TITULO DEL PROYECTO

SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MOTUL

CARRERA:

ENERGIAS RENOVABLES

SEMESTRE: 5to

MATERIA:

MARCO JURIDICO

TITULO:

SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO

INTEGRANTES:

AGUILAR A. ALVARO

PECH P. DENNIS MARTIN

TUN N. LUIS ENRIQUE

MAESTRA:

M.E.R. ANA ROSA MACIEL

FECHA DE ENTREGA:

30 DE NOVIEMBRE DEL 2012

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INDICE

I.- INTRODUCCION…………………………………………………………………....11

II.-OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………...12

III.-OBJETIVO ESPECIFICO………………………….……………………………....12

IV.-FINALIDAD………………………………………………………………………….13

V.-JUSTIFICACION…………………………………………………………….............13

CAPITULO 1 ANTECEDENTES

1.1BREVE HISTORIA DEL PROCESO FOTOVOLTAICO…………….…………..15

1.2- FUNDAMENTACION DEL PROYECTO………………………………………..16

1.3.- MARCO LEGAL, REGULATORIO Y NORMATIVO…………………………..17

1.4- METODOLOGIA…………………………………………………………………...20

1.5.- ENERGIAS RENOVABLES…………………………………………………..…21

1.5.1- DEFINICIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE…………………………………..21

1.6.- LA ENERGIA SOLAR……………………………………………………………24

1.7.-RADIACIÓN SOLAR……………………………………………………………...26

1.8.- MASA DE AIRE…………………………………………………………………..27

1.9.- UNIDADES DE MEDIDA………………………………………………………..29

1.10.-IRRADIACION…………………………………………………………………...29

1.10.1.-DIA SOLAR PROMEDIO……………………………………………………..29

1.11.-BENEFICIOS…………………………………………………………………….31

1.12.-LIMITACIONES………………………………………………………………..…31

1.13.-NORMAS MEXICANAS PARA INSTALACIONES EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS……………………………………………………………………..32

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1.13.1.-NORMAS MEXICANAS PARA DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS NMX-J-643/1-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS – PARTE 1: MEDICIÓN DE LA CARACTERÍSTICA CORRIENTE-TENSIÓN DE LOS DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS…………………………………………………………………..…32

1.13.2.-NMX-J-643/2-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 2: REQUISITOS PARA DISPOSITIVOS SOLARES DE REFERENCIA……………33

1.13.3.- NMX-J-643/3-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 3: PRINCIPIOS DE MEDICIÓN PARA DISPOSITIVOS SOLARES FOTOVOLTAICOS TERRESTRES (FV) CON DATOS DE REFERENCIA PARA RADIACIÓN ESPECTRAL……………………………………………………………33

1.13.4.-NMX-J-643/5-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 5: DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA EQUIVALENTE DE LA CELDA (ECT) DE DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS (FV) POR EL MÉTODO DE TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO. ………………………………………………………………...34

1.13.5.-NMX-J-643/7-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 7: CÁLCULO DE LA CORRECCIÓN DEL DESAJUSTE ESPECTRAL EN LAS MEDICIONES DE DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS.…………………………...35

1.13.6.- NMX-J-643/9-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 9: REQUISITOS PARA LA REALIZACIÓN DEL SIMULADOR SOLAR………... 35

1.13.7.-NMX-J-643/10-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 10: MÉTODOS DE MEDICIONES LINEALES. …………………………………….36

1.13.8.- NMX-J-643/11-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS – PARTE 11: PROCEDIMIENTOS PARA CORREGIR LAS MEDICIONES DE TEMPERATURA E IRRADIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS CORRIENTE-TENSIÓN………………………………………………………………………………..37

1.13.9.-EXISTEN DOCUMENTOS QUE ESTABLECEN NORMAS Y LINEAMIENTOS QUE DEBEN SEGUIRSE EN LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS. EN MÉXICO……………………………………….37

1.13.9.1.-NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-SEDE-2005, INSTALACIONES ELÉCTRICAS………………………………………………………………………..…37

1.13.9.2.-NORMATIVIDAD CFE PARA SFVI_G0100-04 INTERCONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDAD HASTA 30 kW………………………………………………….............39

1.14.-ESTUDIO ENERGETICO & COSTOS………………………………………..41

1.14.1.- DIMENSIONADO DE LAS INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA……….….41

1.15.-POTENCIA MÁXIMA DIARIA ………………………………………………....41

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1.16.-IMPACTO AMBIENTAL…………………………………………………………42

1.16.2.- EMISIONES EVITADAS POR EL USO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS……………………………………………………………………..43

CAPITULO 2 MATERIALES Y METODOS

2.1..-CALCULO DEL INVERSOR…………………………………………………….44

2.2.-CÁLCULO DE LA ENERGÍA MÁXIMA DIARIA………………………………..44

2.3.-CÁLCULO DE PANELES SOLARES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN………………………………………………………………………….46

2.4.-CALCULO DE LA BATERÍA……………………………………………………..46

2.5.-PLANEACIÓN DEL PROYECTO FOTOVOLTAICO…………………………..47

2.5.1.- REQUERIMIENTOS DEL SITIO……………………………………………...47

2.5.2.- REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA………………………………………...49

2.5.2.1-MÓDULOS FOTOVOLTAICOS……………………………………………...49

2.5.2.1.1CELDAS FOTOVOLTAICAS………………………………………………..50

2.5.2.1.2TIPOS DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS…………………………..……50

2.5.2.2.-BATERÍAS……………………………………………………………………..51

2.5.2.2.1CARACTERÍSTICAS DE LAS BATERÍAS………………………………...51

2.5.2.3.-REGULADOR O CONTROLADOR DE CARGA……………………….....53

2.5.2.4.-INVERSOR……………………………………………………………………54

2.5.2.5.-UBICACIÓN…………………………………………………………………...54

2.5.2.6.-ORIENTACIÓN………………………………………………………………..54

2.5.2.7.-ANGULO DE INCLINACIÓN………………………………………………. 55

2.5.2.8.- ESTRUCTURA DE SOPORTE…………………………………………….57

2.5.2.9-CABLEADO…………………………………………….……………………...58

2.5.2.10.-UBICACIÓN DEL CONTROLADOR Y DE LAS BATERÍAS……….…..58

2.6.- ESTUDIO & ANÁLISIS DEL SISTEMA………………………………………..60

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2.7.-INSTALACION & ARREGLOS…………………………………………………..61

CAPÍTULO 3 RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

3.1.- COMPORTAMIENTO & RESULTADOS PREVIOS………………………….63

3.2.- CONCLUSIONES……………………………………………………………......63

REFERENCIAS

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INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.6.- FUENTE: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS (IIE)……………………………………………………………………………………….25

FIG 1.7- ESPECTRO LUMINOSO DE LA LUZ SOLAR……………………….….27

FIG. 1.8- MASA DE AIRE…………………………………………………………..…28

FIGUA 1.13.1.- DE LA NORMA NMX-J-643/1-ANCE-2011……………………….32

FIGURA 1.13.2 NMX-J-643/2-ANCE-2011………………………………………….33

FIGURA 1.13.3.- NMX-J-643/3-ANCE-2011………………………………………..34

FIGURA 1.13.4.- NMX-J-643/5-ANCE-2011………………………………………..34

FIGURA 1.13.5 NMX-J-643/7-ANCE-2011………………………………………….35

FIGURA 1.13.6.- NMX-J-643/9-ANCE-2011………………………………………..36

FIGURA 1.13.7 NMX-J-643/10-ANCE-2011………………………………………..36

FIGURA 1.13.8.- NMX-J-643/11-ANCE-2011………………………………………37

FIGURA 2.5.1 GRAFICAS DE TEMPERATURA MEDIA……………………....…48

FIGURA 2.5.1.1 MAPA DE TEMPERATURA MEDIA ANUAL……………………49

FIGURA 2.5.2.2.1 BATERÍA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS……………..52

FIGURA 2.5.2.3 REGULADOR DE CARGA FOTOVOLTAICO…………………...53

FIGURA 2.5.2.7.- ANGULO DE INCLINACIÓN ÓPTIMO EN INVIERNO Y VERANO………………………………………………………………………………..55

FIGURA 2.5.2.7.1 ANGULO DE INCLINACIÓN……………………………………56

FIGURA 2.5.2.8.- TIPOS DE SOPORTES PARA PANELES SOLARES…….…57

FIGURA 2.5.2.10.- UBICACIÓN DEL CONTROLADOR Y LAS BATERÍAS……59

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FIGURA 2.7.- FORMA EN QUE SE INSTALARÍAN LOS CABLES………………61

FIGURA 2.7.1 ARREGLO DE LOS PANELES……………………………………..62

FIGURA 2.7.2 CONEXIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA……………...62

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GLOSARIO

CFE-COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD

KW-KILOWAT

Ah-AMPER-HORA

LAERFTE-LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE LAS ENERGIAS RENIVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICION ENERGETICA

SENER- SECRETARIA DE ENERGIA

PRONASE-PROGRAMA NACIONAL PARA EL APROVECHAMIENTO SUSTENTABLE DE LA ENERGIA

ENE-ESTRATEGIA NACIONAL DE ENERGIA

KWh-KILOWAT HORA

C02-DIOXIDO DE CARBONO

CONAE-COMISION NACIONAL DE ACTIVIDADES ESPACIALES

ANES-ASOCIACION NACIONAL DE ENERGIA SOLAR

COFER-CONSEJO CONSULTIVO PARA EL FOMENTO DE LAS ENERGIAS RENOVABLES

SO2-DIOXIDO DE ASUFRE

MW-MEGAWAT

KWh/dia/m2 -KILOWAT HORA POR DIA POR METRO CUADRADO

Cal/m2 -CALORIAS POR METRO CUADRADO

BTU/Ft2 -UNIDAD TERMICA BRITANICA POR PIES CUADRADOS

FVs -FOTOVOLTAICOS

PM10 Y PM5 - PARTÍCULAS SÓLIDAS O LÍQUIDAS DE POLVO, CENIZAS, HOLLÍN, PARTÍCULAS METÁLICAS, CEMENTO O POLEN, DISPERSAS EN LA ATMÓSFERA

ANCE-ASOCIACION DE NORMALIZACION Y CERTIFICACION

NMX- NORMA MEXICANA

NOCT -TEMPERATURA NOMINAL DE OPERACION DE CELDA

I-V -CORRITE- VOLTAJE

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INDICE DE TABLAS

TABLA 1.15.- EQUIPOS Y CONSUMO DE ENERGÍA DIARIA………………..….41

TABLA.2.1.- INVERSOR SOLAR AISLADOS DE ONDA PURA 12VCC - 24VAC……………………………………………………………………………….…..44

TABLA 2.4 ESTIMACIÓN DE LA BATERÍA………………………………………...46

TABLA 2.5.2.7.-ÁNGULOS DE INCLINACIÓN PARA SISTEMAS FIJOS………56

TABLA 2.6.- COSTOS DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS………………….…..60

TABLA 2.7.- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL PANEL SOLAR…………...61

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I.- INTRODUCCION

En el presente proyecto pretende analizar la viabilidad y condiciones para la generación de 1kW de potencia eléctrica por medio proceso fotovoltaico en donde dicho fenómeno es la denominación que recibe la conversión de la luz del sol en electricidad a través de celdas fotovoltaicas con un sistema aislado en el Estado de Yucatán.

