ENSAYO SOBRE LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA EN ZONAS RURALES DEL PERU

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE I NGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
Curso: Mecánica de Solidos
Docente: Pither Ascención Ortiz Albino
Ciclo: 2020A
Integrantes del grupo:
Cantera Asqui Jhuliam Rafael
1713120524
Cordova Chambergo Jerson Eloy
1713120232
Gallardo Alama Samuel Eugenio
1713120435
CALLAO 2020
ENSAYO:
´´Análisis de implementación de un Sistema Fotovoltaico Aislado en una Zona Rural´´
Tabla 1:Tipos de materiales para la fabricación de módulos fotovoltaicos. ....................................... 3
Tabla 2 Tipos de módulos según Osinergmin ..................................................................................... 4
Tabla 3:Irradiación Solar Diaria(kW.h/m2) ........................................................................................ 4
Tabla 4: Consumo Energético en una zona rural ................................................................................ 5
Tabla 5:Costo de Instalación en US$ .................................................................................................. 6
Tabla 6:Tarifa rural en la Región Costa .............................................................................................. 6
Tabla 7:Tarifa rural en la Región Sierra .............................................................................................. 6
Tabla 8:Tarifa rural en la Región Selva .............................................................................................. 6
INTRODUCCIÓN
A partir del año 2004, se realizó un cambio en el sector energético del Perú, lo que se
reflejaría que el 94.85% de la población cuente con energía eléctrica, lo que significa que
casi tres millones de personas aún no cuenten con el suministro de electricidad localizadas
mayormente en las zonas rurales. Asimismo, se destaca que, mientras en el área urbana 9 de
cada 10 viviendas tiene alumbrado eléctrico por red pública, en el área rural son sólo 3
viviendas de cada 10 las que cuentan con energía conectada a la red eléctrica
En el año 2015, la Organización de las Naciones Unidas reconoció que la energía es un
elemento de desarrollo que viene a condicionar el progreso de la humanidad planteando como
objetivo el incremento de la proporción de energía renovable. Asimismo, en los últimos 10
años, en el Perú se han desarrollado proyectos de energías renovables, como la energía solar
fotovoltaica, para atender las necesidades energéticas básicas en zonas aisladas o rurales a
través de la instalación de paneles fotovoltaicos de uso doméstico para dotar de suministro
eléctrico a viviendas, locales comunales o instituciones públicas. Este beneficio llega a los
pueblos aislados por la utilización del Fondo de Compensación Social Eléctrico (FOSE) y la
Ley general de Electrificación Rural.
Por lo cual este ensayo trata de justificar y dar un punto de vista en lo técnico, económico y
social de un sistema fotovoltaico en domicilios ubicados en zonas rurales que actualmente
no se encuentran conectadas a la red pública.
OBJETIVOS
Análisis de la implementación de los sistemas fotovoltaicos en zonas rurales así también
como su funcionamiento, sus costos y beneficios socioeconómicos.
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El último censo realizado en el Perú en el 2017 reveló que existe una población considerable que no
tiene acceso a la energía eléctrica mediante la red pública y es que según el estudio realizado por el
INEI en la región selva hay un 15,9% de viviendas no cuentan con energía eléctrica, en la región
sierra 10,2% y en la región costa un 7,7%. Es por ello que nuestro grupo comparte la propuesta del
estado de instaurar en estas zonas rurales sistemas fotovoltaicos aislados que suministren energía
eléctrica renovable a poblaciones pequeñas y vulnerables. La construcción e implementación de estos
sistemas fotovoltaicos requieren estudios climatológicos, técnicos y económicos que se desarrollaran
en los próximos apartados
1)Energía Fotovoltaica
La energía solar fotovoltaica convierte de forma directa los rayos luminosos del sol (o de otra
fuente) en electricidad. Para ello, utiliza módulos fotovoltaicos compuesto de células solares o
de foto pilas que realizan esta transformación energética. (Labournet , y otros, 2008 p. 13)
2) Tipos de Sistemas Fotovoltaicos
Un sistema fotovoltaico es la agrupación y trabajo en conjunto de ciertos componentes eléctricos para
lograr la transformación de la energía solar en energía eléctrica.
2.1) Sistema Fotovoltaico Conectado a la red
Este sistema es aquel que permite que la energía obtenida en los paneles, pueda ser distribuida a
distintos puntos y por lo tanto pueda ser comercializada. Estos tipos de sistemas suelen ser más útiles
cuando se quiere obtener grandes cantidades de energía.
