tesis sistema fv

7/26/2019 Tesis Sistema FV

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERA

TESIS

QUE PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:

EXPERIENCIA RECEPCIONAL

CORRESPONDIENTE A LA CARRERA DE:

INGENIERA MECNICA ELCTRICA

PRESENTA:

FELIPE DE JESUS CANELA NIEVES

DIRECTOR DE TESIS:

Dr. JOS VIDAL HERRERA ROMERO

INSTALACIN Y EVALUACIN PRELIMINAR

DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO DE 3.5 KW

EN LA FACULTAD DE INGENIERA CAMPUS

COATZACOALCOS


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A toda mi familia

Por su paciencia, apoyo y cario

A mi pap: Felipe de Jess C. Molina

Por brindarme todo su apoyo y los recursos necesarios para poder seguir

adelante.

A mi mam: Victoria Nieves H.

Por su comprensin, amor, su apoyo moral y sobre todo por darme las

bases necesarias para ser una mejor persona.

A mi hermana: Lorena Canela Nieves.

Por ser una parte muy indispensable en la realizacin de mis logros,

siempre alentndome a superarme.


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AGRADECIMIENTOS

Agradezco al asesor de mi tesis, al Dr. Jos Vidal Herrera Romero, por su

orientacin, gua y apoyo para realizar este trabajo.

Agradezco a todos mis compaeros que ayudaron con la instalacin y

ensamble del sistema fotovoltaico.

Agradezco a la Facultad de Ingeniera por brindar los recursos necesarios

para la realizacin de este proyecto.


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El presente trabajo fue realizado con la supervisin acadmica del

Dr. Jos Vidal Herrera Romero.


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INDICE

CAPTULO I: INTRODUCCIN. .................................................................................... 7

1.1.-TIPOS DE CELDAS SOLARES ......................................................................................12

1.1.1 SILICIO MONOCRISTALINO:....................................................................................................... 121.1.2 SILICIO POLICRISTALINO ........................................................................................................... 13

1.1.3 SILICIO AMORFO ................................................. ................................................................. ..... 14

1.2 CARACTERISTICAS DE LOS PANELES FV ......................................................................15

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ............................................................................17

1.4 JUSTIFICACIN: ........................................................................................................17

CAPTULO II: DESCRIPCIN DE EQUIPOS. ................................................................. 18

2.1 SISTEMA FOTOVOLTAICO..........................................................................................18

2.2 ANALIZADOR TRIFSICO DE CALIDAD ELCTRICA FLUKE 433/434 ..............................21

CAPTULO III: INSTALACIN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ...................................... 22

3.1 UBICACIN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO: ................................................................22

3.2 ENSAMBLE DE LA ESTRUCTURA .................................................................................30

3.3 CONEXIN ELCTRICA DE LOS MDULOS. .................................................................50

3.4 CONEXIN ELECTRICA DE LOS PANELES FV HASTA EL TABLERO DE CONEXIONES. .......51

3.5 CONEXIN DEL INVERSOR ........................................................................................533.6 PRUEBAS INICIALES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO. ....................................................55

CAPITULO IV: TOMA Y ANLISIS DE DATOS ............................................................. 56

4.1 TOMA Y ANALISIS DATOS EN LA SALIDA DEL INVERSOR (VOLTAJE DE CORRIENTE

ALTERNA) ......................................................................................................................56

4.1.1 TENSION Y CORRIENTE A LA SALIDA DEL INVERSOR (VOLTAJE DE CORRIENTE ALTERNA) ....... 56

4.1.2 POTENCIA A LA SALIDA DEL INVERSOR ..................................................................................... 61

4.2 TOMA Y ANLISIS DE DATOS EN LA ENTRADA DEL INVERSOR (VOLTAJE DE CORRIENTE

DIRECTA) .......................................................................................................................66

4.2.1 TENSIN Y CORRIENTE A LA ENTRADA DEL INVERSOR. ............................................................ 66

4.2.2 FRECUENCIA ........................................................ ................................................................. ..... 67

CAPITULO V ............................................................................................................ 69

5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................................69

5.2 ANEXOS ...................................................................................................................71

5.2.1 ANEXO 1. GRFICA DE TENSIN. ................................................................... ........................... 71

5.2.2 ANEXO 2. GRFICA DE CORRIENTE. .......................................................................................... 72

5.2.3 ANEXO 3. GRFICA DE POTENCIA. ............................................................................ ................ 73

5.2.4 ANEXO 4. FICHA TCNICA DE LOS MDULOS SOLARES. ........................................................... 74

5.3 ABREVIATURAS Y SIGNIFICADOS DE PALABRAS O SIGLAS. ......................................... 75


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5.4 BIBLIOGRAFA ..........................................................................................................76


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CAPTULO : NTRODUCCO N.Adems de las energas primarias (petrleo, carbn y gas natural), que son

sin duda fuentes susceptibles de agotamiento y deterioran nuestro medio

ambiente, existen otro tipo de energas ms seguras y menoscontaminantes. Desde hace unos aos, el mundo est acosado por una

crisis energtica, debido al desabasto de las reservas mundiales de petrleo

que se utilizan como fuente directa de energa. Las razones por la que

tenemos una presente crisis energtica pueden ser muchas, como el

aumento de consumo de energa elctrica debido al constante crecimiento

tanto del sector industrial y residencial, por otra parte, frente a esta crisis

energtica ha surgido la necesidad de aprovechar de mejor forma los

recursos energticos disponibles, para esto se estn diseando dispositivos

elctricos y electrnicos de uso eficiente de energa, as como campaas de

concientizacin para el mximo ahorro de energa. Al existir un desabasto

de energa, tenemos que apoyarnos de las energas renovables, como son

la energa solar, hidrulica, elica, geotrmica, biomasa, mareomotriz, etc.,

que son fuentes inagotables, pero que todava presentan grandes

dificultades de almacenamiento y son menos eficientes ya que las

instalaciones tienen poca potencia y el costo de produccin es elevado.


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El consumo creciente de combustibles fsiles ha desencadenado gran

cantidad de problemas, que continuamente dan lugar a titulares en medios

de comunicacin y que influyen de manera directa en las vidas de los

habitantes del mundo. Esos problemas pueden clasificarse en tres

categoras [Gonzlez Velazco, 2009]:

Problemas medioambientales, como el incremento en la concentracin de

CO2 en la atmosfera, que se viene produciendo desde que comenz la

revolucin industrial. As como la lluvia cida y la contaminacin de grandes

grupos de poblacin.

Problemas de sostenibilidad, este tipo de cuestiones, relacionadas con el

agotamiento de las fuentes energticas tradicionales, son de tantaactualidad como las medioambientales, en el momento presente, y vienen

discutindose desde 1970, en conjuncin con los de agotamiento de las

materias primas.

Problemas sociales y polticos, que da lugar a la dependencia extrema que

padecen, especialmente las sociedades desarrolladas, con respecto a los

combustibles fsiles. La localizacin de las fuentes energticas de

combustibles fsiles en puntos del planeta muy conflictivos, es la causa deguerras y tensiones continuas, que no se pueden ignorar.

La Facultad de Ingeniera Campus Coatzacoalcos de la Universidad

Veracruzana hace frente a esta problemtica con un estudio donde se

analiza la produccin de energa elctrica mediante un sistema fotovoltaico

instalado en un edificio de dicha facultad.


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Los flujos que la Tierra recibe de las denominadas energas renovables tales

como energa solar, hidroelctrica, elica, geotrmica, mareomotriz entre

otras, derivan, en su mayor parte, de la energa radiante procedente del Sol

que intercepta la Tierra. La radiacin electromagntica proveniente del Sol

es la responsable de la existencia de todas las formas de vida que se han

producido y de las existentes.