Estas células o celdas fotovoltaicas son obleas planas y delgadas que se fabrican con materiales semiconductores, los cuales actúan como aislantes a bajas temperaturas y funcionan como conductores cuando son expuestos al calor o la energía lumínica.

Precisamente, la luz solar está compuesta por fotones o partículas energéticas de diferentes longitudes de onda, que, al incidir sobre una célula fotovoltaica, pueden reflejarse, atravesarla o ser absorbidas. Cuando un fotón es absorbido, su energía se transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, los electrones escapan de la órbita asociada al átomo y pasan a formar parte de una corriente en un circuito eléctrico.

Esta corriente generada por el flujo de electrones, al colocar contactos de metal en la parte superior e inferior de la célula fotovoltaica, puede ser extraída para ser utilizada externamente. Las células solares constituyen, por tanto, el componente esencial del sistema fotovoltaico. Pero las propiedades eléctricas de una célula aislada no permiten generar energía suficiente para que funcione un equipo eléctrico con tensiones estándar 12, 24 ó 48 voltios, por lo que las células se interconectan con otras células y, encapsuladas y montadas sobre una estructura o soporte marco, conforman un módulo fotovoltaico.

En la actualidad, más del 90% de las células solares se fabrican a partir de silicio, un metaloide semiconductor que combina las propiedades de un metal y de un aislante y que ofrece mejores posibilidades para incrementar la eficacia de los módulos.

El incremento de rendimiento de la conversión, es decir, la proporción de luz solar que la célula transforma en energía eléctrica, resulta fundamental en los dispositivos fotovoltaicos para incrementar la competitividad de esta fuente de energía.

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II.-OBJETIVO GENERAL

Realizar una investigación sobre los niveles promedio de radiación solar que se registran en las zonas de la Península de Yucatán en específico; Mérida, Sotuta y Tizimín para recaudar información de zonas de incidencia solar. Determinar la el consumo promedio diario de la carga y demanda diaria del sistema en kilowatt-hora (Kwh).Establecer las principales características y los costos de los equipos para generación fotovoltaica disponibles actualmente en el mercado.

Diseñar el sistema fotovoltaico de generación eléctrica para satisfacer la demanda energética del establecimiento. ; utilizando tecnologías sencillas y de fácil mantenimiento, así como un sistema de baterías para disponer de energía necesaria en las horas donde no se tenga el recurso energético de radiación solar.

Estimar el presupuesto necesario para la construcción del proyecto e investigar sobre las instituciones que brindan apoyo y financiamiento para este tipo de instalaciones.

El sistema deberá poder abastecer las cargas existentes, conectadas así como la demanda diaria de la carga completa del sistema.

III.- OBJETIVO ESPECÍFICO

El sistema tendrá la capacidad de suministrar la demanda requerida con la posibilidad de expansión del sistema y aumentar su capacidad energética. El sistema tipo isla o aislado funcionara de forma autonomía en su funcionamiento, con un soporte de carga con baterías dotándolo de un tiempo completo de duración.

La inversión en estos sistemas garantiza una independencia energética y una apuesta por un futuro ecológicamente sostenible. El sistema fotovoltaico aislado estará diseñado con base a las necesidades energéticas del usuario.

La instalación fotovoltaica además de ser eficiente representa una inversión a largo plazo con un ahorro muy significativo el cual justifica la inversión inicial.

Aprovechamiento de la luz solar durante el día. Reduciendo la producción de Emisiones de carbono (CO2).

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IV.-FINALIDAD

Generación de Energía Eléctrica a partir de un Sistema Fotovoltaico Aislado. Estudio del comportamiento de un sistema fotovoltaico aislado autónomo.

Definir la viabilidad del sistema fotovoltaico aislado por medio de un análisis energético, así como la posibilidad de efectuar mantenimiento sencillo.

Satisfacer la demanda energética requerida por día (KW/h).

El aprovechamiento de la energía solar ofrece una gran cantidad de beneficios que en su mayoría resultan de la reducción del consumo de combustibles fósiles como energía primaria para la generación de electricidad.

V.-JUSTIFICACION

El sistema fotovoltaico aislado tiene el propósito de generar energía eléctrica por medio del aprovechamiento del servicio o recurso natural del sol. Además de plantear una solución eficiente y económica para el abastecimiento energético de la instalación.

La producción de electricidad de una fuente segura e ilimitada y no contaminante como la energía solar. El aprovechamiento en las horas o días de mayor irradiación solar.

La eficiencia energética y producción de electricidad precedente de un recurso renovable, tiene además un beneficio al medio ambiente.

A corto plazo la inversión inicial puede resultar elevada, pero puede tener grandes beneficios a largo plazo pues el equipo no requiere de un mantenimiento costoso además de ser sencillo, esto implica que no generara costos excedentes después las condiciones de seguridad en la instalación fotovoltaica aislada no suele presentar problemas técnicos en su operación diaria, operando el sistema o instalación en condiciones normales.

Los beneficios para el usuario son evidentes en relación costo-beneficio, al no tener que requerir de un abasto externo de energía eléctrica.

El interés principal es la producción de eléctrica, pues provee un servicio eléctrico vital para las actividades y necesidades de la instalación. En relación a la innovación se plantea y promueve el uso de un medio alternativo para la generación de energía eléctrica. En cuanto a la tecnología implementada en el proyecto es de recién aplicación masiva aunque su descubrimiento data del siglo pasado el potenciamiento y desarrollo tecnológico así como la investigación

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juegan un papel central cuando se implementa tecnología reciente en materiales y células fotovoltaicas esto garantiza un alto rendimiento y una eficiente aplicación para obtener óptimos resultados

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CAPITULO 1 ANTECEDENTES

1.1BREVE HISTORIA DEL PROCESO FOTOVOLTAICO

Etimológicamente, el término fotovoltaico deriva del griego phos, que significa luz, y de volt, en honor al inventor de la pila eléctrica, Alessandro Volta (1745-1827). El proceso fotovoltaico fue descubierto en 1839 por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel y en 1883 el inventor norteamericano Charles Fritts construía la primera celda solar, utilizando como semiconductor el selenio con una muy delgada capa de oro.

Habría que esperar hasta el año 1940 para la fabricación de la primera celda solar moderna, que incorpora el silicio como material semiconductor y que era fruto de la patente del inventor norteamericano Rusell Ohl. Sería ya en 1955 cuando la empresa americana Western Electric comenzase la comercialización en serie de celdas solares.

Inicialmente, las primeras aplicaciones prácticas de estos dispositivos se dieron en satélites artificiales, mostrándose como una solución eficaz para la provisión de electricidad. El Vanguard 1 se convertiría así en el primer satélite en utilizar un módulo fotovoltaico para alimentar un transmisor que consumía únicamente 5 miliwatios. Ya a mediados de la década de los 70 se iniciaría la utilización de módulos fotovoltaicos en diferentes aplicaciones terrestres como, por ejemplo, relojes, juguetes o calculadoras.

En las últimas décadas, la tecnología fotovoltaica ha continuado su evolución propiciando el desarrollo de sistemas fotovoltaicos conectados a red y favoreciendo el desarrollo de una industria cuya principal finalidad es abastecer de módulos a las grandes centrales fotovoltaicas de generación de electricidad.

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1.2- FUNDAMENTACION DEL PROYECTO

Un sistema Fotovoltaico residencial tipo isla, es ideal para localidades donde la red de CFE no tiene servicio.

La configuración del sistema es igual al Sistema Fotovoltaico Residencial Base, pero se adicional baterías solares. Durante las horas de luz, la energía que se utiliza es la que está generando el sistema Fotovoltaico directamente; en la noche y horas de poca o nula luz, la energía eléctrica la suministran las baterías.

Los módulos fotovoltaicos convierten la luz del sol en corriente directa. Esa corriente, la convierte un inversor en corriente alterna para conectarse a la red eléctrica de su casa. Los módulos como el inversor se caracterizan por su potencia (kW).

Actualmente existen tres formas de instalar un sistema fotovoltaico:

Sistema Isla: Es un sistema fotovoltaico totalmente independiente. Además del arreglo de fotoceldas, consta de un inversor, controlador de carga y baterías. La capacidad de almacenaje depende exclusivamente de las baterías instaladas en el sistema.

Sistema de Interconexión: Este tipo de sistemas fotovoltaicos permiten enviar la energía generada por un arreglo de fotoceldas a la red pública de la CFE (Comisión Federal de Electricidad). La diferencia entre energía generada y consumida se mide con un medidor bidireccional.

Sistema de Interconexión con respaldo: Este tipo de instalaciones fotovoltaicas son los más completos, ya que cuentan con un sistema de almacenaje en baterías y de interconexión con CFE.

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1.3.- MARCO LEGAL, REGULATORIO Y NORMATIVO

LEY PARA EL APROVECHAMIENTO DE ENERGÍAS RENOVABLES Y EL FINANCIAMIENTO DE LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA

CÁMARA DE DIPUTADOS DEL H. CONGRESO DE LA UNIÓN

Secretaría GeneralSecretaría de Servicios ParlamentariosDirección General de Servicios de Documentación, Información y Análisis

Última Reforma DOF 12-01-2012

El 28 de noviembre del 2008 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE) y el 02 de Septiembre del 2009 su reglamento (RLAERFTE). La Ley busca regular el aprovechamiento de las energías renovables para la generación de electricidad “con fines distintos a la prestación del servicio público”.

La Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética establece la presentación anual de la Estrategia Nacional para la Transición Energética y el Aprovechamiento Sustentable de la Energía, a través del cual el Gobierno Federal impulsará las políticas, programas, proyectos y acciones encaminados a conseguir una mayor utilización de las energías renovables y las tecnologías limpias, promover la eficiencia y sustentabilidad energéticas y reducir la dependencia de los recursos fósiles, principalmente hidrocarburos, como fuente primaria de energía.

Como resultado de la Reforma Energética aprobada en 2008, le fueron otorgadas a la Secretaría de Energía (SENER) nuevas facultades para tomar un papel activo dentro de la planeación a mediano y largo plazos, con la intención de atender la dinámica a la que se enfrenta el sector energético mexicano con relación a la sustentabilidad ambiental y la transición energética. En este sentido, la formulación de planes, programas y estrategias federales orientados al cumplimiento de estos temas, incluyen aspectos relacionados con la transición energética y la sustentabilidad ambiental.

Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética.

La Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 28 de noviembre de 2008, tiene por objeto regular el aprovechamiento de fuentes de energía renovables y las tecnologías limpias para generar electricidad con fines distintos a la prestación del servicio público de energía eléctrica, así como

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establecer la estrategia nacional y los instrumentos para el financiamiento de la transición energética La estrategia nacional a la que hace referencia la cita anteriores a la Estrategia Nacional para la Transición Energética y el Aprovechamiento Sustentable de la Energía (Estrategia), misma que, de acuerdo con el Artículo 22 de esta Ley, se establece como impulsora de las políticas, programas, acciones y proyectos encaminados a conseguir una mayor utilización y aprovechamiento de las fuentes de energía renovables y las tecnologías limpias, promover la eficiencia y sustentabilidad energética, así como la reducción de la dependencia de México de los hidrocarburos como fuente primaria de energía.Asimismo, el Artículo 26 de esta misma Ley establece lo siguiente "Cada año la Secretaría llevará a cabo la actualización de la Estrategia y presentará una prospectiva sobre los avances logrados en la transición energética y el aprovechamiento sustentable de las energías renovables", incluyendo un diagnóstico sobre las aplicaciones de las tecnologías limpias y las energías renovables, así como sobre el ahorro y uso óptimo de toda clase de energía.

