran todos los recursos necesarios que
serán utilizados con la finalidad concretar el objetivo general de la investigación con
éxito.
CAPÍTULO I
LA EMPRESA
1.1. Ubicación
La empresa SOLUTEL, C.A. se encuentra ubicada en Venezuela, estado
Carabobo, municipio San Diego en la urbanización “El Morro 1” calle 145, Casa
493.Cabe destacar que los Servicios prestados por la empresa son prestados
directamente en la ubicación de los clientes (Ver figura 1).
Figura 1: Mapa direccional
SOLUTEL C.A. ubicada En la urbanización “El Morro 1” calle 145, casa 493
Fuente: Google maps
1.2. Reseña histórica
SOLUTEL, C.A. es una empresa de telecomunicaciones ubicada en Venezuela
que presta diferentes servicios de seguridad y redes de una manera sencilla y eficaz,
para siempre encontrar el confort necesario para los clientes y usuarios.
Fue constituida como una empresa privada de servicios de telecomunicaciones
en general, inscrita por Orlando Mendoza y su socio Edward Vallenilla en el Registro
Mercantil bajo el No. 40 del Tomo 119-A, en la ciudad de Valencia el 25 de
septiembre del año 2009.
Concretó sus primeros pasos como empresa en el año 2010 en el área de redes,
trabajando bajo los protocolos de comunicación y sus diferentes familias e interfaces.
Su fundador y hoy en día Director General de la empresa Orlando Mendoza, fue
quien tomó las riendas de diversos proyectos junto a varios trabajadores de campo. El
crecimiento de la empresa se vio directamente afectado en sus primeros años con la
gran competitividad que existe en este ámbito laboral, tomando proyectos a pequeña
escala y sin ningún tipo de requerimientos futuros.
A mediados del año 2010, un trabajo en conjunto con la empresa XT-
TELECOM, C.A. en el área de circuitos cerrados de televisión (CCTV), impulsa una
adición en el sector laboral de mano con una reestructuración de la empresa, la cual a
través de los años 2011 y 2012 da un buen resultado de crecimiento.
Para el inicio del año 2013 la clientela de la empresa SOLUTEL, C.A. había
evolucionado, junto a un personal de campo más completo, compacto y balanceado
de mano a un buen resultado administrativo que venía creciendo desde años
anteriores
El gran trabajo de esta empresa comenzó a dar grandes resultados, adoptando
grandes empresas como clientela fija, buscando soluciones, innovando y siempre
logrando satisfacer al cliente; de esta manera SOLUTEL, C.A. sigue día a día
creciendo con fuerza en el campo de las telecomunicaciones
1.3. Procesos básicos
Los procesos básicos que se realizan dentro de un proyecto de la empresa
SOLUTEL, C.A. están divididos en 4 niveles importantes.
1.3.1. Inspección
Antes de comenzar una obra se debe hacer una revisión e informe que contenga
las medidas del área efectiva de trabajo, ubicación de equipos a instalar, estado de
equipos previamente instalados por otras empresas si este es el caso y un estimado de
los materiales necesarios para llevar a cabo la obra. Con esto se conoce que desea
realmente el cliente y garantiza mayor fluidez para realizar el trabajo.
1.3.2. Negociación
En esta etapa se esquematiza mediante diferentes herramientas como planos,
informes e imágenes las diferentes fases del proyecto a cumplir. El punto importante
de este proceso es aclarar dudas a la clientela con respecto a instalaciones y diferentes
actividades a realizar durante el proyecto incluyendo su fecha de inicio y finalización,
aparte de concluir y cerrar costos del mismo.
1.3.3. Ejecución
Este proceso da inicio con la instalación de las vías de canalización, en conjunto
con su respectivo cableado. Seguido de esto se realiza la instalación de diferentes
equipos de comunicaciones, culminando con detalles como su programación y
configuración, revisión de su operatividad y la completa revisión del proyecto.
1.3.4. Entrega
En este último proceso se realiza la inducción del sistema en funcionamiento al
cliente en cuestión, aclarando detalles de funcionamiento a nivel de hardware y
software. Acompañando del cierre administrativo del proyecto.
1.4. Misión
Ofrecer servicios de telecomunicaciones que superen las expectativas de
nuestros clientes, apoyándose en un excelente servicio, tecnología de punta y gran
compromiso.
1.5. Visión
Crecer como una empresa modelo de telecomunicaciones, buscando siempre la
mejora en calidad de servicio, innovación y comodidad para nuestros clientes.
1.6. Valores
• Innovación
• Competitividad
• Excelencia
• Respeto
• Compromiso
• Comunicación
• Cumplimiento
• Integridad
• Honestidad
• Ética y profesionalismo
• Transparencia
1.7 Objetivos organizacionales
• Posicionar a SOLUTEL, C.A. como líder en innovación tecnológica de
productos y servicios en el sector de las telecomunicaciones en el mercado
nacional.
• Controlar la eficiencia de los productos y servicios.
• Satisfacer los requerimientos y expectativas de los clientes con productos y
servicios acordes con sus necesidades.
• Implementar y mantener el sistema de gestión de calidad, enfocado a las
necesidades de cada cliente.
1.8 Organigrama de SOLUTEL, C.A.
Figura 2: Organigrama de la empresa SOLUTEL, C.A.
Fuente: SOLUTEL, C.A.
CAPÍTULO II
EL PROBLEMA
2.1 Planteamiento del problema
La energía eléctrica primaria tal cual como la conocemos hoy en día, es desarrollada
de dos formas, la termoeléctrica, que mediante energía calórica producida por quema de
gas natural, carbón o petróleo y sus derivados, produce energía eléctrica; Y la hidroeléctrica,
que se basa en aprovechar la fuerza hidráulica contenida en los cauces de los ríos.
Ambas formas de obtener la energía eléctrica han producido grandes resultados
esperados por aquellos que las han implementado y así ha pasado a formar parte
fundamental de la vida humana. Es decir, no sólo constituye un bien de consumo final, sino
que además es insumo en la totalidad de los procesos industriales de producción.
A medida que ha pasado el tiempo, el ser humano ha ido dependiendo cada vez
más de los recursos energéticos, de tal manera que para el hombre moderno y su
ritmo de vida el consumo de energía se ha vuelto cada día mucho mayor, llegando a
ser sinónimo de actividad, transformación, progreso y evolución, siempre y cuando
ese consumo este ajustado a nuestras necesidades y se trate de aprovechar al máximo
las posibilidades que esta nos brinda. Sin embargo, al mismo tiempo que aumenta su
desarrollo se puede apreciar los diversos problemas que esto conlleva.
En la producción termoeléctrica se producen desperdicios que son altamente
contaminantes para la atmósfera, por la emisión de agentes tóxicos como humos,
hollines y otras partículas en suspensión, monóxido y dióxido de carbono en las
combustiones incompletas, siendo el ultimo el principal contribuyente al
calentamiento global (efecto invernadero), podemos mencionar también que los
recursos usados son escasos o mejor dicho no renovables, esto le da una clara ventaja
a la producción de energía hidroeléctrica, tomando en cuenta que estamos hablando
que de cierta manera esta es renovable pero limitada, ya que el ciclo de energía
hidroeléctrica, tomando en cuenta que estamos hablando que de cierta manera esta es
renovable pero limitada, ya que el ciclo de las aguas evapora 110.000 km3 de agua
anual, de los cuales 40.000 se precipitan sobre los continentes. Tomando en cuenta
que la altura media de los mismos sea de 800 m podríamos concluir que esto permite
una potencia teórica de 10 TW y siendo de este valor, solo un 15 % es aprovechable
para centrales hidroeléctricas. Considerando que la humanidad utiliza una potencia
promedio de 15 a 20 TW por año, surge que el recurso es limitado, además que la
invasión y destrucción de los hábitats naturales, da pie a la modificación de largo o
corto plazo del clima local.
También se conocen dos factores que pueden llegar a ser bastante incisivos en
ambos ciclos del desarrollo de la energía eléctrica, estos son el mantenimiento y la
renovación o actualización de los equipos en uso. Dejando en claro que con estas
actividades se evita directamente la posibilidad de presentar algún tipo de
inconveniente o problema en cualquiera de los equipos usados en ambos ciclos.
Claros ejemplos de estos problemas que se pueden acarrear son evidentes en
Venezuela, la cual sufrió una larga sequía que redujo significativamente el volumen de
agua de los embalses de las centrales hidroeléctricas. Para el año 2009, gran parte de
la energía eléctrica consumida por los venezolanos dependía de estas centrales. La
principal central del sistema hidroeléctrico nacional era y sigue siendo la Central
Simón Bolívar, con capacidad de generación de 10.000 MW, pero que ahora está
generando solamente unos 5.000 MW, ya que se ha visto afectada por la sequía, y
para inicios de febrero de 2010, el nivel del embalse había descendido nueve metros
debajo de su nivel óptimo. Tomando como referencia 271 metros sobre el nivel del
mar como medida máxima establecida para que los equipos de la central
hidroeléctrica Simón Bolívar tengan un buen desempeño.
También cabe mencionar las centrales termoeléctricas del país como por
ejemplo Planta Centro, la cual posee una capacidad instalada de 2 mil MW y que está
repartida en cinco unidades de 400 MW cada una. En los últimos meses solamente
dos unidades se encontraban operativas.
Especialistas eléctricos de nuestro país creen que sea poco probable que Planta
Centro logre recuperarse de este problema a corto plazo, siendo falta de
mantenimiento en los últimos años la principal causa. Otras plantas presentan
situaciones similares por razones de combustible, trasmisión asociada y
adicionalmente, plantas operativas han reducido su generación desde el inicio de lo
que se podría llamar la crisis eléctrica en Venezuela. Adicionalmente, el consumo de
electricidad del país se ha estado incrementando en un 6% anual, porcentaje que
supera el ritmo de crecimiento en la oferta eléctrica que se ha estado instalando.
Tomando en cuenta esta serie de problemas que se han presentado en el sistema
eléctrico venezolano a lo largo de los últimos 4 o 5 años y no solo esto sino que
también se hacen más notorios con el tiempo, se podría fácilmente concluir que el
avance y crecimiento de muchos sectores económicos se han visto afectados de
manera directa, como es el caso del sector empresarial y tecnológico, siendo más
específicos al sector de las telecomunicaciones. Problemas que afectan desde
pequeñas a grandes empresas, de las cuales muchas ya han tomado previsiones, junto
al desarrollo de sistemas alternativos de energía.
Dentro de este grupo de empresas, SOLUTEL, C.A. empresa ubicada en el
municipio San Diego del Estado Carabobo, dedicada a la ejecución de proyectos,
instalación y mantenimiento en general en las áreas de informática y
telecomunicaciones, así como también a la instalación, mantenimiento, reparación y
asistencia técnica a equipos de computación y telecomunicaciones, seguridad
electrónica y circuito cerrado, siendo más específicos a la instalación de servidores,
diseño de redes y cableado estructurado junto al servicio de circuitos cerrados de tele-
vigilancia; también se ha visto directamente afectada en el préstamo de sus servicios
por los problemas anteriormente mencionados que presentan el sistema eléctrico
venezolano.
Dicho esto, se puede recalcar que la falla en uno de los equipos o sistemas
instalados por la empresa SOLUTEL, C.A. puede llegar a ser la razón de pérdida de
información dentro de la red del cliente al cual van dirigidos los servicios. Debido a
estos inconvenientes, SOLUTEL, C.A. tiene como premisa que el cliente quede
satisfecho con el servicio prestado, pero siempre tomando en cuenta cubrir a mayor
escala la falta del sistema de energía eléctrico primario. También cabe destacar que
los sistemas eléctricos a los cuales se han recurrido no logran cubrir la expectativa de
algunos clientes en la relación costo/estabilidad, ya que la durabilidad de energía
proporcionada por el equipo no es la suficiente.
Es por esto que se plantea la búsqueda de un sistema alternativo de energía con
celdas fotovoltaicas de manera que la falla del sistema eléctrico primario no sea un
inconveniente para la operatividad normal de los equipos o sistemas prestados por la
empresa SOLUTEL, C.A. y buscando siempre brindar un servicio completo a su
cartera de clientes.
2.2. Formulación del problema
¿Cómo se pueden alimentar de los equipos de comunicaciones distribuidos por
la empresa SOLUTEL, C.A. ubicada en el estado Carabobo?.
2.3. Objetivos de la investigación
2.3.1. Objetivo General
Proponer un sistema de suministro de energía alternativa utilizando celdas
fotovoltaicas para la alimentación de los equipos de comunicaciones distribuidos por
la empresa SOLUTEL, C.A.
2.3.2. Objetivos Específicos
• Realizar un diagnóstico del estado actual de las instalaciones eléctricas de la
empresa en cuestión.
• Realizar un estudio de factibilidad del proyecto.
• Propuesta técnica del desarrollo del proyecto
2.4. Justificación
La empresa SOLUTEL, C.A. es una compañía que tiene como finalidad satisfacer las
necesidades y solicitudes de sus clientes, de manera tal, que puedan disfrutar de un
servicio óptimo con la menor cantidad de fallas posibles.
Es por ello, que la empresa SOLUTEL, C.A. tuvo como necesidad proponer el
desarrollo de un sistema alternativo de energía, capaz de alimentar los equipos de
comunicación distribuidos debido a las persistentes fallas del sistema eléctrico
venezolano.
Por lo tanto, con este proyecto de pasantía, se busca obtener una mejoría técnica
en las redes de comunicación de las empresas a las cuales SOLUTEL, C.A. presta sus
servicios, ya que consta de una actualización e incorporación de una nueva tecnología
en el sistema eléctrico en estas empresas.
2.5. Alcance
Es importante tener en cuenta el objetivo final de dicho proyecto el cual es una
propuesta de desarrollo de un sistema alternativo de energía, capaz de alimentar los
equipos de comunicación distribuidos por la empresa SOLUTEL, C.A. ubicada en el
estado Carabobo.
El presente informe abarca lo que es sólo la elaboración de un sistema
alternativo de energía, capaz de alimentar los equipos de comunicación distribuidos
por la empresa SOLUTEL, C.A., con sus pertinentes cálculos, estudios geológicos y
económicos, a parte de la asignación de los equipos correspondientes para el perfecto
funcionamiento del mismo.
2.6. Limitaciones
La ejecución del proyecto se ve comprometida o limitada directamente por el
cliente al cual SOLUTEL, C.A. presta sus servicios, ya que para poder visitar los
lugares en estudio, la empresa debe tener permiso previo para poder acceder a sus
instalaciones, siempre teniendo presente que para llevar a cabo ciertos análisis
necesarios para el desarrollo de este proyecto, se puede entorpecer la labor o trabajo
del cliente en cuestión. La disponibilidad de los equipos necesarios en el mercado es
otra de las limitantes de este proyecto. Una de las principales limitaciones que se
presentan en el desarrollo del proyecto será el corto tiempo con que se cuenta, ya que
se necesita un tiempo mayor, para la materialización de los diferentes tipos de
actividades.
CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
`
En el siguiente capítulo se tratarán las investigaciones previas de trabajos y
proyectos que se llevaron a cabo con anterioridad y que a través de su contenido
puedan contribuir al desarrollo de un nuevo proyecto, y que de alguna manera
referencien de la magnitud e importancia del mismo, para ello se dará a conocer un
detallado resumen de tesis y proyectos de grado que guardan alguna similitud con el
presente proyecto.
3.1. Antecedentes de la investigación
A continuación se presentarán algunas investigaciones relacionadas al presente
informe, tanto en la parte teórico - práctico como en la parte metodológica:
En primer lugar se tiene a Caso Sánchez, María Jose y a Abou-Said, Wael Tabet
(2008) presentaron el trabajo de grado titulado: “Evaluación de programas actuales
de uso de energía solar en construcciones civiles en Venezuela”, para optar al título
de Ingeniero Civil en la Universidad Católica Jose Andrés Bello.
La similitud que presenta éste trabajo con éste proyecto de pasantías, son los
análisis ecológicos y monetarios realizados con respecto a un sistema de energía
alterna como lo es la energía solar, para energizar sin problema alguno varios equipos
de trabajo, los cuales guardan ciertas similitudes en los resultados, sin embargo
presentan también ciertas diferencias gracias a los distintos campos laborales a los
que se emplean los proyectos.
En segundo lugar se tiene a Domínguez Gonzáslez, Hector (2012), como
proyecto de investigación, quien presento su trabajo titulado: “Diseño de un sistema
fotovoltaico para la generación de energía eléctrica en el cobaev 35 Xalapa” para
optar por el título de Ingeniero Eléctrico en la Universidad Verecruzana de México.
La similitud que presenta el proyecto de investigación con este proyecto de
pasantías, son los estudios realizados para proponer el uso de la energía solar como
opción factible dentro de una empresa, a diferencia que uno está centrado una
empresa en su totalidad, mientras el segundo va dirigido al departamento de
comunicaciones.
En tercer lugar se tiene a Fernández Collado, Eduardo (2009), como proyecto
de investigación, quien presento su trabajo titulado: “Energía solar fotovoltaica,
competitividad y evaluación económica, comparativa y modelos”
La similitud que presenta este proyecto de investigación con este proyecto de
pasantías, son los estudios de factibilidad y análisis energéticos que se desarrollan
dentro del mismo.
3.3. Bases teóricas
3.3.1 El sol y la importancia de su energía
El sol es una estrella con forma esférica ubicada en el centro del Sistema Solar,
por sí solo, representa alrededor del 99,86% de la masa del mismo. Consiste en su
mayoría de materia en estado de plasma caliente entretejido con campos magnéticos.
El origen de la energía que el sol produce e irradia está en las reacciones nucleares
que interrumpidamente se realiza en su interior y un estimado en su cantidad ronda
cerca de los 63.450.720 W/m². En ellas, los átomos de hidrogeno se combinan entre sí
para formar átomos de helio y al mismo tiempo, una pequeña parte de la masa de
dichos átomos, se convierte en energía, la cual fluye desde el interior hasta la
superficie (fotosfera) y desde allí es irradiada al espacio en todas las direcciones y
parte de ella llega a la tierra viajando aproximadamente 149.600.000 kilómetros
recorriéndolos en un tiempo cercano a 9 minutos. Su Manera de propagación puede
ser una de las siguientes formas:
• Radiación electromagnética, la cual incluye: los rayos ultravioleta, los rayos
X, la luz visible, las radiaciones infrarrojas, las microondas y las ondas de
radio.
• Viento Solar, compuesto por partículas atómicas energizadas: neutrinos y
protones.
La radiación electromagnética se puede considerar como un flujo de partículas
llamadas fotones, los cuales se desplazan en forma de ondas a la velocidad de la luz y
transportan la energía de un punto a otro. Cada fotón tiene una energía proporcional a
la frecuencia de la onda asociada, la cual viene dada por la siguiente ecuación:
E = h ⋅υ (1)
Donde:
E: Energía de un fotón en Jouls (J)
h: Constante de Planck
υ : Frecuencia (Hz)
Según esta ecuación, se puede afirmar que a mayor longitud de onda (menor
frecuencia), menor energía. Por eso cabe destacar en la figura 3 del espectro solar
donde podemos ver los tres tipos de radiaciones fundamentales:
• Los rayos ultravioleta, con longitudes de onda comprendidas entre 0, 1 y 0,4
micrómetros, y que transportan junto con los rayos X y los rayos gamma un 9
% de la energía total emitida por el Sol.
• Los rayos visibles o luminosos, con longitudes de onda superiores -entre 0,4 y
0,78 micrómetros- y que transportan aproximadamente el 41 % de la energía
solar total.
• Los rayos infrarrojos, con longitudes de onda comprendidas
predominantemente entre 0,78 y 3 micrómetros (la banda correspondiente al
infrarrojo próximo), y que transportan el 50 % restante de la energía solar.
Figura 3: Espectro solar (conjunto de longitudes de onda emitidas por el sol y
recibidas por la tierra)
Fuente:http://www.meteorologiaenred.com/la-radiacion-en-la-superficie-terrestre.html
La energía que llega al exterior de la atmósfera terrestre sobre una superficie
perpendicular a los rayos solares lo hace en una cantidad fija, llamada constante
solar (1354 W/m² valor medio según la NASA) variable durante el año un ± 3% a
causa de la elipticidad de la órbita terrestre, el valor máximo se encuentra en el
perihelio (lugar donde un planeta se encuentra más cercano al sol) y corresponde a
1395 W/m² y el valor mínimo se encuentra en el afelio (lugar donde un planeta se
encuentra más lejano al sol) y es de 1308 W/m². Sin embargo, la potencia de la
radiación depende del momento del día, las condiciones atmosféricas y la ubicación.
Bajo condiciones óptimas se puede asumir un valor aproximado de radiación de 1000
W/m² en la superficie terrestre. Esta radiación puede llegar a la tierra en forma directa
o difusa.
• Radiación directa: es aquella que llega directamente del Sol hasta algún objeto
superficie terrestre, sin reflexiones o refracciones en su recorrido. Este tipo de
radiación puede reflejarse y concentrarse para su utilización. Además se
caracteriza por producir sombras bien definidas de los objetos que se interponen
en su trayecto.
• Radiación difusa: corresponde a la radiación emitida por el sol y que sufre
alteraciones en su recorrido desde que ingresa a la atmosfera, siendo reflejada
por partículas de polvo atmosférico, montañas, árboles, edificios, etc., o
absorbida por las nubes. Producto de las constantes reflexiones va perdiendo
energía. No proyecta sombra de los objetos que se interponen en su recorrido.
Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que
ven pueden ver el cielo en todas la direcciones, mientras que las verticales
reciben menos porque sólo ven la mitad.
Cuando la radiación logra llegar a la tierra de las formas anteriormente
nombradas, podemos hacer presente estas dos nuevas formas de radiación:
• Radiación reflejada: Es el tipo de radiación procedente de la reflexión en
el suelo u otras superficies próximas, es decir incide sobre una superficie.
La cantidad de radiación dependerá directamente del coeficiente de
reflexión de la superficie, también llamado albedo. Por otra parte, las
superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no
"ven" por así decirlo a la superficie terrestre, mientras que las superficies
verticales son las que más reciben.
• Radiación solar global o total: Es la suma de las componentes de
radiación directa más la difusa más la reflejada. El instrumento necesario
para medir la radiación global es el piranómetro. Este se utiliza a veces
para medir la radiación incidente sobre superficies inclinadas y se dispone
en posición invertida para medir la radiación global reflejada (albedo).
Para medir solamente la componente difusa de la radiación solar, la
componente directa se cubre por medio de un sistema de pantalla o
sombreado.
La radiación es aprovechable en todas sus formas, bien sea directa, difusa,
reflejada o en la suma de ellas. En un día despejado, la radiación directa es mucho
mayor que la radiación difusa. Por el contrario, en un día nublado no existe radiación
directa y la totalidad de la radiación incidente corresponde a radiación difusa. Por eso
es importante señalar el siguiente concepto:
Hora solar pico: es una unidad utilizada para contabilizar la cantidad de
energía solar durante un tiempo determinado. Es equivalente a la energía que genera
una radiación solar de 1000W/m2 durante 1 hora. Este parámetro es importante
debido a que los fabricantes de módulos fotovoltaicos expresan sus valores eléctricos
referidos a una radiación de 1.000 W/m²; por lo tanto, para saber la cantidad de
energía diaria que producirá un módulo fotovoltaico se debe multiplicar la potencia
nominal del mismo por el número de horas de sol pico de la localidad donde el
módulo vaya a ser instalado.
Es importante recalcar que la radiación no se producirá de manera constante a
lo largo del día gracias a las diferentes maneras de radiación y atenuaciones
existentes, de esta manera tampoco lo será la energía producida por los módulos
fotovoltaicos. En la figura 4, se muestra una curva de radiación a lo largo de un día;
en la misma, la energía se calcula como el área bajo la curva en rojo. Ahora bien, las
horas Sol Pico (la base del rectángulo verde) son las horas necesarias para producir
una energía igual a la energía total recibida pero con una radiación constante de 1
kW/m2.
Figura 4: Interpretación gráfica de la hora solar pico a lo largo de un día
Fuente: http://www.oocities.org/imosolar/cont-74.jpg
Masa de aire: Es una medida de la distancia que recorre la radiación a través
de la atmósfera y la misma varía en función del ángulo de incidencia, según la
ecuación 2:
AM= 1cosθ
Donde:
Masa de aire (por sus siglas en inglés “Air Mass”)
θ: Ángulo entre el rayo vector del Sol y la perpendicular a la superficie del
lugar.
Figura 5: Masa de Aire
Fuente: http://eltiempo.lasprovincias.es/meteorologia/los-frentes
En el espacio exterior la masa de aire es cero (AM=0) y cuando el Sol está en
su punto más alto y sus rayos caen perpendicularmente a la tierra, tal como se
muestra en la Figura 5, la masa de aire es igual a la unidad (AM=1); es decir, la
distancia recorrida por los rayos solares en ese momento será de 1 atmósfera de
longitud.
3.3.2 Principios físicos. Estructura del átomo. Materiales conductores,
semiconductores y aislantes
La materia está constituida por átomos, en los cuales distinguimos dos partes
bien diferenciadas que son el núcleo, que es la parte central del átomo y contiene
protones con carga positiva y neutrones eléctricamente neutros, y la corteza, que es la
parte exterior en la cual se encuentran los electrones, cuya carga es negativa y que
giran alrededor del núcleo. Los electrones se agrupan en niveles de energía, los cuales
a su vez forman dos bandas: la banda de valencia y la banda de conducción. La banda
de valencia está formada por los electrones que necesita el átomo del material para
ser eléctricamente neutro, mientras que la banda de conducción está compuesta por
los electrones que pertenecen a átomos que habiendo completado su último orbital,
compartiendo sus electrones con los átomos cercanos, se pueden desprender del
átomo con una pequeña energía. Cuando un electrón se encuentra en la banda de
conducción es libre de moverse por el material.
Entre estas dos bandas se encuentra una franja vacía, también conocida como
gap de energía, brecha de energía o zona prohibida. Para pasar de un nivel de energía
a otro, los electrones necesitan absorber o emitir energía, dependiendo de si estos
pasan de un nivel de energía inferior a uno superior o viceversa. El número de
electrones de la banda más exterior se conoce como electrones de valencia y estos son
capaces de interrelacionarse con otros formando enlaces que a su vez conforman una
red cristalina. Al lugar dejado por la ausencia de un electrón que ha sido liberado se le
conoce como hueco y el mismo se puede considerar como una carga eléctrica de igual
magnitud que la carga del electrón pero de signo contrario. Estos huecos también se
consideran portadores de electricidad debido a que al liberarse un electrón se genera
un par electrón-hueco; este hueco puede ser ocupado por algún otro electrón, que a su
vez deja un hueco en la posición que ocupaba el mismo anteriormente. Por lo tanto,
los huecos se desplazan en dirección contraria a la del electrón. Desde el punto de
vista de la conducción de electricidad se pueden distinguir tres tipos de materiales, los
cuales son:
• Materiales conductores: En estos, los electrones de valencia están poco ligados
al núcleo, por lo que la fuerza de atracción es mínima y las bandas de valencia y
de conducción están muy cercanas e incluso a veces hay solapamiento entre
ambas, por lo que el gap de energía es cero o muy pequeño (menor a 1eV). Esto
hace que dichos electrones se puedan mover con facilidad dentro de la red
cristalina respondiendo a agentes externos como: campos eléctricos, campos
magnéticos, fotones o el calor. Algunos ejemplos de estos materiales son los
metales como el oro, la plata, el aluminio y el cobre
• Materiales aislantes: En estos la banda de valencia se encuentra totalmente
ocupada y existe una gran separación energética entre esta y la banda de
conducción (generalmente por el orden de los 5 eV. Como la energía necesaria
para que un electrón salte a la banda de conducción es muy grande, este tipo de
materiales se opone al paso de la corriente. Ejemplo de estos materiales son la
cerámica, el vidrio, el plástico y la mica.
• Materiales semiconductores: En este tipo de materiales los electrones de
valencia están más ligados al núcleo que en los conductores, pero la brecha de
energía (aproximadamente 1 eV) es mucho menor a la de los materiales
aislantes, por lo que suministrando una cantidad de energía relativamente baja,
se puede conseguir que los electrones se desplacen a la banda de conducción,
donde pueden ser orientados mediante un campo eléctrico generando así una
corriente eléctrica. Algunos materiales semiconductores son el Silicio, el
Germanio y el Arsenuro de Galio.
3.3.3 La celda solar. Definición y funcionamiento
La celda solar es un dispositivo semiconductor capaz de convertir la energía
solar en energía eléctrica a través del principio del efecto fotoeléctrico, el cual fue
descrito a nivel cuántico por Albert Einstein, lo cual le valió el premio Nóbel de
Física en el año de 1921. Este efecto consiste en el desprendimiento de electrones
(fotoelectrones) de los metales al incidir la luz en estos, debido a la absorción por el
metal de la energía de la radiación electromagnética. Dichos electrones libres se
pueden dirigir en una misma dirección en presencia de un campo eléctrico,
formándose así una corriente eléctrica. La cantidad de electrones liberados es función
tanto de la frecuencia de los fotones que inciden sobre el metal como de la intensidad
de la luz (número de fotones). Solo fotones de ciertas frecuencias tienen la cantidad
de energía requerida para liberar los electrones y una mayor intensidad de esa
frecuencia liberará más electrones.
