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Maestría en Ciencias en Energías Renovables
Implementación de un
sistema fotovoltaico
para la alimentación de
un edificio de usos
múltiples.
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Maestría en Ciencias en Energías Renovables
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I.- TÍTULO:
Implementación de un sistema
fotovoltaico para la alimentación de un
edificio de usos múltiples.
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III.- ÍNDICE:
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Sección
I. TÍTULO i
II. AGRADECIMIENTOS ii
III. ÍNDICE iii
IV. CAPÍTULO 1.- GENERALIDADES 1
1.1.- Resumen 2
1.2.- Introducción 4
1.3.- Hipótesis 5
1.4.- Objetivo General 6
1.4.1.- Objetivos Particulares 6
V. CAPÍTULO 2.- MATERIALES Y MÉTODOS 7
2.1.- Cronograma de Actividades 8
2.2.- Lista de materiales 9
2.3.- Etapas para el desarrollo del proyecto 10
2.3.1.- Desglose por Etapas 10
2.4.- Cotizaciones 21
2.5.- Estudio de la Radiación solar en la UTZMG 23
2.5.1.- Estudio de la Irradiancia promedio en el año 2011 24
2.6.- Estudio de sombras y horas pico efectivas 31
2.7.- Orientación de los paneles. 33
VI. CAPÍTULO 3.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
3.1.- Cálculo del número de paneles para Luminarias. 36
3.2.- Cálculo del número de Baterías para Luminarias. 40
3.3.- Cálculo del número de paneles para Conectores. 42
3.4.- Cálculo del número de Baterías para Conectores. 45
3.5.- Calculo del número de paneles totales en el Edificio. 47
3.6.- Calculo de baterías totales para el edifico. 52
3.7.- Análisis de eficiencia en la red arrojada por el panel. 53
3.8.- Eficiencia Real promedio del panel. 54
VII. CAPÍTULO 4.- CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO 56
4.1.- Conclusiones. 57
4.2.- Trabajo a Futuro. 58
VIII. BIBLIOGRAFÍA. 60
IX. ANEXOS 62
Anexo A.- Carta de pérdidas en paneles solares y horas efectivas 63
Anexo B.- Carta de Estudio de Sombras 64
Anexo C.- Carta del día Juliano 65
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Maestría en Ciencias en Energías Renovables
IV. CAPÍTULO 1.- GENERALIDADES
1.1.- Resumen.
1.2.- Introducción.
1.3.- Hipótesis.
1.4.- Objetivo General.
1.4.1.- Objetivos Particulares.
Fotografía de los paneles policristalinos montados
en la azotea de la Biblioteca de la UTZMG.
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The option provides an alternative renewable energy to achieve sustainable social and
ecological yet in the future to obtain an economic benefit as well. The energy produced by
photovoltaic panels, specifically the sun irradiance, arises to help minimize energy consumption
in both houses and buildings.
Currently not yet profitable photovoltaics, but it seems the most viable option so far to address
the major problem of power generation without using fossil fuels.
Keywords: solar panels, solar energy, alternative energy, photovoltaic and irradiance.
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1.2.- INTRODUCCIÓN:
Se propone abastecer un edificio de usos múltiples en la Universidad Tecnológica de la Zona
Metropolitana de Guadalajara con un sistema fotovoltaico interconectado a la red. El proyecto
considera el abastecimiento de iluminación y en una etapa futura, energías para las
computadoras y equipos eléctricos ya que el aire acondicionado será abastecido de manera
independiente mediante refrigeración solar.
El proyecto incluye el análisis de cargas, el cálculo del tamaño del panel así como el cálculo
del número de los mismos, y de la eficiencia arrojada por él, la orientación de los paneles, el
estudio de sombras y las horas pico efectivas. El Diseño del sistema (inversor, batería y
regulador) y la infraestructura del Sistema Fotovoltaico (Material, Forma de la estructura,
Puesta a tierra.
La meta es tener el sistema instalado y funcionando en septiembre del 2012, para ello se
cuenta con un respaldo económico de 110,000 pesos. Comienza el trabajo con un análisis de
la situación actual que incluya el estudio de cargas, el estudio de sombras y la localización del
edificio (latitud y longitud). El capítulo tres mostrará el desarrollo de la propuesta (Calculo del
tamaño del panel, calculo del número de paneles, calculo de eficiencia del panel y el diseño del
sistema (inversor, batería y regulador)). También se diseñará la Infraestructura del Sistema
Fotovoltaico considerando el material, la forma de la estructura, la puesta a tierra.
Se concluye la presente tesis con la adquisición de materiales y equipos y la instalación de los
mismos presentando los resultados, conclusiones pertinentes y trabajo a futuro.
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1.4- OBJETIVO GENERAL.
Implementar un sistema fotovoltaico interconectado a la red, para la alimentación
de luminarias en un edificio de usos múltiples en la UTZMG, a través del
dimensionamiento, diseño e instalación del sistema de paneles fotovoltaicos
policristalinos.
