energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar ...
41
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca 2018 1 UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA – INGENIERÍA ELÉCTRICA TRABAJO FINAL Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca MODALIDAD: PASANTÍA Estudiante: OSCAR JAVIER GOMEZ GIL Docente: Ing. Dora Marcela Martínez Camargo Tutor Empresa: Profesional encargado: Ing. RENEE QUINTERO BOHORQUES
Transcript of energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar ...
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
1
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS”
FACULTAD TECNOLÓGICA – INGENIERÍA ELÉCTRICA
TRABAJO FINAL
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar
fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar rural en la vereda el Frisol del municipio
de la Mesa Cundinamarca
MODALIDAD:
PASANTÍA
Estudiante:
OSCAR JAVIER GOMEZ GIL
Docente:
Ing. Dora Marcela Martínez Camargo
Tutor Empresa:
Profesional encargado: Ing. RENEE QUINTERO BOHORQUES
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
2
Nota de Aceptación
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
___________________________
Ing. Dora Marcela Martinez
___________________________
Ing. RENEE QUINTERO BOHORQUES
Bogotá D.C., agosto de 2017
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
3
Tabla de contenido
1. TITULO Y AUTOR ............................................................................................ 4
2. OBJETIVOS DE LA PASANTIA 5
2.1. Objetivo General .................................................................................................. 5
2.2. Objetivos específicos ........................................................................................... 5
3. DESCRIPCION DE LOS RESULTADOS ALCANZADOS EN EL
DESARROLLO DE LA PASANTÍA 6
3.1 Condiciones del predio al iniciar el proyecto. ..................................................... 6
3.2 Estudio para generación de energía solar en la zona. .......................................... 8
3.3 Diseño y dimensionamiento para el proyecto. ..................................................... 8
3.4 Desarrollo económico del proyecto. .................................................................... 9
3.5 Descripción y características de los equipos instalados. ..................................... 9
3.6 Aprobación del proyecto.................................................................................... 18
3.7 Prueba piloto. ..................................................................................................... 18
3.8 Entrega final del proyecto. ................................................................................. 19
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E IMPACTOS
DEL PROYECTO .......................................................................................... 20
4.1 Análisis de resultados. ....................................................................................... 20
4.2 Alcances e impacto del trabajo de grado. .......................................................... 21
5. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS. ....................... 22
5.1 Diagnosticar las condiciones y estado del predio para la implementación de la
suplencia energética. ......................................................................................................... 22
5.2 Diseñar un sistema para la generación de la energía solar fotovoltaica acorde a
los requerimientos del predio ........................................................................................... 22
5.3 Definir el costo de proyecto y la proyección económica. .................................. 22
5.4 Realizar una prueba piloto donde se compararán los datos reales con los
teóricos. 23
5.5 Realizar la instalación final del proyecto........................................................... 23
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 24
REFERENCIAS 26
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
4
1. TITULO Y AUTOR
1. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO
Título del proyecto Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de
energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar rural
en la vereda el frisol de Mesa Cundinamarca
Nombres de los proponentes Oscar Javier Gómez Gil
Correo electrónico [email protected]
Numero de contacto fijo o
celular 3125009438-5170366
Código Estudiantil 20112072093
Entidad beneficiaria Vivienda unifamiliar rural en la vereda el Frisol del municipio de
la Mesa Cundinamarca
Entidad ejecutora Universidad Distrital “Francisco José de Caldas”
Otras instituciones
participantes
Duración del proyecto
(meses) 3 meses (96 días en promedio 2 horas diarias)
Lugar de ejecución del
proyecto Ciudad Bogotá D.C. Depto. Cundinamarca
Título al que aspira Tecnólogo en Electricidad
Director de la Propuesta (Docente
UD)
_____________________________
Dora Marcela Martínez Camargo
Modalidad
Pasantía X
Monografía
Investigación Innovación
Proyecto de emprendimiento
Producción Académica
En caso de pasantías:
Profesional responsable de la
entidad donde se realizará la
pasantía
Ing. Reneé Quintero Bohórquez
Cargo
Gerente general (Ingeniero
químico)
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
5
2. OBJETIVOS DE LA PASANTIA
2.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un sistema de abastecimiento de energía alternativa por medio de
celdas fotovoltaicas capaz de suministrar las necesidades básicas del predio.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diagnosticar las condiciones y estado del predio para la implementación de la
suplencia energética
Diseñar un sistema para la generación de la energía solar fotovoltaica acorde a los
requerimientos del predio
Definir el costo de proyecto y la proyección económica.
