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    Estudio de Instalación Fotovoltaica en Una Vivienda Rural

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    Ronald Sabino Trinidad
    Este documento presenta un estudio para instalar un sistema fotovoltaico en una vivienda rural. Calcula la energía y potencia demandadas por las cargas eléctricas de la vivienda, tanto de corriente continua como alterna. Determina la inclinación óptima, potencia y número de módulos solares requeridos, así como la configuración del campo fotovoltaico. También calcula la energía, potencia y capacidad de la batería necesarias para almacenar la energía solar generada.

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    Estudio de Instalación Fotovoltaica en Una Vivienda Rural

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    Ronald Sabino Trinidad
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    Este documento presenta un estudio para instalar un sistema fotovoltaico en una vivienda rural. Calcula la energía y potencia demandadas por las cargas eléctricas de la vivienda, tanto de corriente continua como alterna. Determina la inclinación óptima, potencia y número de módulos solares requeridos, así como la configuración del campo fotovoltaico. También calcula la energía, potencia y capacidad de la batería necesarias para almacenar la energía solar generada.

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    Título original

    ESTUDIO DE INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA EN UNA VIVIENDA RURAL

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    Este documento presenta un estudio para instalar un sistema fotovoltaico en una vivienda rural. Calcula la energía y potencia demandadas por las cargas eléctricas de la vivienda, tanto de corriente continua como alterna. Determina la inclinación óptima, potencia y número de módulos solares requeridos, así como la configuración del campo fotovoltaico. También calcula la energía, potencia y capacidad de la batería necesarias para almacenar la energía solar generada.

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    Estudio de Instalación Fotovoltaica en Una Vivienda Rural

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    Ronald Sabino Trinidad
    Este documento presenta un estudio para instalar un sistema fotovoltaico en una vivienda rural. Calcula la energía y potencia demandadas por las cargas eléctricas de la vivienda, tanto de corriente continua como alterna. Determina la inclinación óptima, potencia y número de módulos solares requeridos, así como la configuración del campo fotovoltaico. También calcula la energía, potencia y capacidad de la batería necesarias para almacenar la energía solar generada.

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    de 11

    UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA

    FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

    ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MECÁNICA ELÉCTRICA

    ESTUDIO DE INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA

    EN UNA VIVIENDA RURAL

    ASESOR: ING. RIMARACHIN VALDERRAMA, EDGAR WILLY

    CURSO: SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

    CODIGO: ME03E105

    AUTORES:

    ARTETA RECAVARREN, MARCELO FABIÁN


    GONZALES DE LA CRUZ, JHENSER
    SOLANO TUCTO, JHON MELLER
    CARRASCO SANCHEZ, KEBIN
    ISRAEL POZO CAMPOS
    PISCO ARTEAGA PERCY

    TINGO MARIA – PERU, 2022


    ESTUDIO PARA APARATOS QUE USAN DC

    •Lamp 1(cocina): 10 W at 30 V, utilizado durante 3 horas/día.

    •Lamp2(sala) : 20 W at 30V, utilizado durante 5 horas/día.

    •Lamp3(baño): 10 W at 30V, utilizado durante 4 horas/día.

    •Lamp4(habitación1): 10 W at 30V, utilizado durante 2 horas/día.

    •Lamp5(habitación2): 10 W at 30V, utilizado durante 2 horas/día.


    •Lamp6(habitación2): 10 W at 30V, utilizado durante 3 horas/día.

    •Bomba de agua: 120 W at 30V, utilizado durante 3 horas/día

    Nombre Potencia(W) Tiempo de uso(h) corriente(A) Energía(Wh)


    Lamp1 10 3 0.333 30
    Lamp2 20 5 0.667 100
    Lamp3 10 4 0.333 40
    Lamp4 10 2 0.333 20
    Lamp5 10 2 0.333 20
    Lamp6 10 3 0.333 30
    BOMBA 120 3 4.000 360
    Total D.C 190 600

    Los valores más significativos de las cargas de DC se resumen a continuación:


    •La energía DC total consumida por las cargas es:EDC LOADS=600Wh.

    •La potencia de DC total demandada por las cargas es:PDC LOADS= 190W .
    ESTUDIO PARA APARATOS QUE USAN AC:

    •TV: 60 W at 230 Vrms, utilizado durante 4 horas/día.

    •Computadora: 200 W at 230 Vrms, utilizado durante 5 horas/día.


    •Refrigeradora: 250 W at 230 Vrms, utilizado durante 12 horas/día.