2.2) Sistema Fotovoltaico Aislado
‘‘Los sistemas aislados por el hecho de no estar conectados a la red eléctrica, normalmente
están equipados con sistemas de acumulación de la energía producida. La acumulación es
necesaria porque el campo fotovoltaico puede proporcionar energía solo en horas diurnas
que a menudo la mayor demanda por parte del usuario se concentra en las horas de la tarde
y de la noche’’ (Fernandez Salgado , 2010 p. 276)
3) Componentes de un panel fotovoltaico:
3.1) Regulador de carga:
Como su propio nombre lo indica regula la carga dirigiendo la electricidad generada hacia la
batería para su almacenamiento, lo cual permitirá que la batería alargue su tiempo de
durabilidad y protegiéndola de riegos de sobrecargas. (Vazquez Chiginie, y otros, 2015 p. 33)
También este componente cuenta con sensores de temperatura que indican si la batería está
cargada o descargada. Hay reguladores para:
-12V/10A
-12V/20A
-12V/30A.
-12V/40A
3.2) Baterías:
Generalmente para este tipo de sistemas fotovoltaico se utiliza las baterías como plomo-ácido
y litio.
Teóricamente se indica que por cada 0.6KWh/día se requiere una batería de 12V ,100Ah al
50% de profundidad de descarga.
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3.3) Modulo fotovoltaico:
Se define al módulo fotovoltaico de la siguiente manera:
“(…) un conjunto de fotopilas ensambladas para generar electricidad cuando se expone a la
luz (…) se fabrican módulos de potencias diversas según la superficie (…), capaces de
generar corriente continua a baja tensión cuando se expone a la luz” (Labournet , y otros,
2008 p. 71)
Por ejemplo, para el Módulo de modelo YL145P-17bel cual está hecho con material de tipo
poli cristalino y está diseñado con una potencia máxima de 145W, con una tolerancia de +/5% de potencia, 18.2V voltaje máximo y una corriente máxima de 7.99A.
3.4) Inversor:
La energía captada por los paneles será la corriente que con ayuda del inversor se convertirá
en alterna, energía que utilizamos en las viviendas. Mayormente las baterías utilizadas para
estos sistemas Fotovoltaicos son de 12 voltios en corriente continua por lo cual este inversor
convierte de 12V en corriente continua a 220V, existen inversores o convertidores de 200W,
300W, 400W y 500W.
4) Módulos
Existen variedades de materiales con los que son construidos los módulos dependiendo de su
rendimiento que a la vez tienen ventajas y desventajas.
Tabla 1: Tipos de materiales para la fabricación de módulos fotovoltaicos.
Fuente: Tesis Pucp
4.1) Clasificación de módulos según Osinergmin
La Osinergmin tiene una clasificación en el aspecto económico el cual involucra la capacidad y
tensiones de servicio con el fin de determinar una tarifa eléctrica rural.
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Tabla 2 Tipos de módulos
Fuente: Osinergmin
Energía Promedio Mensual Disponible (kW.h/mes)
Tipo de
Modulo
BT8-070
BT8-100
BT8-160
BT8-240
BT8-320
Potencia
instalada (Wp)
70
100
160
240
320
Tensión de
servicio
12V DC
12V DC
220 V AC
220 V AC
220 V AC
Costa
Sierra
7,75
10,36
16,92
25,37
33,83
8,06
10,77
17,59
26,39
35,18
Selva
Amazonas
6,46
8,63
14,09
21,13
28,17
Además de esto Osinergmin ha definido un valor de la energía promedio mensual que genera cada
módulo en función a la radiación solar, según la zona geográfica donde se encuentre instalado
5) Condiciones Meteorológicas
5.1) Radiación Solar:
Mientras más radiación tenga el lugar se usa menos paneles solares y disminuyen las dimensiones de
los módulos a su vez también disminuye la inversión económica.
En caso de que no se conozca la radiación solar del lugar se deberá tomar en cuenta las condiciones
generales para la instalación de un sistema fotovoltaico son las siguientes:
El mínimo de irradiación mensual anual: 3.5 KWh/m2-dia
Tabla 3: Irradiación Solar Diaria (kW.h/m2)
Fuente: Osinergmin
5.2) Temperatura
Se debe tener en cuenta que para instalar un sistema fotovoltaico se tiene un rango general de
temperatura:
Rango de temperatura Ambiental: -10C° a 45C°
También se tiene en cuenta un máximo de la velocidad del viento ya que este no debe sobrepasar los
120Km/h
5.3) Polvo y suciedad
Se tiene en cuenta que un sistema fotovoltaico puede operar hasta con una humedad relativa de:
Humedad Relativa: 90%
6) Condiciones para la Instalación de un SFV
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6.1) Inclinación y orientación:
El Angulo óptimo de inclinación de un panel debe ser el Angulo de la latitud del lugar, sin embargo
se recomienda dar un Angulo (α) a un valor de la latitud del lugar más 10 o 15 grados, lo cual permitirá
que cuando llueva no se acumule agua y también mantenga limpios los paneles.