Realizar una prueba piloto donde se compararán los datos reales con los teóricos
Realizar la instalación final del proyecto.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
6
3. DESCRIPCION DE LOS RESULTADOS ALCANZADOS EN EL
DESARROLLO DE LA PASANTÍA
Para el desarrollo de este proyecto se realizó inicialmente un estudio de diferentes
proyectos de implementación de energía alternativa en veredas y zonas aledañas, en el
Anexo A, se encuentran las especificaciones de los proyectos más relevantes. El desarrollo
del proyecto beneficiará a los habitantes de la finca ubicada en la Vereda el Frisol del
municipio de la mesa Cundinamarca, permitiendo mejorar sus condiciones de vida y
productividad de la misma, ya que la generación de electricidad por un medio alternativo
como lo es la energía solar, se mejora la productividad de la finca, con el acceso a nuevas
tecnologías y promoviendo el desarrollo económico se da la posibilidad de generar
productos avícolas de excelente calidad, ya que las intermitencias del servicio eléctrico
generan pérdidas y sobre costos en el proceso de refrigeración de los pollos.
Se realizó una indagación con el fin de determinar cuál era el sitio óptimo para el mejor
aprovechamiento del recurso solar para la generación eléctrica con el fin de alcanzar los
objetivos del proyecto. Una vez se dimensionaron las necesidades del predio se realizó el
estudio técnico para definir la solución de tecnología apropiada y el diseño del proceso de
implementación, operación y mantenimiento.
Con el desarrollo del presente proyecto en modalidad de pasantía se obtuvieron los
siguientes resultados
3.1 Condiciones del predio al iniciar el proyecto.
Se realizó la visita a la vivienda unifamiliar rural en la vereda el Frisol del municipio de la
Mesa Cundinamarca, foto 1. Vivienda unifamiliar y foto 2. Condiciones del predio, donde
se realizaron las medidas de cargas, tabla 1. Estimación del consumo eléctrico, y
levantamiento de planos. Con esta información, ver Anexo B. Documento en el cual se
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
7
verán reflejados los resultados obtenidos de mediciones en campo y las condiciones
actuales con las que cuenta el predio tanto eléctricas como dimensionales, se hicieron los
cálculos y el dimensionamiento de los elementos necesarios para el abastecimiento
eléctrico del predio, se eligió la mejor ubicación para los paneles solares donde el recurso
solar, tuviera la mayor cantidad de horas de exposición al día.
Foto 1: Vivienda unifamiliar
Foto 2: Condiciones del predio
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
8
3.2 Estudio para generación de energía solar en la zona.
El actual proyecto se basó en Ley 1715 del 2014, donde se detallan los aspectos de uso,
producción e instalación de energías alternativas, principalmente los aspectos tributarios
que implica el uso de las energías limpias. De otro lado se tuvieron en cuenta los planos y
los diagramas de funcionamiento. La revisión de algunas experiencias significativas en el
uso de energía solar en la zona y la ubicación de la vivienda permitieron asegurar que la
implementación de energía solar es la mejor alternativa para cubrir la falencia energética
con la que contaba el predio.
3.3 Diseño y dimensionamiento para el proyecto.
Se dimensionaron los paneles solares necesarios para la generación eléctrica, la cual estaría
abasteciendo las cargas instaladas actualmente en el predio. El sistema solar, que
inicialmente se establece aislado de la red, cuenta con una serie de equipos y diagrama de
conexiones. Se elaboraron los planos de cargas instaladas y el diagrama de conexiones
basados a las fichas técnicas de los equipos y los manuales de operación ver Anexo C
Listado de equipos apropiados para la instalación.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
9
3.4 Desarrollo económico del proyecto.
Con los listados de los materiales necesarios para el montaje del proyecto y la elección de
la tecnología aplicada, se procedió a las debidas cotizaciones de los elementos necesarios
para la instalación también los gastos asociados al montaje de la energía solar, con estos
datos adquiridos se da el valor total de la instalación, Tabla 2. Oferta económica.