Las celdas solares se construyen de Silicio, el cual tiene cuatro electrones de
valencia. Al igual que los diodos, las celdas solares basan su funcionamiento en la
unión p-n, la cual está formada por dos regiones, una región n (negativa) y una región
p (positiva), para crear un potencial de contacto que separa los electrones de los
huecos una vez que aquellos han sido desprendidos por el efecto de la radiación solar.
El material semiconductor n se produce introduciendo impurezas (esto se
conoce como dopar el material) pentavalentes al cristal de Silicio. Generalmente se
utiliza el Fósforo, ya que este tiene cinco electrones de valencia, por lo cual, el
material tipo n mostrará mayor afinidad por los electrones que el Silicio puro. Por
otro lado, para producir el material p, se deben añadir al cristal de Silicio impurezas
trivalentes, como por ejemplo Boro, el cual tiene tres electrones de valencia; por lo
que este material mostrará una afinidad por los electrones menor que la del Silicio
puro.
3.3.4 La unión p-n
Al unir los dos tipos de semiconductores n y p, se produce una difusión de
electrones de la región n hacia la región p, formándose entre ambas regiones una zona
que se conoce como región de deflexión, de carga espacial o de transición, la cual no
contiene cargas móviles, por lo que solo existen portadores fuera de la misma; de un
lado son predominantemente huecos y del otro electrones, formándose de esta manera
una diferencia de potencial en la unión. Esto hace que el gap de energía disminuya,
haciendo posible que ante pequeñas excitaciones pueda haber flujo de electrones.
Ahora bien, tal como se describió anteriormente, la energía de los fotones puede
hacer saltar los electrones hacia la banda de conducción, generándose de esta manera
el par electrón-hueco que son separados por el campo eléctrico que existe en la unión.
Si bajo esta condición se conecta una carga resistiva entre los contactos de la celda
solar, circulará una corriente eléctrica.
3.3.5 Circuito equivalente de la celda solar
La celda solar es representada por el circuito mostrado en la Figura 6
Figura 6: Circuito equivalente de la celda solar
Fuente: http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/tecnologia-de-celulas-y-modulos-
fotovoltaicos/Materiales/ud1/unidad-1.-la-celula-solar/
Donde:
RS: Resistencia serie. Representa la resistencia de contacto entre la celda y los
terminales de corriente.
RP: Resistencia shunt. Representa las pérdidas debidas a defectos estructurales
en la celda. En una celda ideal, RS = 0 y RSH = ∞; es decir, no hay pérdidas
por contacto ni corrientes de fuga.
IL: Corriente generada por la incidencia de los fotones en la superficie de la
celda solar (fotocorriente).
ID: Corriente del diodo.
V: Voltaje externo de la celda solar
De este circuito se puede obtener la expresión para la corriente entregada por la
celda solar:
I = I L− I D−(V + I�RS)
RP
Además de la corriente fotogenerada, simulada como una fuente de corriente, y
el diodo, que representa la unión p-n, se incorporan en el modelo dos resistencias,
cuyo efecto es importante sobre todo en los dispositivos fotovoltaicos industriales.
La resistencia serie se origina por la oposición a la corriente en el emisor, la
base, los electrodos de la célula solar y los contactos o uniones entre estos y el
semiconductor.
A mayor resistencia serie, menor será el factor de forma de la célula. La parte
de la curva IV más afectada por la resistencia serie es la que va desde el punto de
máxima potencia al de circuito abierto. En primera aproximación la resistencia serie
puede obtenerse de la curva IV como la pendiente de la curva en el punto de circuito
abierto. Para reducir la resistencia serie es clave realizar un buen diseño de la célula
solar, en el que los contactos metálicos frontales sean óptimos, su representación
gráfica se puede ver en la figura 7.
Figura 7: Impacto de la resistencia serie en el funcionamiento de una célula solar.
Fuente: http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/tecnologia-de-celulas-y-modulos-
fotovoltaicos/Materiales/ud1/unidad-1.-la-celula-solar/
La resistencia en paralelo ofrece un camino alternativo para la corriente
fotogenerada. En lugar de fluir a través de la unión p-n, fluye a través de la resistencia
paralelo, de modo que se reduce el voltaje de la célula. Cuanto menor sea la
resistencia paralelo, más corriente podrá desviarse por ella, y más se reducirá el factor
de forma de la célula y por tanto su eficiencia.
El impacto de esta resistencia paralelo es elevado sobre todo cuando la célula
trabaja a baja irradiancia. La resistencia en paralelo afecta sobre todo al primer tramo
de la curva IV y puede calcularse como el inverso de la pendiente de la curva IV en el
punto de cortocircuito. La resistencia paralelo baja suele tener su origen en defectos
de fabricación, por lo que para maximizarla es necesario mantener un buen control
del proceso productivo. Su representación gráfica se puede ver en la figura 8.
Figura 8: Impacto de la resistencia paralelo en el funcionamiento de una célula
solar.
Fuente: http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/tecnologia-de-celulas-y-modulos-
fotovoltaicos/Materiales/ud1/unidad-1.-la-celula-solar/
3.3.6 Curvas V-I y parámetros de la celda solar
Las curvas vistas en la figura 9, representan las características eléctricas de la
celda solar junto a una curva V-I típica de una celda solar, en la cual destacan los
siguientes puntos:
• Corriente de cortocircuito (Isc): Esta es la corriente que se obtiene al
cortocircuitar los terminales de la celda solar.
• Voltaje de Circuito Abierto (Voc): Esta es la tensión que se obtiene sin que haya
carga alguna conectada a la celda solar.
• Punto de Máxima Potencia (MPP): También llamado factor de forma o fill
factor (FF). Nos da una idea de lo cuadrada que es la curva IV de la célula, y es
mayor cuanto mayor sea la calidad de la célula solar. representa la potencia
máxima generada por la celda y se define como el punto de la curva V-I en el
que el área del rectángulo V·I es máxima. Para cualquier otro punto de la curva,
la potencia generada por la celda es menor a este valor. También se puede
obtener con la intersección de los valores denominados voltaje de máxima
potencia (Vm) y corriente de máxima potencia (Im).
Figura 9: Característica Tensión-Corriente de una celda solar
Fuente: http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/tecnologia-de-celulas-y-modulos-
fotovoltaicos/Materiales/ud1/unidad-1.-la-celula-solar/
3.3.7 Efectos de la radiación y la temperatura en el rendimiento de la celda solar
Los parámetros de la célula solar dependen fuertemente de la irradiancia o
intensidad de la radiación solar a la que está expuesta la célula. La corriente de
cortocircuito depende linealmente de la irradiancia. El voltaje de circuito abierto
también aumenta con la irradiancia, aunque más lentamente, según una función
logarítmica. La dependencia de la eficiencia con la irradiancia es compleja, y depende
de los valores de las resistencias serie y paralelo de la célula.
La temperatura también juega un papel importante. Al aumentar la temperatura,
se reduce la energía del gap y esto afecta a la mayoría de los parámetros de la célula,
sobre todo al voltaje de circuito abierto, que se reduce. Para el silicio la caída es
aproximadamente de 2,2 mV/ºC. La potencia máxima decae entre un -0,4 y un
0,5%/ºC, mientras que la corriente de cortocircuito aumenta ligeramente (en torno a
un 0,05%/ºC).
Según las curvas mostradas en la Figura 10, la potencia máxima generada por la
celda disminuirá cuando la temperatura aumente o cuando la radiación disminuya;
por lo que los fabricantes proporcionan factores de corrección para ajustar los valores
de tensión y corriente a los cambios de temperatura.
Figura 10: Curvas V-I para diferentes valores de radiación y temperatura
Fuente: http://www.urbe.edu/publicaciones/telematica/indice/html-vol7- 2/articulo9.html
3.3.8 Eficiencia y pérdidas de la celda solar
La eficiencia de una celda solar se define como el cociente entre la potencia
eléctrica máxima que esta puede entregar y la potencia luminosa que incide sobre su
superficie, tal como se expresa en la ecuación 4.
η= PsPe�100
Dónde:
η: Eficiencia de la celda solar
Ps: Potencia eléctrica generada por la celda
Pe: Potencia eléctrica que incide sobre la celda
Dependiendo del tipo de material que se utilice para la fabricación de la celda,
se pueden tener eficiencias teóricas que van desde 19% hasta un 25%, las cuales en la
práctica llegan hasta un valor máximo de 18%. Esto se debe principalmente a los
siguientes factores:
• Energía de los fotones incidentes. Como se describió en el apartado del efecto
fotoeléctrico, no todos los fotones tienen la energía suficiente para desprender
un electrón y por otro lado, si el fotón tiene un exceso de energía, esta se
perderá en forma de calor.
• Pérdidas por recombinación. Parte de los electrones liberados por los fotones
ocupan nuevamente huecos vecinos, a este proceso se le conoce como
recombinación y el mismo hace que la tensión de circuito abierto de la celda
disminuya desde aproximadamente 1,1 V (valor teórico) hasta un máximo de
0,6 V.
• Pérdidas por reflexión. Una parte de la luz que incide sobre la celda es
reflejada por esta debido a los recubrimientos a los que es sometida la misma en
el proceso de fabricación.
• Pérdidas por los contactos eléctricos. Al dotar a la celda de unos contactos
eléctricos en forma de rejilla para conducir la corriente, se disminuye el área
efectiva de la celda.
• Pérdidas por resistencia serie. Estas pérdidas se deben al efecto Joule producido
por el paso de la corriente eléctrica.
3.3.9 Tipos de celdas solares
Las celdas se pueden clasificar de acuerdo al tipo de material utilizado para su
fabricación. Los tres más comúnmente utilizados son: Silicio Monocristalino, Silicio
Policristalino y Silicio Amorfo, aunque también se usan, aunque en menor
proporción: Arsenuro de Galio, Cobre Indio Diselenuro y Teluro de cadmio. A
continuación se describen las celdas más frecuentemente utilizadas para la
fabricación de módulos fotovoltaicos.
• Celdas Fotovoltaicas Amorfas: Este tipo de celdas fotovoltaicas normalmente
se utilizan en pequeños paneles solares, como los de las calculadoras, relojes o
las lámparas de jardín, aunque cada vez son más utilizadas en aplicaciones de
mayor tamaño. Se fabrican depositando una película delgada de silicio sobre
una hoja de otro material tal como acero. El panel está formado de una pieza y
las celdas individuales no son visibles a simple vista. La eficiencia de paneles
solares fabricados con celdas fotovoltaicas amorfas no es tan alta como las
hechas de celdas fotovoltaicas individuales, aunque esto ha mejorado en los
últimos años al punto donde pueden verse como una alternativa practica a los
paneles realizados con celdas fotovoltaicas cristalinas. Su gran ventaja reside en
su costo ya que este es relativamente bajo. Sin embargo, por su baja eficiencia,
se requieren más paneles solares en un mayor espacio para generar la misma
potencia de salida y el espacio que los paneles solares fabricados de celdas
fotovoltaicas cristalinas. Su eficiencia de conversión esta aproximadamente
debajo del 10%.
• Celdas fotovoltaicas de silicio Monocristalino: Cuando se requiere de un
silicio de mayor pureza y eficiencia eléctrica, es posible entonces obtener silicio
monocristalino, en el que el bloque entero de silicio es un único cristal perfecto
lo que asegura que los electrones se desplacen más libremente. Estas se
obtienen cortando finas obleas de aproximadamente 200 a 400 µm de espesor a
partir de una barra cilíndrica de Silicio Monocristalino producida en hornos
especiales según el método denominado Czchralsky; cada barra se corta en
forma de obleas de medio milímetro de espesor, para su posterior uso en la
fabricación de circuitos integrados. La eficiencia teórica de estas celdas alcanza
el 25%, reduciéndose en la práctica a un máximo de 18%.
• Celdas fotovoltaicas de silicio Policristalino: El silicio policristalino está
conformado por pequeños cristales de una enorme pureza que hace que sus
propiedades eléctricas sean muy diferentes del silicio amorfo. Para que un
electrón recorra una micra por un cristal ordenado es un verdadero viaje
comparado con el silicio amorfo. El silicio policristalino se usa en paneles
solares. Las celdas fotovoltaicas policristalinas son más baratas, pero menos
eficientes que las celdas fotovoltaicas monocristalinas; son cuadradas, de modo
que cubra mayor área del panel solar, sin embargo, los paneles solares con
celdas policristalinas producen menos energía eléctrica que las celdas
fotovoltaicas monocristalinas tomando en cuenta un panel solar del mismo
tamaño. Este tipo de celdas alcanzan eficiencias de conversión de alrededor
14%. En la figura 11 se pueden ver los diferentes tipos de celdas fotovoltaicas.
Figura 11: Tipo de celda de silicio: monocristalino, policristalino y amorfa
Fuente: http://www.tualmacensolar.es/img/solar3.PNG
En la figura 12 se visualiza la estructura interna de la celda solar.
Figura 12: Estructura interna de la celda solar.
Fuente: http://users.dcc.uchile.cl/~roseguel/celdasolar.gif
En la misma se observa el frente de contacto, el contacto trasero, Silicio de tipo
N, Silicio de tipo P, la junta N-P y los contactos de la cara de la celda.
3.3.10 Conexión de celdas solares. El módulo fotovoltaico. Condiciones estándar
de prueba (STC)
Las celdas solares se agrupan entre sí mediante conexiones serie-paralelo (como
se puede visualizar en la figura 13 y 14) para formar los módulos fotovoltaicos, a fin
de poder manejar más corriente, voltaje y por ende más potencia, ya que la tensión de
una sola celda es de aproximadamente 0,5 V. Normalmente se habla de módulos de 6,
12, 24,36 y 48 V, cuya potencia puede variar desde unos pocos vatios hasta algo más
de 200 W. En una red de sistemas fotovoltaicos, la elección de la potencia total del
sistema y el voltaje de las baterías deben ser cuidadosamente considerados en la fase
de diseño. Hay que estar atento a los valores actuales, es decir, si su valor de salida es
superior a los 70A, los paneles y el sistema puede estar dañado y podría ver con la
administración de energía. Para evitar esto, se usa una conexión serie-paralelo (ver en
la figura 15) para aumentar la tensión y la corriente simultáneamente, optimizando la
eficiencia de trabajo de los paneles.
Figura 13: Conexión serie de celdas fotovoltaicas, con su respectivo voltaje
de salida.
Fuente: http://www.mpptsolar.com/es/paneles-solares-serie.html
Figura 14: Conexión en paralelo de celdas fotovoltaicas, con sus respectiva
corriente de salida.
