DOCENTE: ING. QF. VALDIVIAINTEGRANTES:1. ELVIS CALLUPE ZUIGA2. ARACELI SERVAN3. ANDY4. JHOAO5. FFFFF6. KKKKK

JUNIO - 2015LIMA PERPROYECTO FINAL DE TERMODINMICA QUINTO CICLOINSTALACIN DE PANELES FOTOVOLTAICOS PARA EL SISTEMA DE VENTILADORES DEL PABELLON A DE LA UPN

INDICE

Portada ________________________________________________ Pg. 01ndice _________________________________________________ Pg. 02

I. CAPTULO I: INTRODUCCIN _________________________ Pg. 031.1. Antecedentes generales _________________________ Pg. 031.2. Objetivos del proyecto ___________________________ Pg. 04

II. CAPTULO II: METODOLOGA DEL PROYECTO2.1. Situacin actual _______________________________ Pg. 052.2. Planteamiento del problema a resolver______________ Pg. 052.3. Etapas de la investigacin _______________________ Pg. 062.4. Recoleccin y sistematizacin de datos _____________ Pg. 07

III. CAPTULO III: MARCO TERICO3.1. Historia de la energa fotovoltaica __________________ Pg. 053.2. Principio de funcionamiento de los paneles fotovoltaicos Pg. 063.3. Sistema de generacin fotovoltaica _________________ Pg. 073.4. Elementos de un sistema de generacin fotovoltaica ___ Pg. 08 IV. CAPTULO IV: DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN4.1. Etapas de la instalacin de los paneles fotovoltaicos ____ Pg. 094.2. V. CAPTULO V: ANLISIS DE RESULTADOS5.1. Impacto econmico ______________________________ Pg. 105.2. Impacto social __________________________________ Pg. 115.3. Impacto medioambiental __________________________ Pg. 12

VI. CAPTULO VI: CONCLUSIONESVII. BIBLIOGRAFAVIII. ANEXOSCAPTULO IINTRODUCCIN1.1. ANTECEDENTESEl inters en el uso tcnico de las energas renovables, especialmente de la energa solar, comenz en el Per, como en muchos otros pases, en los aos setenta del siglo pasado, como consecuencia de la llamada crisis de petrleo. Se trabaj en diferentes instituciones del pas (mayormente en universidades) en capacitacin y desarrollo tecnolgico, especialmente en bombeo de agua con molinos de viento, calentadores solares de agua y secadores solares de productos agrcolas. Estas experiencias fueron puntualmente exitosas, por ejemplo la tecnologa de los calentadores solares de agua hoy bien asentadas en Arequipa, los secadores solares artesanales de maz usados hoy en el Valle Sagrado del Urubamba fueron desarrollados y diseminados por un proyecto de la Universidad Nacional de Ingeniera con la cooperacin alemana.En esta parte trataremos de dar una visin general de la situacin actual del uso de la energa solar en el Per, entrando en ms detalle en el uso de la energa solar fotovoltaica, que tiene particular importancia para el desarrollo de zonas rurales apartadas: Segn datos del Ministerio de Energa y Minas del Per, en los ltimos aos se ha incrementado a 75 % el porcentaje de la poblacin peruana que cuenta con servicio elctrico. A pesar del gran esfuerzo de aumentar la electrificacin en el Per, bsicamente a travs de la extensin de redes elctricas, esto significa que todava hay 7 millones de peruanos sin electricidad. Casi toda esta gente vive en reas rurales y en la medida que aumenta la electrificacin, cada vez es ms costoso aumentar un punto porcentual ms a la electrificacin, debido a la baja densidad poblacional y las dificultades geogrficas de gran parte del territorio peruano. Para estos millones de peruanos la nica posibilidad econmicamente viable a corto y mediano plazo es la generacin local de electricidad, basada sobre todo en recursos renovables: hidrulica, elica, solar y biomasa. A pesar de que esta situacin es ampliamente reconocida, relativamente poco se ha hecho hasta la fecha en este campo. Esto se explica por varias razones, principalmente porque es ms costoso electrificar regiones remotas y aisladas que regiones que estn cerca a la red elctrica interconectada existente.

LA ENERGA SOLARLa energa solar es el recurso energtico con mayor disponibilidad en casi todo el territorio Peruano. En la gran mayora de localidades del Per, la disponibilidad de la energa solar es bastante grande y bastante uniforme durante todo el ao, comparado con otros pases, lo que hace atractivo su uso. En trminos generales, se dispone, en promedio anual, de 4-5 kWh/m2 da en la costa y selva y de 5-6 kWh/m2 da, aumentando de norte a sur. Esto implica que la energa solar incidente en pocos metros cuadrados es, en principio, suficiente para satisfacer las necesidades energticas de una familia. El problema es transformar esta energa solar en energa til y con un costo aceptable.