3.5 Descripción y características de los equipos instalados.
Panel solar:
El panel solar es el componente que capta la energía de la radiación solar para su
aprovechamiento y se encarga de transformar esta radiación en energía eléctrica a través del
efecto fotoeléctrico. Están hechos principalmente por semiconductores (silicio) mono-
cristalinos o poli-cristalinos, sus partes y componentes se aprecian en la figura 1. Partes de
un panel solar fotovoltáico. Los de mejor precio y mayor disponibilidad en el mercado
internacional y colombiano son los de policristalino. Estos son caracterizados por su
potencia nominal o potencia máxima que pueden llegar a generar en condiciones ideales
(radiación de 1kW/m2 y temperatura de 25ºC).
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
10
Las características técnicas de los paneles instalados para suplir las necesidades del
proyecto se observan en la figura 2. Paneles solares Consta de 4 paneles de 330 W cada
uno con unas mediadas de 1960 mm de largo, 992 mm de ancho y con un espesor de 40
mm, supliendo la potencia máxima de trabajo a una tensión de 37,2 [V] DC, ver figura 3.
Tensión generada por el panel, con un peso total incluyendo bases de fijación de 31,5 kg.
Estas características son de cada uno de los paneles instalados.
Fuente: http://www.areatecnologia.com/electricidad/imagenes/partes-panel-solar-fotovoltaico.jpg
Figura 1: Partes de un panel solar fotovoltaico
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
11
Fuente: www.canadiansolar.com
Figura 2: Paneles solares
Figura 3: Tensión generada por el panel
Controlador MPPT inti LCD 20A:
Este componente del sistema administra de forma eficiente la energía hacia las baterías
prolongando su vida útil, protegiendo el sistema de sobrecarga y sobre-descargas. Este
componente es comercializado basado en su capacidad máxima de corriente a controlar,
figura 4, Características controlador MPPT, La gama de controladores es una serie de
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
12
equipos robustos con protecciones electrónicas incorporadas como protección de sobre
carga, de sobre descarga, fusibles electrónicos, protección de cortocircuito, de corriente
inversa, de conexiones inversas, de sobrecalentamiento, entre otras.
Además, los controladores cuentan con pantalla LCD que muestran parámetros importantes
como estado de carga de la batería, tipo de batería, modo de carga y otros parámetros
explícitos.
Fuente: http://www.ecozaque.com
Figura 4: Características controlador MPPT
Batería (acumulador)
La energía eléctrica de los paneles, una vez regulada va a las baterías. Estas almacenan la
electricidad para poder usarla en otro momento, su comercialización es basada en la
capacidad de almacenar energía y es medida en amperios hora. En la figura 5. Batería
acumuladora solar, se pueden apreciar las características técnicas.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
13
Fuente: http://www.ecozaque.com/wp-content
Figura 5: Batería acumuladora solar
Inversor de onda pura:
Este componte convierte la corriente continua y bajo voltaje 12 [V] o 24 [V] típicamente,
proveniente de las baterías o controlador en corriente alterna, para el caso de Colombia 120
[V], de forma simplificada se puede decir que transforma la corriente continua en alterna.
Por lo general es comercializado basado en su potencia en [W], como se observar en la
figura 6 Inversor onda pura. Corresponde a la demanda máxima de potencia de los equipos
que se van a conectar. Se puede prescindir de este componente cuando los equipos
a conectar puedan ser alimentados por corriente directa. Como es el caso de algunos
tipos de iluminación, motores y equipos diseñados para trabajar con energía solar. En el
Anexo D, se encuentran los manuales de los equipos.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
14
Fuente: http://www.ecozaque.com/wp-content
Figura 6: Inversor onda pura
Diagrama de conexiones
Finalmente, en la figura 7. Diagrama de conexiones, se encuentra el diagrama de
conexiones las cuales se empezaron por instalación y conexión del panel fotovoltaico.