En el esquema de la figura 1.1 se muestran los flujos naturales de energa

que aparecen sobre la Tierra y las energas renovables que de ellos se

pueden derivar.

Figura 1.1 Flujos naturales de energa y energas renovables obtenibles de los mismos [Gonzales Velazco,

2009]


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Una de las energas renovables obtenibles por la radiacin solar es la

energa fotnica o fotovoltaica, que de ah se deriva la generacin

fotovoltaica de electricidad.

Las celdas fotovoltaicas permiten transformar directamente en electricidad

la energa de parte de los fotones que componen el espectro visible de la

luz solar. Esto es posible gracias al material semiconductores de que estn

construidas dichas celdas, cuya conductividad se incrementa drsticamente

cuando son alcanzados por los fotones pertenecientes a la radiacin visible,

componente del espectro solar que alcanza la superficie de la Tierra. Si los

fotones que inciden sobre la superficie del semiconductor poseen energa

suficiente, son absorbidos por el material y transfieren su energa aelectrones que forman parte de los orbitales enlazantes del semiconductor.

Los electrones liberados se mueven caticamente a travs del

semiconductor. Lo mismo sucede con los huecos o falta de electrones que

quedan tras romperse el enlace. La carga elctrica de los huecos es positiva

ya que se generan en un punto donde se ha separado un electrn. Los

huecos actan como una trampa que atrae a los electrones situados en

enlaces contiguos. Cuando un electrn de estos enlaces contiguos se

traslada, completando el enlace, el enlace del que parta queda incompleto,

y la carga positiva (la falta de electrn o hueco) se desplaza. La presencia de

estas cargas libres, de sentidos contrarios, explica el incremento de

conductividad que experimenta el material semiconductor bajo

iluminacin. Este fenmeno, descubierto por el fsico francs Alexandre-

Edmond Becquerel en el ao de 1839, se denomin efecto fotovoltaico.

[Gonzlez Velazco, 2009]

El material semiconductor ms utilizado en la elaboracin de celdas

fotovoltaicas es el silicio.


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Despus de atravesar la atmosfera, la radiacin solar que incide sobre la

superficie de la Tierra tiene una densidad de flujo promedio de alrededor

de 1kWm-2. La distribucin espectral de la luz solar vara considerablemente

con las condiciones climticas y con la posicin del sol, es decir la hora del

da. Por ello, hay que definir una serie de condiciones que permitan calibrar

con precisin el funcionamiento de una celda fotovoltaica, de un mdulo o

de un panel solar.

Ms adelante en la seccin de instalacin del equipo se ilustra cmo se

realizaron los clculos para la orientacin del sistema fotovoltaico con

respecto a la posicin del sol, esto con la finalidad de lograr una mayor

captacin de radiacin solar sobre los mdulos fotovoltaicos a lo largo del

ao y por ende hacerlo ms eficiente.

La insolacin diaria, se denota por la letra H, se define como la energa solar

total por unidad de rea recibida en un punto de la Tierra a lo largo de un

da, y viene dada por una ecuacin integral del tipo [Guillen Sols, 2004]:

= donde G es la irradiacin solar total (la suma de la radiacin directa y de la

radiacin difusa) en Wm-2, la cual vara de acuerdo a la inclinacin con que

inciden los rayos solares sobre una superficie, y con la inclinacin de la

propia superficie, medida por el ngulo que forma la perpendicular al plano

de referencia con la vertical en el punto.

Para medir el valor de H se emplean los solarmetros y tambin los

radimetros de cavidad activa. Estos aparatos se utilizan para medir la

radiacin total, suma de las componentes directa y difusa.

Con los resultados de estas medidas se pueden construir mapas en los que

aparecen dibujadas lneas de igual insolacin que permiten adquirir una

buena nocin de las cantidades de radiacin solar que inciden sobre una

regin de un continente durante una determinada poca del ao.


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1.1.-TIPOS DE CELDAS SOLARESLas celdas solares de silicio se pueden fabricar mediante diferentes

tecnologas y procedimientos para conseguir determinado rendimiento,

con distintas condiciones fsicas (tales como la flexibilidad y el espesor), y

variaciones en el costo final. Su eleccin, por tanto, para las instalaciones

fotovoltaicas depende de los objetivos que se deseen conseguir. [Perales

Benito, 2005]

Se pueden considerar tres tipos de celdas solares disponibles para formar

paneles fotovoltaicos comerciales, que son los indicados a continuacin:

1.1.1 SILICIO MONOCRISTALINO:

Esta versin marc el inicio de las celdas solares en 1954. Se recurre parasu obtencin al mtodo de crecimiento de los cristales denominados

Czchralsky [1], lo que se consigue mediante silicio puro fundido y dopado

de boro.

Se distinguen los paneles fotovoltaicos que incorporan estas celdas por su

color azul homogneo tal como muestra en la figura 1.2, a diferencia de las

distintas tonalidades del azul que presenta el policristalino.

Su rendimiento en las instalaciones de obtencin de energa elctrica est

alrededor de 15% a 18% con respecto a la energa incidente en su superficie.

Figura 1.2.- Mdulo solar comercial de silicio monocristalino.


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1.1.2 SILICIO POLICRISTALINO

Las celdas de esta versin estn compuestas por pequeos cristales

elementales que presentan diferentes tonalidades de azul, caracterstica

que permite distinguir los paneles solares dotados con estas clulas (ver

figura 1.3). Sus celdas tienen menor espesor (slo algunas micras) que las

monocristalinas, pero el material semiconductor tiene menos pureza y por

tanto ofrece menos rendimiento, el cual est situado entre 12 y 14%.

En su obtencin intervienen un nmero menor de fases de cristalizacin

con respecto al anterior, lo que reduce su precio en el mercado.

Figura 1.3.-Mdulo solar comercial de silicio policristalino.


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1.1.3 SILICIO AMORFO

Esta celda de capa delgada y bajo costo permite realizar mdulos

fotovoltaicos flexibles, lo que est encontrando aplicaciones en las

instalaciones fotovoltaicas, a diferencia de su primera utilizacin: los

relojes, calculadoras, etc.

Se forman estas celdas en lminas muy delgadas y flexibles, que pueden

adherirse a cualquier soporte de vidrio, plstico o similar. Presentan un

color marrn homogneo y su rendimiento est por debajo del 10% (figura

1.4).

Imagen 1.4.-Mdulo solar comercial de silicio amorfo.

La tabla 1.1 muestra las caractersticas de los tres tipos de celdas solares

antes mencionados.


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Tabla 1.1.- comparacin de las caractersticas de distintas clulas solares.

1.2 CARACTERISTICAS DE LOS PANELES FVEl arreglo del conexionado de los mdulos fotovoltaicos entre s puede ser,

un conexionado en serie, paralelo o serie-paralelo, esto estar en funcin

de las caractersticas elctricas requeridas.

Los paneles fotovoltaicos se definen por un conjunto de parmetros

expresados en las condiciones denominadas: temperatura de operacinnominal de la clula (TONC [2]) o en la condicin de prueba estndar (SCR

[3]), cuyos valores diferenciadores caractersticos se muestran en la tabla

1.2.

Tabla 1.2.- Valores diferenciadores caractersticos

PARMETROS EXPRESADOS EN CONDICIONES DE TONC Y SCRCondiciones TONC SCR

Irradiacin 800 W/m2 1000 W/m2

Distribucin espectral AM 1.5 (Masa de aire)Temperatura ambiente 20C 25C

Velocidad del viento 1 m/s

Los datos que se expresan en SCR se consideran de ensayo y los dados en

TONC son tpicos de operacin.