Fuente: http://www.mpptsolar.com/es/paneles-solares-paralelo.html
En la figura 15 se muestran las conexiones serie-paralelo posibles con los
paneles solares y sus efectos en voltaje y corriente.
Figura 15: Conexión en serie-paralelo de modulos fotovoltaicos, con su
respectiva corriente y voltaje de salida.
Fuente: http://www.mpptsolar.com/es/paneles-solares-serie-paralelo.html
Un módulo fotovoltaico consta de: un marco soporte que la mayoría de las
veces es de aluminio anodizado, una base inferior construida en general por un
polímero de plástico, las celdas fotovoltaicas conectadas entre sí, una cubierta
superior de vidrio templado que además de proteger al módulo facilita la entrada de
los rayos solares y una caja de conexiones que se sitúa en la parte posterior del
módulo y en la cual se encuentran los contactos eléctricos y los diodos de protección.
En la Figura 16 se muestran las distintas partes de un módulo fotovoltaico.
Figura 16: Componentes de un módulo solar fotovoltaico
Fuente: http://www.elinte.net/paginag/imga.jpg
Dónde:
1) Marco soporte.
2) Caja de conexiones.
3) Placa con las características eléctricas del módulo.
4) Cubierta posterior y material encapsulaste para proveer protección contra las
condiciones ambientales.
5) Celdas.
6) Cubierta de vidrio.
7) Bus de conexión de las celdas 8) Distancia de seguridad entre el marco y las
celdas.
Al igual que en el caso de las celdas solares, las características eléctricas del
módulo fotovoltaico se representan por medio de las curvas V-I, las cuales son
medidas bajo condiciones estándar de prueba (STC por sus siglas en Inglés); estas
condiciones son: Irradiación 1.000 W/m2, Masa de Aire 1,5; Temperatura de la celda
25ºC. A veces los fabricantes también proporcionan los parámetros de los módulos
fotovoltaicos bajo las condiciones NOCT (temperatura de operación normal de la
celda), las cuales son: Irradiación 1.000 W/m2, Masa de Aire 1,5; Temperatura
ambiente 20ºC. Los parámetros eléctricos de un módulo fotovoltaico son los
siguientes:
• Potencia Pico (Pp): Es la máxima potencia que el módulo fotovoltaico es
capaz de generar.
• Voltaje de máxima potencia (Vmp): Es la tensión del módulo cuando está
entregando la máxima potencia.
• Corriente de máxima potencia (Imp): Es la corriente que suministra el
módulo cuando la potencia que entrega es máxima.
• Voltaje de circuito abierto (Voc): Es la máxima tensión que el módulo es
capaz de generar cuando no tiene carga alguna conectada.
• Corriente de cortocircuito (Isc): Máxima corriente que puede proporcionar el
módulo con sus terminales de salida en cortocircuito.
• Coeficientes de temperatura: Como se señaló anteriormente, los parámetros
eléctricos del módulo varían con la temperatura, por lo cual los fabricantes
incluyen coeficientes que permiten ajustar los valores de Isc, Voc y Pp a
diferentes valores de temperatura.
3.3.11 El sistema fotovoltaico. Tipos y componentes
Como se describió anteriormente, el módulo fotovoltaico es el componente
fundamental de un sistema de generación solar fotovoltaica y así como se pueden
interconectar varias celdas para proporcionar más voltaje y corriente y formar de esta
manera lo que se conoce como módulos fotovoltaicos, se pueden agrupar varios de
estos módulos con la misma finalidad para formar un panel, el cual según el Código
Eléctrico Nacional (C.E.N.) es un “Conjunto de módulos unidos mecánicamente,
cableado y diseñado para ser instalado en el campo”.
También se habla de arreglo o fuente de potencia fotovoltaica a la agrupación
de varios paneles, tal como lo expresa el C.E.N. en su artículo 690.2: el arreglo “Es
un conjunto de módulos integrados en forma mecánica o paneles con una estructura
soporte y su fundación, seguidor de orientación, y otros componentes, según se
requiera, para constituir una unidad de CC productora de energía”; sin embargo,
además de los módulos hacen falta otros componentes para poder hacer uso de la
energía aportada por estos.
En principio, se requiere de un banco de baterías (acumuladores) para suplir la
demanda del sistema cuando los módulos no aporten energía (de noche o en días
nublados); también se requiere de controladores de carga (reguladores) que
garanticen niveles de tensión y corriente adecuados para cargar las baterías, debido a
que la tensión generada por los módulos fotovoltaicos no es constante, sino que
depende del nivel de radiación recibida y de la temperatura; por otro lado se necesitan
inversores si se van a alimentar equipos en corriente alterna, ya que la energía
generada por los módulos es en DC, esto por citar algunos de los componentes más
importantes. Más adelante se describirán en detalle cada uno de estos. Sin ánimo de
hacer una clasificación exhaustiva, se pueden distinguir tres tipos de instalaciones o
sistemas solares fotovoltaicos principalmente: Los sistemas aislados de la red,
también conocidos como Sistemas Autónomos (Stand-Alone Systems), los Sistemas
conectados a la red, también conocidos como Grid-Connected Systems y los sistemas
híbridos. Los primeros a su vez se pueden subdividir en: Sistemas centralizados, que
cubren la demanda de un grupo de usuarios y Sistemas descentralizados, que cubren
la necesidad de un solo usuario. De igual manera, se puede establecer una división
entre los sistemas con conexión a la red, los cuales pueden ser: Sistemas no
interactivos, que usan la red como un cargador auxiliar para las baterías, pero no
suministran energía a la red y Sistemas interactivos que pueden absorber o entregar
energía a la red, dependiendo de la demanda que tengan dichos sistemas; mientras
que los sistemas híbridos son aquellos que incorporan diferentes fuentes generadoras
de electricidad (en conjunto con la fuente de potencia fotovoltaica) para la misma
aplicación; dichas fuentes pueden ser aerogeneradores o generadores basados en un
motor alimentado con combustible. En las siguientes Figuras (17, 18, 19, 20) se
muestran los diagramas de las distintas configuraciones que puede tener un sistema
solar fotovoltaico, estos diagramas fueron tomados del Estándar 1374 de IEEE:
Figura 17: Diagrama de bloques de un sistema conectado a la red.
Fuente: http://eliseosebastian.com/diagramas-instalaciones-con-paneles-fovoltaicos-2/
Figura 18: Diagrama de bloques de un sistema Autónomo.
Fuente: http://eliseosebastian.com/diagramas-instalaciones-con-paneles-fovoltaicos-2/
Figura 19: Diagrama de bloques de un sistema Híbrido.
Fuente: http://eliseosebastian.com/diagramas-instalaciones-con-paneles-fovoltaicos-2/
Figura 20: Diagrama de bloques de un sistema que puede trabajar como
autónomo, Híbrido y conectado a la red e interactivo.
Fuente: http://eliseosebastian.com/diagramas-instalaciones-con-paneles-fovoltaicos-2/
3.3.12 El controlador de carga (regulador)
Un regulador de carga es un equipo electrónico capaz de evitar la sobrecarga y
la descarga excesiva de un acumulador cuando se alcanzan determinados umbrales,
generalmente determinados por la tensión en bornes de la batería. Para proteger frente
a la sobrecarga, el regulador puede desconectar de la batería (regulador serie, figura
21) o bien derivar la corriente del generador hacia otro lugar, sea este un cortocircuito
o un disipador (regulador shunt o paralelo, figura 22). Esta última opción debe
incorporar un diodo de bloqueo entre el generador y la batería para evitar descargar
de esta sobre el camino alternativo que ofrece el regulador. Para proteger frente a la
sobredescarga, lo común, tanto en reguladores serie como en paralelo, es desconectar
los equipos de consumo de batería. Estos equipos suelen emplear interruptores
MOSFETs como dispositivos de conmutación. Es conveniente observar que en las
dos protecciones la batería siempre es la que impone la tensión del sistema, sea al
módulo, a los equipos de consumo o al menos al regulador. Dicho de otra forma, los
equipos de consumo y el modulo nunca quedan conectados de forma directa sin la
intervención de la batería. Recordemos que una de las funciones del acumulador es
estabilizar la tensión del sistema y así evitar fluctuaciones dañinas en los equipos de
consumo.
Figura 21: Esquema eléctrico de un regulador de carga (serie).
Fuente: http://procomun.files.wordpress.com/2012esf_operpinanene2012.png
Figura 22: Esquema eléctrico de un regulador de carga shunt (paralelo).
Fuente: http://procomun.files.wordpress.com/2012esf_operpinanene2012.pdf
El funcionamiento del regulador puede ser descrito por dos ciclos de histéresis,
uno para cada protección, se pueden observar en la figura 23.
Figura 23: Histéresis de protección frente a sobrecarga y sobredescarga en un
regulador.
Fuente: http://procomun.files.wordpress.com/2012esf_operpinanene2012.pdf
Es decir que en protección contra la sobrecarga, el regulador dará orden de
desconexión del generador cuando la tensión de la batería supere el “voltaje de fin de
carga” (Usc). A partir de ese momento, la tensión de la batería, sometida ahora a un
proceso de descarga por los equipos de consumo, disminuirá su tensión. Cuando ésta
alcance el “voltaje de reposición” (Urc), comunicara de nuevo la batería con el
generador. Hay dos tipos básicos de estrategias de control. En los controladores “on-
off” se interrumpe totalmente la corriente de carga cuando se alcanza el “voltaje de
fin de carga”, mientras que en los controladores con "modulación del ancho de
pulso", o PWM, se recurre a reducir gradualmente la corriente de carga cuando se
alcanza el “voltaje de fin de carga”, manteniendo así el voltaje constante, y
precisamente igual a este valor. Ambos tipos de reguladores y de estrategias de
control son adecuadas para SHSs sin que parezca existir una ventaja real asociada a
cada estrategia de control en términos de mejorar la vida útil de la batería [40]. En la
práctica la selección de los voltajes de fin de carga y reposición debe buscar una
solución de compromiso que conjugue la carga completa de la batería (voltajes altos)
y evitar la corrosión de las rejillas y el excesivo consumo de agua (voltajes bajos).
Los umbrales deben adaptarse a cada tipo de batería (mediante ensayos, o
recomendaciones del fabricante). Sin embargo, es importante notar que la
sensibilidad del “voltaje de fin de carga” al tipo de batería es relativamente baja y
puede recurrirse a valores de uso general.
• En el caso de reguladores “on-off” el “voltaje de fin de carga” debe estar en el
rango de 2,3 V a 2,4 V por vaso a 25 °C. En los reguladores con control por
modulación por ancho de pulso (PWM), la tensión constante de fin de carga
debe ser ligeramente inferior con el objetivo de reducir la pérdida de agua y la
tasa de corrosión, siendo el margen recomendado de 2,3 V a 2,35 V por vaso a
25 °C.
• En los controladores “on-off”, el voltaje de reposición debe estar en el rango de
2,15 V a 2,2 V por vaso a 25 °C.
• El “voltaje de fin de carga” y el “voltaje de reposición” deben corregirse por
temperatura a razón de 4 mV/°C a 5 mV/°C por vaso.
Para la protección contra la sobrecarga, el regulador desconecta la batería de los
equipos de consumo cuando la tension alcanza el umbral definitivo por “Usd”. A
partir de esta desconexión, la batería será sometida a un proceso de carga por el
generador fotovoltaico y su tension subirá. Cuando esta alcance el valor de
reconexión, “Urd”, conecta de nuevo la batería a los equipos de consumo. En la
práctica, la selección del voltaje de desconexión debe buscar solución de compromiso
entre un usuario satisfecho (valores bajos de desconexión que maximizan la
disponibilidad de energía) y la protección de la batería y otros componentes del
sistema (valores altos de desconexión que alejan el riesgo de sobredescarga).
Es conveniente el uso de avisos luminosos en el regulador que alerten de la
cercanía de la desconexión para que el usuario pueda alterar la pauta de consumo y
adaptarse al funcionamiento del sistema. Existe una amplia variedad de
combinaciones de sistemas de alarma, siendo destacable el código de colores tipo
semáforo. Nuevamente, los voltajes de desconexión y reconexión de carga deben
adaptarse a cada tipo de batería. Sin embargo, a diferencia de la protección contra
sobrecarga, es preferible no recurrir a valores universales para estos umbrales y es
conveniente recurrir a las recomendaciones del fabricante o ensayos en laboratorio
para establecer los valores adecuados.
3.3.13 El banco de baterías (Acumuladores)
Es el dispositivo que tiene como función almacenar la electricidad fotovoltaica
generada y suministrarla a los equipos de uso cuando lo demanden. Normalmente
ocurrirá que el ciclo de la demanda de la energía no coincide con la disponibilidad de
energía generada por el panel fotovoltaico, por lo tanto es importante almacenar el
excedente producido en el día para utilizarlo por la noche, si se tiene suficiente
capacidad de almacenamiento se puede utilizar inclusive por varios días. Es
importante resaltar que una batería acoplada a un sistema fotovoltaico tiene como
ventaja imponer una fuente de voltaje casi constante entre el panel y la carga, esto
implica que el panel operará con mayor eficiencia debido a que trabajará lo más
cercano al punto de potencia máxima a distintos niveles de insolación.
Tres características fundamentales definen las baterías de acumulación son la
cantidad de energía que puede almacenar dado en Vatios horas (Wh), la máxima
corriente que puede entregar dado en Amper hora (Ah) y la profundidad de descarga
que puede sostener dado en porcentaje (%).
En el mercado hay gran variedad de tipos de baterías que sirven para distintas
aplicaciones fotovoltaicas tales como las baterías de plomo ácido, las de Níquel-
Cadmio, las de Níquel-Hidruro, Níquel-Metálico, las de Polímeros de Litio, las de Ion
de litio y las de Zinc, la más usada es la de plomo ácido, porque es de buena
tecnología y porque brinda una relación coste/beneficio mucho mayor en
comparación con otros modelos. Las baterías a su vez se clasifican en primarias y
secundarias. Las primarias están diseñadas para usarse sólo una vez, debido a que se
consumen todos los reactantes químicos en la descarga. Las secundarias son
diseñadas para ser recargadas muchas veces aplicándoles energía eléctrica a sus
terminales para invertir la reacción electroquímica.
Como necesidad de evitar descargas excesivas que perjudiquen la vida útil de la
batería nacen los siguientes parámetros:
• PdMax: Máxima profundidad de descarga generalmente se encuentra entre
0,2y 0,8 dependiendo del tipo de batería
• Cx: Capacidad nominal, la cual se refiere a la carga total que podría extraerse
de la batería si no hubiese limitantes. Este parámetro se mide en Amperios-hora
(Ah) y en condiciones estándar nos habla de cuantos amperios puede
suministrar una batería en un número determinado de horas, hasta que la
tensión en sus bornes alcance el valor del voltaje de corte.