Ley para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía

Para fortalecer el uso óptimo de la energía en todos los procesos y actividades para su explotación, producción, transformación, distribución y consumo, incluyendo la eficiencia energética, la Ley para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía tiene como objeto propiciar un aprovechamiento sustentable de la energía mediante el uso óptimo de la misma en todos sus procesos y actividades, desde su explotación hasta su consumo.Esta Ley contempla además, el Programa Nacional para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía (PRONASE), el Consejo Consultivo para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía, el Subsistema Nacional de Información Sobre el aprovechamiento de la Energía y la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, la cual es un órgano administrativo desconcentrado, que cuenta con autonomía técnica y operativa, y tiene por objeto promover la eficiencia energética y constituirse como órgano de carácter técnico, en materia de aprovechamiento sustentable de la energía.

Estrategia Nacional De Energía.

La Estrategia Nacional de Energía (ENE) tiene su fundamento en lo establecido en la fracción sexta del Artículo 33 de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal.

La planeación energética deberá atender los siguientes criterios: la soberanía y la seguridad energéticas, el mejoramiento de la productividad energética, la restitución de reservas de hidrocarburos, la reducción progresiva de impactos ambientales de la producción y consumo de energía, la mayor participación de las energías renovables en el balance energético nacional, la satisfacción de las necesidades energéticas básicas de la población, el ahorro de energía y la mayor

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eficiencia de su producción y uso, el fortalecimiento de las entidades públicas del sector energético como organismos públicos, y el apoyo a la investigación y el desarrollo tecnológico nacionales en materia energética.

Es así que la ENE establece objetivos, metas y líneas de acción que le permitirán al sector energético desarrollarse hacia un horizonte de quince años. A partir de dichos objetivos y líneas de acción se derivan diversos planes y programas encaminados a impulsar su desarrollo de manera eficiente y sustentable.

A partir de los tres ejes rectores de la ENE: Eficiencia Económica y Productiva, Seguridad Energética y Sustentabilidad Ambiental, se desprenden objetivos, los cuales establecen la dirección que seguirá el sector en la transición hacia una operación segura, eficiente y sustentable que responda a las necesidades energéticas y de crecimiento económico y desarrollo social del país.

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1.4- METODOLOGIA

Para realizar el diseño del sistema fotovoltaico de electrificación es necesario conocer las características y el funcionamiento de los distintos componentes que conforman la instalación aislada, para esto se realizará una investigación de fuentes bibliográficas y páginas de Internet, con la finalidad de comprender los aspectos básicos de la generación de electricidad a partir de celdas solares y los principios de funcionamiento de éstas y de los paneles, reguladores de carga, inversores y demás equipos que conforman el sistema. La investigación abarcará además las técnicas de diseño que se emplean actualmente para la elaboración de proyectos de este tipo. Como un complemento en la etapa de diseño del sistema, se espera realizar consultas a profesionales con experiencia en el tratamiento de este tipo de tecnologías, que puedan brindar una visión realista de los principales aspectos de la generación eléctrica a partir de sistemas fotovoltaicos en la actualidad.

Los datos e información contenidos en este documento deberán serán comparados con datos suministrados por otras fuentes similares, para tener una mejor aproximación del valor real de la radiación solar promedio en esta área específicamente en Yucatán.

La investigación sobre los equipos fotovoltaicos disponibles actualmente en el mercado y sus principales características, se realizará básicamente ingresando a los sitios web de los principales distribuidores de este tipo de componentes, que generalmente brindan información explícita sobre los aspectos más relevantes de los equipos en cuestión (eficiencia, capacidad, costos, etc.).

Es necesario establecer un promedio de la potencia que consume cada aparato, así como de la cantidad de horas que se utiliza diariamente cada uno de dichos equipos, para determinar de esta forma cuál es la carga total que se requiere alimentar a partir del sistema generador fotovoltaico. Para este cálculo, deberán aproximarse también las posibles pérdidas que se dan en el sistema (pérdidas en cables, eficiencia de los componentes).

Finalmente, el cálculo del presupuesto se realiza en base a los precios promedio de los equipos más favorables a los fines del proyecto, incluyendo además una estimación de los gastos adicionales derivados de la instalación, administración u otros gastos generales.

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1.5.- ENERGIAS RENOVABLES

1.5.1- DEFINICIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE

Las energías renovables son aquellas cuya fuente reside en fenómenos de la naturaleza, procesos o materiales susceptibles de ser transformados en energía aprovechable por la humanidad, y que se regeneran naturalmente, por lo que se encuentran disponibles de forma continua. Las fuentes renovables de energía perdurarán por miles de años. Las energías renovables se pueden clasificar de distintas formas: por su origen primario de la energía, por el nivel de desarrollo de las tecnologías, y por las aplicaciones de las energías.

Cuando en 1973 se produjeron eventos importantes en el mercado del petróleo en el mundo, que se manifestaron en los años posteriores en un encarecimiento notable de esta fuente de energía no renovable, resurgieron las preocupaciones sobre el suministro y precio futuro de la energía. Resultado de esto, los países consumidores, enfrentados a los altos costos del petróleo y a una dependencia casi total de este energético, tuvieron que modificar costumbres y buscar opciones para reducir su dependencia de fuentes no renovables.

Entre las opciones para reducir la dependencia del petróleo como principal energético, se reconsideró el mejor aprovechamiento de la energía solar y sus diversas manifestaciones secundarias tales como la energía eólica, hidráulica y las diversas formas de biomasa; es decir, las llamadas energías renovables. Así, hacia mediados de los años setenta, múltiples centros de investigación en el mundo retomaron viejos estudios, organizaron grupos de trabajo e iniciaron la construcción y operación de prototipos de equipos y sistemas operados con energéticos renovables. Asimismo, se establecieron diversas empresas para aprovechar las oportunidades que se ofrecían para el desarrollo de estas tecnologías, dados los altos precios de las energías convencionales.

En la década de los ochenta, aparecen evidencias de un aumento en las concentraciones de gases que provocan el efecto de invernadero en la atmósfera terrestre, las cuales han sido atribuidas, en gran medida, a la quema de combustibles fósiles. Esto trajo como resultado una convocatoria mundial para buscar alternativas de reducción de las concentraciones actuales de estos gases, lo que llevó a un replanteamiento de la importancia que pueden tener las energías renovables para crear sistemas sustentables. Como resultado de esta convocatoria, muchos países, particularmente los más desarrollados, establecen compromisos para limitar y reducir emisiones de gases de efecto de invernadero renovando así su interés en aplicar políticas de promoción de las energías renovables.

Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo, muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías renovables han madurado y evolucionado, aumentando su confiabilidad y mejorando su rentabilidad para muchas aplicaciones. Como resultado, países como Estados

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Unidos, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muy acelerado en el número de instalaciones que aprovechan la energía solar de manera directa o indirectamente a través de sus manifestaciones secundarias.

Además de la riqueza en energéticos de origen fósil, México cuenta con un potencial muy importante en cuestión de recursos energéticos renovables, cuyo desarrollo permitirá al país contar con una mayor diversificación de fuentes de energía, ampliar la base industrial en un área que puede tener valor estratégico en el futuro, y atenuar los impactos ambientales ocasionados por la producción, distribución y uso final de las formas de energía convencionales.

Para analizar y plantear estrategias nacionales sobre energías renovables, la Secretaría de Energía se ha apoyado en la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, Conae, creada como comisión intersecretarial en 1989 y elevada a la categoría de órgano desconcentrado de la Secretaría de Energía en 1999. A su vez, reconociendo su invaluable participación en el tema, la Conae estableció, desde hace más de tres años, una alianza con la Asociación Nacional de Energía Solar, ANES, y juntas han operado el Consejo Consultivo para el Fomento de las Energías Renovables, COFER.

El potencial económico y financiero, sin embargo, se limita a nichos específicos debido a los altos costos de las tecnologías. Para comunidades aisladas de la red eléctrica, el alto costo de extensión de la red implica que la tecnología fotovoltaica sea en la mayoría de los casos la más económica para satisfacer aplicaciones energéticas de alto valor y poco consumo de energía, tales como iluminación y aparatos electrónicos.

La experiencia internacional demuestra que las energías renovables producen diversos tipos de beneficios a los sistemas energéticos y a los países en su conjunto. Estos beneficios son tanto económicos, como sociales y ambientales. Revisaremos a continuación cuáles son estos beneficios, con referencia en particular al caso de México.

En México el sector energía contribuye con el 61% de las emisiones de gases de efecto invernadero, y el país ocupa el lugar número 13 a nivel mundial en cuanto a sus emisiones de estos gases. El aprovechamiento de las energías renovables, al desplazar el consumo de combustibles fósiles, constituye una de las principales estrategias de mitigación del cambio climático a nivel mundial. Debido a su alta vulnerabilidad ante el cambio climático, nuestro país tiene un interés particular para promover mecanismos globales de mitigación, y para pregonar con el ejemplo ante la comunidad internacional. El desarrollo de proyectos de energías renovables representa además para México una oportunidad importante de captar recursos internacionales de los mercados de bonos de carbono (el Mecanismo de Desarrollo Limpio del Protocolo de Kioto y otros mercados como los voluntarios).

El sector energía produce emisiones de otros gases y partículas contaminantes, con efectos locales directos o indirectos en la salud de las poblaciones humanas, la conservación de la biodiversidad y la conservación de monumentos históricos.

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Es, en particular, el caso del dióxido de azufre (SO2), que reacciona en la atmósfera para transformarse en ácido sulfúrico, causante de la lluvia ácida, y también de las partículas suspendidas, causantes de daños a la salud. Las energías renovables permiten desplazar el consumo de combustibles fósiles y por ende reducir estos impactos.

Además de los beneficios antes enumerados, las fuentes renovables de energía y las tecnologías para su aprovechamiento tienen una serie de particularidades que las hacen intrínsecamente distintas de las fuentes y tecnologías convencionales de energía.

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1.6.- LA ENERGIA SOLAR

La energía solar que recibe nuestro planeta es resultado de un proceso de fusión nuclear que tiene lugar en el interior del Sol. De toda la energía que produce ese proceso nuestro planeta recibe menos de una milmillonésima parte. Esa energía, que en ocho minutos recorre los más de 145 millones de kilómetros que separan al Sol de la Tierra resulta, sin embargo, una cantidad enorme en proporción al tamaño de nuestro planeta.

La energía solar se manifiesta en un espectro que se compone de radiación ultravioleta, visible e infrarroja. Al llegar a la Tierra, pierde primero su parte ultravioleta, que es absorbida por una capa de ozono que se presenta en el límite superior de la atmósfera. Ya en la atmósfera, la parte infrarroja se pierde ya sea por dispersión al reflejarse en las partículas que en ella se presentan o al llegar a las nubes, que son capaces de reflejar hasta un 80% de la radiación solar que a ellas llega. El resto llega a la superficie, ya sea de manera directa o indirectamente como reflejo de las nubes y partículas en la atmósfera. La radiación solar que llega a la superficie terrestre se puede transformar directamente en electricidad o calor. El calor, a su vez, puede ser utilizado directamente como calor o para producir vapor y generar electricidad.