La energa solar se puede transformar con facilidad en calor: de hecho, cualquier cuerpo, preferentemente de color negro, absorbe la energa solar y la transforma en calor, que puede ser usado para calentar ambientes, calentar agua (termas solares), secar diversos productos, cocinar, etc. Por otro lado, con los paneles fotovoltaicos, o simplemente llamados paneles solares, se puede transformar la energa solar directamente en electricidad. La fabricacin de los paneles fotovoltaicos requiere alta tecnologa y pocas fbricas en el mundo (en pases desarrollados) lo hacen, pero su uso es sumamente simple y apropiado para la electrificacin rural, teniendo como principal dificultad su (todava) alto costo.Presentaremos a continuacin algunos ejemplos de aplicaciones de la energa solar en el Per.

Secado solarEl aprovechamiento tradicional de la energa solar ms difundido es el secado solar de productos agrcolas, exponiendo el producto directamente a la radiacin solar. Para superar los inconvenientes de este mtodo (bermas, disminucin de la calidad, etc.) El CER-UNI realiz, con apoyo de la cooperacin tcnica alemana entre 1983 y 1990 el proyecto Desarrollo y difusin de secadores solares para productos agrcolas y alimenticios, cuyos resultados estn incluidos en el libro Teora y prctica del secado solar. Posteriormente, hasta el da de hoy, siguen realizndose trabajos en este tema (p.ej. secadores de organo, CERT, Tacna) y varios de los modelos de secadores solares estudiados, de construccin simple con materiales disponibles en el campo, han encontrado una difusin en el campo.

Termas solaresLa fabricacin local de calentadores solares de agua es la tecnologa ms antigua y de mayor desarrollo y diseminacin en el Per. Se estima que hoy hay 25000 a 30000 termas solares, mayormente en Arequipa. Existen ahora alrededor de 20 fabricantes que recientemente se ha constituido en una Asociacin de Empresas Peruanas de Energa Solar, AEPES y que producen mensualmente alrededor de 600 metros cuadrados de colectores solares para termas solares.

Energa solar fotovoltaicaEn el Per, comparada con otros pases, existen todava pocos sistemas fotovoltaicos, SFV: Hasta 2005, en el Per hay alrededor de 10 000 SFV instalados, con una potencia total de 1,5 MWp. 65 % de esta potencia corresponde a SFV para telecomunicaciones, 29 % para iluminacin interna a casas, incluyendo postas de salud, salas comunales, etc., y el resto para otros usos, refrigeracin, bombeo de agua, etc. Los principales proyectos de electrificacin rural, estn descritos a continuacin. Hay que anotar que la mayora de los SFV usados para electrificacin rural son del tipo Sistema Fotovoltaico Domiciliario, SFD (en ingls: solar home system, SHS), con potencias tpicas de 50 60 Wp, operando junto con una batera de plomo acido, un regulador de carga, y 2 4 lmparas fluorescentes de 9 11 W, teniendo un costo del orden de US$ 600 (incluyendo impuestos e instalacin). Un SFD satisface las necesidades usuales de electricidad de una familia en el campo.Primeros proyectos FV en el PerEl primer proyecto de electrificacin rural FV en el Per fue un proyecto de la cooperacin tcnica alemana que instal en 1986 - 96 en el Departamento Puno cerca de 500 SFD, en un marco pre-comercial (subsidiados). Durante la evaluacin del proyecto que el CER-UNI ha realizado 10 aos despus del inicio del proyecto, se observ que todos los usuraos eran muy contentos con esta tecnologa y que los SFD visitados han seguido en operacin. Posteriormente, el Ministerio de Energa y Minas (MEM) ha instalado entre 1995 y 1998 un total de 1500 SFD en diferentes regiones del Per, mayormente en comunidades de la selva y muy dispersa. Inicialmente el MEM plante que el proyecto debe incentivar a empresarios privados para invertir en proyectos fotovoltaicos bajo un esquema de mercado. Finalmente se opt de dar al proyecto un objetivo social, pidiendo al beneficiario solamente una contribucin para los costos de mantenimiento del SFD a su disposicin. Estos SFD estn ahora propiedad de la empresa estatal ADINELSA, quin la administra con un modelo tarifaria y, para facilitar la administracin, ha creado en cada comunidad una asociacin de usuarios.