Fuente: https://nergiza.com/wp-content/uploads/esquema-instalacion-solar-casera-.gif
Figura 7: Diagrama de conexiones
El panel solar se instaló en el techo de la vivienda, ver figura 8. Paneles instalados,
soportada con las estructuras diseñadas para su debido aseguramiento, ver figura 9. Pernos
de fijación para ubicación de los paneles, el cable debe tener la longitud suficiente para
llegar del panel solar hasta el controlador MPPT y la polaridad de los paneles debe ser
adecuada, como segundo paso se instaló el controlador MPPT donde se haría la conexión
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
15
del panel solar, para asegurar su adecuado funcionamiento se buscó un lugar óptimo para su
instalación el cual está seguro y libre de humedad.
Figura 8: Paneles instalados
Figura 9: Pernos de fijación para ubicación de los paneles
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
16
La instalación de las baterías se realizó en un soporte en madera con la finalidad de aislar
las baterías del suelo, ya que esto causa su desgaste, ver figura 10. Instalación de baterías,
se instalaron los cables para la conexión entre el controlador MPPT, ver figura 11.
Controlador MPPT en funcionamiento, y las baterías dejando las bornera bien ajustadas
para evitar sulfatación en los contactos y certificando que este con la polaridad correcta,
como cuarto paso se instalaron las protecciones utilizando dos interruptores magneto
térmicos de 10 [A], cada uno para el respaldo de seguridad del sistema estas protecciones
están interconectadas con el inversor de onda pura de 2000 [W] en el cual, a su salida va
interconectado un sistema de transferencia para sacar la red automáticamente, ver figura 12.
Transferencia automática, dejando la suplencia energética.
Figura 10: Instalación de baterías
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
17
Figura 11: Controlador MPPT en funcionamiento
Figura 12: Transferencia automática.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
18
3.6 Aprobación del proyecto.
Con la entregar los planos, cuadros de cargas, dimensionamiento del proyecto y el valor
total de la instalación, se aprobó el desarrollo y se procedió a realizar las cotizaciones
pertinente véase Anexo E.
3.7 Prueba piloto.
Adquiridos los equipos se procedió a realizar la instalación de todos los componentes
asociados a la energía solar y del sistema protecciones, posteriormente se realizaron
pruebas y se hicieron mediciones en campo ver figura 13. Medición en campo. Con los
componentes instalados en el predio, se puso en marcha el sistema para realizar las pruebas
y evaluar la eficiencia y rendimiento de las celdas solares y de cada uno de sus
componentes ver Anexo F.
Figura 13: Medición en campo
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
19
Después de instalado todo el proyecto surgieron algunos cambios como en la ubicación de
los paneles, los cuales no dieron el ángulo apropiado para el mayor aprovechamiento del
recurso solar, vale la pena aclarar que el predio cuenta con un sistema de cercas eléctricas
que no fueron tenidas en cuenta para el dimensionamiento de los paneles, dado que están
tienen un alto consumo energético.
3.8 Entrega final del proyecto.
Al hacer los ajustes finales del proyecto, se procede a la entrega y capacitación del usuario,
se entregaron los planos del desarrollo del proyecto y los cambios generados al predio, se
capacitó al usuario por medio de una exposición donde se resolvieron todas las dudas de la
operación del sistema y se recopilaron los manuales de funcionamiento de los equipos
instalados ver Anexo G.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
20
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E
IMPACTOS DEL PROYECTO
4.1 Análisis de resultados.
Con el desarrollo del proyecto se obtuvieron diferentes resultados, primero un diagnóstico,
dimensiones del terreno y las características eléctricas del área de trabajo, evaluándose a la
vez la mejor opción a ser implementada. Partiendo de estas características del sistema
requerido para suplir las necesidades, se buscaron tecnologías aplicadas en la zona que
sirvieron de guía para el proyecto y darle la mejor cobertura a las condiciones y
necesidades de la vivienda.