El potencial económico y financiero, sin embargo, se limita a nichos específicos debido a los altos costos de las tecnologías. Para comunidades aisladas de la red eléctrica, el alto costo de extensión de la red implica que la tecnología fotovoltaica sea en la mayoría de los casos la más económica para satisfacer aplicaciones energéticas de alto valor y poco consumo de energía, tales como iluminación y aparatos electrónicos. Por lo que se refiere a la generación de electricidad en conexión con la red eléctrica, existen nichos de mercado financieramente viables para consumidores residenciales de electricidad de una capacidad de al menos 700 MW (con costos de inversión por kWp instalado de 82.400 $/kWp con tarifas eléctricas del 2009).

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Ilustración: Irradiación Solar Global Anual

Figura 1.6.- Fuente: Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE)

La irradiación solar global en México es en promedio de 5 kWh/día/m², pero en algunas regiones del país se llega a valores cerca de 6 kWh/día/m². Suponiendo una eficiencia del 15%, bastaría un cuadrado de 25 km de lado en el desierto de Sonora o Chihuahua para generar toda la energía eléctrica que requiere hoy en día el país. Por ello, el potencial técnico se puede considerar prácticamente infinito.

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1.7.-RADIACIÓN SOLAR

La energía solar es la energía producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión; Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. El resultado de estas reacciones nucleares es que cuatro núcleos de hidrógeno se combinan para formar un núcleo de helio, fusión nuclear y la energía desde allí surge en forma de radiaciones gamma. Podemos decir que en el sol se transforma la energía nuclear en energía radiante. Esta energía se presenta en forma de ondas electromagnéticas y se manifiesta en tres formas:

Luz o radiación visible: es la que podemos percibir y se descompone en colores que van del violeta al rojo, Esta radiación contiene la Energía adecuada para ser aprovechada naturalmente en la fotosíntesis.

La radiación ultravioleta: con menor Longitud de onda y no se percibe. Es una radiación que tiene mucha energía y por lo tanto produce roturas de enlaces químicos y desorganiza las moléculas provocando serias alteraciones en los organismos.

Radiación infrarroja: Tiene longitud de onda mayor que la luz visible y no se percibe. Tiene poca energía y es la que produce calor. El porcentaje de radiación que llega a la tierra: A la superficie terrestre llega el 47% de la radiación solar, del cual el 25% es absorbido por el agua y el 21% por el suelo y solo el 0,2% se utiliza en la fotosíntesis.

La radiación absorbida por el agua y el suelo son responsables de la circulación de aire atmosférico y de las corrientes marinas. La influencia del sol sobre la tierra: La energía solar es la fuente de la luz y el calor; nuestros alimentos, habitaciones y vestidos nunca hubiesen existido sin los rayos del sol. La desaparición de la energía solar representaría el final de toda manifestación de vida sobre nuestro planeta.

El sol nos da calor además la luz. Si por alguna razón el sol dejara de brillar, todos los seres vivos – animales y vegetales – se congelarían. En poco tiempo todos los lagos, ríos y océanos quedarían cubiertos de hielo. Pocos días después toda el agua de los océanos formaría una masa helada. El aire que rodea la tierra se convertiría en líquido y cubriría la faz del planeta.

La luz, sea ésta de origen solar, o generada por un foco incandescente o fluorescente, está formada por un conjunto de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia, que están agrupadas dentro de un cierto rango, llamado espectro luminoso. Las ondas de baja frecuencia del espectro solar (infrarrojo) proporcionan calor, las de alta frecuencia (ultravioleta) hacen posible el proceso de fotosíntesis o el

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bronceado de la piel. Entre esos dos extremos están las frecuencias que forman la parte visible de la luz solar. La intensidad de la radiación luminosa varía con la frecuencia. La Fig 1.7 muestra, en forma no detallada, la composición del espectro luminoso.

Fig 1.7- Espectro Luminoso de la Luz Solar

El “color” de la luz solar depende de la composición del espectro de frecuencias. Los fabricantes de focos luminosos, consientes de este fenómeno, tratan de dar a éstos un espectro de radiación luminosa similar al de la luz solar que llega a la Tierra cuando el sol alcanza la posición del zenith (luz blanca). La intensidad y frecuencias del espectro luminoso generado por el sol sufren alteraciones cuando la luz atraviesa la atmósfera. Ello se debe a la absorción, reflexión y dispersión que toma lugar dentro de ésta. Los gases presentes en la capa atmosférica actúan como filtros para ciertas frecuencias, las que ven disminuidas su intensidad o son absorbidas totalmente. El proceso fotovoltaico responde a un limitado rango de frecuencias dentro del espectro visible, de manera que es importante definir el espectro de radiación de la fuente luminosa que se utiliza para evaluar la celda fotovoltaica. Esto se hace especificando un parámetro denominado Masa de Aire.

1.8.- MASA DE AIRE

La posición relativa del sol respecto a la horizontal del lugar determina el valor de la masa de aire. Cuando los rayos solares caen formando un ángulo de 90° respecto a la horizontal, se dice que el sol ha alcanzado su zenit. Para esta posición la radiación directa del sol atraviesa una distancia mínima a través de la atmósfera. Cuando el sol está más cercano al horizonte, esta distancia se incrementa, es decir, la “masa de aire” es mayor. La Fig. 1.8 ilustra esta situación.

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Fig. 1.8- Masa de Aire

A la posición del zenit se le asigna una masa de aire igual a 1 (M1). Cualquier otra distancia tendrá una masa de aire que puede calcularse usando la expresión:

Masa de Aire = 1 / cos α

Donde α es el ángulo formado entre la posición de zenit y la posición del sol en ese momento, y cos es el valor del coseno de ese ángulo, el que varía entre 1 y 0 cuando el ángulo varía entre 0 y 90°. Para valores de mayores que cero, el valor del cos es siempre menor que la unidad, de manera que el valor de la masa de aire se incrementa. Valores para la masa de aire mayores que la unidad indican que la radiación directa debe atravesar una distancia mayor dentro de la atmósfera. El ángulo de inclinación respecto a la posición del zenit (vertical) puede ser calculado de la expresión anterior. Se deduce así que una masa de aire de valor 1,5 corresponde a un ángulo de unos 48°. Algunos autores asignan, arbitrariamente, el valor M=0 para el espectro luminoso fuera de la atmósfera. Este valor carece de sentido matemático.

Al incrementarse la distancia, la absorción, reflexión y dispersión de la luz solar también se incrementan, cambiando el rango de frecuencias que integran el espectro luminoso, así como la intensidad del mismo. Esto explica las variaciones de intensidad y color de la luz solar durante la salida y puesta del sol. La fuente luminosa usada para medir la potencia de salida de un panel Fotovoltaico tiene un espectro luminoso correspondiente a una masa de 1,5 (M1,5), el que ha sido adoptado como estándar. La intensidad es muy cercana a 1KW/m2 .

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α

1.9.- UNIDADES DE MEDIDA

Se usan diferentes unidades para expresar el valor de la insolación de un lugar. La más conveniente para nuestra aplicación es el Kilowatt-hora por metro cuadrado (KW/ m2), o su valor equivalente en miliwat-hora por centímetro cuadrado (mWh/cm2). Si la energía del sol se utilizare para calentar agua, resulta más conveniente usar como unidad las calorías por metro cuadrado (Cal/m2) o los

Btu/f2 (British thermal units por pié cuadrado). La reducción de una cantidad a la otra puede hacerse recordando que 1KWh/m2= 860 Cal/m2= 317.02 Btu/f2

1.10.-IRRADIACION

Irradiación es el valor de la potencia luminosa. Los fabricantes de paneles Fotovoltaicos (FVs) determinan la máxima potencia eléctrica de salida usando una fuente con una potencia luminosa de 1 KW/m2. Este valor, conocido con el nombre de SOL, se ha convertido en un estándar para la industria, facilitando la comparación de paneles de distintos orígenes. Recordando que 1 m2 = 10.000 cm2, y que 1 KW = 1.000 W, se tiene que:

SOL = 1 KW/m2 = 100 milliwatts/cm2

Las dos cantidades son usadas, indistintamente, en las especificaciones de paneles Fotovoltaicos (FVs).

1.10.1.-DIA SOLAR PROMEDIO

El valor de la irradiación varía al variar la masa de aire, la que cambia constantemente desde el amanecer al anochecer. Para simplificar el cálculo de la energía eléctrica generada diariamente por un panel Fotovoltaico, se acostumbra a definir el día solar promedio. Este valor es el número de horas, del total de horas entre el amanecer y el anochecer, durante el cual el sol irradia con una potencia luminosa del SOL. Supongamos, como ejemplo, que el promedio de insolación diaria en una locación es de 5 KWh/m2. Si este valor es dividido por un SOL, se obtiene el valor (en horas) del día solar promedio para esa locación y esa inclinación.

5 KWh/m2

DIA SOLAR = ———— = 5 horas/día 1 KW/m2

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Recordando que los paneles son evaluados usando una intensidad luminosa de un SOL, la duración del día solar promedio representa la cantidad de horas, del total de horas de luz diaria, en que el panel es capaz de generar la potencia máxima de salida especificada por el fabricante.

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1.11.-BENEFICIOS

Beneficios económicos:

Ahorros fiscales para el Gobierno Federal y el particular (usuario) por la reducción en el consumo de energía eléctrica.

Ahorros económicos para el usuario final resultado de la reducción de gastos de energía eléctrica proveniente de CFE.

Beneficios sociales: Creación de nuevos empleos por crecimiento local de tipo solar y

transformación de energía solar a eléctrica.Beneficios ambientales: Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Reducción de emisiones de gases dañinos para la salud humana y el medio

ambiente (por ejemplo óxidos de nitrógeno y de azufre, así como partículas PM10 yPM5).

1.12.-LIMITACIONES

Dependiendo de las condiciones del emplazamiento se determina si es viable la implementación de dicho sistema fotovoltaico.

Altos costos en inversión inicial. Análisis de condiciones climáticas, rachas de viento, zona de huracanes y

variación de en radiación W/m2 solar. La instalación y localización de las placas o paneles fotovoltaicos requieren de

una gran mano de obra ya que no sólo basta con instalar las placas, sino también se necesita un sistema de acumulación debido a que los consumos que se dan en estas viviendas no coinciden con los momentos de mayor irradiación solar.

La energía fotovoltaica sigue en desarrollo, debido a que actualmente no existen fábricas que elaboren paneles solares en cadena, además aunque los paneles fotovoltaicos estén confeccionados para colaborar con la reconstrucción del medio ambiente, para su confección se utilizan, paradójicamente, fuentes de energía no renovables y eso ocasiona un gran impacto ambiental.

De los mayores problemas para la implementación es la estética y la contaminación visual del emplazamiento que estos paneles dan; no son necesariamente agradables a la vista debido a sus grandes dimensiones.

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1.13.-NORMAS MEXICANAS PARA INSTALACIONES EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.