1.4.1.- Objetivos Particulares.
1. Analizar la viabilidad de un edificio de usos múltiples, para instalar un sistema
fotovoltaico por medio de un estudio de consumo energético.
2. Abastecer de energía eléctrica las luminarias en el edificio D de usos múltiples
para contribuir a la reducción del consumo energético por medio de paneles
fotovoltaicos.
3. Ampliar y coadyuvar a las opciones energéticas necesarias para un edificio de
usos múltiples de una universidad impulsando mayor seguridad y opciones al
no depender de una sola fuente de energía por medio de la captación solar.
4. Utilizar el sistema fotovoltaico instalado como prototipo didáctico para la
realización de prácticas de Energías Renovables.
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V. CAPÍTULO 2.- MATERIALES Y
MÉTODOS.
2.1.- Cronograma de Actividades.
2.2.- Lista de materiales.
2.3.- Etapas para el desarrollo del Proyecto.
2.3.1.- Desglose por Etapas.
2.4.- Cotizaciones.
2.5.- Estudio de la Radiación solar en la UTZMG.
2.5.1.- Estudio de la Irradiancia promedio en el año 2011.
2.6.- Estudio de sombras y horas pico efectivas.
2.7.- Orientación de los paneles.
Fotografía del montaje necesario utilizado
en los paneles fotovoltaicos de la UTZMG.
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2.2.- LISTA DE MATERIALES.
Una vez establecido e ir completando el cronograma de actividades, se vuelve indispensable el
describir la serie de materiales y equipos necesarios para comenzar, desarrollar y finalizar el
proyecto fotovoltaico. Se presentan una lista de materiales (Tabla 2.2) y equipo básicos que se
propusieron y utilizaron durante todo el proceso de desarrollo del objetivo general.
Tabla 2.2.- Lista de materiales utilizados en el proyecto fotovoltaico.
Material Cantidad Especificaciones
Tubería para instalación
eléctrica.
214.93 mts. Conduit metálica
Codos 90° para tubo conduit. 2 piezas Conduit metálicos
Abrazaderas de tubo. 4 piezas Metálicas tipo
omega
Caja rectangular (chalupas o
registros).
15 piezas Metálica para
instalación
eléctrica
Abrazaderas de pared. 4 piezas Metálicas tipo
omega
Cable. 72 mts. (3 hilos) THW-LS
Tornillos lozas. 33 piezas Acero inoxidable
Abrazaderas p/panel. 16 piezas Acero inoxidable
Tornillos p/abrazaderas. 16 piezas Acero inoxidable
Travesaños de la estructura. 2 piezas Aluminio de alta
resistencia de
manufactura
Alemana.
Tornillos p/largueros 4 piezas Acero inoxidable
Tornillos p/soporte 20 piezas Acero inoxidable
Vigas para soporte 28 mts. Aluminio de alta
resistencia de
manufactura
Alemana.
Cabe añadir que se requirió de herramienta básica como destornilladores, martillos,
pinzas, cinta, flexómetro, cortadores, escalera de aluminio, etc., que no se
contemplan aquí, pero que son indispensables en éste ámbito.
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2.3.- ETAPAS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO.
Para comenzar algo, se dice que hay que planearlo primero. En base a lo anterior, se propuso
una serie de etapas que englobaran todo el proyecto y trabajo a futuro. Cabe añadir que en un
principio se consideraban 9 secciones de trabajo, pero conforme se acrecentaba la complejidad
del mismo, terminó en 11 fases:
Fig. 2.1.- Organigrama de las etapas consideradas para la realización del proyecto
fotovoltaico.
A continuación de describirán brevemente cada una de las mismas.
2.3.1.- Desglose por Etapas:
1) Etapa de Estudio Energético: Ésta etapa consiste en analizar y decidir cuál de las
energías alternas es más viable de desarrollar en la zona donde se realizará el proyecto,
una vez ya definida la problemática a resolver: Minimizar el consumo energético de un
edificio de usos múltiples.De las 7 opciones para generar energía eléctrica (Biomasa,
Geotérmica, Eólica, Fotovoltaica, Mareomotriz, Termosolar e Hidráulica), se decidió que
la más viable por las condiciones del lugar, era la Fotovoltaica, además de que la
especialidad elegida por los estudiantes había sido ésta misma.
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Fig. 2.4.- Distribución de la Radiación solar en la Republica Mexicana [9].
La medición de la radiación solar se presenta a más detalle en el apartado 2.5 de éste
capítulo.
3) Etapa del Dimensionamiento: Reforzada la justificación de la opción fotovoltaica, se
procede a la siguiente fase, que en muchos casos es la más importante: ¿Qué se
necesita para desarrollar y lograr el proyecto? Y ¿Cuánto dinero se necesitará para
lograr el objetivo? El contestar estas preguntas pareciera no ser tan fácil. En nuestro
caso para dar una respuesta a la primera, se realizó una serie validaciones de donde se
va a colocar el sistema fotovoltaico (PVS). En el apartado 2.6 y 2.7 se describe a más
detalle el estudio realizado en la zona donde se colocaron los paneles fotovoltaicos.
