UNIVERSIDAD NACIONALDE INGENIERAFACULTAD DEINGENIERA MECNICAUNITRABAJO DE INVESTIGACIN

INGENIERA DE ILUMINACIN(ML-423)

APLICACIN DE LA ENERGIA FOTOVOLTAICA EN EL PER

DOCENTE: Ing. Reyes Alva

PERIODO ACADMICO: 2014 - I

SECCIN: A

INTEGRANTES:

GUEVARA HINOJOSA, LUIS MIGUEL 20092002J MEJIA ROJAS, AGUSTIN 20090070H

INDICE

NIVEL DE APLICACIN EN LIMA3APLICACIN FOTOVOLTAICA EN LIMA12NIVEL DE APLICACIN EN TACNA20

NIVEL DE APLICACIN EN LIMAEn esta seccin explicaremos los alcances de la energa fotovoltaica y daremos algunos ejemplos de aplicacin prctica de la energa solar

1. Determinacin del recurso.

La capacidad y el nivel de aplicacin en una localidad determinada depende de la radiacin solar que reciba el artefacto en su superficie especfica y, por supuesto, de la irradiancia que es consecuencia de la caracterstica de radiacin en un periodo de tiempo (12 horas de luz solar aproximadamente).

La caracterstica de radiacin es una grfica que ilustra el comportamiento irradiancia-tiempo para un da, es aproximadamente un semiperiodo de una funcin senoidal. Esta grfica es construida a partir de medicin de la radiacin (que puede ser directa, indirecta o difusa) en una hora determinada, el ciclo empieza un poco antes de las 6:00 am, alcanza su mximo alrededor del medioda y decae hasta despus de las 6:00 pm.

Por ejemplo tenemos la siguiente grfica:

(1) nos indica el comportamiento del ciclo, (2) se refiere a que el mximo valor est siempre debajo del valor mximo de 1000W/m2. HSP son las horas pico solar, se entiende como las horas tericas en las cuales se obtendra la misma cantidad de energa ofertada por la radiacin solar con una irradiancia de 1000W/m2.Estas horas son tiles pues en el clculo es muy complicado obtener la integrada de la grfica para obtener la energa absorbida, con el dato de HSP basta con multiplicar su valor por 1000W/m2.

Las HSP se grafican en simetra alrededor de las 12m, en el ejemplo el resultado fue 9:30 am hasta las 2:30pm, es decir 2 horas y media antes y despus del medioda. Estos valores ya estn tabulados, si se escoge un valor tabulado no ser el valor real, pues la caracterstica de irradiancia tiende a variar todos los das y todas las estaciones del ao, aunque existen promedios suficientes para poder realizar clculos energticos. Otra forma de calcular los HSP para un clculo anual y ms uniforme es el siguiente

Eso quiere decir que si obtenemos de alguna manera un valor de energa de oferta solar en KW-h/m2 coincidir en valor numrico con las HSP, algunos valores los observamos en la tabla que sigue:

Fuente: Pontificia Universidad Catlica del Per

Las HSP son una medida de la intensidad de radiacin en cada localidad indicada anteriormente, podemos observar que en Lima tenemos 3,8 HSP en Jess Mara y 3,4 HSP en La Molina, y en Tacna tenemos un mximo de 5,4 HSP en Tarata. El recurso solar tambin se muestra en mapas de distribucin, usualmente se dan en meses y utilizan el mismo procedimiento del promedio anual pero en 30 das:

Radiacin Solar en Lima

De esta distribucin discreta tambin podemos deducir las HSP del mes respectivo y tambin del ao, observamos que la radiacin solar empieza a disminuir desde abril alcanzando un mnimo en junio y luego reestablecindose en diciembre.

Se debe insistir en que las HSP varan diariamente y en cada temporada, el promedio anual solo es un indicador general, podemos ver la variacin en algunos meses en lima en la siguiente figura:

8

2. Demanda de recurso

Una vez que tenemos definida la oferta de energa que nos puede suministrar el sol, tenemos que empezar a esquematizar la demanda por parte nuestra, ya sea un dispositivo mecnico que necesite energa, iluminacin o aparatos electrnicos.