Las fuentes de energía renovables y las tecnologías limpias para generar electricidad se convierten en parte medular de un proceso de transición energética con la publicación de la Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética el 28 de noviembre de 2008 y el Reglamento de la citada Ley el 2 de septiembre de 2009, además se resalta la importancia de establecer un programa de normalización en la materia, que provea de las regulaciones y normas necesarias. En este rubro, ANCE desarrolla y aporta las normas mexicanas para evaluar la eficiencia de los dispositivos y componentes de sistemas fotovoltaicos. El 20 de mayo de 2011 se publicó en el Diario Oficial de la Federación la declaratoria de vigencia de la serie de normas mexicanas NMX-J-643-ANCE, para la evaluación de tal característica en los módulos y dispositivos fotovoltaicos, mismas que se mencionan a continuación.

1.13.1.-NORMAS MEXICANAS PARA DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

NMX-J-643/1-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS – PARTE 1: MEDICIÓN DE LA CARACTERÍSTICA CORRIENTE-TENSIÓN DE LOS DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Establece los procedimientos para la medición de las características corriente-tensión de dispositivos fotovoltaicos, con luz solar natural o con un simulador solar. Estos procedimientos son aplicables a una celda solar fotovoltaica individual o un conjunto ensamblado de celdas solares fotovoltaicas que forman un módulo fotovoltaico. El propósito de esta norma es definir los requisitos básicos para la medición de las características corriente-tensión de dispositivos fotovoltaicos, así como los procedimientos para las distintas técnicas de medición que se utilizan, y presentar metodologías para reducir la incertidumbre de dicha medición.

FIGUA 1.13.1.- DE LA NORMA NMX-J-643/1-ANCE-2011

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1.13.2.-NMX-J-643/2-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 2: REQUISITOS PARA DISPOSITIVOS SOLARES DE REFERENCIA.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Establece las especificaciones para la clasificación, selección, embalaje, marcado, calibración y cuidados de los dispositivos de referencia solares. Esta norma aplica a los dispositivos de referencia solar que se utilizan para determinar el rendimiento eléctrico de las celdas solares, módulos y arreglos bajo luz solar natural y simulada. Esta Norma Mexicana no aplica a los dispositivos de referencia solares para uso bajo luz solar concentrada.

FIGURA 1.13.2 NMX-J-643/2-ANCE-2011

1.13.3.- NMX-J-643/3-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 3: PRINCIPIOS DE MEDICIÓN PARA DISPOSITIVOS SOLARES FOTOVOLTAICOS TERRESTRES (FV) CON DATOS DE REFERENCIA PARA RADIACIÓN ESPECTRAL.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Específica las características de la distribución de irradiación solar espectral, también, describe principios de medición básicos para determinar la salida eléctrica de dispositivos PV. Esta Norma Mexicana aplica a los siguientes dispositivos fotovoltaicos para aplicaciones terrestres: a) Celdas solares con o sin una cubierta protectora; b) Sub-ensambles de celdas solares; c) Módulos; y d) Sistemas.

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FIGURA 1.13.3.- NMX-J-643/3-ANCE-2011

1.13.4.-NMX-J-643/5-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 5: DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA EQUIVALENTE DE LA CELDA (ECT) DE DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS (FV) POR EL MÉTODO DE TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Especifica el procedimiento para determinar la temperatura de un equivalente de celda (ECT) de dispositivos PV (celdas, módulos y arreglos de un tipo de módulo) para fines de comparar sus características térmicas, determinar NOCT (temperatura nominal de operación de la celda) y trasladar las mediciones de las características I-V a otras temperaturas. Esta Norma Mexicana aplica solamente para dispositivos de silicio cristalino.

FIGURA 1.13.4.- NMX-J-643/5-ANCE-2011

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1.13.5.-NMX-J-643/7-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 7: CÁLCULO DE LA CORRECCIÓN DEL DESAJUSTE ESPECTRAL EN LAS MEDICIONES DE DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Establece una guía para corregir las mediciones en la tensión de polarización, debido a la falta de coincidencia entre el espectro de prueba y el espectro de referencia y por la falta de coincidencia entre las respuestas espectrales (SR) de la celda de referencia y del espécimen de prueba. Esta Norma Mexicana sólo aplica a los dispositivos fotovoltaicos lineales en SR, los cuales se definen en la NMX-J-643/10-ANCE. Esta guía es válida para los dispositivos de unión simple, pero el principio puede extenderse a dispositivos multi-unión.

FIGURA 1.13.5 NMX-J-643/7-ANCE-2011

1.13.6.- NMX-J-643/9-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 9: REQUISITOS PARA LA REALIZACIÓN DEL SIMULADOR SOLAR.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Define las clasificaciones de los simuladores solares para usarse en mediciones en el interior de dispositivos terrestres fotovoltaicos. Los simuladores solares se clasifican como A, B o C, cada una de las categorías se basa en criterios de partido de distribución espectral, irradiación, falta de uniformidad en el plano de prueba y la inestabilidad temporal. Esta norma proporciona los métodos necesarios para la calificación por un simulador solar en cada una de las categorías. Los simuladores solares de la presente Norma Mexicana cumplen con los requisitos de clase de CCC, donde la tercera letra se relaciona con la inestabilidad a largo plazo. En el caso de uso para las mediciones de rendimiento FV, la clasificación CBA se exige donde la tercera letra está relacionada con la inestabilidad a corto plazo.

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FIGURA 1.13.6.- NMX-J-643/9-ANCE-2011

1.13.7.-NMX-J-643/10-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS - PARTE 10: MÉTODOS DE MEDICIONES LINEALES.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta Norma Mexicana describe los métodos para determinar el grado de linealidad de cualquier parámetro del dispositivo fotovoltaico con respecto a un parámetro de prueba. Los métodos de medición que se describen en esta norma aplican a todos los dispositivos FV y se destinan para llevarse a cabo sobre una muestra o en un dispositivo similar que utilice la misma tecnología.

FIGURA 1.13.7 NMX-J-643/10-ANCE-2011

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1.13.8.- NMX-J-643/11-ANCE-2011, DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS – PARTE 11: PROCEDIMIENTOS PARA CORREGIR LAS MEDICIONES DE TEMPERATURA E IRRADIACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS CORRIENTE-TENSIÓN.

OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN

Esta Norma Mexicana específica procedimientos a seguir para corregir las mediciones de temperatura e irradiación de las características I-V (corriente-tensión) de los dispositivos fotovoltaicos. También define los procedimientos que se utilizan para determinar los factores relevantes para estas correcciones.

Figura 1.13.8.- NMX-J-643/11-ANCE-2011

1.13.9.-EXISTEN DOCUMENTOS QUE ESTABLECEN NORMAS Y LINEAMIENTOS QUE DEBEN SEGUIRSE EN LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS. EN MÉXICO, LAS NORMAS PRINCIPALES SON:

1.13.9.1.-NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-SEDE-2005, INSTALACIONES ELÉCTRICAS (UTILIZACIÓN).

Norma oficial mexicana nom-001-sede-2005, instalaciones eléctricas (utilización), aprobada en la cuarta sesión ordinaria del comité consultivo nacional de normalización de instalaciones eléctricas, celebrada el 8 de noviembre de 2005.

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OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN DE LA NOM

El objetivo de esta NOM es establecer las especificaciones y lineamientos de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica, a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades, en lo referente a la protección contra:

• Los choques eléctricos• Los efectos térmicos• Las sobre-corrientes• Las corrientes de falla • Sobretensiones

El cumplimiento de las disposiciones indicadas en esta norma garantiza el uso de la energía eléctrica en forma segura; asimismo esta norma no intenta ser una guía de diseño, ni un manual de instrucciones para personas no calificadas.

CAMPO DE APLICACIÓN

Esta NOM cubre a las instalaciones destinadas para la utilización de la energía eléctrica en:

a) Propiedades industriales, comerciales, residenciales y de vivienda, institucionales, cualquiera que sea su uso, públicas y privadas, y en cualquiera de los niveles de tensiones eléctricas de operación, incluyendo las utilizadas para el equipo eléctrico conectado por los usuarios. Instalaciones en edificios utilizados por las empresas suministradoras, tales como edificios de oficinas, almacenes, estacionamientos, talleres mecánicos y edificios para fines de recreación.b) Casas móviles, vehículos de recreo, construcciones flotantes, ferias, circos y exposiciones, estacionamientos, talleres de servicio automotor, estaciones de servicio, lugares de reunión, teatros, salas y estudios de cinematografía, hangares de aviación, clínicas y hospitales, construcciones agrícolas, marinas y muelles, entre otros.c) Sistemas de emergencia o reserva propiedad de los usuarios.d) Subestaciones, líneas aéreas de energía eléctrica y de comunicaciones e instalaciones subterráneas.e) Centrales eléctricas para Cogeneración o Autoabastecimiento.

Esta NOM observa:

a) Circuitos alimentados con una tensión nominal hasta 600 V de corriente alterna o 1 500 V de corriente continua, y algunas aplicaciones especificadas arriba de 600 V de corriente alterna o 1 500 V de corriente continua.

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Para corriente alterna, la frecuencia tomada en cuenta en esta norma es 60 Hz. Sin embargo no se excluye el uso de otras frecuencias para aplicaciones especiales;b) Circuitos, que no sean los circuitos internos de aparatos, operando a una tensión superior a 600 V y que se derivan de una instalación con una tensión que no exceda de 600 V C.A., por ejemplo: los circuitos de lámparas a descarga, precipitadores electrostáticos;c) Todas las instalaciones del usuario situadas fuera de edificios;d) Alambrado fijo para telecomunicaciones, señalización, control y similares (excluyendo el alambrado interno de aparatos);e) Las ampliaciones o modificaciones a las instalaciones, así como a las partes de instalaciones existentes afectadas por estas ampliaciones o modificaciones.

Los equipos eléctricos sólo están considerados respecto a su selección y aplicación para la instalación correspondiente.

Esta NOM no se aplica en:

a) Instalaciones eléctricas en barcos y embarcaciones.b) Instalaciones eléctricas para unidades de transporte público eléctrico, aeronaves o vehículos automotores.c) Instalaciones eléctricas del sistema de transporte público eléctrico en lo relativo a la generación, transformación, transmisión o distribución de energía eléctrica utilizada exclusivamente para la operación del equipo rodante o de señalización y comunicación.d) Instalaciones eléctricas en áreas subterráneas de minas, así como en la maquinaria móvil autopropulsada de minería superficial y el cable de alimentación de dicha maquinaria.e) Instalaciones de equipo de comunicaciones que esté bajo el control exclusivo de empresas de servicio público de comunicaciones donde se localice.

1.13.9.2.-NORMATIVIDAD CFE PARA SFVI_G0100-04 INTERCONEXIÓN A LA RED ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CON CAPACIDAD HASTA 30 kW

OBJETIVO

Definir los requerimientos para el diseño, instalación, inspección, autorización y utilización de sistemas fotovoltaicos interconectados con la red eléctrica (SFVI) que garanticen la seguridad del personal de la CFE y de los usuarios de la misma, la calidad de la energía en la red, así como la integridad física y operacional de la red eléctrica y de los propios SFVI.