• Cv: Capacidad disponible:
Cv = Cx.PdMax
• Ciclos de vida: Este parámetro nos indica la cantidad de veces que es posible
cargar completamente una batería durante su vida útil
• Tensión nominal: Es el valor más estable que alcanza la batería en su proceso
de descarga
• Tensión de corte: Es el nivel de tensión que alcanza la batería cuando esta
descargada.
• Tensión de Carga: Es el valor de tensión que deben tener todas las baterías en
el proceso de carga, este valor es superior a la tensión nominal con el fin de
garantizar la reacción química en las baterías.
3.3.14 Tipos de baterías
Las baterías de Plomo-Ácido vienen en distintos tipos, dependiendo del grado
de gasificación y de protección ante rotura del envase. A continuación se mencionan
los principales modelos comerciales. Las definiciones para cada tipo de batería que se
mencionan a continuación fueron tomadas del libro de Tomás Perales Benito: “Guía
del instalador de Energías Renovables”:
• Ácido abiertas: Estas poseen tapones de rellenado para agua destilada. En
general son más robustas y más duraderas si se les hace mantenimiento (agregar
agua) periódicamente.
• Ácido selladas (herméticas): Estas también se conocen como baterías
estacionarias, sin mantenimiento, ya que no se les puede agregar agua; por esta
razón suelen tener una vida más corta que las baterías abiertas. Producen poco
oxígeno, por lo que se pueden emplear en sitios cerrados.
• Gel sellado (hermético): Baterías libres de mantenimiento en las que el
electrolito está en forma de gel para evitar el derrame de ácido sulfúrico en caso
de rotura del envase.
• AGM selladas (herméticas): Baterías libres de mantenimiento en la que el
gel está en forma de masas esponjosas. Incorporan una válvula de protección.
Estas baterías reciben la denominación de VRLA (Valve Regulated Lead Acid)
o Baterías de Plomo-Ácido con válvula de regulación. Su principal
característica es que presentan una vida larga. Una característica importante que
tienen estas baterías es que en las mismas, los portadores de carga se mueven
más fácilmente que en una batería de gel, lo cual hace que las baterías AGM
sean más adecuadas para entregar corrientes altas en períodos cortos de tiempo
que las baterías de gel. En la Figura 24 se muestran las partes de una batería
VRLA de tipo AGM.
Figura 24: Componentes de una batería tipo AGM VRLA.
Fuente: http://deltavolt.pe/images/remote/http--www.ext.deltavolt.pe-dv_images-hoppecke_opzs.jpg
3.3.15 Tipos de Conexión de un banco de baterías
• Conexión Serie: Esta asociación en serie es la más conocida. En este caso, tal
como se muestra en la Figura 25, el borne positivo o negativo de una celda o
batería, se conecta al borne opuesto de otra de idénticas características. De esta
manera, la asociación resultante tendrá el doble de tensión y la misma
capacidad que cada celda o batería en forma individual. Es importante resaltar
que las celdas o baterías que se asociarán en serie deben ser de la misma
capacidad y, preferentemente, de la misma marca y modelo. De no ser así, tanto
en la descarga como en la posterior carga, habrá un comportamiento desparejo y
esto afectará tanto el desempeño como la vida del conjunto.
Figura 25: Conexión en Serie de un banco de baterías.
Fuente: http://ayudaelectronica.com/conexion-banco-baterias-plomo-acido/
• Conexión Paralelo: Asociar en paralelo significa vincular eléctricamente
bornes de la misma polaridad así como se observa en la figura 26. La
asociación en paralelo se utiliza cuando no es posible obtener una batería de la
capacidad deseada. O, a veces, dicha capacidad existe en un determinado
modelo o tipo constructivo y resulta más económico utilizar una asociación en
paralelo de otros modelos más baratos. Un caso típico es el de algunas
capacidades intermedias (200, 300 o 400Ah en tensiones de 12 o 24V), donde
las mismas se pueden obtener asociando en serie y paralelo baterías monoblock
de 100Ah, según necesidad, y esto resulta más económico que utilizar celdas de
2V y de la capacidad deseada.
Figura 26: Conexión en Paralelo de un banco de baterías.
Fuente: http://ayudaelectronica.com/conexion-banco-baterias-plomo-acido/
• Conexión Serie-Paralelo: La conexión serie-paralelo debe cumplir ciertas
normas para poder funcionar correctamente:
1) Solo deben asociarse en paralelo series completas. La conexión en
paralelo de celdas o baterías intermedias de una serie está totalmente
desaconsejada. Un ejemplo aclarará este concepto: supongamos que
necesitamos armar una batería de 48V/300Ah y disponemos solo de
monoblocks de 12V/100Ah. Lo correcto es formar tres series de cuatro
baterías cada una. De esta manera, cada serie tendrá 48V/100Ah. Para
lograr la batería que necesitamos, lo que debemos hacer ahora es asociar
en paralelo los bornes positivo y negativo de cada serie completa (o sea,
los bornes extremos). Y lo que no se debería hacer es asociar en paralelo
tres monoblocks de 12V, para obtener una batería equivalente de
12V/300Ah y luego asociar en serie cuatro de estos paralelos. Observar
que en este segundo caso puede enmascarar celdas o baterías con fallas
(por ejemplo, una batería abierta), además de sobrecargar las conexiones
en paralelo.
2) Al igual que en el caso de las asociaciones en serie, solo se deben utilizar
celdas o baterías del mismo diseño (o sea, de la misma marca, del mismo
modelo).Si esto no se respeta, las celdas o baterías con menor resistencia
interna se descargarán en forma más profunda.
3) Las condiciones ambientales entre las diferentes series a asociar en
paralelo deben ser tan idénticas como sea posible. Nos referimos a la
temperatura ambiente y a las posibilidades para disipar calor. Por
ejemplo, si las series a poner en paralelo se encuentran dentro de un
gabinete (y esto ocurre en el caso de las UPS) es fundamental que no haya
diferencias de niveles entre las series. De otra manera se producirá un
gradiente de temperatura que afectará a las que estén a mayor altura.
4) Las conexiones entre series en paralelo deben proporcionar la misma
resistencia en el recorrido que va del rectificador a cada una de las series,
de manera de asegurar una distribución uniforme de corriente. Para lograr
esto, es lícito realizar algún truco, como dejar enrollados algunos tramos
del cable que alimenta a la serie más cercana, de manera de compensar la
mayor distancia al rectificador de otra de las series.
5) Si bien no existe una razón teórica para limitar el número de paralelos, los
fabricantes recomiendan que el número máximo no sea superior a cuatro
o cinco.
En efecto, en caso de falla de alguna celda en una de las series en paralelo, solo
habremos perdido la mitad de la capacidad y, consecuentemente, de la autonomía de
funcionamiento en caso de corte de red. Por otra parte, dividir la capacidad necesaria
en dos mitades permite probar por separado a cada una de ellas, sin afectar la
característica de no interrupción que todo sistema debe mantener.
En la figura 27 se puede ver un arreglo serie-paralelo de baterías.
Figura 27: Conexión en Serie-Paralelo de un banco de baterías.
Fuente: http://ayudaelectronica.com/conexion-banco-baterias-plomo-acido/
3.3.16 Especificaciones eléctricas de las baterías
Las principales características eléctricas de las baterías para aplicaciones
fotovoltaicas se indican a continuación.
• Capacidad nominal (Cx): Se refiere a la capacidad de almacenamiento de
energía que tiene una batería. Este parámetro se mide en Amperios-hora (Ah) y
en el mismo se indican cuantos amperios puede suministrar una batería en un
determinado número de horas, a la temperatura de 25ºC y hasta que la tensión
en sus bornes alcance el valor de 1,85 V por celda (voltaje de corte), aunque la
tensión de corte puede variar dependiendo del fabricante y del tipo de batería.
• Régimen de carga o descarga: Parámetro que relaciona la capacidad nominal
con la intensidad de corriente a la que se realiza la carga o descarga de la
batería.
• Estado de carga: Es una medida de la carga remanente en una batería
expresada como un porcentaje de la capacidad nominal.
• Profundidad de descarga: Es una medida de la carga extraída de la batería
expresada como un porcentaje de la capacidad nominal.
• Ciclos de vida: Parámetro que indica la cantidad de veces que es posible cargar
completamente la batería durante su vida útil. Este valor puede variar
considerablemente de acuerdo a la temperatura de operación de las baterías y a
la máxima profundidad de descarga a la que sean sometidas en sus ciclos de
carga-descarga.
• End of Life (EOL): Algunos fabricantes definen este parámetro como el
tiempo cuando la batería es descargada hasta el 80% de su capacidad nominal o
cuando la resistencia interna de la batería se incrementa hasta el punto de que se
ve limitada la capacidad de esta de entregar potencia a la carga. En general,
cuando se habla de la capacidad EOL, se está haciendo referencia al 80% de la
capacidad nominal de la batería.
• Voltaje nominal: Corresponde al valor más estable en el que permanece el
voltaje de una batería durante el proceso de descarga.
• Voltaje de Corte: Este es el nivel de tensión que alcanza la batería cuando está
descargada. Para prolongar la vida de las baterías no se recomienda que la
tensión de las mismas caiga por debajo del voltaje de corte.
• Voltaje de Carga: Este es el valor de tensión al que deben ser sometidas las
baterías durante su proceso de carga. Dicho valor es superior a la tensión
nominal, a fin de garantizar la reacción química en las baterías y el mismo
puede variar para una misma batería dependiendo del tipo de aplicación en el
que esta se vaya a utilizar.
3.3.17 Unidad UPS
Un UPS (Uninterruptible Power Supply) es una fuente de suministro eléctrico
que posee una configuración de baterías con el fin de seguir dando energía a un
dispositivo en el caso de interrupción eléctrica. Los UPS son llamados en español
SAI (Sistema de alimentación ininterrumpida). Los UPS suelen conectarse a la
alimentación de las computadoras, sistemas de monitores, equipos de radiodifusión o
televisión, permitiendo así su uso por varios minutos en el caso de que se produzca un
corte eléctrico. Algunos UPS también ofrecen aplicaciones que se encargan de
realizar ciertos procedimientos automáticamente para los casos en que el usuario no
esté y se corte el suministro eléctrico.
Tipos de UPS
• SPS (standby power systems) u off-line: un SPS se encarga de monitorear la
entrada de energía, cambiando a la batería apenas detecta problemas en el
suministro eléctrico. Ese pequeño cambio de origen de la energía puede tomar
algunos milisegundos. Más información en: UPS off-line.
• UPS On-line: un UPS On-line, evita esos milisegundos sin energía al producirse
un corte eléctrico, pues provee alimentación constante desde su batería y no de
forma directa. El UPS On-line tiene una variante llamada by- pass. Más
información en: UPS On-line.
Componentes típicos de los UPS
• Rectificador: rectifica la corriente alterna de entrada, proveyendo corriente
continua para cargar la batería. Desde la batería se alimenta el inversor que
nuevamente convierte la corriente en alterna. Cuando se descarga la batería,
ésta se vuelve a cargar en un lapso de 8 a 10 horas, por este motivo la capacidad
del cargador debe ser proporcional al tamaño de la batería necesaria.
• Batería: se encarga de suministrar la energía en caso de interrupción de la
corriente eléctrica. Su capacidad, que se mide en Amperes Hora, depende de su
autonomía (cantidad de tiempo que puede proveer energía sin alimentación).
• Inversor: transforma la corriente continua en corriente alterna, la cual alimenta
los dispositivos conectados a la salida del UPS.
• Conmutador (By-Pass) de dos posiciones, que permite conectar la salida con la
entrada del UPS (By Pass) o con la salida del inversor.
3.3.18 Sistema de Puesta a Tierra (SPAT)
Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y
electrónicos a tierra, para evitar que se dañen nuestros equipos en caso de una
corriente transitoria peligrosa. Algunos conceptos relacionados con los sistemas de
puesta a tierra son:
• Conductor de puesta a tierra: Es aquel conductor de un circuito que se conecta a
tierra intencionalmente. Este conductor garantiza la conexión física entre las
partes metálicas expuestas a alguna falla y la tierra. Por medio de este
conductor circula la corriente no deseada hacia la tierra.
• Electrodo de puesta a tierra: Es un cuerpo metálico conductor desnudo que va
enterrado y su función es establecer el contacto con la tierra física.
• Puente de unión: Este puente es un conductor que nos sirve para proporcionar la
conductividad eléctrica entre partes de metal que requieren ser conectadas
eléctricamente.
• Red de tierra: Es la porción metálica subterránea de un sistema aterrizado que
dispara hacia la tierra todo flujo de corriente no deseado. Esta red se puede
componer de varias mallas interconectadas.
• Resistencia de tierra: Es la resistencia que nos ofrece el terreno hacia la
corriente en un sistema de puesta a tierra, esta resistencia depende de la
resistividad del terreno y área de los conductores
• Resistividad del terreno: Es la propiedad del terreno que se opone al paso de la
corriente eléctrica, la resistividad varía de acuerdo a las características del
terreno.
• Sistema de tierra: Son varios conductores desnudos que se interconectan con
una o varias mallas o electrodos enterrados.
• Supresor de picos: No son más que elementos de protección contra
sobretensiones transitorias.
• Tierra aislada: Es un conductor de tierra con aislamiento que se conecta a algún
equipo, este conductor se coloca en la misma soportaría donde se encuentran
los cables de energía.
3.4 Definición de términos
• Celda Fotovoltaica: Celda que genera fuerza electromotriz por la acción de la
luz.
• Energía: Capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios.
• Batería: Acumulador o conjunto de varios acumuladores de electricidad.
• Energía renovable: la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente
inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque
son capaces de regenerase por medios naturales. Entre las energías renovables
se encuentran: geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, un dimotriz, la
biomasa y los biocombustibles.
CAPÍTULO IV
FASES METODOLÓGICAS
4.3. Fases metodológicas
En las múltiples fases de investigación se plantean y explican las diferentes etapas
del proyecto con la finalidad de definir con detalle los objetivos establecidos
inicialmente.
Fase I: Realización del levantamiento de la situación actual del sistema de
alimentación de la empresa en cuestión.
En esta fase, se realizó un estudio completo de las condiciones y características
del sistema de alimentación en la empresa en cuestión, para ello se realizó una visita a
la misma, con el fin de estimar el consumo en vatios (W) de los equipos de
comunicaciones, evaluar las condiciones de infraestructura y se estimó el ángulo de
inclinación de los paneles fotovoltaicos, con el cual se pueda obtener el máximo
rendimiento de los mismos.