Otro factor a tener en cuenta son los das de independencia energtica, son aquellos das en los que se supone que el sistema funciona autnomamente y se gasta una fraccin de la energa almacenada (si es que hay un sistema de almacenamiento como bateras). Para un mejor entendimiento se debe comprender un ciclo de almacenamiento, durante el da se absorbe una cantidad de energa solar y se supone que durante la noche se utilizar la mayora de la carga, iluminacin, etc. El sistema debe de absorber suficiente energa solar para poder alimentar la carga menor del da y el resto de la noche sin absorber energa en el da, ya sea por avera, mantenimiento o das nublados. Esto incrementa la capacidad del sistema Fotovoltaico que se instalara pues debe de suministrar ms energa al sistema de almacenamiento para estas situaciones, usualmente para un clima nublado como el de lima, se supone por lo menos 1 da de autonoma a la semana en altas radiaciones y 3 das en bajas, esto hace que casi un media semana sea de autonoma y dificultara la viabilidad de todo el sistema, se pueden asumir que no existen das de autonoma o simplemente reducir la mnimo la cantidad de tiempo asumido para este propsito pero se corre el riesgo de que alguna vez no exista suficiente energa para satisfacer la demanda y esto es un problema en sistema de alta importancia, como sistemas de iluminacin rurales, etc.

El mejor momento para poner en funcionamiento un sistema fotovoltaico es, por supuesto, en el periodo de altas radiaciones, es decir desde diciembre hasta marzo aproximadamente. Utilizando el mapa solar anterior, admitiremos que tenemos un promedio de 5 HSP durante esa temporada, y, un promedio de 3 HSP en temporada de baja radiacin.

La viabilidad del sistema fotovoltaico a pequea escala se mide simplemente por la cantidad de tiempo que debe de pasar antes de que tu inversin inicial regrese por una ganancia invisible al no utilizar energa del concesionario (Luz del Sur, Edelnor, etc.).

En lima la mayora de los establecimientos cuentan con una tarifa BT5, por lo que el costo de su energa es en promedio 0,37 S/. La viabilidad tambin depende de cunto cuesta la energa elctrica en la localidad o en la situacin, el valor antes mencionado hace que casi siempre la energa fotovoltaica sea usada para muy pequeas cargas y con ganancia a largo plazo, tarifas de mayor valor mejoraran el periodo de retorno de la inversin. En la sierra, las tarifas se encuentran subvencionadas por el estado, pues en algunos casos es muy caro instalar una red secundaria, colocar la subestacin y extender los medidores a los hogares, estos hogares a veces estn muy distanciados, provocando una cada de tensin considerable y gasto en conductores, acometidas postes y vientos. En estos casos donde la electricidad es muy cara, se puede analizar el uso de un sistema fotovoltaico. Prosiguiendo con el ejemplo de Lima, podemos construir la siguiente tabla:

Alta radiacinBaja radiacin

HSP53hr

Oferta solar50003000W-h/m2

Dimensiones30x4030x40cm

Das autono/seman13das

Energa al mes terica156006480W-h

Oferta diaria correg.520216W-h

A/G70%70%almcen/genera

Almacenada en bat364151,2W-h

Energa al mes til109204536W-h

Recup. al mes4,04041,67832S/.

Costo del sistema150150$

Periodo recup.105,8254,7meses

Aos recup.8,821,2aos

Obs: El panel de dimensiones 30x40cm entregara por lo menos 120Wp

El clculo usual es utilizando un valor de Wp a 1000W/m2 y multiplicarlo por las HSP y as obtener a energa diaria terica. En el clculo anterior se entendi que un panel de superficie 30x40cm entregar por lo menos 120Wp y segn eso obtenemos que a partir de 9 aos podramos empezar a ganar con el panel fotovoltaico en periodos de alta radiacin (HSP =5) y en 22 aos para un periodo de baja radiacin (HSP=3).

El parmetro A/G es un relacin usual es paneles pequeos para estimar cuanta energa es almacenada en las bateras en relacin de cuanto se genera.

Como podemos observar la aplicacin fotovoltaica en lima depende de:

-Tarifa elctrica o precio de la electricidad.-Temporada de uso o promedio anual de radiacin en la localidad.-Eficiencia del panel a utilizar, caracterstica de radiacin.-Costo del sistema fotovoltaico.