CARACTERISTICAS DE DISTINTAS CELDAS SOLARES

TIPO DE CELDA RENDIMIENTO CARACTERISTICAMONOCRISTALINO 15-18% Cristal nico.

Buen rendimiento.Color azul homogneo.

POLICRISTALINO 12-14% Diferentes cristales.Precio menor almonocristalino.Diferentes tonalidades deazul.

AMORFO


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Respecto a los parmetros elctricos que definen los mdulos

fotovoltaicos, los fundamentales son los siguientes:

POTENCIA MXIMA (Pmax), que indica la mxima potencia obtenida en

condiciones especificadas. Su valor corresponde al producto de losparmetros voltaje (V) y corriente (I) mximos.

TENSIN DE POTENCIA MXIMA (Vmp). Valor de la tensin cuando el panel

est suministrando la mxima intensidad de corriente.

INTENSIDAD DE POTENCIA MXIMA (Imp). Corriente suministrada a la

potencia mxima. Se considera ste parmetro el representativo de la

corriente nominal.

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (Isc). Representa la mxima corriente que

puede proporcionar el panel bajo condiciones de tensin cero.

TENSIN A CIRCUITO ABIERTO (Voc). Especifica la tensin mxima que

puede proporcionar el panel sin carga.


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1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:Entramos en nuevos tiempos donde el problema energtico se agudizar y

esto nos afecta a todos, por ejemplo, el aumento de costo de la energa

elctrica o la gran contaminacin a nuestro medio ambiente, por esto desde

hace un tiempo ha surgido un gran inters por fuentes alternativas de

energa.

As, el problema que aqu se plantea est dado por el alto consumo de

energa elctrica, que conlleva un elevado costo por el consumo de la

misma. Por este motivo es necesario buscar una forma alternativa de

abastecimiento parcial o totalmente factible y econmicamente viable que

permita reducir el consumo y los costos por este concepto. Se propone

instalar un sistema fotovoltaico (FV [4]) en el edificio C de la Facultad de

Ingeniera campus Coatzacoalcos de la Universidad Veracruzana, que est

conectado a la red elctrica de dicho campus y cuyo elevado consumo

energtico provoca un alto costo econmico.

1.4 JUSTIFICACIN:

El presente proyecto se lleva a cabo por la necesidad de economizar yminimizar los efectos ambientales que conlleva utilizar la energa elctrica

convencional, se dispone de un sistema FV de 3.5kW de generacin, que

inicialmente haba sido adquirido para efectos de estudios en una casa

residencial de la ciudad, pero por disposiciones escolares y por no cumplirse

con lo acordado, se decidi instalar en la Universidad Veracruzana,

haciendo mediciones continuas para ver qu tan factible es desde el punto

de vista energtico instalar paneles solares en esta zona.


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CAPTULO : DESCRPCO N DE EQUPOS.

2.1 SISTEMA FOTOVOLTAICOEste sistema consiste de las partes principales que se muestran en la tabla

2.1:

Tabla 2.1. Componentes principales del sistema fotovoltaico

COMPONENTE CARACTERISTICA

Arreglo fotovoltaico 14 mdulos de 250W

Estructura paramdulos

De acero galvanizado para montaje demdulos

Porta fusibles 10 x 38mm 1000V a 32Amp (2 piezas)

Fusibles 32 Amp (2 piezas)Inversor Marca KACO 3502xi (3.5 kW)

Gabinete Para resguardo del inversor

Cable FV 60 m aproximadamente

Arreglo fotovoltaico: Consiste en 14 mdulos solares de la marca

Solarworld y modelo sunmodule SW 250 mono, de 250 watts conectados

en serie, para entregar un voltaje de 435 VCD [5]. Cada mdulo generar amxima potencia 8.05A de corriente (Imp.), 8.06A de corriente de

cortocircuito (Isc), 31.1V de tensin de potencia mxima (Vmp), 37.8V de

circuito abierto (Voc) y una potencia mxima (Pmax) de 250W, estas

especificaciones son en condiciones de prueba estndar (CSR): 1000Wm-2,

25C, 1.5 AM. Cada mdulo tiene 60 celdas de tipo mono cristalino y una

capa de vidrio templado con un peso total aproximado de 21kg.

Cable FV:Cable calibre 10 AWG, de la marca Advanced Digital, del tipo PV

Wire (aplicaciones fotovoltaicas), este cable soporta un voltaje nominal de

600 V. Este tipo de conductor es para aplicaciones fotovoltaicas y para

colocar a la intemperie ya que es muy resistente a la radiacin solar directa.


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En la figura 2.1 se muestra la ficha tcnica de un mdulo solar:

Figura 2.1. Ficha tcnica tomada directamente de un mdulo solar.

Estructura para mdulos: Los mdulos son instalados en una estructura

soporte de acero galvanizado, la cual est instalada con una altura

aproximadamente de 1.83 metros con una pendiente de 20 hasta llegar a

nivel del suelo, como se ve en la figura 2.2.

Figura 2.2. Estructura soporte de acero galvanizado.


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A

B

C

D

FUSIBLES Y PORTAFUSIBLES:Consiste en 2 fusibles de 32 amperes cada

uno, uno se conecta mediante el porta fusible a la fase positiva de los

paneles FV para proteccin elctrica, mientras que el otro fusible restante

es de repuesto. El fusible adentro del porta fusible se muestra fsicamente

en la figura 2.3, inciso A.

Inversor: El inversor instalado de la marca KAKO 3502xi tiene una

capacidad de 3500 W, con un voltaje de operacin mnima de 200 VCD

hasta 510 VCD, para su correcto funcionamiento debe estar conectado a la

red en un sistema bifsico que consta de 2 lneas de alimentacin a 120 VCA

[6] y un neutro. Dicho inversor se encuentra dentro de un gabinete para

resguardo del mismo (ver figura 2.3, inciso B para identificar el inversor e

inciso D para ver el gabinete).

Figura 2.3. Fotografa del inversor y su gabinete utilizados


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2.2 ANALIZADOR TRIFSICO DE CALIDAD ELCTRICAFLUKE 433/434El analizador trifsico de calidad elctrica ofrece una completa serie de

potentes funciones para la comprobacin de sistemas de distribucinelctrica. Algunas de estas funciones nos permiten obtener una visin

general del funcionamiento del sistema elctrico, mientras que otras le

sirven para examinar detalles especficos. En nuestro caso nos ayudar a

llevar un anlisis de la cantidad de energa que generar el panel

fotovoltaico y determinar con base a esto, el funcionamiento del sistema

FV. En la figura 2.4 se ilustra el analizador trifsico de calidad elctrica.

Figura 2.4. Analizador de la calidad elctrica con sus pinzas amperimtricas.


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CAPTULO : NSTALACO N DEL SSTEMAFOTOVOLTACO3.1 UBICACIN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO: Primero seempez por ubicar, en el techo del edificio C, el rea para la instalacin del

sistema fotovoltaico y su orientacin, para esto se utiliz una brjula [7]

para determinar la orientacin ya que es recomendable que los sistemas FV

estn orientados hacia el sur geogrfico para una mayor captacin solar a

lo largo del ao. Una vez que se determin el sur magntico con la

aplicacin, procedemos a determinar el sur geogrfico, que ser al cual se

oriente finalmente el panel FV ya que los polos magnticos y geogrficos no

coinciden en ciertas fechas del ao.