El proyecto ejecutado tuvo como finalidad diagnosticar y evaluar los datos teóricos con los
reales por medio de una primera etapa la cual se hará en una parte específica del predio y a
una escala de la carga real. Se evaluó el funcionamiento de todos los componentes del
sistema de generación fotovoltaica para la verificación del estado y el comportamiento de la
carga con las condiciones reales de trabajo.
Se realizó un estudio en donde se establecieron las pérdidas por la ausencia del servicio
eléctrico para así cuantificar la cantidad de veces que el servicio era interrumpido, mediante
esta tecnología se busca minimizar las ausencias del servicio por medio de paneles
fotovoltaicos para la generación de la energía eléctrica del predio.
Teniendo en cuentas estas tecnologías y las condiciones del predio se dio lugar al diseño de
la suplencia energética, en el cual se pudo establecer los componentes necesarios para la
elaboración del proyecto, considerando las características de los equipos regido por sus
fichas técnicas, se dimensiono el alcance económico del proyecto y se dio la viabilidad para
la puesta en marcha, se instalaron los dispositivos necesarios para poner a punto la
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
21
suplencia energética y así se pudo verificar que los datos calculados con los datos de la
puesta en marcha estén relacionados con un margen de error mínimo de un 6,3%.
Finalmente se hizo entrega de la parte física del proyecto con sus debidas capacitaciones y
sus respectivos manuales de operación, actualmente el sistema está funcionando
eficientemente.
Con la implementación y la elaboración del proyecto se mejoró la calidad del servicio
eléctrico para los habitantes de este predio en aspectos tales como: capacidad de generar su
propia energía eléctrica basada en paneles solares ya que esta zona cuenta con una gran
radiación solar, de acuerdo a esto se hace la instalación del sistema el cual ahora suministra
su propia energía y suple los momentos en que el servicio eléctrico esté ausente, esto tiene
como resultado una reducción en la facturación y un servicio constante para el óptima
funcionamiento de la vivienda.
4.2 Alcances e impacto del trabajo de grado.
La solución planteada para la suplencia eléctrica con un sistema de energía solar, tiene un
alto impacto ambiental y mejora la calidad de vida de los habitantes, teniendo en cuenta
que:
Es un recurso limpio y disponible, pues la energía solar no contamina, no produce
desechos, ruidos u olores molestos; es una solución definitiva.
Prestará un servicio continuo de energía eléctrica, pues aquellas zonas donde el servicio
eléctrico suministrado por los operadores de red es deficiente.
Por cada 100 [kW], se evita la emisión de 75.000 Kg de CO2 (fuente:
https://sotysolar.es/energia-solar/beneficios)
Un sistema solar presenta una buena resistencia a las condiciones climatológicas como
son la lluvia, viento y granizo.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
22
5. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS.
5.1 Diagnosticar las condiciones y estado del predio para la implementación de la
suplencia energética.
Al iniciar el proyecto se hicieron varias visitas al predio con la finalidad de familiarizarse
con el área de trabajo y dimensionar e alcance de este, y así lograr el levantamiento para
realizar el trabajo, con ello se hizo los planos y los cuadros de cargas, se dio el lugar para la
instalación de todos los componentes del sistema solar, se estableció que faltaban unas
tuberías las cuales se debían instalar para que el predio este en las condiciones adecuadas
para la instalación de la planta solar estas tuberías son de ¾” dos tramos aproximados de 8
y 12 metros, con sus respectivos levantamientos se calculo que la planta solar tiene que
estar diseñada para soportar una carga de 4480w diarios .
5.2 Diseñar un sistema para la generación de la energía solar fotovoltaica acorde a
los requerimientos del predio
Se realizó los cálculos de los componentes necesarios para abastecer las cargas solicitada
que son los 4480w/d con una sostenibilidad de 24 horas, teniendo en cuenta todos sus
componentes tanto en sistemas de protección como de control, se tomaron como referencia
varios sistemas solares para que sirvieron de guía en la elaboración de los planos y los
implementos necesarios para la viabilidad del proyecto.