Quizs tambin podramos incluir un impulso por parte de algn protocolo de cero emisiones de gas de invernadero, esto podra aumentar la viabilidad de nuestro proyecto.

3. Aplicaciones en Lima

La aplicacin de energa fotovoltaica en Lima es actualmente de difusin y conciencia ambiental, en Lima tenemos un HSP promedio bajo (3,8 o 4) das nublados y una tarifa elctrica relativamente barata y los sistemas fotovoltaicos an no son del todo baratos.

Todo esto hace que no exista una necesidad econmica en Lima para utilizar sistemas fotovoltaicos, sin embargo, estn distribuyndose sistemas solar-trmicos como termas, calentadores de piscina, cocinas y climatizadores.

Algunos ejemplos de la empresa TERMOINOX:

APLICACIN FOTOVOLTAICA EN LIMA

Desde el ao 2011 se viene anunciando que la municipalidad de Miraflores sera la pionera en lima para utilizar mdulos de alumbrado pblico fotovoltaicos a ser instalados en Jr. Larco y en dems ambientes de alta concurrencia. Los trabajos iniciaron en el 2012 y continuaron en el 2013, a mediados de ese ao se pusieron en marcha las luminarias fotovoltaicas de Jr. Larco y a despus de unos meses se habilito el parque Porras Barrenechea con 5 luminarias solares, reemplazando a las antiguas luminarias de vapor de sodio.As se pronostic el parque Porras Barrenechea en el 2011:

Se pueden distinguir 9 paneles fotovoltaicos con luminarias de alumbrado pblico, el parque se ubica detrs del parque Kennedy. Puede notarse que la orientacin de los paneles es variada, estn ubicados de manera radial exterior desde el busto de Porras Barrenechea, esto tiene una desventaja clave:-No todos tendrn la misma radiacin incidiendo en los paneles

As luce el parque hoy en da Mayo 2014:

Notamos que la instalacin fue diferente, se opt por mdulos separados luminaria LED-panel. Esto fue porque se dieron cuenta que la orientacin del panel para captar la radiacin involucrara una mala posicin de la luminaria que tienen que estar en posicin radial interna. La iluminacin del parque est cubierta no solo por las luminarias solares, tambin lo est por una iluminacin arquitectnica de la iglesia adyacente, puede notarse la diferencia de luminancia en la lente de la cmara , ambas fuentes estn aproximadamente a una elevacin de 30 y aunque no hay brillo incomodo de ninguna de las fuentes podemos utilizar la intensidad de la luminancia como una medida de la potencia lumnica que entrega cada luminaria, podemos darnos cuenta que la luminaria convencional de la iglesia ilumina mucho ms que las luminarias fotovoltaicasEsto es entendible pues, como vimos anteriormente el recurso solar en Lima es un poco limitado, sin embargo es satisfactorio observar que todas las luminarias del parque estn encendidas, podra haber sucedido que alguna no obtenga suficiente energa solar por la posicin no ortodoxa de los paneles solares o simplemente por los das nublados que son comunes en Miraflores por su cercana al mar.

Otra toma del sistema foto voltaico separado modulo-luminaria, observamos la gran diferencia de orientacin de ambos cabezales de poste. En comparacin de la orientacin planeada radial hacia afuera, este panel est muy cerca de estar posicionado de una forma interna.

En general, la alta temperatura de color que suministran las luminarias LED no encaja en el ambiente relajado y pasivo de los parques de Miraflores, a pesar de tener una potencia nominal de 1000W (segn fuentes periodsticas) la iluminancia es tan poca que hay penumbra justo detrs de los postes. Hemos remodelado toda el rea verde y adicionalmente hemos colocado cinco paneles que iluminarn el parque, esto hace que no nos cueste la luz y, sobre todo, que la obtengamos de una manera ecolgica Alcalde de Miraflores.Como sabemos, el dicho de que esta energa es gratis no es tan cierto, pues a lo largo se est pagando la inversin inicial que, de hecho, fue alta. Existen luminarias en el Jr. Larco pertenecientes a este proyecto que no estn encendidas, podra decirse que el 50% de las luminarias instaladas en dicho jirn no estn en marcha, esto hace que no se est justificando la inversin inicial y no se est autofinanciando el proyecto.Es cierto que el sistema de obtencin de electricidad es ecolgico, sin embargo, ms del 95% de las luminarias de Miraflores siguen estando conectadas a la red, por lo que estamos ante una aplicacin fotovoltaica para fomentar las energas renovables, su conocimiento y alcance.