Y la orientación siempre tiene que ser hacia donde está el sol. Una regla general es que todo sistema
Fotovoltaico puede operar hasta una altura de 5000 m.s.n.m
7) Consumo Energético en una zona rural
El sistema fotovoltaico a instalar debe cubrir las necesidades básicas de un hogar, tales como como
la iluminación por medio de focos ahorradores, una radio, en algunos casos televisores no muy
grandes y hasta dos celulares para la comunicación. Haciendo el cálculo del consumo energético se
estima que cada vivienda podría consumir hasta 0,578Kwh por día o 17,34kwh por mes.
Tabla 4: Consumo Energético en una zona rural
Fuente: Tesis Pucp
8) Análisis de Producción Energética
Se sabe que la irradiación solar anual que presentan las regiones del Perú es en promedio entre 4,5 y
8 KWh/m2-día y que la irradiación solar mínima anual para el correcto funcionamiento de un panel
es de 3,5KWh/m2-día y que además cada 1KW instalada equivale a 6,5m2. De esta forma
consideramos que al instalar un área de 0,99m2 de un panel fotovoltaico de 150W produciría en
promedio 0.83KWh/día o 24,9 KW/mes que sería más que suficiente para cumplir con la demanda
básica energética por vivienda.
9) Precios de Instalación según Osinergmin
Según el último informe técnico del Osinergmin acerca de los precios de instalación de un sistema
fotovoltaico estima lo siguiente basándose en la categorización BT8:
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Tabla 5:Costo de Instalación en US$
Fuente: Osinergmin
Estos costos abarcan los precios por instalación así también como en materiales y recursos (mano de
obra, transporte y equipos), recalcar que estos precios han disminuido considerable en la última
década y que están dados para un tiempo útil de vida de un sistema fotovoltaico menor a los 20 años.
10) Análisis tarifario
La tarifa rural final para los usuarios dependiendo la región son las siguientes:
Región Costa:
Tabla 6:Tarifa rural en la Región Costa
Fuente: Osinergmin
Región Sierra:
Tabla 7:Tarifa rural en la Región Sierra
Fuente: Osinergmin
Región Selva:
Tabla 8:Tarifa rural en la Región Selva
Fuente: Osinergmin
A estos precios se tiene que reducir el subsidio del Fondo de Compensación Social Eléctrica (FOSE)
que subvenciona el 77,5% del cargo fijo mensual a la tarifa final al usuario para aquellas comunidades
rurales y de acceso remoto, si el consumo enérgico mensual es menor a 30Kh/mes.
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CONCLUSIONES:
Sabiendo que en promedio el consumo mensual de una vivienda en una zona rural es de
17,3KWh/mes, se deduce que en el caso de la sierra podemos usar módulos de tipo BT8-160, en el
caso de la costa y selva los módulos BT8-240. Con la utilización de estos módulos cumpliríamos con
la demanda básica, así también podemos decir que en el caso de los módulos BT8-160 tienen en
promedio un costo de instalación de 1053,75USD y de 1496USD para los módulos BT8-240. Estos
costos de instalación son más caros en la Amazonia debido al difícil acceso. Con respecto a la tarifa
final, observamos que pagar mensualmente en promedio S/43 por un módulo BT8-160 o S/55 por un
módulo BT8-240 puede resultar caro para personas con escasos recursos, pero como la potencia que
se pretende instalar es de 24KWh/mes es menor a la máxima permitida por Fondo de Compensación
Social Eléctrica, los acreedores de estos sistemas fotovoltaicos accederán a un subsidio del 77,5% de
la tarifa final , por lo que sus costos mensuales serían de S/9,67 para un módulo BT8-160 y de S/12,4
para un módulo BT8-240. Estos últimos precios creemos que son accesibles para una familia humilde
en una zona rural por lo que demostramos la factibilidad económica de este proyecto.
Referencias
FERNANDEZ Salgado , Jose. 2010. Compendio de energia Solar.Fotovoltaica ,Termica y
Termoelectrica. Madrid : A. Madrid Vicente - Mundi Prensa, 2010.
LABOURNET , Anne y Villoz, Michel. 2008. Energia Solar Fotovoltaica:Adaptado al codigo
tecnico de la edificacion. Madrid : s.n., 2008.
VAZQUEZ Chiginie, Laura Carolina de Fatima y Zuñiga Anticona, Bibi Malú. 2015. Proyecto
de prefactibilidad para la implementacion de Energia Solar Fotovoltaica y Termica en el
campamento Minero Comihuasi. Lima - Perú : UPC, 2015.
OSINERGMIN, 2014.Fijacion de la Tarifa Rural para Sistemas Fotovoltaicos 2014 - 2018
OSINERGMIN, 2016.La industria de la Electricidad en el Perú.
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