5.3 Definir el costo de proyecto y la proyección económica.
Para definir el costo total del proyecto se realizaron las mediciones y el levantamiento de
cargas en el predio con el fin de dimensionar la suplencia energética para la carga total del
predio, al valor cotizado de los elementos que componen el sistema solar se le hizo un
reajuste ya que se salía del presupuesto definido, al ajustar el sistema solar al valor definido
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
23
queda habilitada para un 67,5% del total de la carga instalada del predio, con este ajuste se
da la viabilidad para la compra de los elementos del sistema solar y ser instalado.
5.4 Realizar una prueba piloto donde se compararán los datos reales con los
teóricos.
Para la prueba piloto se compraron e instalaron los equipos necesarios para una cantidad de
carga determinada de 800w con el fin de evaluar el comportamiento de todos los
componentes del sistema solar, en esta prueba piloto se evaluó varios aspectos tales como
la duración de la carga al suspender la energía eléctrica de la red y trabajar solo con la
suplencia energética, el tiempo de carga y descarga de las baterías, la posición adecuada de
los paneles para el mejor aprovechamiento del recurso solar, la ubicación de las baterías, la
ubicación del controlador MPPT, ubicación del inversor, etc. con esta prueba piloto se
cumplió con el objetivo de suplir las necesidades eléctricas del predio a pequeña escala y
así dar viabilidad a el proyecto total que es del 67.5% de la carga total instalada del predio.
5.5 Realizar la instalación final del proyecto.
Después de realizada la prueba piloto y con los ajustes que se hicieron, se procede a la
compra del material restante para la instalación, las modificaciones realizadas al proyecto
fueron determinadas en la prueba piloto y al hacer estas modificaciones que en su mayoría
fueron de ubicación y dimensiones, se instala el proyecto completo sin ningún contratiempo
o modificaciones a los planos, se pone en funcionamiento todo el sistema, se hace
capacitaciones y entrega de los manuales de operación a los usuarios del sistema.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
24
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
La creación de la energía solar, se basa en las necesidades de los clientes, en la innovación
y satisfacción de las necesidades.
Con el tiempo el uso de recursos limitados para la transformación de energía ha generado
un daño ambiental difícil de combatir. Las energías autosostenibles en la actualidad son
servicios en crecimiento, diferentes países han optado por el uso de este tipo de energías
limpias.
Cundinamarca es un sector en estudio para la implementación de tecnologías limpias,
especialmente energía solar fotovoltaica.
El estudio de viabilidad de implementación de un sistema solar fotovoltaico, trajo
respuestas concluyentes a la pregunta de investigación. ¿Cuál es la viabilidad de
implementar una estructura energética solar eficiente en una vivienda de la zona
Cundinamarca?, un proyecto de estas características es completamente viable.
Para el diseño de un sistema de suplencia basado en energía solar, se debe tener en cuenta
aspectos como: la ubicación geográfica, las dimensiones de la vivienda (requiere tejado
propio), el consumo promedio de energía mensual [KWh], la afluencia económica, los
beneficios, las desventajas, el personal capacitado
Si es viabilidad instalar un sistema de energía solar fotovoltaico en una vivienda de
Cundinamarca, no obstante su mercado está limitado a personas que se preocupen por el
medio ambiente y deseen invertir en un negocio rentable a mediano y largo plazo.
Este sistema debe tener un mantenimiento periódico, para que sus equipos no se deterioren
tan rápido, el mantenimiento no es elevado.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
25
La inversión inicial de este servicio, garantiza a largo plazo un retorno del monto inicial,
dando más confianza a la hora de adquirir productos amigables con el medio ambiente.
El gobierno, apoya la iniciativa de comercialización y adquisición de este servicio,
otorgando un descuento prudencial en la declaración de renta del propietario del sistema
(ley 1715 del 2014).