El proyecto CER UNI en TaquileEl Centro de Energas Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniera (CERUNI) est ejecutando desde 1996 un proyecto piloto de electrificacin fotovoltaica en la comunidad insular de Taquile en el Lago Titicaca. En este proyecto se haba considerado que los usuraos deben pagar mayormente el costo de los SFV, salvo los costos de estudios previos y de seguimiento, pero con facilidades y que los usuarios sean despus propietarios de los SFD. En el marco de este proyecto se ha instalado 427 SFD, todos funcionando hasta la fecha. Consideramos que el proyecto, que es bien evaluado, puede ser considerado como sostenible.

PERSPECTIVASEn el Per, como en muchos otros pases en desarrollo, el aspecto ecolgico es sin duda importante para considerar el uso de las energas renovables. Sin embargo, a corto plazo es ms importante el aspecto de desarrollo de regiones rurales apartadas de las redes energticas. Para su desarrollo estas regiones necesitan energa, siendo la mejor opcin a corto plazo, y muchas veces la nica, la generacin local de esta energa en base a la energa solar y la biomasa, y en menor escala, la energa hidrulica y elica.Consideramos que es una obligacin de la sociedad peruana en su conjunto, es decir del Estado, promocionar el uso de estas energas en zonas remotas. En caso de instituciones sociales pblicas, como colegios o postas de salud, el gobierno debe equiparlos con energa solar, asumiendo todo el costo de instalacin y de mantenimiento y operacin, como debe hacerlo con los otros costos de estas instituciones. En el caso de viviendas e instituciones privadas, el gobierno debe encontrar mecanismos de incentivos y subsidios directos a los usuarios finales, que permitan a los pobladores de regiones apartadas adquirir con crditos los equipos necesarios, con cuotas acordes con sus posibilidades.

1.2. OBJETIVOS DEL PROYECTO1.2.1. Objetivo general La finalidad del proyecto en analizar la factibilidad de la instalacin de paneles fotovoltaicos para suministrar de energa elctrica al sistema de ventiladores del pabelln A de la Universidad Peruana del Norte (UPN) sede norte.

1.2.2. Objetivos especficos Comparar los costos por kWh suministrados por los paneles fotovoltaicos y los suministrados por EDELNOR. Determinar el costo de la inversin y la recuperacin de esta en el tiempo. Identificar los principales impactos sociales y medioambientales posteriores a la instalacin de los paneles fotovoltaicos.

CAPTULO IIMETODOLOGA DEL PROYECTO2.1. SITUACIN ACTUALAqu describiremos aspectos necesarios para analizar la factibilidad de nuestro proyecto2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A RESOLVER2.3. ETAPAS DE LA IVESTIGACIN2.4. RECOLECCION Y SISTEMATIZACIN DE DATOS