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CAMPO DE APLICACIÓN

Aplica para la interconexión a la red eléctrica de baja tensión de SFV con capacidad hasta 30 kWp, los cuales pueden estar instalados en viviendas individuales, inmuebles comerciales, escuelas y edificios públicos. La especificación considera únicamente SFVI que utilizan inversores estáticos de estado sólido, para la conversión de corriente directa (c.d.) a corriente alterna (c.a.).

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1.14.-ESTUDIO ENERGETICO & COSTOS

1.14.1.- DIMENSIONADO DE LAS INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

PROCESO GENERAL

El proceso de cálculo se puede simplificar en 4 pasos: . Cálculo de la potencia máxima diaria. . Cálculo del inversor. . Cálculo de la energía máxima diaria de la instalación. . Cálculo de paneles solares necesarios para la instalación.. Cálculo de la capacidad de la batería.

1.15.-POTENCIA MÁXIMA DIARIA

Para dimensionar una instalación fotovoltaica aislada, es necesario que se conozca la demanda de energía por parte del usuario, la energía solar real disponible, y a partir de estos datos se dimensionara el tamaño de los distintos componentes de la instalación. Los pasos a seguir son:

1.-Se Realizara una estimación detallada del consumo de energía eléctrica diaria media, a lo largo del año, los aparatos que se utiliza en la vivienda son los siguientes.

Equipo de consumo

Cantidad Pot.Unit(W) Pot.Inst. h/día Wh/dia

Lámparas 4 25 100 4 400TV de color 1 75 75 2 150Equipo de música

1 15 15 2 30

Lavadora 1 400 400 1 400Computadora 1 200 200 1 200Refrigerador 1 120 120 6 720Total 910 W 2000 Wh/día

TABLA 1.15.- EQUIPOS Y CONSUMO DE ENERGÍA DIARIA

De la tabla anterior se obtiene la demanda diaria media de energía para cada mes del año.

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Emaxdiaria = ∑ (cantidad) (horas) (Pot.de equipo) = (4 x 4 x 25) + (1 x 2 x 75) + (1·2·15) + (1·1·400) + (1·1·200) + (1·6·120) = 2000 Wh/día La potencia instalada en la vivienda son 910 W, se considera que los equipos de consumo son de corriente alterna a 220 V, el resultado es un consumo anual constante de 2000 Wh/día.

1.16.-IMPACTO AMBIENTAL

1.16.1.- INSTALACIÓN.

Las instalaciones de conexión tienen un impacto medioambiental que podemos considerar prácticamente nulo. Si analizamos diferentes factores, como son el ruido, emisiones gaseosas a la atmósfera, destrucción de flora y fauna, residuos tóxicos y peligrosos vertidos al sistema de saneamiento, veremos que su impacto, solo se limitará a la fabricación pero no al funcionamiento.

IMPACTO AMBIENTAL RELACIONADO CON EL FUNCIONAMIENTO

• Ruidos: Módulos fotovoltaicos: La generación de energía de los módulos fotovoltaicos, es un proceso totalmente silencioso.

• Inversor: trabaja a alta frecuencia no audible por el oído humano.

• Emisiones gaseosas a la atmósfera: La forma de generar de un sistema fotovoltaico, no requiere ninguna combustión para proporcionar energía, solo de una fuente limpia como es el sol.

• Destrucción de flora y fauna: Ninguno de los equipos de la instalación tiene efecto de destrucción sobre la flora o fauna.

• Residuos tóxicos y peligrosos vertidos al sistema de saneamiento: Para funcionar los equipos de la instalación no necesitan verter nada al sistema de saneamiento, la refrigeración se realiza por convección natural.

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1.16.2.- EMISIONES EVITADAS POR EL USO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

• Los sistemas fotovoltaicos solo generan emisiones en fase de fabricación directa y sobre todo, indirectamente, por la energía invertida.

• Una vez amortizada la inversión energética, la energía producida durante el resto de su vida útil (La energía neta) está libre de emisiones.

• Por tanto, se evitan las emisiones que se producirían si se generara esta energía con energía convencional.

• Todos los KWh. que se generan con un sistema fotovoltaico equivalen a un ahorro de energía generada con otras fuentes de energía, con toda probabilidad con mayor o menor grado de poder contaminante, lo que conlleva, por lo tanto, a una reducción de emisiones.

• La concentración atmosférica de CO2 ha sufrido un considerable aumento en el siglo XX, especialmente en sus últimas décadas .Antes de la revolución Industrial la concentración de CO2 en la Atmósfera era de unas 280 partes por millón. (0,028%). Ahora en la actualidad alcanza unas 375 partes por millón (0,0375) es por esta razón, que este gas que produce el efecto invernadero, e incide gravemente en el cambio climático de la tierra cualquier reducción de emisiones del mismo comporte beneficios ambientales muy significativos.

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CAPITULO 2 MATERIALES Y METODOS

2.1..-CALCULO DEL INVERSOR

Para la elección del inversor hay que optar por uno en el que la potencia de salida sea inmediatamente superior a la potencia de todos los equipos conectados.

Pinversor ≥ (4 · 25) + (1 · 75) + (1 · 15) + (1 · 400) + (1 · 200) + (1 · 120) = 910

Tipo Tensión máxima

Potencia/salida

Precio ($)

HKS PSW7 1012

12Vcc/24Vac 100 $ 1250

Tabla.2.1.- Inversor solar aislados de onda pura 12Vcc - 24Vac.

2.2.-CÁLCULO DE LA ENERGÍA MÁXIMA DIARIA

Se calcula el consumo de energía de la instalación, puesto que el consumo variará en función de la tensión a utilizar, cuanto mayor sea la tensión menor será la corriente. Pero por el contrario, se necesitarán más baterías.Con valores típicos de 12, 24 o 48V, se agarra la batería de 24 V.

Einstmax = Emaxdiaria = 2000 Wh/d=83.333 Ahd Vbateria 24 V

El valor que se ha calculado se tiene que aumentar para mantener un consumo aceptable de la instalación generadora (módulos fotovoltaicos).A dicho aumento se le denomina margen de seguridad o factor de seguridad, dicho margen oscila entre los valores de 10%, 15% o 25%.A continuación se calcula la energía máxima diaria (Emaxdiaria), en función del valor del consumo máximo de la instalación (Einst_max) aplicándole un aumento de un 20%.

Emaxdiaria = Einst_max + Einst_max · 20% = (0.2 x 83.333) + 83.333= 99.996 Ahd

Para obtener el consumo máximo, hay que tener en cuenta las perdidas, para ello, hay que calcular las pérdidas totales (Kt).

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KT = [1 - ( KB + KC + KX) ][ 1-(Ka∗ Daut )Pd

]

Las diferentes incógnitas de la ecuación de pérdidas totales son:

KA: Pérdidas debido al auto descarga diaria de la batería, dada a los 20º C. Esta perdía suele venir en las hojas de características dadas por el fabricante de la batería, su valor por defecto es del 0,5%.KB: Pérdidas debido al rendimiento de la batería que, por lo general, tiene un valor del 5%, pero puede escogerse un valor del 10% para viejos acumuladores o fuertes descargas o bajas temperaturas.Kc: Pérdidas debido al rendimiento del convertidor utilizado (si lo hay), es decir, principalmente en instalaciones de 230 voltios. Los valores por defecto suelen oscilar entre el 8º% y el 95%, por lo que las pérdidas oscilarán entre el 20% y el 5%.KX: Otras pérdidas no contempladas (por el efecto Joule, caídas de tensión, etc.); se escoge un valor por defecto del 10%.Daut: Días de autonomía con baja o nula insolaciónPd: Profundidad de descarga de la batería, que vendrá dada por el fabricante de las baterías; por defecto es de 50%.

Por lo tanto según los datos anteriormente se acogerán las pérdidas correspondientes a 5 días de autonomía por estar en Yucatán.

KT = [1 - (0 . 05+0 .1+0 .1 )] [1-(0 .005∗ 5 )0. 5

]=0 .7625

Una vez, se calculan las perdidas, se calcula el consumo de energía (Emax).

Emax = Emaxdiaria = 99.996 Ahd =131.142 Ahd KT 0.7625

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2.3.-CÁLCULO DE PANELES SOLARES NECESARIOS PARA LA INSTALACIÓN

1. Cuál es mi consumo diario en energía (en Watt • horas).2. Haga una lista del consumo (en Watt) por aparato eléctrico (electrodomésticos

e iluminación) y el tiempo de utilización por horas al día.3. Multiplique el consumo en potencia por las horas de uso y al final haga la suma

de este producto (en Wh o kWh).

Un panel fotovoltaico de 185 Watts Con un cosumo total de 2000 Wh/d

4. Para calcular el número de paneles divida el consumo total por lo que produce un panel.

N paneles= Etotal = 2000 Wh/d = 10.81 =11 paneles Prod. 185 W

2.4.-CALCULO DE LA BATERÍA

Para ello, hay que conocer la capacidad del banco de baterías de la instalación, hay que utilizar el mismo valor de profundidad de descarga de la batería utilizada para el cálculo de las perdidas.

La capacidad del campo de baterías es:

Emax daut = 131.142 Ah x 5 = 1311.42 Ah Pd 0.5

Capacidad de la batería = 1312 Ah

Se ha elige la batería según anteriormente calculada, pero esta batería se ha escogido según los cálculos que a continuación se especifican, se ha tenido en cuenta el número de baterías a utilizar y el precio.

Tipo

CapacidadAh en c/100h

Dimensiones (cm) Precio($)

Ancho Largo Alto

4-KS- 1557 25 40 63 106

TABLA 2.4 ESTIMACIÓN DE LA BATERÍA.

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Se calcula el número de baterías conectadas. Cbateria = 1312 = 0.85Cnominal6OPzS -750 1557

Numero batería 4-KS-21PS = 1

Con lo cual solo será necesario 1 batería del tipo 4-KS-21PS, conectadas en mi sistema.

2.5.-PLANEACIÓN DEL PROYECTO FOTOVOLTAICO

2.5.1.- REQUERIMIENTOS DEL SITIO

Una de las principales características es la temperatura del estado para hacer funcionar nuestras celdas.

El mapa de temperatura media anual que presentamos, contiene dos tipos de información relevante para que pueda ser apreciada la distribución de la temperatura en la región; isotermas y pisos térmicos expresados por gradientes de color. Con la finalidad que se pueda apreciar bien el gradiente de temperatura, se han trazado las isotermas cada 0.25 °C. En términos generales, los límites entre zonas térmicas que dividen los climas cálidos húmedos es cuando el intervalo 24-26 °C es para los cálidos y de 26 a 28 °C para los muy cálidos. De esta manera, en el mapa se puede apreciar la isoterma divisoria de 26 °C, la que se distribuye aproximadamente de Norte a Sur desde Progreso hasta la porción central sur de Calakmul, en el límite con El Petén Guatemalteco. Así, la porción oriental es cálida y la porción occidental resulta ser muy cálida. En el mapa de isotermas que se presenta, el intervalo de temperatura media que ocupa la mayor superficie está entre las isotermas de 25.75 y 26.25 °C.Para tener idea de la distribución anual de la temperatura se presentan las siguientes gráficas. Por encima de la curva correspondiente, está el valor de la oscilación térmica (temperatura media del mes más cálido menos la temperatura media del mes menos cálido). Se han seleccionado las gráficas que representan aproximadamente un transepto de Norte a Sur y de Este a Oeste. En este conjunto de gráficas se puede apreciar que en la región hay la tendencia a que se presenten dos máximos de temperatura a lo largo del año y que coinciden por el doble paso del sol por el cenit. El segundo máximo es aminorado, debido a que coincide con el máximo es el de mayo. Las oscilaciones de la temperatura son mayores al interior de la Península y los de menores oscilaciones en las costas. Con esto se aprecia la ligera influencia de la continentalidad en la Península.