La aplicación de sistemas solares en las viviendas de Cundinamarca, traerían consigo un
modelo de negocio que puede ser masificado, este hecho incentiva a los nuevos
empresarios a la creación de empresas relacionadas con este servicio, mejorando la calidad
de vida de las personas, a su vez disminuyendo los índices de contaminación en la zona.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
26
REFERENCIAS
Https://www.soltuyo.com/libros/laenergia-imatco-4.pdf
https://www.soltuyo.com/libros/esf_imgr-051tco-4.pdf
Autosolar, (2016). Panel solar monocristalino [Imagen]. Recuperado de
https://www.google.com.co/search?q=paneles+solares+policristalinos&biw=1517&bih=73
5&
source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwju_rrrs9vRAhVDOCYKHd95AYA
Q _AUIBigB#tbm=isch&q=paneles+solares+monocristalinos&imgrc=xfTxnk-RFxNt6M:
Delta Volt, (2015). Aplicaciones Fotovoltaicos [Imagen]. Recuperado de
https://www.google.com.co/search?q=paneles+solares+policristalinos&biw=1517&bih=73
5&source=lnms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwju_rrrs9vRAhVDOCYKHd95A
YAQ_AUIBigB#tbm=isch&q=energia+solar+fotovoltaica+ejemplos&imgrc=Fh0rUW6SM
I9iUM:
Energía Solar, (2015). Definición de regulador de carga. Recuperado de
https://solarenergia.net/definiciones/regulador-de-carga.html
Energía Solar Fotovoltaica, (2016). Inversor Studer. [Imagen]. Recuperado de
https://www.google.com.co/search?q=inversor+fotovoltaico&biw=1517&bih=735&source
=ln
ms&tbm=isch&sa=X&sqi=2&ved=0ahUKEwiwoYrJ4PzRAhXITCYKHcbqDLgQ_AUIBi
gB #imgrc=vxkGfzFZaaXgmM:
Erenovable. (2015). Energía solar ventajas y desventajas [Página Web]. Colombia.
Recuperado de http://erenovable.com/energia-solar-ventajas-y-desventajas/
http://oscarperpinan.github.io/esf/
http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/2369/62131244A681.pdf?sequ
ence=1
https://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/energia-solar-fotovoltaica-en-la-comunidad-
de-madrid-fenercom.pdf
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
27
ANEXOS
ANEXO A. Documento con resultados obtenidos de mediciones en campo y las
condiciones eléctricas y geométicas
ANEXO B. Listado de equipos apropiados para la instalación
ANEXO C. Proyectos ya instalados
ANEXO D. Características de los equipos instalados
ANEXO E. Informe con cotizaciones y proyecciones para el desarrollo económico del
proyecto
ANEXO F. Prueba piloto.
ANEXO G. Entrega de especificaciones técnicas de la planta, la ubicación, garantías y
manuales de operación.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
28
ANEXO A. Proyectos instalados. Se baso el desarrollo del proyecto solar con base a experiencias, diferentes tesis y estudios elaborados en Cundinamarca, donde fue de vital importancia los aportes asociados a la energía solar en esta zona, a continuación adjunto los estudios que sirvieron para la orientación y el desarrollo del proyecto.
ENERGIA SOLAR EN EL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA
DIRECTOR ING. PABLO EMILIO ROZO GARCIA, DIEGO
ALEXANDER RODRIGUEZ ZAMORA
http://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/6361/6/ENERGIA%20SOLAR%20EN%20EL%20DEPARTAMENTO%20DE%20CUNDINAMARCA..pdf
LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA EN COLOMBIA:
POTENCIALES, ANTECEDENTES Y PERSPECTIVAS
http://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/10312/G%C3%B3mez2018.pdf?sequence=1
Diagnóstico técnico y social de los sistemas fotovoltaicos
instalados por el CTDPE durante los años 2011 al 2015 en las
provincias del Alto Magdalena y Tequendama, Cundinamarca
file:///C:/Users/oscar/Downloads/243-508-1-SM.pdf ANEXO B Documento en el cual se ven reflejados los resultados obtenidos de mediciones en campo y las condiciones actuales con las que cuenta el predio tanto eléctricas como dimensionales. La finca ubicada en la vereda el frisol perteneciente al municipio de Cundinamarca. está conformada por un área de 12 fanegadas, que
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
29