CAPTULO IIIMARCO TORICO3.1. HISTORIA DE LA ENERGA FOTOVOLTAICAEl primero en observar el efecto fotovoltaico fue el fsico francs, Alexandre-Edmond Becquerel en 1839, mientras realizaba trabajos con una pila electroltica de dos electrodos sumergidos en una sustancia electroltica. Observ que sta al ser expuesta a la luz aumentaba su generacin de electricidad. No fue hasta 1883 que el inventor norteamericano Charles Fritts construye la primera celda solar con una eficiencia del 1%. La primera celda solar fue construida utilizando como semiconductor el Selenio con una muy delgada capa de oro. Debido al alto costo de esta celda se utiliz para usos diferentes a la generacin de electricidad.Las aplicaciones de la celda de Selenio fueron utilizadas para sensores de luz en la exposicin de cmaras fotogrficas. La celda que actualmente es utilizada es la de Silicio creada por el inventor norteamericano Russell Ohl. Fue construida en 1940 y patentada en 1946. (Pep Puig, Marta Jofra, 2007).La poca moderna de la celda de Silicio llega en 1954 cuando Gerald Pearson de Laboratorios Bells, mientras experimentaba con las aplicaciones en la electrnica de silicio fabric casi accidentalmente una clula fotovoltaica basada en este material que resultaba mucho ms eficiente que cualquiera hecha de selenio. A partir de este descubrimiento, otros dos cientficos tambin de Bell, Daryl Chaplin y Calvin Fuller perfeccionaron este invento y fabricaron clulas solares de silicio capaces de proporcionar suficiente energa elctrica como para que pudiesen obtener aplicaciones prcticas de ellas.Con la llegada de la carrera espacial se acelera la investigacin de las celdas fotovoltaicas debido a la necesidad de proveer de energa a los satlites en el espacio. La NASA destin grandes sumas de dinero en el desarrollo de esta tecnologa. Durante estos aos las celdas fotovoltaicas ya contaban con un rendimiento del 8%. El 17 de Marzo de 1958, finalmente, se lanza el Vanguard I, el primer satlite alimentado con paneles solares fotovoltaicos. La celda fotovoltaica que contaba ste satlite generaba 0,1W en una superficie aproximada de 100 cm2 para alimentar un transmisor de 5 mW. Si bien en este satlite, los paneles solares eran slo la fuente de energa de respaldo, acabaron por convertirse en la fuente principal cuando las bateras consideradas fuente de alimento principal se agotaron en tan solo 20 das. El equipo estuvo operativo con esa configuracin por 5 aos. En 1973 investigadores de Exxon (entonces denominada Esso) sorprendieron a todo el mundo al anunciar que su filial Solar Power Corporation comercializaba mdulos fotovoltaicos que seran competitivos con otras fuentes de energa en aplicaciones terrestres. Solar Power Corporation comenz a investigar para reducir el coste de fabricacin de las clulas. Empezaron por utilizar, no silicio cristalino puro, como el utilizado en la industria de los semiconductores, sino silicio de rechazo de esta industria.As lograron fabricar mdulos a un costo de 10 $/W, que se vendan a 20 $/W. Los primeros mercados masivos de clulas fotovoltaicas se desarrollaron en primer lugar en torno a aplicaciones aisladas de la red elctrica: sealizacin martima mediante boyas luminosas, sealizacin ferroviaria, antenas de comunicaciones (telegrafa, telefona, radio, TV, etc.).3.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOSAl hablar de la tecnologa fotovoltaica el elemento central es la celda o clula solar. Este elemento es la estructura mnima que puede, suministrar una determinada potencia de electricidad, partiendo directamente de la energa solar, por medio del llamado Efecto Fotovoltaico (FV)Funcionamiento Las celdas solares estn compuestas por un material semiconductor en el caso ms general se implementa el silicio (Si) puro. La luz solar est compuesta por fotones, o partculas energticas, de acuerdo con la ley de Max Planck. Estos fotones son de diferentes energas, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. (Ecuacin de Plank)Donde es la constante de Plank y es la frecuencia del fotn. Cuando los fotones inciden sobre una clula FV (conformado conjunto de tomos de Si), pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a travs de l. nicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotn es absorbido, la energa del fotn se transfiere a un electrn de un tomo de silicio. Con esta nueva energa, el electrn es capaz de escapar de su posicin normal asociada con un tomo para formar parte de una corriente en un circuito elctrico.Las partes ms importantes de la clula solar son las capas de semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo elctrico, positivo en una parte y negativo en la otra. Cuando la luz solar incide en la clula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo elctrico, formando una corriente elctrica. Es por ello que estas clulas se fabrican a partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actan como aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la energa.

Desdichadamente no hay un tipo de material ideal para todos los tipos de clulas y aplicaciones. Adems de los semiconductores las clulas solares estn formadas por una malla metlica superior u otro tipo de contacto para recolectar los electrones del semiconductor y transferirlos a la carga externa y un contacto posterior para completar el circuito elctrico. Tambin en la parte superior de la clula hay un vidrio u otro tipo de material encapsulante transparente para sellarla y protegerla de las condiciones ambientales, y una capa anti-reflexiva para aumentar el nmero de fotones absorbidos.El rendimiento de conversin, esto es, la proporcin de luz solar que la clula convierte en energa elctrica, es fundamental en los dispositivos fotovoltaicos, ya que el aumento del rendimiento hace de la energa solar FV una energa ms competitiva con otras fuentes (por ejemplo la energa de origen fsil). Estas clulas, conectadas unas con otras, encapsuladas y montadas sobre una estructura soporte o marco, conforman un mdulo fotovoltaico. Los mdulos estn diseados para suministrar electricidad a un determinado voltaje (normalmente 12 24 V). La corriente producida depende del nivel de insolacin. La estructura del mdulo protege a las clulas del medioambiente y son muy durables y fiables. Aunque un mdulo puede ser suficiente para muchas aplicaciones, dos o ms mdulos pueden ser conectados para formar un generador FV.

3.3. SISTEMA DE GENERACIN FOTOVOLTAICA3.4. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE GENERACIN FOTOVOLTAICA