Fase II: Diseño de un sistema de suministro y respaldo eléctrico implementando
paneles solares fotovoltaicos.
En esta fase del proyecto, se diseñó el sistema de alimentación y respaldo con la
utilización de celdas fotovoltaicas, tomando en consideración los estudios realizados
en la fase anterior. Se desarrolló el esquema de conexión de todo el sistema de
suministro y respaldo eléctrico, tomando en consideración los sistemas de
canalización, protección y puesta a tierra, del sistema como tal.
Fase III: Evaluación de los equipos existentes, tanto en la empresa como en el
mercado, para satisfacer las necesidades de consumo.
En esta última fase del proyecto, se evaluaron los equipos existentes, tanto en la
empresa como en el mercado, para satisfacer las necesidades para el desarrollo del
diseño. Con el objeto de solventar la problemática que afecta de manera directa los
sistemas de comunicaciones distribuidos por la empresa SOLUTEL, C.A., generado
por las frecuentes interrupciones del servicio eléctrico. Motivado a estos mismos
sistemas de comunicaciones distribuidos por la empresa SOLUTEL, C.A., generado
por las frecuentes interrupciones del servicio eléctrico. Motivado a esta misma
problemática numerosas empresas del estado han optado por utilizar otros tipos de
energías alternativas, tal como la planteada en la presente propuesta, la cual consiste
en el desarrollo de un sistema de suministro y respaldo de energía eléctrica utilizando
paneles solares o celdas fotovoltaicas.
CAPÍTULO V
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en el proyecto de investigación constituyen un
capítulo de vital relevancia, todos estos se convierten en la fase de análisis e
interpretación de los datos obtenidos y resulta de la aplicación de las técnicas
utilizadas para la recolección de los datos y posterior desarrollo del objetivo general.
En la presente división se describen los logros derivados de los objetivos específicos
planteados anteriormente, el cumplimiento de cada meta trazada en el avance de las
fases metodológicas, las cuales conforman la estructura del actual apartado.
El propósito del análisis y de la interpretación aplicadas en este capítulo y en el
desarrollo del proyecto de investigación para obtener los resultados, es, resumir las
observaciones llevadas a cabo de manera tal que, proporcionen información
indispensable para el desarrollo del diseño propuesto, con el propósito de facilitar la
realización de las conclusiones significativas de los datos que se obtuvieron en
función de las bases teóricas que sustentaron el sentido de estudio y del problema
investigado.
En lo que respecta al sistema de suministro de energía alternativa propuesto
para los equipos de comunicaciones distribuidos por la empresa SOLUTEL, C.A.,
ubicada en el estado Carabobo, podemos señalar que el propósito de los estudios
realizados están fuertemente vinculados con la necesidad de mantener el
funcionamiento ininterrumpido de dichos equipos los equipos.
El presente capítulo está dividido en tres (03) partes, cada una conformada con
la descripción clara y específica de todos los datos y elementos de relevancia en el
desempeño del proyecto de investigación.
5.1 Realizar un diagnóstico del estado actual de las instalaciones eléctricas del
cliente en cuestión.
5.1.1 Condiciones de acceso
En esta primera fase se realizó una visita guiada con el personal técnico y
profesional de SOLUTEL, C.A. a las instalaciones del cliente en cuestión, (es
importante destacar que por decisión propia del cliente, la empresa no puede ser
nombrada en este proyecto incluyendo su ubicación) en la cual se efectuó una
inspección y estudio del sistema de alimentación de los equipos instalados en el
cuarto de comunicaciones.
5.1.2 Estudio de la conexión del sistema energía instalado actualmente
En la inspección se realizó un estudio completo del sistema de alimentación del
cuarto de comunicaciones de la empresa en cuestión en la cual se logró obtener
resultados pertinentes y necesarios para el proyecto de investigación.
Los racks del cuarto de comunicaciones están conformados por varios equipos:
• Switch: TP-link
TL-SF1024 y TL-SF1016DS.
• Router: TP-link
TL-WR720N y Cisco linksys E1500.
• Dvr: Dalhua y
Zeukoh.
• Modem: dos (2)
Huawei Smarth AX-MT882a.
• Central
Telefonica: Panasonic KX-TEM824.
Todos estos equipos dan una potencia promedio de uso por hora cerca de los
ciento sesenta y tres (163) Watts por hora y están conectados a dos (2) UPS los
cuales son una fuente de suministro eléctrico que poseen un arreglo de baterías en
serie con el fin de seguir dando energía al repetidor antes mencionado, en el caso de
una interrupción eléctrica. Cabe destacar los UPS son llamados en español SAI
(Sistema de alimentación ininterrumpida). UPS significa en inglés Uninterruptible
Power Supply.
El modelo de los UPS instalados es EMERSON NETWORK POWER
GXT3-1500RT120,el cual solo logra ofrecer media hora de autonomía, es
decir, en el caso de que sea interrumpido el servicio eléctrico público el UPS
realiza una conmutación interna con las baterías que posee el mismo y alimenta
al repetidor, dicho proceso y funcionamiento se explicará más adelante. A
continuación se mostrará un esquema de conexión del repetidor al UPS, es
relevante destacar que el UPS es de tipo off-line o también llamado un SPS
(Standby Power Systems), se encarga de monitorear la entrada de energía,
cambiando a la batería apenas detecta problemas en el suministro eléctrico. En
este tipo de UPS generalmente el conmutador está conectado a la línea de
entrada eléctrica (By Pass), llevando la energía de la entrada directamente
hacia la salida, donde se conectan los diferentes dispositivos. En la figura 28
pueden observar la conexión actual de los equipos de comunicaciones
instalados por la empresa SOLUTEL, C.A.
Figura 28: Esquema de conexión actual del sistema de alimentación a los equipos de
comunicaciones instalados por la empresa SOLUTEL, C.A.
Fuente: Desarrollo propio.
En el caso de que el servicio eléctrico sea interrumpido, el conmutador conecta
la salida al inversor, el cual comienza a funcionar inmediatamente, en este momento,
es el arreglo de baterías son las encargadas de alimentar la salida del UPS, el cual se
puede observar en la Figura 29. Ese traspaso de corte eléctrico a la alimentación de la
batería (llamado tiempo de conmutación) suele estar en el orden de los 5
milisegundos, lo cual resulta imperceptible para la mayoría de los equipos
electrónicos.
Figura 29: UPS instalado Actualmente en el rack de la empresa en estudio, modelo
EMERSON NETWORK POWER GXT3-1500RT120.
Fuente: Desarrollo propio.
El UPS marca EMERSON NETWORK POWER, modelo GXT3-1500RT120,
internamente está constituido por un banco de cuatro baterías de idénticas
características, cada una con una capacidad de 12 Voltios (V) y 5 Amperios-hora
(AH), las cuales se encuentran conectadas en serie. Gracias a la configuración en
serie, como se había explicado anteriormente, se mantiene la misma capacidad de
corriente entre cada batería, a diferencia del voltaje que se acumula debido a la
diferencia de potencial eléctrico existente entre baterías adyacentes.
El UPS posee también además un inversor, el cual se encarga de transformar la
corriente continua en corriente alterna, para así alimentar los dispositivos conectados
a la salida del UPS.
5.1.3 Estimación del consumo eléctrico de los equipos en el cuarto de
comunicaciones
Las dimensiones y configuración del grupo de paneles solares deben asegurar
que la energía obtenida y almacenada durante el mes de menor incidencia solar en el
año, como mínimo, debe igualar a la demandada por la carga. Para dimensionar tanto
los módulos como las baterías de un sistema fotovoltaico autónomo, es necesario
conocer las cargas a conectar.
En la visita también se realizaron mediciones de consumo eléctrico que genera
el sistema de Radiocomunicaciones, con la finalidad de utilizar dicha información en
la siguiente fase del proyecto. Para la realización del diseño del sistema de energía de
respaldo utilizando los paneles solares es necesario el conocimiento del consumo
energético del sistema de repetición completo.
Es importante saber que los switchs TP-link TL-SF1024 y TL-SF1016DS
generaran más gasto de potencia por el número de puertos conectados que tengan a la
red, por esto se trabajara con valores máximos de potencia necesaria para su correcto
funcionamiento. Es importante saber que cada puerto de ambos switchs consume 2,5
Watts por funcionamiento continuo.
A continuación se muestra una tabla con la información pertinente al consumo
diario en Vatios (W) que generan los equipos de comunicaciones en su totalidad, para
procedimiento se tomó el valor de corriente que consumen los equipos y se
multiplicó por el valor de voltaje con el que operan los mismos.
Tabla 1: Tabla del consumo promedio eléctrico del sistema de comunicación
estudiado.
Cantidad Carga Potencia unitaria (W)
Promedio de horas de funcionamiento
Total potencia
1 router tp link TL-WR720N
5,4 24 129,6
1 router cisco linksys
E1500 6 24 144
1 switch tp link TL-SF1024
3,53 24 84,72
1 switch tp link
TL-SF1016DS 3,53 24 84,72
1 DVR DALHUA 15 24 360
1 DVR ZEYKOH 15 24 360
2 modem SmarthAX
MT882a 5 24 120
22 Camaras
HIKVISION 110 24 2640
TOTAL 163,46 TOTAL 3923,04 Fuente: Elaboración propia.
El consumo promedio de acuerdo a las horas de uso diario, las cuales se
estimaron en un total de veinticuatro (24) horas de uso del sistema de
comunicaciones, a parte de la central telefónica que solo trabaja 7 horas diarias arrojó
un valor de potencia consumida de 436W/h.
5.1.4 Estudio de las condiciones climáticas del Edo. Carabobo
Otro aspecto evaluado en la visita, fueron las condiciones climáticas de la
región, ya que el sistema de energía alternativo propuesto utilizará paneles solares,
fue necesario el estudio de las características climáticas.
El Estado Carabobo es una de los 24 entidades federales de Venezuela ubicada
en el centro – norte - costero de Venezuela, en la Región Central del país, al filo de
la Cordillera de la Costa. Su capital es la ciudad de Valencia, que no debe
confundirse con el municipio que lleva el mismo nombre. Tiene una extensión
geográfica de 4650 km² lo que representa el 0,5% del Territorio Nacional. Posee una
población para el 2013 de 2.435.520 habitantes según el INE, lo que lo convierte en
el 3.er estado más poblado de Venezuela y el que registra el mayor y más rápido
crecimiento económico, urbano e inmobiliario del país. Es un estado con interesantes
atractivos turísticos ofreciendo diferentes parques, playas e islas a sus visitantes.
Gracias a ser un estado cercano a las costas marítimas de Venezuela tiene
temperaturas bastante cálidas. Su temperatura media anual es de 26 ºC. A la sombra
23,3 ºC con máximo de 32,6 ºC y mínima de 18,5 ºC. La ciudad está situada una
altitud de 479 msnm. Los vientos alisios tienden a refrescar la temperatura y cuenta
con un período de lluvias que va desde mayo a noviembre. El resto del tiempo hay
pocas precipitaciones. Su vegetación es tropical. Las zonas más verdes se hallan en
los cerros a la izquierda y a la derecha de la ciudad misma, en especial en el Cerro
del Casupo, así como en varios parques de la zona.
Cabe destacar el uso de la página web https://eosweb.larc.nasa.gov
perteneciente al “Centro de Ciencias de la Atmósfera de Datos” (The Atmospheric
Science Data Center “ASDC”) desarrollada en el Centro de investigaciones de la
NASA (National Aeronautics and Space Administration), la cual es responsable del
procesamiento, archivo y distribución de datos de ciencia sobre la tierra en las zonas
de balance de radiación, nubes, aerosoles y la química de la troposfera. Con la cual
se logró determinar mediante latitud y longitud cercanas a la nuestro cliente
referente, se logró determinar la cantidad de radiación solar en Kilovatios Hora por
metro cuadrado diario (KWH/m2/d). Pueden ver los resultados en la figura 30.
Figura 30: Datos anuales de radiación solar de la NASA
Fuente: https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-
bin/sse/retscreen.cgi?email=rets%40nrcan.gc.ca&step=1&lat=10.1708&lon=67.9385&submit=Submit
En la figura 31 se puede observar la ubicación trabaja que se encuentra en la
zona industrial de valencia cercana a la ubicación del cliente en cuestión.
Figura 31: Mapa de ubicación con las coordenadas trabajadas.
Fuente: http://www.earthtools.org/
Del mismo modo como se puede apreciar en la figura 32 la cual muestra el
mapa de radiación solar en Venezuela, se seleccionó un valor de 6,1 KWH/m2/d para
la realización del diseño porque encierra perfectamente con el grafico mostrado y
concuerda concretamente con los datos proporcionados en la figura
30
Figura 32: Mapa de radiación solar en Venezuela.
Fuente: http://periodistaenconstruccionvzla.files.wordpress.com/2013/04/24-eolico-solar-y-geotermico.jpg
5.1.5 Estimación del ángulo de inclinación y ubicación de los paneles solares
El ángulo de inclinación óptimo de las superficies captadoras del sistema de
alimentación y de respaldo eléctrico propuesto, está determinado por muchos
factores, entre ellos la radiación incidente en el lugar donde va situada la instalación,
y el cielo solar, donde influye la sombra de objetos que no pueden ser eliminados
como edificios cercanos al de las instalaciones del cliente.
Tomando en cuenta que las instalaciones de la empresa posee depósitos
bastante amplios y altos, se decidió ubicar los panales solares en el techo de dichos
depósitos, los cuales poseen una altura de 8 metros (m) (Como se puede ver en la
figura 33), evitando así elementos que logren obstaculizar a su alrededor la
incidencia directa de los fotones provenientes del sol. Fue necesario proponer el
diseño de una base metálica para los paneles solares por la inclinación del techo de
los depósitos, la cual posee bordes con soporte y ángulo de cuarenta y cinco a sesenta
grados (45º a 60º) de inclinación con la finalidad de fijar cada panel a la misma.
Figura 33: Depósitos de la empresa que fue analizada.
Fuente: Desarrollo propio.
Debido a que Venezuela se ubica en el hemisferio norte del planeta, se propuso
orientar del panel solar hacia el sur con un ángulo de inclinación igual al ángulo de
latitud de la ubicación geográfica del cliente en cuestión (Latitud norte: 10,171º
Trabajada anteriormente por los datos prestados por https://eosweb.larc.nasa.gov ).
5.2 Diseño de un sistema de suministro y respaldo eléctrico implementando
paneles solares fotovoltaicos.