La geometra relaciona el plano de alguna orientacin en particular y la

tierra en cualquier tiempo (si es un plano fijo o en movimiento respecto a

la tierra) y la radiacin solar entrante, es decir, la posicin del sol relativa al

plano, puede ser descrita en trminos de varios ngulos. Muchos de los

ngulos se muestran en la figura 3.1. [Duffie y Beckman, 1992]

Figura 3.1. (a) Angulo zenit, inclinacin, ngulo de superficie azimut. (b) Vista de

planta que muestra el ngulo solar azimut.

(a)(b)


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Donde:

Latitud:La localizacin angular del norte o sur del ecuador, el norte espositivo; -9090[Kalogirou, 2009].Declinacin, la posicin angular del Sol en el medio dia solar con respecto

al plano del ecuador, el norte es positivo; -23.45 23.45

El eje de rotacin de la tierra puede estar inclinado en un ngulo de 23.45

desde el eje elptico, que es normal al plano elptico. El plano elptico es el

plano de la rbita de la Tierra alrededor del Sol.

La declinacin solar es la distancia angular de los rayos del sol al norte del

ecuador, la declinacin del norte del ecuador se define como positivo

(23.45) y hacia el sur negativo(-23.45). Ver figura 3.2La variacin de la declinacin solar cambia con respecto a la fecha del ao,

se puede calcular con la ecuacin aproximada de Cooper (1969):

=23.45 sin (360x+

) (1.1)

El da del ao n se obtiene de la tabla 3.1.

Figura 3.2.- Declinacin solar de acuerdo a diferentes estaciones del ao.


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Tabla 3.1. El promedio de das recomendados para mes y los valores de n por mes.

Angulo de superficie azimut, la desviacin de la proyeccin en el plano

horizontal de la normal a la superficie del meridiano local, con cero al sur,

este negativo y oeste positivo.

Angulo horario, el desplazamiento angular del sur al este o al oeste del

meridiano local debido a la rotacin de la tierra sobre su eje a 15 por hora;

en la maana negativo, en la tarde positivo. El ngulo horario , es el ngulo

comprendido entre el plano meridiano del observador y el plano meridiano

que pasa por el Sol, depende de la hora del da, es 0 al medioda solar,

negativo antes y positivo despus; cada hora es igual a 15.

= 0.25( ) (1.2)Angulo de altitud solar, el ngulo entre la horizontal y la lnea del sol.Es el ngulo entre los rayos del sol y el plano horizontal.

() =sin() sin() cos()cos()cos() (1.3)Donde = latitud local

zAngulo zenit, el ngulo entre la vertical y la lnea del Sol, es decir, el

ngulo de incidencia de la radiacin solar sobre una superficie horizontal.


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s Angulo solar azimut, el desplazamiento angular desde el sur de la

proyeccin de la radiacin en el plano horizontal. Desplazamientos del este

al sur son negativos y del oeste al sur son positivos.

Dicho de otra manera es el ngulo comprendido entre la direccin Sur (S) y

la direccin de la proyeccin del Sol sobre el plano horizontal; se consideran

positivos los medidos hacia el Oeste (O) y negativos los medidos hacia el

Este (E).

sins = ()()() (1.4)

Es la longitud del da

La duracin del da es el doble de la hora de puesta de Sol, ya que el

medioda solar se encuentra en el medio de las horas de salida y puesta de

Sol. Por lo tanto, la longitud del da en horas es:

= = costan() tan() (1.5)

Con todos los trminos anteriores se procede a hacer los clculos para

determinar la orientacin correcta aproximada de los paneles fotovoltaicos,se decidi hacer los clculos para el equinoccio de primavera[8] en el dia 21

de marzo, esto por el motivo de que la duracin del dia es la misma que la

de la noche, cabe destacar que no se eligi ni el solsticio de verano ni el

solsticio de invierno porque tienen diferentes duracin del dia con respecto

a la noche, por esta razn para compensar los das cortos (solsticio de

invierno[9]) y los das largos (solsticio de verano[10]) se elige el equinoccio

de primavera. En la figura 3.3 se presenta un grfico con la duracin y elflujo solar del equinoccio, solsticio de verano y el solsticio de invierno.


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Figura 3.3. Duracin y flujo solar del equinoccio, solsticio de verano e invierno.

Despus de haber definido el da para el cual se har el clculo, que para

este caso es el dia 21 de marzo a las 13 horas, se procede a encontrar la

latitud de la localidad donde se encuentra instalado el sistema fotovoltaico,que para la ciudad de Coatzacoalcos, Ver., Puntualmente en la Facultad de

Ingeniera de la Universidad Veracruzana Campus Coatzacoalcos es de

18.14 N. m2

Para encontrar el ngulo azimut se debe encontrar primeramente la

declinacin en el 21 de marzo (N=75, ver tabla A), de la ecuacin 1.1 se

calcula la declinacin

=23.45sin [360365 (28475)] =2.417

De la ecuacin 1.2, el ngulo horario, a la 1 despus del medio dia solar local

es:

= 0.25( )

= 0.25(60) =15

De la ecuacin 1.3, el ngulo de la altitud solar es:

() = sin() sin()cos() cos() cos() () =sin(18.14) sin(2.417) cos(18.14) cos(2.417) cos(15)

()=0.90


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=sin(0.90) =64.68

De la ecuacin 1.4, el ngulo solar azimut es:

sins = cos()sin()cos()

sins = cos(2,417)sin(15)cos(64.68) =0.60

s = s i n(0.60) =37.20

Como es positivo el ngulo, la orientacin se define desde el sur hacia eloeste.

Ahora, para encontrar la longitud del dia se calcula con la ecuacin 1.5,

como se escogi la fecha del equinoccio, el resultado en horas ser similar

entre el dia y la noche; aplicaremos esta ecuacin a manera de

comprobacin:

= =

cos

tan() tan()

= 215 costan(18.14) tan(2.417) = 11.90

Esa longitud del dia la dividimos entre dos para obtener las porciones de

horas antes y horas despus del medio dia:.

=5.95Esto significa que el sol sale a 125.95=6.05=6:03

Y se oculta a las 12 5.95 = 5: 57Como se muestra la duracin del dia es muy cercana a 12h, por lo

consiguiente la duracin de la noche es similar.

Con esto ya podemos poner la ubicacin ms exacta de los paneles FV.

Como se muestra en la figura 3.4.


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Figura 3.4. Orientacin fsica de los paneles FV


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Despus de orientar el panel fotovoltaico procedemos a ubicarlo en el

techo del edificio, y en el lugar donde no hay obstruccin solar por sombras

de rboles o de otros edificios. Se muestra una vista de planta en la figura

3.5 con la ubicacin y orientacin del panel FV.

Figura 3.5. Vista area de la ubicacin de los paneles fotovoltaicos.


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30

3.2 ENSAMBLE DE LA ESTRUCTURAYa que se ubic donde se instalan los paneles fotovoltaicos el siguiente paso

ser ensamblar la estructura [MICROM S.A DE C.V, 2013].

Empezaremos por armar el poste medio y el poste lateral, en la figura3.6 se encierran con color rojo el armado del poste medio y el poste

lateral para una mejor apreciacin, y en la figura 3.7 se observa ms

a detalle.

Figura 3.6. Armado del poste medio y poste lateral

Figura 3.7. Detalle de armado del poste medio y lateral


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31

Figura 3.8. Detalle de piezas a utilizar para el armado de los postes.

Tabla 3.2. Descripcin y cantidad de material a utilizar para el armado de los postes.