se constituyen de dos casas construidas, la primera es la casa de servicio la cual es habitada por el administrador de la finca y la segunda es la casa del propietario en la cual será instalado el sistema solar, la finca cuenta con ganadería, porcicultura, avicultura y diversos árboles frutales La casa donde será instalado el sistema solar está conformada de las siguientes partes: El área construida de la casa es de 133 metros cuadrados los cuales cuentan con 9.5 metros de frente por 14 metros de fondo y está dividida de la siguiente manera:
baño :
2 metros de frente 2.5 metros de fondo
sala:
3.5 metros de frente 8 metros de fondo
habitaciones:
Habitación 1: 3 metros de frente 4 metros de fondo Habitación 2: 3 metros de frente 4 metros de fondo
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
30
Habitación 3: 3 metros de frente 4 metros de fondo Habitación 4: 3 metros de frente 4 metros de fondo
cocina comedor :
8.5 metros de frente 3.3 metros de fondo La casa cuenta con el servicio eléctrico suministrado por CODENSA, proveniente de la subestación de la mesa, la cual suministra el servicio eléctrico a la vivienda con una tensión eléctrica de 120 voltios ac, y una única acometida aérea con tubería MT de 3/4 de pulgada y con un conductor de calibre numero 10 AWG la cual pasa por un medidor monofásico como se observa en la imagen 1, que posteriormente alimenta un tablero de circuitos el cual tiene cuatro circuitos independientes los cuales son relacionados de la siguiente manera: Circuito 1 Breaker de 30 amperios para protección de luminarias de zonas comunes (sala, cocina, comedor) Circuito 2 Breaker de 30 amperios para protección de luminarias de 4 habitaciones, un baño, pasillo fuera de la casa. Circuito 3
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
31
Breaker de 40 amperios para protección de toma eléctrica de zonas comunes (sala, cocina, comedor) Circuito 2 Breaker de 40 amperios para protección de tomas eléctricas de 4 habitaciones y un baño.
Imagen 1
El consumo estimado de las cagas instaladas se observa en la tabla 1.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
32
A continuación se presenta el plano en 3D, las dimensiones de la casa y la cubierta.
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
33
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
34
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
35
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
36
ANEXO C. Listado de equipos apropiados para la instalación El listado de equipos necesarios para la instalación de la generación eléctrica por medio de energía solar fotovoltaica para la carga especifica y determinada anteriormente se describe a continuación:
panel fotovoltaico de 300w
controlador MPPT de 20A
inversor onda pura 2000W
baterías de 205AH 12vdc
bases para la fijación de los paneles
pernos de fijación
cables de conexión para los paneles
50 metros de cable numero de 10 awg
Protección de 20 Amperios
17 metros de tubería MT de media
Dos contactores de 60 amperios con bobina de 200v
Caja de fijación de 50cm * 50cm
50 borneras de conexión para cable calibre 14
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
37
ANEXO D. Características de los equipos instalados
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
38
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
39
ANEXO E. Informe con cotizaciones y proyecciones para el desarrollo económico del proyecto. Cotización 1
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
40
ANEXO F. Prueba piloto.
A continuación se muestran las mediciones de campo a una escala del 20% de la carga real instalada del proyecto.
DESCRIPCION VALOR
voltaje de generación de los
paneles 12.5 VDC voltaje de entrada
del inversor 12.5VDC voltaje de salida del
inversor 119.8VAC voltaje de
alimentación baterías 12.4VDC
tiempo de carga de baterías 6.5 HORAS
tiempo de descarga de baterias 8HORAS
Diseño de un sistema de suministro eléctrico haciendo uso de energía solar fotovoltaica, para una vivienda unifamiliar
rural en la vereda el Frisol del municipio de la Mesa Cundinamarca
2018
41
ANEXO G. Entrega de documento en donde estarán las
especificaciones técnicas de la planta, la ubicación, garantías y
manuales de operación.
PANEL SOLAR:
Canadian_Solar_Datasheet_MaxPower_CS6U-P_1500V_v5.551-EN_325-340W.pdf CONTROLADOR MPPT:
Series-EPA-de-MPPT.pdf INVERSOR ONDA PURA 2000W:
InversoresSeriePSW.pdf BATERIAS DE CICLO PTOFUNDO:
MT121000AFT.pdf