5.2.1 Sistema Fotovoltaico
A lo largo del pasado siglo la percepción de la problemática de la energía ha
sido muy diferente de la que tenemos actualmente. Así, el hecho de disponer de
grandes cantidades de energía a bajo precio ha sido una condición necesaria para
acceder a un cierto nivel de calidad de vida. Desde los inicios de siglo XVIV hasta
principio de los años setenta, el crecimiento económico de los países industrializados
se fundamentó en la disponibilidad de una fuente de energía barata y abundante: el
petróleo. A partir de la Segunda Guerra Mundial, tanto la producción mundial de
petróleo como la demanda industrial de energía se han duplicado cada diez años, las
previsiones sobre la evolución del consumo de energía en el mundo, muestran un
crecimiento similar en los próximos años. Aunque al final de los años (60) sesenta
despuntaron voces críticas de que el crecimiento energético no se podía mantener
indefinidamente, no fue hasta la primera crisis del Petróleo que la sociedad empezó a
concientizarse del problema de la limitación de las reservas de combustibles fósiles.
Las únicas posibilidades de mantener un crecimiento económico sostenible
garantizando un suministro energético a largo plazo, la conservación del medio
ambiente, son el incremento de la eficiencia y la búsqueda de energías alternativas al
petróleo. Entre las opciones para sustituir progresivamente la utilización masiva del
petróleo se encuentra el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables:
Energía solar, eólica, hidráulica, biomasa y residuos, geotérmica y la de los océanos.
El gran desarrollo que ha experimentado en los últimos años el lanzamiento e
implementación de las energías alternativas ha tenido un gran impacto a nivel
mundial, tal es el caso de los paneles fotovoltaicos. La elevada versatilidad y
eficiencia de los sistemas fotovoltaicos ha permitido su implementación en
numerosas actividades de los seres humanos. Tal es el caso de los sistemas de
comunicaciones.
El sistema de alimentación y respaldo de energía eléctrica propuesto, se
desarrolló basándonos en los paneles solares o fotovoltaicos como elemento de
obtención y transformación de la energía solar en energía eléctrica. En este caso se
propuso la utilización de los paneles fotovoltaicos como un sistema de alimentación y
respaldo eléctrico a los equipos de comunicación que instala la empresa SOLUTEL,
C.A. a sus respectivos clientes. El sistema de alimentación alternativo utilizando
paneles solares ofrece una amplia autonomía de duración, lo cual se traducen en una
amplia gama de beneficios para los usuarios de sistemas de radiocomunicaciones.
5.2.2 Principios del sistema fotovoltaico. Transformación de la energía solar en
energía eléctrica
Los paneles solares proporcionan energía eléctrica que se utilizan para hacer
funcionar aparatos eléctricos convencionales. Los paneles solares, a su vez, están
hechos de celdas solares individuales. Conocemos como energía eléctrica, a la
energía transportada por la corriente eléctrica. La corriente eléctrica no es otra cosa
que el movimiento ordenado o unidireccional de partículas que tienen carga eléctrica.
Estas partículas con carga son los electrones de los átomos. Cada uno de los
electrones de un átomo posee carga eléctrica negativa. Para que una celda solar
proporcione energía se tiene que lograr que muchos electrones adquieran movimiento
y salgan de la celda solar para hacerlos circular por un circuito. A este circuito se
conecta un aparato eléctrico. Usemos como ejemplo una bombilla, cuando los
electrones llegan al filamento de la bombilla, lo hacen funcionar, en este caso, lo
encienden.
Ahora bien, para lograr tener muchos electrones en movimiento ordenado en
una celda solar, usamos la energía proveniente del Sol. La energía solar, puede, en
principio, separar unos cuantos electrones del material de la celda solar y con estos
electrones se puede obtener una corriente eléctrica. A este fenómeno físico se le
conoce como efecto fotovoltaico y ocurre en materiales semiconductores como el
silicio. Sin embargo la corriente eléctrica que se puede obtener bajo ciertas
condiciones, de una pieza de silicio puro es demasiado pequeña y no puede usarse de
manera práctica. Por lo tanto el silicio puro es modificado químicamente agregándole
pequeñas cantidades de otros elementos.
Para tener una cantidad mayor de electrones que puedan moverse libremente
hacia el circuito, se agrega fósforo. Al agregar fósforo al silicio se proporciona un
electrón adicional por cada átomo de fósforo. De manera similar, es posible agregar al
silicio un elemento que proporciona un hueco, un espacio en donde falta un electrón.
Los huecos, al atraer a los electrones facilitan su movimiento. Un elemento
proporciona un hueco por cada átomo de boro agregado. Así, una celda solar se hace
con una pieza de silicio, que se modifica agregando un poco de fósforo en un lado de
la pieza y un poco de boro en el otro lado. Por diferencia de cargas eléctricas,
negativas (electrones) y positivas (huecos) se establece dentro de la pieza de silicio un
campo eléctrico. Este campo eléctrico proporciona una diferencia de potencial, o
voltaje, similar al que se obtiene con una pila convencional. Además, al formarse el
campo eléctrico, se establece una barrera para que los electrones no puedan pasar
directamente desde el lado del fósforo hacia el lado del boro, los electrones tiene que
moverse a través de un alambre que conecta a ambos lados.
El campo eléctrico de la celda esta siempre presenta en la celda solar. Este
campo no depende de la luz solar. Luego, si se conecta la celda solar a un foco, se
forma un circuito con la celda, el foco y los alambres que los unen. La celda se
expone a la luz solar para que esta reciba energía del Sol. Esta energía es suficiente
para liberar electrones de los átomos de fósforo. Este proceso de liberar electrones
ocurre de manera continua mientras la luz solar incida sobre la celda. Los electrones
libres se mueven respondiendo al campo eléctrico presente en la celda solar. La
diferencia de potencial o voltaje, hace que los electrones en la pieza de silicio sean
rechazados desde el lado del fósforo y atraídos hacia el lado del boro. Y como los
electrones no pueden pasar por dentro de la celda, estos se mueven por el circuito
encendiendo el foco. De esta manera la energía de la luz solar se convierte en energía
eléctrica.
5.2.3 Elementos necesarios del sistema propuesto
Evidentemente el elemento fundamental en el diseño son los paneles solares los
cuales se encargan de captar la energía solar y convertirla en energía eléctrica, se
trabajó en función de las características que los mismos poseen. A la hora de diseñar
el sistema de alimentación y respaldo de energía utilizando celdas fotovoltaicas, en
primer lugar se escogió la configuración del mismo, ya que esto es lo que determinó
los componentes que utilizaría dicho sistema, se propuso un sistema aislado, con un
subsistema de almacenaje (baterías). Es importante señalar que el sistema que se
diseñó para los equipos de comunicación de la empresa SOLUTEL, C.A., ubicada en
el Edo. Carabobo corresponde a la configuración de un sistema autónomo el cual solo
depende de la energía solar para su funcionamiento.
Otro elemento fundamental para la realización de la propuesta es el regulador,
este dispositivo es el encargado de controlar la carga de las baterías, así como la
descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un regulador se
puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en serie entre paneles y
batería para el proceso de carga y abierto cuando la batería está totalmente cargada.
Las tensiones e intensidades de corriente continua máximas de entrada y salida del
regulador adecuado para cada aplicación dependerán de la corriente máxima que
pueda producir el sistema de generación fotovoltaico para la entrada y la corriente
máxima de las cargas para la salida. Para tener en cuenta los posibles picos de
irradiación o los cambios de temperatura, es recomendable que, a la hora de escoger
el regulador, sea aquel con un 15-25% superior a la corriente de cortocircuito que le
puede llegar del sistema de generación fotovoltaico (Ientrada) o bien, de la que puede
consumir la carga del sistema (Isalida). La elección del regulador será aquel que
soporte la mayor de las dos (02) corrientes calculadas.
De manera que la elección de las baterías para la presente propuesta,
tomando en cuenta los valores obtenidos en la fase anterior; se propone utilizar
un arreglo de dos (2) baterías de 12 Vdc con capacidad de 300 Amperios-Hora
(Ah) conectadas en paralelo, para obtener un voltaje de 12 Vdc y 600
Amperios-Hora (Ah). Se utilizaran baterías de litio por la facilidad para
conseguirlas en el mercado y su buen periodo de duración sobre descargas
profundas.
5.2.4 Cálculo de la cantidad de paneles solares requeridos para satisfacer
las necesidades de consumo eléctrico
En los sistemas de alimentación fotovoltaicos evidentemente el elemento
principal y encargado a su vez de captar la energía solar y convertirla en energía
eléctrica, es el panel solar. Cada panel solar, de acuerdo al fabricante, es capaz de
generar una cantidad de corriente eléctrica y voltaje de acuerdo a las condiciones
climáticas a las cuales sea sometido el mismo.
Es importante tener en cuenta que los valores tanto de voltaje y corriente que
puede generar cada panel solar va a depender directamente del ángulo de incidencia
solar en el mismo, en este orden de idea, se tomó en consideración las horas del día
en las cuales la incidencia de los rayos solares se hace más perpendicular a la pantalla
del panel solar. De este modo con los valores obtenidos en la fase anterior
correspondientes a los valores de corriente que consume el sistema de
comunicaciones completo sabiendo que los DVR dalhua y zeykoh ambos de 16
canales consumen 2 Amperios DC (Adc), router tp link TL-WR720N y cisco linksys
E1500 0,6 Amperios DC (Adc) cada uno, modem SmarthAX MT882a 1 Amperio DC
(Adc), cada cámara hikvision 0,4 Amperios DC por 22 cámaras da un total de 8,8
Amperios DC (Adc), y los switchs tp link TL-SF1024 y tp link TL-SF1016DS
generan un consumo de 0,7 Amperios DC, Tenemos un total de 16,4 Amperios DC
(Adc) de consumo total.
Y gracias a que cada uno de los paneles es capaz de generar un máximo de 2,5
Amperios dc y 24 Voltios dc, en incidencia solar totalmente perpendicular, se realizó
un cálculo, arrojando el siguiente resultado:
X= 24,6Adc�1Panel3,5Adc
= 7,02Paneles= 8Paneles
Ya que el sistema que el sistema de comunicaciones de dicha empresa genera
un consumo de corriente de 16,4 Adc, sin embargo se seleccionó un valor de 24,6Adc
de consumo eléctrico para garantizar que el conjunto de paneles utilizados en la
propuesta generen el valor de corriente mínimo requerido por la batería para mantener
el sistema operativo. Por esta razón se aumentó en un 50% el valor de corriente que
genera el sistema de comunicaciones estudiado.
Finalmente con el cálculo realizado se determinó que, para mantener la batería
cargada y entregar posteriormente los valores de corriente y voltaje necesarios al
sistema de comunicaciones completo, es necesario utilizar una cantidad de nueve (9)
paneles solares conectados en paralelo, con la finalidad de satisfacer los
requerimientos de consumo eléctrico que amerita dicho sistema. A pesar que el
cálculo teórico arrojó una cantidad de siete (7) paneles solares, necesarios para
satisfacer las necesidades de consumo eléctrico, se decidió utilizar dos (2) paneles
adicionales para asegurar la carga en las baterías este siempre superior al mínimo
requerido por el sistema de radiocomunicaciones para su funcionamiento.
5.2.5 Sistema de Protección y Puesta a Tierra
Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y
electrónicos a tierra, para evitar que se dañen los equipos en caso de una corriente
transitoria peligrosa, o también que por falta de aislamiento en uno de los conductores
y al quedar en contacto con las placas de los contactos y ser tocados por alguna
persona pudiera ocasionarle lesiones o incluso la muerte.
Los principales objetivos de un sistema de puesta a tierra son:
• Brindar seguridad a las personas.
• Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y
garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.
• Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la
tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación
• Mejorar calidad del servicio
• Disipar la corriente asociada a descargas atmosféricas y limitar las sobre
tensiones generadas.
• Dispersar las cargas estáticas a tierra.
En este orden de idea, es de gran importancia el sistema de protección y puesta
a tierra de cada elemento que conforman el sistema de suministro y respaldo de
energía alternativa utilizando celdas solares para la alimentación de la estación
repetidora de radiocomunicaciones VHF de la empresa CORPOELEC. El símbolo de
puesta a tierra que se muestra a en la Figura 34 es reconocido internacionalmente.
Figura 34: Símbolo de puesta a tierra.
Fuente: Código Eléctrico Nacional, Figura 250-119.
La forma en que debe de conectarse una instalación eléctrica a un sistema de
puesta a tierra es mediante un cable que ese conectado a un electrodo que este en
contacto con la tierra, es decir que este electrodo se encuentre enterrado. Según la
Norma Oficial Mexicana de Instalaciones Eléctricas NOM-001-SEDE-1999, este
electrodo debe de estar enterrado a 3m de profundidad para asegurar el contacto con
el terreno (además de que a esta profundidad hay más humedad).
El conductor que se use para la instalación de puesta a tierra no debe de estar
seccionado, es decir debe procurarse que sea un conductor continuo para asegurar la
conexión a tierra, en caso de que tuviese que seccionar el conductor se recomienda
que las uniones sean soldadas esto con el fin de que haya un buen contacto ente los
conductores que estemos usando.
También es recomendable que el cable usado para la instalación del sistema de
puesta a tierra, sea un cable desnudo, en el caso de que se decida usar un cable
forrado, por norma este conductor debe ser color verde con el fin de poder
identificarlo más fácilmente de los cables de neutro y fase, por si se necesita hacer
mantenimiento en el sistema de puesta a tierra.
5.2.6 Diagrama de conexión del sistema
En la Figura 35 se muestra la forma de cómo debe ser conectado el sistema solar
fotovoltaico con el sistema Comunicaciones analizado.
Figura 35: Diagrama de conexión del diseño propuesto.
Fuente: Desarrollo propio.
5.2.7 Pérdidas
Las principales pérdidas que pueden generarse en el generador fotovoltaico
planteado son debidas a sombras, temperatura de las celdas superior a los 25°C,
elementos irregulares en las celdas, pérdidas en cables, o diferencias significativas
entre el voltaje de operación y el del punto de máxima potencia.
Estas pérdidas pueden compensarse inicialmente mediante una instalación
cuidadosa, que permita una adecuada ventilación de los módulos y cables. Debe
buscarse además, que las características eléctricas de los módulos empleados
permitan una adecuada recarga de las baterías en las condiciones climáticas del lugar
de trabajo.
Con el fin de disminuir las pérdidas, se consideraron los siguientes
requerimientos:
• El generador fotovoltaico debe estar totalmente libre de sombras durante
por lo menos 8 horas diarias, centradas al mediodía, y a lo largo de todo el año.