La descripcin de armado que se muestra en la figura 3.8 es la misma que

se utilizara para los 6 postes medios y 6 postes laterales que conforman la

estructura. As en la tabla 3.2 se muestran los elementos mencionados de

la figura 3.8.

N de elemento Descripcin Cantidad1 Unin para poste 12 Poste 1

3 Tornillo cabeza. hex1/4x1

2

4 Roldana plana 1/4 45 Tuerca hexagonal 1/4 2

6 Roldana presin 1/4 2


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Armado de las barras para el soporte de los mdulos, se muestra

fsicamente en la figura 3.9 y esquemticamente en las figuras 3.10 y

3.11.

Figura 3.9. Armado de barras para soporte de los mdulos.

Figura 3.10. Detalle del armado de barras para soporte de mdulos.


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33

Figura 3.11. Detalle de piezas a utilizar para el armado de barras para soporte.

En la tabla 3.3 se muestran los elementos mencionados de la imagen 3.11.

Tabla 3.3. Descripcin y cantidad de material a utilizar para el armado de las barras para

el soporte de mdulos.

N. de

elemento

Descripcin Cantidad

3 Roldana de presin 1/4 65 Roldana plana 1/4 127 Tornillo cabeza. Hex 1/4x 1 69 Tuerca hexagonal 1/4 6

11 Barra para montaje de mdulos de 3m 114 Unin para barras 116 Barra para montaje de mdulos de 2m 1


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Esta descripcin de armado es la misma que se utilizar para la unin de las

6 barras que constituyen la estructura, en la figura 3.12 se muestra el

armado ya terminado.

Figura 3.12. Ensamble fsico de las barras para soporte de mdulos.


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Armado de anclaje, sern los puntos de apoyo que sostendrn la

estructura, dichos puntos se muestra en la figura 3.13. En las figuras

3.14 y 3.15 se observan los detalles de armado del punto C y D

respectivamente. En la tabla 3.4 se enlistan los elementos

mencionados de las figuras 3.14 y 3.15.

Figuras 3.13. Armado de anclaje


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Figura 3.14. Armado del detalle C

Figura 3.15. Armado del detalle D


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Tabla 3.4. Descripcin y cantidad de material a utilizar para el armado en el anclaje

N. de elemento Descripcin Cantidad

1 Ancla 62 Roldana de presin de 3/8 5

4 Roldana plana de 3/8 106 Tornillo cabeza hexagonal 3/8x 3 58 Tuerca hexagonal 3/8 5

10 Espaciador de CPVC 5

13 Poste medio 114 Unin para barras 116 Barra para montaje de mdulos de 2m 1

La descripcin de este ensamble se utilizar para los 18 puntos de apoyo

con los que cuenta la estructura, deben de quedar armados tal y como se

ve en la figura 3.16.

Figura 3.16. Ensamble terminado del anclaje


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38

En la figura 3.17 se muestra la sujecin de la barra de montaje de

mdulos a poste medio y posterior. Los detalles de dicho armado se

presentan en la figura 3.18, los elementos mencionados por la figura

3.18 se enlistan en la tabla 3.5.

Figura 3.17. Armado de la sujecin de barra demontaje

Figura 3.18. Detalle del armado de la sujecin de la barra de montaje


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Tabla 3.5. Descripcin y cantidad de material a utilizar para el armado de barra de

montaje.

N. de elemento Descripcin Cantidad

2 Roldana de presin 3/8 5

4 Roldana plana 3/8 106 Tornillo cabeza. Hex 3/8 x 3 5

8 Tuerca hexagonal 3/8 510 Espaciador de CPVC 511 Barra para montaje de mdulos de 3m 112 Unin para poste 2

13 Poste medio 115 Poste 116 Barra para montaje de mdulos de 2m 1

La descripcin de este ensamble aplica para la unin de los 6 postes medios

y los 6 postes laterales con la barra de montaje de mdulos, en ensamble

fsico se muestra en la figura 3.19.

Figura 3.19. Ensamble fsico


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40

Colocacin de tensores, para hacer una estructura ms estable,

dichos tensores se muestran en la figura 3.20.

Figura 3.20. Ensamble fsico de los tensores.

En las figuras 3.21 y 3.22 se muestra la sujecin de tirantes con detalles

E y F.

Figura 3.21. Detalle de armado del punto E


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Figura 3.22. Detalle de armado del punto F

Tabla 3.6. Descripcin y cantidad de material a utilizar para la colocacin de tensores.

N. de elemento Descripcin Cantidad3 Tuerca hexagonal interna 3/8 4

4 Tuerca hexagonal 3/8 45 Roldana plana 3/8 8

6 Roldana de presin 3/8 415 Poste lateral 2

16 Barra de montaje de mdulos 2m 217 Tirante 1.25m 1

18 Tirante 0.71m 1


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Figura 3.23. Ensamble fsico

La descripcin de este ensamble aplica para todos los tensores que

conforman la estructura, en la figura 3.23 se muestra el ensamble fsico delos tensores.


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Anclaje de la estructura al piso.

Ya con la ubicacin y orientacin calculada anteriormente y como primer

paso se procede a medir en el suelo el anclaje de los 18 puntos de apoyo

en base al plano de la figura 3.24 facilitado por el proveedor. [MICROMELECTRONICA S.A DE C.V]

Figura 3.24. Estructura para sistema interconectado de 3.5 kW

Por cada punto de apoyo se pusieron 2 taquetes de expansin de 3/8 (ver

figura 3.26) y con la finalidad de evitar filtraciones por efectos de la lluvia

hacia la parte interna del edificio se puso impermeabilizante en esos puntos

con una fina malla de tela tal como se muestra en las figuras 3.25 y 3.27. En

la figura 3.28 se muestra la superficie impermeabilizada ya con una parte

de la estructura instalada.


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Figura 3.25. Aplicacin de impermeabilizante

Despus de medir se procedi a hacer los agujeros con un roto martillo y

despus a insertar los taquetes de expansin de 3/8. Dichos taquetes se

colocaron en los agujeros, se golpean con un martillo y se aprieta la tuerca,

esto ltimo con la finalidad de que la parte metlica que est dentro del

concreto se expanda.

Figura 3.26. Figura 3.27. Aplicacin de impermeabilizante.

Taquete de expansin


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Figura 3.28. Impermeabilizante aplicado a los puntos de apoyo

Colocacin de mdulos sobre la estructura.

Como primer paso se subieron los 14 mdulos uno por uno al techo deledificio sujetado por cuerdas y cintas, y con ayuda de compaeros y

maestro, este proceso se observa en la figura 3.29 y 3.30.

Figura 3.29. Foto tomada cuando se subieron los mdulos sujetados por cuerdas y

cintas.


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La estructura donde se colocaran los mdulos se muestra en la figura 3.31.

Figura 3.30. Foto tomada cuando se subieron los mdulos

Figura 3.31. Vista fsica de la estructura donde se colocan los mdulos.


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Como muestra la figura 3.32 cada mdulo contiene 4 barrenos en laparte

inferior del mismo.

Figura 3.32. Acercamiento a uno de los barrenos del mdulo.

Para la colocacin de los mdulos sobre la estructura los primero es

insertar un tornillo de 1/4" por uno de los barrenos situados por la parte

inferior del mdulo (este paso se har para los 4 barrenos del mdulo),

una vez dentro el tornillo se sujeta con una contratuerca de

aluminio(34x34mm) y se gira solo hasta que el tornillo este sujetado con

los primeros hilos de la cuerda esto es para poder deslizar el modulo sobre

el unicanal (barra de soporte de mdulos), este procedimiento se explica

a continuacin.