    •Licuadora: 300 W at 230 Vrms, utilizado durante 0.25 horas/día.

    •Decodificador: 43.4 W at 230 Vrms, utilizado durante 4 horas/día.


    Nombre Potencia(W) Tiempo de uso(h) corriente(A) Energía(Wh)
    TV 60 4 0.261 240
    Computadora 200 5 0.870 1000
    Refrigeradora 250 12 1.087 3000
    Licuadora 300 0.25 1.304 75
    Decodificador 43.4 4 0.189 173.6
    Total A.C 853.4 4488.6

    Los valores más significativos de las cargas de AC se resumen de la siguiente


    manera

    :•La energía de AC total consumida por las cargas es: EAC LOADS= 4488.6Wh

    •La potencia de AC total demandada por las cargas es: PAC LOADS=853.4 W
    Hallando la Inclinación óptima:

    Considerando:
    ∅ = 𝟗°𝟎𝟒′ 𝟒𝟔. 𝟏′′ 𝑺
    Utilizando la fórmula práctica:

    𝛽𝑜𝑝𝑡 = ∅ + 10
    𝛽𝑜𝑝𝑡 = 𝟗° + 10

    𝜷𝒐𝒑𝒕 = 𝟏𝟗° para fines prácticos.

    Los resultados

    Tabla PSH con valores PVGIS para


    Valencia(kWh/m2.day):

    Ang ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOS SETIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE

    19° 3.49 3.28 3.90 3.79 4.33 4.34 4.04 5.45 5.05 4.72 4.34 4.06
    la potencia pico mínima que se instalará para el campo fotovoltaico (PPV_min)
    usando los valores anteriores:
    para ∅ = 𝟏𝟗°

    𝑃 600𝑊ℎ+4488,6𝑤ℎ
    𝑃𝑉𝑚𝑖𝑛= =2585.67𝑊
    3,28∗0,6
    Hallando la cantidad mínima de módulos:

    𝑀𝑂𝐷𝑈𝐿𝑂𝑆 = 2585.67𝑊/75(W/MODULE) =34,47

    Según lo establecido en el PCT-A de IDAE, el valor de la potencia instalada en


    el campo fotovoltaico no debe exceder el 20% del valor mínimo calculado
    anteriormente, por lo tanto:

    𝑃𝑃𝑉_𝑚𝑎𝑥 = 1.2 ∗ 2585.67𝑊=3102,8W

    Hallando la cantidad mínima de módulos:

    𝑀𝑂𝐷𝑈𝐿𝑂𝑆 = 3102,8W/75(W/MODULE) =41,37

    34,47<MODULO<41,37

    MODULO IDEAL = 38

    En función de los resultados, teniendo en cuenta que se utiliza un controlador de carga PWM,
    se determina que debe instalarse en el campo fotovoltaico un mínimo de _34,47__ módulos y
    un máximo de _41,37___ módulos de 75 W. Se elige una configuración de _38___ módulos
    (Quest.11) que se conectará en _19___cadenas de__2__módulos en serie (Quest.11), lo que
    da como resultado una

    𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑛𝐶 ∗ 𝑛𝑆 ∗ 𝑃𝑚 = 19 ∗ 2 ∗ 75𝑊 = 2850𝑊

    potencia máxima de la instalación igual a __2850__ W (Quest.12). El cableado del campo


    fotovoltaico se puede ver en la siguiente figura.

    Hallando los voltajes de los fusibles:

    𝑽𝒇 = 𝟒𝟐 ∗ 𝟏. 𝟐 = 𝟓𝟎. 𝟒𝑽
    Hallando la corriente de los fusibles:

    𝑰𝒇 = 𝟒. 𝟖𝑨 ∗ 𝟏. 𝟐𝟕 = 𝟔. 𝟎𝟗𝟔𝑨

    Aplicando las expresiones incluidas en "Resources\PV_INFO_extra\Tech_info\Electric


    components \Ferraz Photovoltaic Brochure.pdf" (ANEXO 02), los fusibles que protegen los
    módulos contra corrientes inversas deben tener un voltaje superior a __50.4V (__1.2*42_ VOC)
    y con una corriente nominal superior a _6.096 A (1.27*9.8A).

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 11: cuando se usa un controlador PWM, se elige


    una configuración del campo PV con 38 módulos conectados en 19 cadenas de 2 módulos en
    serie.

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 12: la potencia máxima de instalación es PPV_

    𝑷𝑷𝑽_𝑷𝑲 = 𝟐𝟖𝟓𝟎𝑾𝒑𝒌.