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Las gráficas de temperatura media dan idea de la distribución de las temperaturas extremas. Así, se puede afirmar que las máximas oscilaciones indican los lugares donde se presentan las temperaturas máximas y mínimas extremas.

FIGURA 2.5.1 GRAFICAS DE TEMPERATURA MEDIA

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FIGURA 2.5.1 MAPA DE TEMPERATURA MEDIA ANUAL

2.5.2.- REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA

Los requerimientos del sistema son los objetos que harán que funcione nuestro proyecto y entro los requerimientos necesarios son:

2.5.2.1-MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

La transformación directa de la energía solar en energía eléctrica se realiza en un equipo llamado módulo o panel fotovoltaico. Los módulos o paneles solares son placas rectangulares formadas por un conjunto de celdas fotovoltaicas protegidas por un marco de vidrio y aluminio anodizado

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2.5.2.1.1CELDAS FOTOVOLTAICAS

Una celda fotovoltaica es el componente que capta la energía contenida en la radiación solar y la transforma en una corriente eléctrica, basado en el efecto fotovoltaico que produce una corriente eléctrica cuando la luz incide sobre algunos materiales.Las celdas fotovoltaicas son hechas principalmente de un grupo de minerales semiconductores, de los cuales el silicio, es el más usado. El silicio se encuentra abundantemente en todo el mundo porque es un componente mineral de la arena. Sin embargo, tiene que ser de alta pureza para lograr el efecto fotovoltaico, lo cual encarece el proceso de la producción de las celdas fotovoltaicas.Una celda fotovoltaica tiene un tamaño de 10 por 10 centímetros y produce alrededor de un vatio a plena luz del día. Normalmente las celdas fotovoltaicas son color azul oscuro. La mayoría de los paneles fotovoltaicos consta de 36 celdas fotovoltaicas.

2.5.2.1.2TIPOS DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

Existe en el mercado fotovoltaico una gran variedad de fabricantes y modelos de módulos solares. Según el tipo de material empleado para su fabricación, se clasifican en:

Módulos de silicio monocristalino: son los más utilizados debido a su gran confiabilidad y duración, aunque su precio es ligeramente mayor que los otros tipos.

Módulos de silicio policristalino: son ligeramente más baratos que los módulos de silicio monocristalino, aunque su eficiencia es menor.

Módulos de silicio amorfo: tienen menor eficiencia que los 2 anteriores, pero un precio mucho menor. Además son delgados y ligeros, hechos en forma flexible, por lo que se pueden instalar como parte integral de un techo o pared.

Los paneles solares tienen potencia desde 10W, 20W, 30W, 40W, 50W, 60W, 70W, 80W, 90W, 110W, 120W, 130W, 140W, 150W, 160W, 170W, 180W, 185W.

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2.5.2.2.-BATERÍAS

Debido a que la radiación solar es un recurso variable, en parte previsible (ciclo día-noche), en parte imprevisible (nubes, tormentas); se necesitan equipos apropiados para almacenar la energía eléctrica cuando existe radiación y para utilizarla cuando se necesite. El almacenamiento de la energía eléctrica producida por los módulos fotovoltaicos se hace a través de las baterías. Estas baterías son construidas especialmente para sistemas fotovoltaicos.Las baterías fotovoltaicas son un componente muy importante de todo el sistema pues realizan tres funciones esenciales para el buen funcionamiento de la instalación:

1) Almacenan energía eléctrica en periodos de abundante radiación solar y/o bajo consumo de energía eléctrica. Durante el día los módulos solares producen más energía de la que realmente se consume en ese momento. Esta energía que no se utiliza es almacenada en la batería.

2) Proveen la energía eléctrica necesaria en periodos de baja o nula radiación solar. Normalmente en aplicaciones de electrificación rural, la energía eléctrica se utiliza intensamente durante la noche para hacer funcionar tanto lámparas o bombillas así como un televisor o radio, precisamente cuando la radiación solar es nula. Estos aparatos pueden funcionar correctamente gracias a la energía eléctrica que la batería ha almacenado durante el día.

3) Proveen un suministro de energía eléctrica estable y adecuada para la utilización de aparatos eléctricos. La batería provee energía eléctrica a un voltaje relativamente constante y permite, además, operar aparatos eléctricos que requieran de una corriente mayor que la que puede producir los paneles (aún en los momentos de mayor radiación solar). Por ejemplo, durante el encendido de un televisor o durante el arranque de una bomba o motor eléctrico.

2.5.2.2.1CARACTERÍSTICAS DE LAS BATERÍAS

La Figura de abajo muestra una batería típica para aplicaciones fotovoltaicas. En su apariencia externa este tipo de baterías no difiere mucho de las utilizadas en automóviles. Sin embargo, internamente las baterías para aplicaciones fotovoltaicas están construidas especialmente para trabajar con ciclos de carga/descarga lentos.

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FIGURA 2.5.2.2.1 BATERÍA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.

Las baterías para sistemas fotovoltaicos generalmente son de ciclo profundo, lo cual significa que pueden descargar una cantidad significativa de la energía cargada antes de que requieran recargarse. En comparación, las baterías de automóviles están construidas especialmente para soportar descargas breves pero superficiales durante el momento de arranque; en cambio, las baterías fotovoltaicas están construidas especialmente para proveer durante muchas horas corrientes eléctricas moderadas. Así, mientras una batería de automóvil puede abastecer sin ningún problema 100 amperios durante 2 segundos, una batería fotovoltaica de ciclo profundo puede abastecer 2 amperios durante 100 horas.

La capacidad de la batería se mide en “amperio-hora (Ah)”, una medida comparativa de la capacidad de una batería para producir corriente. Dado que la cantidad de energía que una batería puede entregar depende de la razón de descarga de la misma, los Ah deben ser especificados para una tasa de descarga en particular. La capacidad de las baterías fotovoltaicas en Ah se especifica frecuentemente a una tasa de descarga de 100 horas (C-100).La capacidad de la batería para un sistema fotovoltaico determinado se establece dependiendo de cuanta energía se consume diariamente, de la cantidad de días nublados que hay en la zona y de las características propias de la batería por utilizar. Además, se recomienda usar, cuando sea posible, una sola batería con la capacidad necesaria. El arreglo de dos o más baterías en paralelo presenta dificultades de desbalance en los procesos de carga/descarga. Estos problemas ocasionan algunas veces la inversión de polaridad de las placas y, por consiguiente, la pérdida de capacidad de todo el conjunto de baterías.También se recomienda colocarlas en una habitación bien ventilada y aislada de la humedad del suelo.Durante el proceso de carga se produce gas hidrógeno en concentraciones no tóxicas, siempre y cuando el local disponga de orificios de ventilación ubicados en la parte superior de la habitación.Después que las baterías hayan alcanzado su vida útil, deberán ser retiradas y llevadas a centros de reciclaje autorizados (en el caso de algunos proveedores con la venta de la batería se responsabilizan también del retiro y reciclaje). Por ningún motivo deben desecharse en campos abiertos o basureros, pues el derrame de la solución de ácido sulfúrico que contienen ocasiona graves daños al

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suelo, personas y animales. Finalmente, es importante mantener alejados a los niños de las baterías para evitar cortocircuitos o quemaduras de ácido accidentales.Al igual de lo que sucede con los módulos fotovoltaicos, se recomienda la ayuda de un conocedor del tema para que sugiera el tipo de batería que más conviene a una instalación fotovoltaica particular. En términos generales, se debe adquirir baterías fotovoltaicas de calidad, que cumplan al menos las especificaciones mínimas.

2.5.2.3.-REGULADOR O CONTROLADOR DE CARGA

Este es un dispositivo electrónico, que controla tanto el flujo de la corriente de carga proveniente de los módulos hacia la batería, como el flujo de la corriente de descarga que va desde la batería hacia las lámparas y demás aparatos que utilizan electricidad. Si la batería ya está cargada, el regulador interrumpe el paso de corriente de los módulos hacia ésta y si ella ha alcanzado su nivel máximo de descarga, el regulador interrumpe el paso de corriente desde la batería hacia las lámparas y demás cargas.

Figura 2.5.2.3 regulador de carga fotovoltaico con sus respectivos bornes de conexión para el módulo, para la batería y para las cargas.

Existen diversas marcas y tipos de reguladores. Es aconsejable adquirir siempre un regulador de carga de buena calidad y apropiado a las características de funcionamiento (actuales y futuras) de la instalación fotovoltaica. También, se recomienda adquirir controladores tipo serie con desconexión automática por bajo voltaje (LVD) y con indicadores luminosos del estado de carga. Estas opciones permiten la desconexión automática de la batería cuando el nivel de carga de ésta ha descendido a valores peligrosos.

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2.5.2.4.-INVERSOR

Una de las decisiones más importantes que se deben tomar en este tipo de diseños es la elección correcta de un inversor. Para la elección de un inversor que cumpla tanto las normas como los requerimientos técnicos que imponen los paneles solares, se calcularán las tensiones y corrientes máximas y mínimas que podrán tenerse a la salida el generador teniendo en cuenta tanto el funcionamiento normal de los paneles solares a la hora de entregar la máxima potencia como el funcionamiento de los paneles solares cuando están sometidos a condiciones de temperatura distintas a las establecidas en las condiciones estándar de medida.Los módulos fotovoltaicos proveen corriente directa a 12 ó 24 Voltios por lo que se requiere de un componente adicional, el inversor, que transforme, a través de dispositivos electrónicos, la corriente directa a 12 V de la batería en corriente alterna a 120

2.5.2.5.-UBICACIÓN

La ubicación del módulo deberá ser en un sitio despejado, que esté libre de objetos o árboles que puedan provocar sombras, lo más cerca al lugar donde desea instalar el sistema (lámparas o aparatos). Puede ser sobre un poste metálico o de madera, o sobre el techo de la casa, si éste lo permite.

2.5.2.6.-ORIENTACIÓN

Un panel solar genera electricidad incluso en ausencia de luz solar directa. Por ende, un sistema solar generará energía aun con cielo nublado. Sin embargo, las condiciones óptimas de operación implican: la presencia de luz solar plena y un panel orientado lo mejor posible hacia el sol, con el fin de aprovechar al máximo la luz solar directa todo el año. En el Hemisferio Norte, el panel deberá orientarse hacia el sur y en el Hemisferio Sur, hacia el norte. Por lo tanto, en la práctica, los paneles solares deberán ser colocados en ángulo con el plano horizontal (inclinados). Cerca del ecuador, el panel solar deberá colocarse ligeramente inclinado (casi horizontal) para permitir que la lluvia limpie el polvo. Una pequeña desviación en la orientación no influye significativamente en la generación de electricidad, ya que durante el día el sol se traslada en el cielo de este a oeste.