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Se debe hacer coincidir el riel con el tornillo para poder deslizar el

panel hasta la posicin requerida (ver figura 3.33).

Figura 3.33. Vista trasera de la colocacin de los mdulos sobre la estructura

Una vez que el mdulo este en la posicin deseada se asegura con los

tornillos para evitar que tenga desplazamiento, tal como se observa en lafigura 3.34.

Figura 3.34. Posicin final del primer mdulo colocado sobre la estructura


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El paso anterior se repite hasta haber colocado los cinco mdulos que es la

capacidad para la cual fue diseada la estructura.

Figura 3.35. Vista fsica de la colocacin de los mdulos sobre la estructura

Se colocaron los 9 mdulos restantes en la estructura, dejando unos

espacios entre columna y un espacio libre igual a la medida de un mdulo

en la parte inferior central, esto con el objetivo de minimizar los efectos que

pueden causar los fuertes vientos de esta zona. Ver figura 3.35 y 3.36.

Figura 3.36. Mdulos colocados en la estructura


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3.3 CONEXIN ELCTRICA DE LOS MDULOS.Con base al diagrama de conexin de mdulos solares facilitado por el

proveedor (se muestra en la figura 3.37), se procedi a conectar los

mdulos con un arreglo en serie.

Figura 3.37. Conexin de mdulos solares

Fsicamente qued de la manera como se ilustra en la figura 3.38.

Figura 3.38. Arreglo fsico de la interconexin en serie de los mdulos solares.


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3.4 CONEXIN ELECTRICA DE LOS PANELES FV HASTA ELTABLERO DE CONEXIONES.El inversor debe estar instalado en un lugar de resguardo donde no sufra

daos por humedad, vientos, manipulacin de cualquier persona noautorizada, etc., y se decidi colocar el inversor en el aula del CIRES (Centro

de Investigacin de Recursos Energticos Sustentables) ubicado en la planta

baja del edificio C, donde se instalaron los paneles FV.

Para el cableado desde los paneles FV hasta el inversor se colocaron

tuberas de pvc ligeras de plg, adems de codos y condulets de la misma

medida. Para el cableado desde el inversor hasta el tablero de conexiones

se colocaron canaletas de pvc para cable elctrico.Se presenta la figura 3.39 donde se ve la ruta de la tubera por donde pasan

los 3 cables (Positivo, negativo y tierra), desde los paneles FV hasta el

tablero de conexiones.

Figura 3.39. Ruta del cableado desde los paneles FV hasta el tablero de conexin

Se instalaron las tuberas y canaletas necesarias para seguir la ruta de

acuerdo al plano mostrado anteriormente, la tubera de pvc fue sujetada

con tornillos y abrazaderas galvanizadas de soporte para tubos de pvc.

Despus de esto se cablearon los conductores por los que circular la

corriente elctrica. En la figura 3.40 se muestra el diagrama elctrico.


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Figura 3.40. Diagrama elctrico de interconexin del sistema fotovoltaico.

Mdulo fotovoltaico

Proteccin de sobrecorriente

Clema de conexin

Inversor


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3.5 CONEXIN DEL INVERSORPosteriormente al cableado y de acuerdo al cdigo de colores y al calibre

propuesto por el fabricante se procedi a conectar el inversor, dicho

inversor tiene dos reas de conexin, que una corresponde a corrientedirecta (CD) y la otra a corriente alterna (CA), se realiz primero la conexin

en corriente alterna, este modelo de inversor (KAKO 3502xi) es bifsico en

su salida, es decir entrega 2 lneas de 127V cada una y un neutro. Esas 2

lneas y el neutro fueron conectadas a las lneas principales que alimentan

corriente elctrica al edificio C, se coloc un interruptor para una mejor

manipulacin de la corriente de los paneles fotovoltaicos. Despus de

conectar en corriente alterna procedimos a conectar la alimentacin de

corriente directa en la caja de conexiones del inversor, en esta parteprimero conectamos el cable negativo que es de un calibre 10AWG de color

negro (MOD (-)), posteriormente se conect el cable a tierra con un calibre

8AWG de color negro, por ltimo se conect el positivo que es un cable

calibre 10AWG de color rojo (MOD (+)). Ver figura 3.41.

Figura 3.41. rea de conexin dentro del inversor.

rea de conexin DC

rea de conexin CA


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Un inconveniente que se present fue que a la hora de encender el inversor,

ste no encendi su pantalla LED y ninguna de sus luces indicadoras, dado

estas condiciones hicimos una medicin de prueba de energa, con el

analizador de redes elctricas FLUKE y el resultado fue de potencia

negativa, es decir los paneles fotovoltaicos no estaban entregando energa

al sistema elctrico. Por esta razn se decidi dejar fuera de operacin los

paneles FV hasta encontrar la solucin.

La solucin estaba en un punto ms prctico y no se encontraba en los

manuales facilitados por el fabricante, se pidi asesora con respecto al

conexionado del inversor, y el resultado fue una mala conexin en cuanto

al orden de seguimiento, en primera instancia se conect en la caja de

conexin del rea de CD y luego la de CA.

El orden correcto y para un buen funcionamiento es energizar el inversor

conectando en el rea de CA primero, luego la parte de CD, el inversor

adems cuenta con un interruptor para encender o apagar el equipo, dicho

interruptor como ltimo paso se procede a posicionarlo en modo

encendido. As es como se logr encender adecuadamente el inversor.


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3.6 PRUEBAS INICIALES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO.Despus de conectar correctamente los paneles FV con el inversor y ste a

la red general de corriente elctrica, se procedi a encender el inversor con

un switch que tiene en la parte inferior lateral derecho. Encendi

correctamente la pantalla y se realiz una medicin de prueba de voltaje

con un multmetro a la entrada del inversor; es decir el voltaje que estaba

suministrando los paneles FV, se visualiz un voltaje de corriente directa de

484 Volts (ver figura 3.42), y en la salida del inversor que corresponde a

corriente alterna la medicin fue de lnea a lnea 230V y de lnea a neutro

120V. Todos estos valores son los deseados para un buen funcionamiento

del arreglo fotovoltaico.

Figura 3.42. Prueba de voltaje realizada con un multmetro.


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CAPTULO V: TOMA Y ANA LSS DE DATOSEl monitoreo de datos se realiza con el analizador de redes elctricas

FLUKE y el software Power Log, en este caso se analiza una semana de

mediciones a la salida del inversor y posteriormente se analiza una semanade mediciones a la entrada del inversor.

El analizador se ajusta para que haga las mediciones en forma de tendencia

con intervalos de 1 segundo entre mediciones, stas se registran en la

memoria del analizador y despus se transfiere a una PC con un cable de

datos o directamente desde la memoria SD que trae el analizador, despus

en el software Power Log se generan las grficas y datos de los diferentes

parmetros a analizar.

4.1 TOMA Y ANALISIS DATOS EN LA SALIDA DEL INVERSOR(VOLTAJE DE CORRIENTE ALTERNA)Primeramente, se analizan los parmetros de voltaje, corriente y potencia

a la salida del inversor. Este periodo de anlisis comprende del 20 de

febrero del 2014 a las 02:33:49 pm hasta el 28 de febrero del 2014 a las

02:00:28 pm.

4.1.1 TENSION Y CORRIENTE A LA SALIDA DEL INVERSOR (VOLTAJE DECORRIENTE ALTERNA)

La funcin principal del inversor es convertir el voltaje de corriente directa

en voltaje de corriente alterna. En este caso se analiza la salida del inversor,

es decir la parte correspondiente a voltaje de corriente alterna.