Para la respuesta de la segunda pregunta, cabe añadir que los integrantes de la tesis,
forman parte de un cuerpo académico ante PROMEP (tanto en UTZMG como en la
UTJ), éste vínculo es muy importante porque de lo contrario no se hubiera logrado
conseguir el recurso económico mínimo para comenzar a realizar tangiblemente el
proyecto. De hecho la parte más difícil del objetivo, es la disposición y gestión de los
recursos económicos. En esta etapa muchos de nuestros compañeros de la Maestría, se
han quedado en el camino.
En la siguiente imagen se presenta parte del documento presentado ante PROMEP para
la solicitud de gestión de recursos con el fin de realizar el proyecto fotovoltaico. Este
proceso no es rápido y conlleva su tiempo, es necesario presentar formatos
correctamente escritos y una fuerte justificación para solicitar el recurso. En este aspecto
el Profesor César López fungió un papel importante para lograr completar ésta fase del
proceso.
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Fig. 2.5.- Fragmento de la Solicitud ante PROMEP para gestión de recursos económicos.
4) Etapa de Compras y Adquisiciones: En esta fase, se pretende consultar varios
proveedores y presentar cotizaciones ante la Universidad debido a que el recurso
obtenido de PROMEP no llega directamente al profesorado, sino a la institución y lo
maneja el departamento de recursos materiales o compras. Por lo tanto es imperativo el
presentar varias cuantías del material que se va a comprar, así como la cantidad de ello.
En el apartado 2.4 se expone la cotización que fue aprobada por el departamento de
recursos materiales de la Universidad.
En resumidas cuentas, al final quedaron dos compañías que fueron las que mejor
propuesta ofrecieron y de las cuales se estuvieron analizando sus licitaciones. Cabe
aclarar que ésta etapa es una de las más tardadas en resolverse, debido a que los
proveedores no contestan las solicitudes de requisición inmediatamente. Otro detalle es
que el departamento de compras no es muy ágil al momento de resolver el recurso
económico hacia el proveedor seleccionado. Muchas de las veces, ellos eligen el más
económico sin analizar cuestiones técnicas ni científicas (que fue lo que ocurrió para
éste proyecto), por lo que es necesario estar constantemente supervisando su labor y
justificando la selección de los materiales no tan baratos como regularmente lo harían.
Esta situación conlleva bastante tiempo a considerar y es necesario contemplarlo para
futuros procesos.
En las siguientes imágenes (2.6 y 2.7) se presentan las cotizaciones que mandaron dos
compañías que se dedican a la venta de equipo y material fotovoltaico: Greenergy
Biosmart/STI.
Fig. 2.6.- Cotización proporcionada por Greenenergy en marzo del 2012.
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Posteriormente se continúa con el montado y anclaje a la estructura de los paneles solares,
como se muestra en la figura 2.9.
Fig. 2.9.- Estructura de aluminio y rieles para sujeción de los paneles solares.
Siguiendo con el protocolo, se instala y conecta el cableado que unirá la potencia y voltaje de
los mismos al conectarlos en serie (el amperaje permanece igual), esto se muestra en la figura
2.10, en la que se hace notar la conexión en serie para los paneles solares.
Fig. 2.10.- Conexiones de cables en serie para unión de los sistemas fotovoltaicos.
Después se tira la línea hacia el interior de la biblioteca para conectarlo con un inversor y los
sistemas de protección para el conectado a la red de Comisión Federal de Electricidad. Esto se
muestra en la figura 2.11 (a) y (b), en la que se utilizó tubería galvanizada para protección
interna del cableado contra el sol y la lluvia, además de protección contra algunos insectos y
ratas que pudieran roer el plástico del conductor y protección de seguridad de descarga
eléctrica para el usuario.
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Fig. 2.11 Protección del cableado en tubería de acero galvanizado (a) saliendo de los paneles
fotovoltaicos y (b) al ingreso al inversor que se encuentra a la entrada del edificio.
6) Etapa de Conexión del Equipo a la Red: Ésta etapa puede describirse más a detalle
de la siguiente manera:
· Instalación del inversor en el interior del edificio, en muro contiguo al centro de carga
eléctrica (ver figura 2.12).
Fig. 2.12.- Instalación del Inversor en el interior del edificio
de usos múltiples o Biblioteca.
· Instalación del sistema de protección eléctrica con interruptor termomagnético.
· Instalación de la base para wattorímetro bidireccional.
· Ensamble de estructura de soporte de los paneles fotovoltaicos.
· Anclaje de la estructura a los lastres de contrapeso.
· Montaje de los paneles fotovoltaicos a la estructura.
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