Luminaria Led-fotovoltaica inoperativa 8:00pm Mayo 2014

Luminaria LED-fotovoltaica en operacin Jr. Larco 8:00pm Mayo 2014

Comparacin de una Luminaria convencional de vapor de sodio y una luminaria LED-fotovoltaica

Luminaria LED-fotovoltaica siendo opacada por luminarias convencionalesNIVEL DE APLICACIN EN TACNATacna es uno de los departamentos junto con Arequipa y Piura-Tumbes que cuentan con una alto recurso solar promedio, en esta seccin trataremos sobre el aprovechamiento que se tiene en Tacna de la energa fotovoltaica.

1. Determinacin del recurso.

De acuerdo a la tabla antes presentada, se tienen 5,4 HSP. Este promedio es casi siempre el ms alto de todo el Per:

Fuente: Pontificia Universidad Catlica del Per

Podemos observar que los mejores lugares del Per para instalar sistemas fotovoltaicos son Puno, Tacna, Moquegua, Arequipa, Lambayeque y le norte del Per que es cercano al ecuador.Es justamente en estos departamentos donde se tienen proyectos fotovoltaicos importantes, se han instalado dos centrales solares de 20MW en Arequipa, una central de 20W en Tacna y otra similar en Moquegua, adems, se estn realizando estudios de pre factibilidad para instalar centrales solares en tumbes, Piura y otras 2 en Arequipa.Tambin tenemos que considerar el terreno en donde sern instalados los paneles fotovoltaicos, debemos elegir un terreno llano o aplicable a un trabajo de nivelacin con maquinaria. El sur del Per cercano a la meseta del Collao est lleno de desniveles que afectan tanto la radiacin indirecta como la difusa y hacen un poco difcil la instalacin de paneles fotovoltaicos.

Tambin tenemos que prestar atencin al mapa solar de Tacna:

Del mapa anterior podemos entender por qu Tacna es un lugar ideal para instalar una central trmica, en noviembre se tiene una radiacin mayor a 7.5 KW-h/m2, incluso en los periodos de radiacin baja se tiene un HSP de 5 lo cual representa una mayor energa que en la mayora del ao en Lima, recordemos que lima tiene un promedio de 3,8 HSP.

2. La Central fotovoltaica

Compaa: Solarpack

La empresa utilizo la informacin de campo de la locacin de la futura central fotovoltaica, podemos observar la curva irradiancia-hora:

Concluimos que Tacna es un excelente departamento para instalar una central fotovoltaica.La energa solar no es utilizada directamente por las poblaciones circundantes, esta central est conectada al SEIN (Sistema Elctrico Interconectado Nacional), tiene un subestacin de conexin y una de distribucin, observemos la siguiente figura:

Observamos que desde la central solar propiedad de TS (Tacna Solar), se inyecta la energa a la subestacin Los Hroes propiedad de REDESUR, a la que tambin se inyecta energa desde la lnea sur de Moquegua, luego el total de la energa es llevada a la Subestacin de distribucin primaria de ELECTROSUR en Tacna, desde ah se distribuye a los receptores finales: hogares, empresas, comercios, etc. Los proyectos fotovoltaicos a pequea escala en Tacna tambin podran llegar a ser viables:Alta radiacinBaja radiacin

HSP85hr

Oferta solar80005000W-h/m2

Dimensiones30x4030x40cm

Das autono/seman01das

Energa al mes terica2880015600W-h

Oferta diaria correg.960520W-h

A/G70%70%almcen/genera

Almacenada en bat672364W-h

Energa al mes til2016010920W-h

Recup. al mes7,45924,0404S/.

Costo del sistema150150$

Periodo recup.57,31177606105,8063558meses

Aos recup.4,7759813388,817196317aos

Obs: El panel de dimensiones 30x40cm entregara por lo menos 120Wp

Observamos que podramos recuperar nuestra inversin en menos de 5 aos y 9 aos en el peor de los casos, podemos concluir que el nivel de aplicacin de Tacna es tan apropiado que se pueden construir centrales fotovoltaicas y esperar un TIR