El inversor entrega un arreglo bifsico, que consta de dos lneas de 130 V y

un neutro.


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Figura 4.1. Graficas de voltaje del neutro y de la lnea 1 y 2 generada por Power Log.

En la figura 4.1 se muestra la grfica con los valores correspondientes a losvoltajes de las lneas 1 y 2, as como los valores que corresponden al voltaje

en el neutro. Las lneas punteadas verticales representan los das que se

efectan las mediciones, en este caso son 6 das completos y 2 medios das.

Las lneas punteadas horizontales representan los rangos o valores en los

que oscilan los datos de las mediciones.

La lnea de verde representa voltaje rms (voltaje raz media cuadrtica)

mnimo, la lnea roja representa el voltaje rms mximo y la lnea negrarepresenta el voltaje rms medio.

En L1N (V) y L2N (V) se aprecia que el voltaje no vara mucho y el rango del

voltaje de la lnea 1 no sobrepasa de 134 VCA ni es inferior a 127 VCA, en la

lnea 2 sucede lo mismo y est en un rango de 137 VCA y 128 VCA.

El voltaje que circula por el neutro tiene valores muy pequeos, de un

mnimo de 0.02 VCA y 0.04 VCA, que son prcticamente despreciables.

Todos los valores de voltaje que se presentan en esta grfica estn dentro

del rango aceptable de voltaje nominal en Mxico, es decir el sistema

fotovoltaico tiene los valores adecuados en cuanto a voltaje se refiere.

Esta grfica completa de voltaje se incluye en el anexo 1.


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Figura 4.2. Graficas de corriente del neutro y de la lnea 1 y 2 generada por Power Log.

En la figura 4.2 se muestra la grfica que presenta los valores obtenidos de

corriente durante el periodo de medicin, los nmeros que aparecen en laparte inferior de manera horizontal representan el da y el mes en el que se

realiza la medicin, ejemplo: 21/2 significa que corresponde al dia 21 del

mes de febrero.

La lnea1(A) y la linea2(A) son similares, en las dos la parte plana de la grfica

que est cercana a cero Amperes corresponde a la noche; donde hay menor

radiacin solar y la parte curva corresponde al da porque ah es cuando hay

ms radiacin solar o empieza a haberla.

Figura 4.3. Acercamiento de la grfica de corriente en el primer da.


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En la figura 4.3 se muestra la grfica de corriente que corresponde a las

lneas 1 y 2, donde se observa una lnea vertical continua, esta lnea es un

cursor que dependiendo de la hora del dia donde est situada indica la

corriente en amperes, para este caso (figura 4.3) el cursor est situado a las

7:04:49 a.m., y muestra sus respectivos valores de amperes.

Tal como se aprecia en la figura 4.3, en la grfica se muestra el inicio de la

curva Amperes/hora y sta inicia aproximadamente a las 7 a.m. Es decir a

partir de esta hora empieza a incidir la radiacin solar sobre el sistema FV.

La grfica completa de corriente se encuentra en el anexo 2.

Figura 4.4. Acercamiento de la grfica de corriente en el primer da.

En la figura 4.4 se presenta el valor ms alto de la corriente elctrica

generada por el sistema fotovoltaico, dicho valor es de 24.4 Amperes yencuentra su punto mximo aproximadamente a la 1:02 p.m. En este punto

es donde se asume que la radiacin solar incidente sobre los paneles FV

est en el punto mximo de ese da.

Despus de ste punto mximo, la curva empieza a bajar y esto es porque

el Sol sigue su curso, y empieza a atardecer y con ello a bajar la radiacin

solar. Segn la grfica, el punto donde la curva se vuelve plana y el valor de

corriente cercana a cero ocurre aproximadamente a las 6 p.m.


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Figura 4.5. Grfica de corriente del dia 23 de febrero.

En la figura 4.5 se muestra la grfica de corriente con intervalos de 6 horas,

se observa que aproximadamente a las 7 a.m. la curva de corriente empieza

a subir pero conforme avanza tiene muchos picos, esto es debido a que ese

dia estuvo nublado o parcialmente nublado, causando as una radiacin

solar muy irregular, de manera que eso se ve reflejado en los amperes que

el sistema fotovoltaico entrega.


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4.1.2 POTENCIA A LA SALIDA DEL INVERSOR

Figura 4.6. Grfica de potencia

En la figura 4.6 se muestra la grfica correspondiente a la potencia que

entrega el sistema fotovoltaico, en ella se observa el comportamiento de la

potencia a lo largo de 7 das; puntualmente se analiza la potencia en la lnea

1 y en sta se observa que en el dia 21 de febrero (21/2) aproximadamente

a las 7 a.m. se empieza a registrar un incremento de valores de potencia en

kW, cabe destacar que ese dia en particular se puede deducir que el dia fuedespejado, ya que la curva correspondiente a ese da no presenta muchos

picos ni es muy irregular como la presentan los das restantes, tal como se

observa en el acercamiento correspondiente a ese da en la figura 4.7.

La potencia generada est en funcin de cuanta radiacin capte el sistema

fotovoltaico, es por esta razn que si el da esta nublado, parcialmente

nublado o hay algn tipo de sombra que obstruya total o parcialmente los

mdulos solares se ver reflejado en una disminucin de la potencia que

genera el sistema fotovoltaico.La grfica ampliada de potencia se incluye en el anexo 3.


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Figura 4.7. Grfica correspondiente al dia 21 de febrero.

Los valores de potencia generados por la lnea 1 son muy similares a los

valores de potencia generados por la lnea 2.

As como se analiz anteriormente las grficas de voltaje y de corriente en

el dia 23 de febrero (23/2) y se observ que stas presentaban muchos

picos de forma muy irregular, se analiza en esta parte la grfica de potencia

correspondiente a ese dia (23 de febrero), y tambin se observa una curvacon muchos picos de potencia (figura 4.8), el comportamiento de la

potencia del dia 23 de febrero est en funcin directa del comportamiento

de la corriente y voltaje del mismo da, as que si se registr una grfica de

voltaje y corriente con picos, se registrar una grfica de potencia con picos

similares.


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Figura 4.8. Grfica de potencia del dia 23 de febrero.

Para obtener la potencia total que entrega el sistema fotovoltaico a la red

es preciso sumar la potencia de la lnea 1 ms la potencia de la lnea 2, as

se obtiene la potencia total que genera el sistema FV.

Para analizar ste punto se toma como ejemplo la grfica correspondiente

al ltimo dia de medicin; y ste fue el 27 de febrero, en ella se observa que

tiene muchos picos causados por alguna obstruccin directa de la radiacin

solar hacia los paneles FV, pero ese da se registra el valor ms alto de

potencia en lo que corresponde a este periodo de medicin (20 de febrero

al 27 de febrero).

Tomamos el valor mximo de potencia medido en el dia 27 de febrero en la

lnea1 que es de aproximadamente 3.24 kW (ver figura 4.9) a las 12:30 pm.

As mismo tomamos el valor mximo de potencia medido el dia 27 de

febrero en la lnea 2 que es de aproximadamente 3.33 kW (ver figura 4.10)

a las 12:30 pm.


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Figura 4.9. Grafica de potencia de la lnea 1, del da 27 de febrero.

Figura 4.10. Grfica de potencia de la lnea 2, del dia 27 de febrero.

Si se suman los valores mximos de potencia de las lneas 1 y 2 nos da como

resultado la potencia total del sistema, que para ste caso es:

Potencia total=P1+P2= 3.224 kW+ 3.331 kW= 6.555 kW


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Lo que da una potencia total de 6.555 kW, en la grfica se muestra un valor

mximo de 6.533 kW, que son valores medidos y se muestra en la figura

4.11.