• El voltaje del punto de máxima potencia del generador fotovoltaico, a una
temperatura ambiente igual a la máxima anual del lugar y a una irradiación de
800 W/m2, debe estar comprendido en el rango de 14,5 a 15 V.
Este último requisito, asegura que la corriente del generador fotovoltaico sea
mayor que la corriente en el punto de máxima potencia la mayor parte del tiempo;
siempre que se cumplan los requisitos sobre las caídas de tensión en los cables y en el
regulador de carga. Si el rango de voltajes de operación del generador se encuentra
generalmente por debajo de estos límites, es posible que las baterías no se recarguen.
5.2.8 Estructura de soporte mecánico para el generador
Pueden emplearse diversos materiales para tales estructuras: aluminio, acero
inoxidable, hierro galvanizado o madera tratada, entre otros. La estructura de soporte
debe ser capaz de resistir un mínimo de 10 años expuesta a la intemperie, sin que la
corrosión o fatiga del material sea apreciable. Los módulos fotovoltaicos con marco
deben fijarse a la estructura únicamente mediante elementos de acero inoxidable. Las
estructuras de soporte estáticas son generalmente las más seguras y confiables. El
diseño de la estructuras de soporte debe facilitar la limpieza de los módulos
fotovoltaicos y la inspección de las cajas de conexión. El montaje de dichas
estructuras debe preservar su resistencia a la fatiga, corrosión y efectos del viento.
5.2.9 Beneficios que genera la propuesta planteada
Como se ha mencionado anteriormente, la empresa SOLUTEL, C.A. tiene
como principales actividades la Distribución, Comercialización e instalación de
equipos de circuito cerrado de televisión con el fin de satisfacer las necesidades de
consumo de cada abonado. En la región Carabobo encuentran establecidas, en casi su
totalidad la mayoría de sus clientes.
Con el propósito de brindar un óptimo servicio al público, la empresa
SOLUTEL, C.A. cuenta con el personal técnico y profesional encargado de solventar
cualquier tipo de falla que interrumpa los servicios prestados, de la manera más
rápida y eficaz posible. Pero por otra parte es inevitable señalar que los problemas de
energía eléctrica prestados por otras empresas, se escapan de sus manos.
Debido a las sucesivas interrupciones del servicio eléctrico la empresa
SOLUTEL, C.A. se ha visto obligada a buscar otros medios para lograr estabilidad de
funcionamiento y mantener la vida útil de los equipos instalados, ya que al
presentarse las interrupciones muchos de estos se ven afectados, por inestabilidad en
los niveles de corriente y voltaje. Esta situación generó un gasto monetario extra para
los clientes, puesto que las fallas eléctricas se han vuelto más frecuentes y por ende
los equipos quedaban fuera de servicio durante más horas cada mes.
En principio los equipos fueron energizados con UPS los cuales mantienen
varios sistemas operativos alrededor de unas dos (2) o una (1) hora. Dependiendo
muchas veces de sus niveles de carga y de los equipos conectados. Después de
agotarse la carga de las baterías del UPS, los sistemas de circuito cerrado quedan
totalmente inoperativos, por lo cual los clientes y su personal se ven en obligados en
parar sus labores diarias.
Esta situación generó un gasto monetario extra para la empresa, puesto que las
fallas eléctricas en el circuito que alimenta a dicha empresa fueron más frecuentes y
por ende el repetidor quedaba fuera de servicio durante más horas cada mes.
Por otra parte cabe destacar que el mantenimiento, tanto preventivo como
correctivo, para las instalaciones eléctricas suelen tomar desde varias horas, hasta
varias semanas dependiendo del problema técnico presentado. Como se ha señalado
desde el principio SOLUTEL, C.A. busca una solución donde la seguridad de los
equipos de sus clientes no se vea comprometida, funcionando de manera óptima y
correcta en todo momento.
Con el sistema de suministro y respaldo de energía alternativa utilizando celdas
fotovoltaicas para la alimentación de los equipos de comunicaciones distribuidos por
la empresa SOLUTEL, C.A., se buscó primeramente independizar el suministro de
energía eléctrica al sistema de comunicaciones por completo, es decir, que solo
dependa de la corriente suministrada por el banco de baterías utilizado para
almacenar la corriente eléctrica generada por los celdas solares. En segunda instancia,
otro de los beneficios que trajo consigo la propuesta fue la mejora de los servicios de
CCTV y del servicio de internet, los cuales algunas veces presentan problemas en
Carabobo por ruido y falta de aterramiento.
5.3 Evaluación de los equipos existentes, tanto en la empresa como en el
mercado, para satisfacer las necesidades de consumo.
5.3.1 Equipos existentes en el mercado, requeridos para la propuesta
En la actualidad los equipos de energía para Telecomunicaciones en su gran
mayoría son muy específicos y gran parte de estos son traídos del exterior, Aunque en
el hoy por hoy Venezuela cuenta con muchas empresas que han evolucionado en un
amplio mercado de venta, tanto físico como virtual de estos equipos.
De acuerdo a los equipos requeridos por la propuesta planteada, se buscaron los
equipos más aptos en el mercado ajustándose a estándares de precios, calidad y
cantidad de los productos ofrecidos.
Regulador de carga PWM S-SC-1503
Este artículo es sólo para fuera de la red del sistema Solar PV. Para 12V sistema
PV: 21V para la entrada de Max, Panel Solar 360W. Para 24V sistema PV:. 42V para
la entrada de Max, Panel Solar 720W estrenar PWM 30A de carga solar Controlador
del regulador 12V, 24V. El Controlador de iluminación solar con funciones
automáticas de control de iluminación y de tiempo, diseñado con un microcontrolador
para las funciones de control automático de la iluminación. Fiabilidad probada del
controlador de iluminación. Opciones de control de iluminación ajustable 16 de
campo Capacidad de prueba Manual de operación automática Detecta el día y la
noche utilizando el generador fotovoltaico. Apto para 12V / 24V halógeno
Conveniente para la Junta de la batería de Silicio de compensación de temperatura. Se
puede ver en la figura 36.
Figura 36: Regulador PWM S-SC-1503.
Fuente: http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-427769643-energia-solar-
regulador-solar-controlador-de-carga-solar--_JM
Inversor xantrex off-grid 3000 watts 12 volts xpower 3000
Este inversor está diseñado para el uso de vehículos recreacionales de gran
escala, y camiones con fuertes necesidades eléctricas, microondas, refrigeradores,
freezers, sierras eléctricas. El inversor provee 2500W de potencia continua. Cuando
comienza a calentarse utiliza su sistema de enfriamiento para manejar altas
temperaturas y seguir trabajando en óptimas condiciones. Ver en la figura 37.
Figura 37: Inversor xantrex off-grid 3000 watts 12 volts xpower 3000.
Fuente: http://solarven.com/inversor_3000w-12v.html
SUN solar panel 70W
Panel solar marca sun modelo SUN-70 con una potencia de salida de 70Watts,
voltaje en circuito abierto de 22.01V y Corriente en corto circuito de 4.06A. Su
corriente máxima es de 3,8ª y voltaje máximo de 18,40V. Sus medidas son de
949.96mm de alto, 541.02 de ancho y de grosor 35.05mm. Su peso es de 7.5Kg. En
la figura 38 se puede visualizar el panel solar fotovoltaico.
Figura 38: Panel solar fotovoltaico SUN-70.
Fuente: http://solarven.com/panel_70_watts.html
Batería de 12V-300AH
Batería de ciclo profundo de litio a 12V. Cabe destacar que la tecnología de la
batería de iones litio aún no ha alcanzado la madurez. Sin embargo, estas baterías son
la elección preferente en electrónica de consumo y muchas tienen una de las mejores
relaciones energía/masa y una pérdida muy lenta de carga cuando no está en uso. La
popularidad de las baterías de Litio-ion se ha extendido mientras la tecnología
continúa mejorando con sus costos en el mercado. La batería se puede visualizar en
la figura 39
Figura 39: Bateria 12V 300Ah Optimun Battery.
Fuente: http://elarcadenoe2312.com/Batterys/
Estos son los equipos ideales para el ensamblaje del sistema de suministro de
energía alternativa a través de paneles solares fotovoltaicos, es importante señalar
que se contactó con varios distribuidores los cuales pueden ofrecer diferentes equipos
1024 dependiendo de especificaciones y precios. Muchos trabajan por pedidos de
varios equipos.
También se contactó con empresas que se encargan de hacer los montajes
completos con sus estudios detallados e informes elaborados. Pero sus costos son
elevados y la venta de productos individuales es de alto costo.
CONCLUSIONES
Con la propuesta de un sistema de suministro de energía alternativa utilizando
celdas fotovoltaicas para la alimentación de los equipos de comunicaciones
distribuidos por la empresa SOLUTEL, C.A. ubicada en el estado Carabobo se buscó
principalmente asegurar un sistema de comunicaciones estable e ininterrumpido. El
levantamiento de las condiciones actuales del sistema de comunicaciones en estudio,
fue la fase más importante en el desarrollo de la propuesta. Gracias a los resultados
obtenidos se diseñó un sistema de suministro y respaldo de energía alternativa
utilizando paneles fotovoltaicos, para así mantener el sistema de comunicaciones
ininterrumpido y lograr que todo el personal que labora en dicha empresa, se
mantengan seguro bajo los canales de comunicación que ofrece SOLUTEL, C.A., el
cual a su vez sirve de soporte y comunicaciones con las oficinas en el exterior de la
empresa en estudio. Es importante mencionar que la propuesta fue diseñada tomando
en consideración las medidas de seguridad y estándares establecidos en el Código
Eléctrico Nacional (CEN), específicamente en su artículo nº 250 que especifica los
estándares para la conexión y consideraciones a tomar de los sistemas de puesta a
tierra para consumos inferiores a las 50 VDC. Gracias a la evolución que ha tenido el
mercado en equipos de energía alternativa se logró contactar varias empresas para
obtener diversa distribución de equipos dependiendo de la necesidad de cliente o
sistema actual de a trabajar. Un punto muy importante es que existe una amplia gama
de baterías para aplicaciones fotovoltaicas en el mercado. El aumento en el costo de
determinado tipo de baterías se asocia con mejores características como los son una
vida útil más larga y poco o ningún mantenimiento, por lo que la escogencia de las
baterías en este tipo de sistemas representa un compromiso entre costo y
características deseables para el sistema de almacenamiento en determinadas
circunstancias. Implementar este tipo de sistemas que utilizan energías renovables,
además que en el caso de la presente propuesta es económicamente factible de
implementarse, tienen un favorable efecto ambiental, ya que al utilizarlos se deja de
emitir grandes cantidades de CO2 y con esto disminuir los daños que el planeta sufre
a causa del efecto invernadero. La implementación de la presente propuesta brindaría
mayor seguridad al personal técnico y obrero que laboran en las empresas a las cuales
SOLUTEL, C.A. ofrece sus servicios, puesto que al contar con un sistema de
comunicaciones y vigilancia ininterrumpido, las comunicaciones se realizarían de
manera fluido y por ejemplo a la hora de cualquier incidente dentro de las empresas el
sistema de vigilancia no contara con problemas eléctricos para grabar cualquier
detalle ocurrido. Entre una de las grandes ventajas de implementar sistemas solares
fotovoltaicos se encuentran que estos requieren el mínimo mantenimiento y que la
instalación de estos es simple. Finalmente se logró completar en su totalidad los
objetivos específicos planteados con sus respectivas fases, lo cual se tradujo en la
culminación de una propuesta totalmente factible.
RECOMENDACIONES
Después de haber finalizado completamente el desarrollo de la propuesta se
recomienda:
- Materializar la propuesta tomando en cuenta las consideraciones desarrolladas
en el presente trabajo de grado.
- Instalar un sensor de temperatura en el banco de baterías a fin de que los
controladores de carga puedan ajustar sus valores de tensión máximos y mínimos en
función de la temperatura en todo momento.
- Si a este sistema se van a conectar cargas diferentes a aquella para la cual se
diseñó, se debe tener en cuenta que la autonomía de las baterías se puede ver
modificada, por lo que se recomienda calcular primero la nueva autonomía que las
baterías le pueden brindar a la carga, antes de conectar esta.
- En caso de llevar a cabo la propuesta, realizar la adquisición de la (s) batería
(s) a través de algún proceso de requisición de compras de materiales y/o equipos
mediante la figura de concurso público (anteriormente denominado licitación
pública).
- Hacer seguimiento a los estándares y recomendaciones que ofrecen las
grandes organizaciones dedicadas a la publicación de tales fines. A continuación se
listan algunas de las instituciones u organizaciones que publican estándares o normas
a nivel nacional e internacional:
1.- Código Eléctrico Nacional (CEN)
2.- International Organization for Standardization (ISO).
Publicaciones: .
- ISO Recommendations / DRAFT ISO Recommendations.
- Catalogo anual.
- ISO Memento. Información de miembros,
- Administración, comités y subcomités técnicos.
- ISO Journal. Publicación mensual. Incluye
3.- International Electrotechnical Commission (IEC).
Publicaciones:
- IEC Bulletin.
- IEC Annual Report.
- IEC Yearbook.
4.- National Bureau of Standars (NBS).
Publicaciones:
- Journal of Research; Physics and Chemistry, Mathematical Sciences.
- Engineering an Instrumentation.
- Technical News Bulletin.
- Applied Mathematics Series.
- Manuales.
- Bibliografias.
- Informes Anuales.
- Documentos Oficiales.
5.- American National Standars Institute (ANSI).
Publicaciones:
- Magazine of Standars.
- Proceeding.
REFERENCIAS
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Metodología Científica. Cuarta (4º) Edición. Editorial Episteme.
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Electronics for renewable energy systems, transportation and industrial
applications. Editorial Wiley.
Prof. Mijares, Héctor; Prof. García Luis (2008), Normas para la elaboración y
presentación de los anteproyectos, proyectos y trabajos de grado. Universidad
José Antonio Páez, San Diego, Edo. Carabobo.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Hora_solar_pico [Consulta: 12 Mayo, 2014]
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de_la_atm.C3.B3sfera [Consulta: 13 Mayo, 2014]
http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/tecnologia-de-celulas-y-modulos-
fotovoltaicos/Materiales/ud1/unidad-1.-la-celula-solar/ [Consulta: 01 Junio, 2014].
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http://www.ingenews.cl/web/download/publicaciones/107.pdf [Consulta: 03 Junio,
2014].
http://www.monografias.com/trabajos65/radiacion-solar/radiacion-solar2.shtml
[Consulta: 01 Julio, 2014].
http://www.oocities.org/imosolar/new_page_4.htm [Consulta: 01 Julio, 2014].
http://www.solinal.com/paginas/productos.html [Consulta: 01 Julio, 2014].
elarcadenoe2312.com [Consulta: 10 Septiembre, 2014].
ANEXOS
ANEXOS A.
Rack con todos los equipos de comunicaciones de la empresa donde se realizó el
análisis de datos.