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 13: los fusibles que protegen los módulos contra
    la corriente inversa deben tener un voltaje superior a 50.4 V (___ VOC) y una corriente nominal
    superior a 6.096 A (___ ISC).

    Para el Inversor:
    Toda la energía de AC fluye a través del inversor, que tiene una eficiencia que varía según el
    modelo. Suponiendo un rendimiento del inversor igual al 85% (en el peor de los casos), la energía
    de DC requerida en la entrada del inversor es:

    𝑬𝑨𝑪 𝟒𝟒𝟖𝟖, 𝟔𝑾𝒉


    𝑬𝑫𝑪 𝒊𝒏𝒗= = = 𝟓𝟐𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉/𝒅𝒊𝒂
    𝒏 𝟎. 𝟖𝟓
    La energía total y las amperios-hora totales que debe proporcionar la batería para cada día
    hábil del sistema, suponiendo el peor de los casos en que se producen todos los consumos
    cuando el campo fotovoltaico no produce energía, se calculan de la siguiente manera:

    𝐸𝑜𝑢𝑡 𝑏𝑎𝑡 = 𝑬𝑫𝑪 𝒊𝒏𝒗 + 𝑬𝑫𝑪


    𝐸𝑜𝑢𝑡 𝑏𝑎𝑡 = 𝟓𝟐𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉 + 𝟔𝟎𝟎𝑾𝒉
    𝐸𝑜𝑢𝑡 𝑏𝑎𝑡 = 𝟓𝟖𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉/𝒅𝒊𝒂
    Amperios hora de salida 𝑨𝒉𝒐𝒖𝒕 𝒃𝒂𝒕

    𝐸𝑜𝑢𝑡 𝑏𝑎𝑡 𝟓𝟖𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉


    𝑨𝒉𝒐𝒖𝒕 𝒃𝒂𝒕 = =
    𝟑𝟎𝑽 𝟑𝟎𝑽

    𝑨𝒉𝒐𝒖𝒕 𝒃𝒂𝒕 = 𝟏𝟗𝟔, 𝟎𝟐𝑨𝒉/𝒅𝒊𝒂


    Para la Batería:
    Para los datos de ejemplo, la energía y amperios-hora que deben entregarse a la batería
    (con un voltaje nominal de 30 V) para recuperar su carga, considerando un factor de
    pérdida debido al proceso de carga / descarga de la batería igual al 20%, es igual a:
    𝑬𝒊𝒏 𝒃𝒂𝒕 = 𝟏. 𝟐 ∗ 𝑬𝒐𝒖𝒕 𝒃𝒂𝒕 = 𝟏. 𝟐 ∗ 𝟓𝟖𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉

    𝑬𝒊𝒏 𝒃𝒂𝒕 = 𝟕𝟎𝟓𝟔. 𝟖𝟒𝑾𝒉/𝒅𝒊𝒂

    Amperios hora de entrada 𝑨𝒉𝒊𝒏 𝒃𝒂𝒕 = 𝟏. 𝟐 ∗ 𝑨𝒉𝒐𝒖𝒕 𝒃𝒂𝒕

    𝑨𝒉𝒊𝒏 𝒃𝒂𝒕 = 𝟏. 𝟐 ∗ 𝟏𝟗𝟔, 𝟎𝟐𝑨𝒉

    𝑨𝒉𝒊𝒏 𝒃𝒂𝒕 = 𝟐𝟑𝟓, 𝟐𝟐𝑨𝒉

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 14: la energía que debe entregar la batería,


    suponiendo que en el peor de los casos todos los consumos se realizan cuando el campo
    fotovoltaico no produce energía, es Eout bat= 𝟓𝟖𝟖𝟎, 𝟕𝟎𝑾𝒉 /day

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 15: los amperios-hora que debe entregar la


    batería, suponiendo que en el peor de los casos todos los consumos se realizan cuando el
    campo fotovoltaico no produce energía, es Ahout bat= 𝟏𝟗𝟔, 𝟎𝟐𝑨𝒉 Ah/day.

    Pregunta PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 16: la energía que debe entregarse a la batería


    de 24 voltios para recuperar su estado de carga es Ein bat= 𝟕𝟎𝟓𝟔. 𝟖𝟒𝑾𝒉/day Pregunta
    PV_M3_Exam_01_off-grid_24Vbat 17: los amperios-hora que deben entregarse a la batería de
    24 voltios para recuperar su estado de carga son Ahin bat= 𝟐𝟑𝟓, 𝟐𝟐 Ah/day.

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