Imagen 4.11. Grfica de potencia total, del dia 27 de febrero.

La grfica completa de potencia se incluye en el anexo 3.


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4.2 TOMA Y ANLISIS DE DATOS EN LA ENTRADA DEL

INVERSOR (VOLTAJE DE CORRIENTE DIRECTA)

Ahora se analiza los parmetros de voltaje, frecuencia y corriente a laentrada del inversor, es decir, la parte correspondiente a corriente directa

(voltaje que entrega directamente los paneles FV). Los datos registrados

comprenden del 27 de febrero al 5 de marzo.

4.2.1 TENSIN Y CORRIENTE A LA ENTRADA DEL INVERSOR.

Como primer parmetro a analizar, se toma el voltaje de corriente directa.

El arreglo fotovoltaico consta de una lnea positiva y una lnea negativa.

Figura 4.12. Grfica de voltaje de corriente directa.

En la figura 4.12 se muestra la grfica con los valores de voltaje

correspondientes al generado por el sistema fotovoltaico en la lnea

positiva, como el arreglo fotovoltaico (interconexin entre los mdulos FV)

es una conexin en serie, el voltaje de cada mdulo se suma y con esto nos

da el voltaje de corriente directa total generado por el sistema fotovoltaico,

que segn la grfica de la imagen 57 el voltaje mximo aproximado para las

6:52 a.m. es de 379.64VCD y el voltaje mnimo es de aproximadamente

379.62 VCD. Como se muestra en la figura 4.13. Despus de sta hora elvoltaje se mantiene muy constante durante el dia pero aproximadamente

como a las 6:17 p.m. empieza a disminuir el voltaje, esto debido a que a

esta hora ya hay muy poca radiacin solar (ver figura 4.14).

Figura 4.13. Figura 4.14.


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Ahora, como siguiente anlisis se procede al parmetro de corriente.

Figura 4.15. Grfica de corriente.

La grfica de corriente de la figura 4.15 es similar a la analizada en la grfica

de corriente alterna (a la salida del inversor). Las partes curvas

corresponden al da porque ah es cuando hay ms radiacin solar o

empieza a haberla y las partes planas corresponden a la noche ya que en

valores est cercana a cero amperes.

En el dia 1 de marzo en un horario aproximado de 7:30 a.m. la curva

empieza a elevarse hasta llegar a su punto mximo de amperes de 12 Amp

a las 12:30 aprox. Despus de ste punto la curva empieza a bajar por

motivo de que la radiacin solar tambin.

Para los dems das las grficas se presentan con muchos picos y curvas de

forma irregular, como se menciona antes, esto sucede porque la radiacinque incide en los mdulos FV no es constante y de una cantidad fija, ya que

hay cosas, objetos, sombras, nubes, etc. que obstruyen la superficie

captadora.

4.2.2 FRECUENCIA

La frecuencia es el nmero de ciclos de la corriente por segundo y se mide

en Hertz, para Mxico la frecuencia nominal es de 60Hz. La grfica que

gener el software que empleamos en conjunto con los datos medidos

estn en el rango de 59.96hz y 60.04hz, que son valores muy cercanos a

60Hz. Ver figura 4.16.


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Figura 4.16. Grafica de frecuencia

Frecuencia

(Hz)

Duracin en das (Da/mes)


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CAPTULO V5.1 CONCLUSIONESLa capacidad de generacin del sistema fotovoltaico en las condiciones

estndar de prueba (con un flujo de radiacin de 1000 W/m2, segn la ficha

tcnica proporcionada por el proveedor) es de 250 W por mdulo en

caractersticas nominales, es decir, 3500W en total (son un total de 14

mdulos) de acuerdo a la ficha tcnica proporcionada por el proveedor (se

muestra en el anexo 4), en el anlisis de potencia de corriente alterna

anteriormente expuesto se muestran valores de hasta 3300 W de

generacin por fase (el sistema entrega un arreglo bifsico), si comparamos

ste ltimo valor con el de la condicin estndar de prueba se llega a la

conclusin de que la radiacin solar en la ciudad de Coatzacoalcos es mayor

del orden de 1000 W/m2, es decir, se acerca mucho a las condiciones

estndares de pruebas y esto lo hace una zona altamente factible para

colocar sistemas fotovoltaicos y as sacar mayor provecho de la energa

solar.

Por lo tanto, instalar este tipo de sistemas fotovoltaicos en esta zona traera

muchos beneficios, ya que es una energa limpia y amigable con el medio

ambiente. Adems rentable en esta zona por los datos obtenidos de

generacin mostrados anteriormente.


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Sin embargo como se mostr en los anlisis de los parmetros elctricos el

sistema de generacin fotovoltaico tambin tiene algunas limitantes, ya

que solo genera energa elctrica durante el da y muy baja energa cuando

est nublado total o parcialmente, as que para obtener buenos niveles de

generacin elctrica el da debe de estar despejado.


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5.2 ANEXOS5.2.1 ANEXO 1. GRFICA DE TENSIN.


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5.2.2 ANEXO 2. GRFICA DE CORRIENTE.


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5.2.3 ANEXO 3. GRFICA DE POTENCIA.


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5.2.4 ANEXO 4. FICHA TCNICA DE LOS MDULOS SOLARES.


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5.3 ABREVIATURAS Y SIGNIFICADOS DE PALABRAS O SIGLAS.[1] Czchralsky: consiste en un procedimiento para la obtencin

delingotesmonocristalinos,fue desarrollado por el cientfico polacoJan Czochralski.

[2] SCR: Condicin de prueba estndar.

[3] TONC: Temperatura de operacin nominal de la clula.

[4] FV: Fotovoltaico.

[5] VCD: Voltaje de corriente directa.

[6] VCA: Voltaje de corriente alterna.

[7] Brjula: La brjula es un instrumento que sirve de orientacin y que tiene sufundamento en la propiedad de las agujas magnetizadas. Por medio de

unaagujaimantada que seala elNorte magntico,que es diferente para cada zona del

planeta, y distinto delNorte geogrfico

[8] Equinoccio de primavera: Se denomina equinoccio al momento delao en que

el Sol est situado en el plano delecuador terrestre

[9] solsticio de invierno: corresponde al instante en que la posicin delSol en el cielo

se encuentra a la mayor distancia angular negativa delecuador celeste.Dependiendode la correspondencia con el calendario, el evento delsolsticio de invierno tiene lugar

entre el 20 y el 23 de diciembre todos los aos en elhemisferio norte,y entre el 20 y el

23 de junio en elhemisferio sur.

[10] solsticio de verano: El solsticio de verano ocurre cuando la inclinacin

delsemieje de un planeta, ya sea en el norte o el hemisferio sur, est ms inclinado hacia

la estrella (el sol) que su rbita
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5.4 BIBLIOGRAFAJaime Gonzales Velazco. Energas renovables (1ra edicin). Editorial

Revert.

Omar Guilln Sols. Energas renovables: Una perspectiva ingenieril (1raedicin). Editorial Trillas.

Soteris A. Kalogirou. Solar energy engineering: Processes and systems.

John A. Duffie & William A. Beckman. Solar engineering of thermal

processes (3ra edicin).

Tomas Perales Benito. Gua del instalador de energas renovables (2da

edicin). Energa fotovoltaica.

MICROM S.A DE C.V. Manual de instalacin elctrico y estructural: Sistema

fotovoltaico interconectado 3.5KW.

tesis sistema fv

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