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2.5.2.7.-ANGULO DE INCLINACIÓN

El sol se desplaza en el cielo de este a oeste. Los paneles solares alcanzan su máxima efectividad cuando están orientados hacia el sol, en un ángulo perpendicular con éste a mediodía. Por lo general, los paneles solares son colocados sobre un techo o una estructura y tienen una posición fija; no pueden seguir la trayectoria del sol en el cielo. Por lo tanto, no estarán orientados hacia el astro con un ángulo óptimo (90 grados) durante toda la jornada. El ángulo entre el plano horizontal y el panel solar se denomina ángulo de inclinaciónDebido al movimiento terrestre alrededor del sol, existen también variaciones estacionales. En invierno, el sol no alcanzará el mismo ángulo que en verano. Idealmente, en verano los paneles solares deberían ser colocados en posición ligeramente más horizontal para aprovechar al máximo la luz solar. Sin embargo, los mismos paneles no estarán, entonces, en posición óptima para el sol del invierno, ver figura 2.5.2.7. Con el propósito de alcanzar un mejor rendimiento anual promedio, los paneles solares deberán ser instalados en un ángulo fijo, determinado en algún punto entre los ángulos óptimos para el verano y para el invierno.

(1) SOL DE INVIERNO, (2) SOL DE VERANOFIGURA 2.5.2.7.- ANGULO DE INCLINACIÓN ÓPTIMO EN INVIERNO Y

VERANO

El ángulo de inclinación es medido entre el panel solar y el plano horizontal, tal como lo muestra la figura 2.5.2.7. Cada latitud presenta un ángulo de inclinación óptimo. Los paneles deben colocarse en posición horizontal únicamente en zonas cercanas al ecuador. Una tabla con ángulos de inclinación recomendados lo muestra la tabla 1.

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FIGURA 2.5.2.7.1 ANGULO DE INCLINACIÓN

TABLA 2.5.2.7.-ÁNGULOS DE INCLINACIÓN PARA SISTEMAS FIJOS

Latitud del lugar (en grados) Angulo de inclinación fijo

0° a 15° 15°15° a 25° La misma latitud25° a 30° Latitud más 5 °

30° a 35° Latitud más 10 °35° a 40° Latitud más 15 °40° o más Latitud más 20 °

2.5.2.8.- ESTRUCTURA DE SOPORTE

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Esta es la estructura principal de soporte del panel. Ella asegura que los paneles puedan colocarse con el ángulo de inclinación correcto en dirección al sol y brinden seguridad a la instalación. El conjunto constituido por la estructura de soporte y los paneles deberá ser capaz de cumplir con los siguientes requerimientos:

• Soportar vientos fuertes.

• El material debe ser resistente a la corrosión. Los mejores resultados son los obtenidos con acero galvanizado y aluminio anodizado.

• Sólo acero inoxidable deberá usarse en cierres.

• Todo el soporte deberá estar conectado a una tierra común que cumpla con la regulación de bajos voltajes.

Las estructuras de soporte pueden ser fabricadas a base de un marco metálico o de un material sintético. Existen diversos tipos de sistemas de soporte, dependiendo del lugar donde se instalará el sistema solar, como lo muestra la figura 2.5.2.8

FIGURA 2.5.2.8.- TIPOS DE SOPORTES PARA PANELES SOLARES

2.5.2.9-CABLEADO

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Un buen cableado debería evitar grandes pérdidas de voltaje y proveer una aislación eléctrica para reducir el riesgo de que ocurran accidentes si altos voltajes se hacen presentes en el sistema. A continuación se enumeran algunas recomendaciones:

a) Los cables deberían ser de alguno de los siguientes tipos :

• Protegido de la corrosión por un tubo circundante • Aislado por un materia que trabaje a temperaturas sobre 90 ° (el PVC común

no sirve) • Enterrado en una capa de arena, en una zanja de al menos 40 cm de

profundidad.

b) Los cables deberían ser de una sección suficiente para asegurar que las pérdidas de voltaje en el generador, y entre el generador y las siguientes etapas del generador (regulador, inversor, etc.) no exceda el 1 % del voltaje nominal operando en condiciones normales.

c) Las cajas de conexión deben ser resistentes al agua y ubicadas a una cierta altura

2.5.2.10.-UBICACIÓN DEL CONTROLADOR Y DE LAS BATERÍAS.

El controlador debe estar en un lugar protegido de la intemperie (de preferencia dentro de la casa), procurando que la distancia entre el controlador y las baterías sea menor de 1.5 metros (para el tendido del cable), de esta forma se minimizarán las pérdidas de energía en el cable, haciendo más confiable y eficiente el sistema. Las baterías también deben estar en un lugar protegido de la intemperie (puede ser dentro de la casa), con buena ventilación, para evitar la acumulación de gases generados por la batería. Coloque la batería de preferencia sobre una tarima de madera, nunca directamente sobre el piso y fuera del alcance de los niños.

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FIGURA 2.5.2.10.- UBICACIÓN DEL CONTROLADOR Y LAS BATERÍAS.

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2.6.- ESTUDIO & ANÁLISIS DEL SISTEMA

En este se punto se consideraran los costos de los principales equipos de mi sistemas como los son el panel, baterías y el inversor.

NOMBRE MODELO CANTIDAD COSTO (c/u)

Panel fotovoltaico Monocristalino 185W 11 $3900

Baterías 4-KS-21PS 1 $1067

Inversor Inversor Cargador solar HKS PSW7 1012

1 $1250

Soporte del panel Soporte metálico para arreglo fotovoltaico –Yaaxtec

11 xxx

TABLA 2.6.- DE COSTOS DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS

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2.7.-INSTALACION & ARREGLOS

En esta sección se establecen las condiciones óptimas de instalación de sistemas fotovoltaicos.

Los paneles que se utilizaran los que tiene una potencia de 185W las cuales tienen de placa las siguientes características:

Datos Típicos en Condiciones Estándar de Prueba (STC)

NO: Tipo Cantidad

1 Potencia máxima (Pm) 185W

1 Potencia máxima de voltaje (VPm) 35.3V

3 Potencia máxima de corriente (IPm) 5.24 Ah

4 Dimensiones (AxBxC) 1580x805x50mm

5 Peso 14.7kg

Tabla 2.7.- características técnicas del panel solar

Para suministrar a una casa-habitación que consume una potencia de 124KW bimestrales y al día la casa consume 2000W y para ello necesitamos once paneles de 185W; la batería que se utilizara será de 1557Ah modelo 4-KS-21PS

Y el inversor modelo Inversor Cargador solar HKS PSW7 1012.

Primeramente se deberá crear un ranura en la tierra que va desde donde se encuentran los paneles solares hasta la casa con una profundidad de aproximadamente unos 60 cm y ahí se tenderán los cables dentro de un tubo de PVC para evitar que los cables estén a la intemperie y también para evitar pérdidas.

FIGURA 2.7.- FORMA EN QUE SE INSTALARÍAN LOS CABLES

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Y luego instalaremos los paneles en nuestros soportes o bases dándole el angulo de inclinación adecuada y luego ajustaremos los paneles en la base y después de eso proseguiremos a conectar nuestros once paneles de 185W con un arreglo paralelo para que así tengamos un mismo voltaje para todos nuestros electrodomésticos y nuestro panel se conectara de la siguiente forma.

FIGURA 2.7.1 ARREGLO DE LOS PANELES

Después proseguiremos a conectar nuestras baterías (las baterías estarán dentro de la casa sobre una base o una tarima) y el inversor con nuestro regulador con las polaridades que indican el regulador; y luego conectaremos nuestro panel solar tal como muestra la figura de abajo.

FIGURA 2.7.2 CONEXIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA

Y por último de nuestro inversor hasta nuestros aparatos electrodomésticos para hacerlos funcionar.

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CAPÍTULO 3 RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES

3.1.- COMPORTAMIENTO & RESULTADOS PREVIOS

Nuestro sistema se comportara de una manera como si estuviésemos conectados a la red electica; Porque utilizaremos en el día la carga que produce nuestros paneles y así utilizaremos también todos nuestros electrodomésticos habituales y ya en la noche como no hay sol y no estarán funcionando es decir generando corriente nuestros paneles tendremos a utilizar nuestras baterías las cuales en el día se cargan y ya en la noche se harán funcionar para no quedarnos sin energía eléctrica.

3.2.- CONCLUSIONES

En este proyecto se presentan los cálculos, estudio económico, ambiental para describir la instalación de Energía solar fotovoltaica de una casa aislada con fines de uso personal. Esta instalación cumplirá el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, así como las Normas Oficiales y medidas de Seguridad que le sean necesaria para su aplicación y desarrollo.

Existen, hoy en día, existen diferentes opciones de estructuración o de integración de este sistema de tecnología en la casa aislada, así como gran variedad de soluciones de instalación. En este proyecto se han analizado diferentes opciones y la más viable es la de integrar el sistema fotovoltaico en una base montada en el suelo con la inclinación adecuada para el uso de los módulos fotovoltaicos.

En el propio desarrollo del proyecto no se ha buscado exclusivamente el subministro energético fotovoltaico, sino que también se ha hecho un estudio ambiental y económico del panel fotovoltaico, con lo que se a demostrado como una mejor opción para producir energía por radiación de placas fotovoltaicas.

Como conclusión final se menciona que las energías renovables o alternas están en marcha ya que está siendo aceptada por todo el mundo, que el cambio climático viene a consecuencia de la emisión de los gases combustibles, gran parte de ellos provenientes de la generación de energía.

Es de suponer que el sector fotovoltaico experimentará un gran impulso en los próximos años, con el consiguiente beneficio ecológico-económico-social y al mismo tiempo abrirá una gran gama de posibilidades a la industria fotovoltaica y a

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los inversionistas públicos o privados que apuesten por esta tecnología dando un impulso al desarrollo de esta y facilitando la accesibilidad del producto o el sistema.

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REFERENCIAS

http://mapserver.inegi.org.mx/geografia/espanol/estados/yuc/temperat.cfm?c=444&e=31

http://laenergia-solar.com/Inversores-solar.html

www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Tesis_Maestria/TESIS_MES.pdf

http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/10505/1/Tesis%20LAT%20Final.pdf

http://www.foindesa.com/cdtfoindesa/images/INSTALACI%D3N%20DE%20PANELES%20SOLARES%20EN%20LA%20EMPRESA.pdf

http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49914e4ed9045/1234260365_Uso_dePanelesSolaresBarcos_MARVIVA.pdf

http://www.eve.es/CMSPages/GetFile.aspx?guid=62739949-bde7-4cdc-bcb4-04145ba9b511

http://web.ing.puc.cl/~power/paperspdf/pereda.pdf

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http://www.solartec.mx/doctos/FP21_manual_instalacion.pdf

http://www.sener.gob.mx/webSener/res/168/A7_Fotovol.pdf

http://www.solartronic.com/download/Catalogo_Solartronic.pdf

http://www.slideshare.net/anthonympechpech/savedfiles?s_title=catalogo-manual-ecoajav-pdf-1&user_login=AlejandroAlvarezVazquez

http://www.solisto.com/catalogo/catalog%2006%20pdfs/baterias_surrette.pdf

http://redsocialeducativa.euroinnova.es/mod/file/download.php?file_guid=1612

http://academica-e.unavarra.es/bitstream/handle/2454/4705/577689.pdf?sequence=1

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/13217/1/memoria.pdf

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