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IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO INTERCONECTADO EN UNA PLANTA DE ASFALTO PROYECTO TERMINAL QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN ENERGÍAS RENOVABLES PRESENTA: SAMUEL ZANDATE PEREZ ASESORES: DIEGO ADRIAN FABILA BUSTOS ABRIL, 2020

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AGRADECIMIENTOS En medio de este proceso formativo y personal que ha traído consigo cambios, retos y victorias quiero agradecer a: Dios por regalarme la vida, permitirme tener una familia incondicional y darme esta hermosa oportunidad para mi crecimiento personal y profesional. A la Universidad Abierta y a Distancia de México, por la oportunidad de estudiar una carrera. A mis profesores de la Universidad Abierta y a Distancia de México, que me inspiraron a seguir hasta terminar la carrera. A la empresa Mercado Solar S. de R.L de C.V quienes de cerca acompañaron y apoyaron esta investigación, y quienes participaron activamente en la misma.

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RESUMEN En la presente investigación se analizó la factibilidad de instalar un sistema de energía limpia mediante celdas fotovoltaicas interconectadas a la red eléctrica para alimentar el consumo energético de la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México. Se investigó los avances teóricos sobre la radiación solar, efecto fotovoltaico, así como el funcionamiento de un sistema fotovoltaico y sus costos. Se determinó el consumo de planta es de 933.390 kW día se determinó que el tipo de celda fotovoltaica adecuada para planta son paneles policristalinos de 330 W, por tener alta eficiencia y desempeño; se suministrara 70% del máximo consumo registrado durante el muestreo por lo que se suministrara 586.858 kW con 397 paneles solares y 4 inversores de 30 kW cada uno. Se concluyó que es factible la instalación de sistemas de paneles fotovoltaicos (FVS) en edificios del gobierno y casas habitación, viéndose reflejado el ahorro económico y una pequeña contribución al ambiente, utilizando energías limpias. ABSTRACT In the present investigation the feasibility of installing a clean energy system using photovoltaic cells interconnected to the electricity grid to feed the energy consumption of the Asphalt Plant and Aggregate Emulsions and Infrastructure of Mexico was analyzed. Theoretical advances in solar radiation, photovoltaic effect as well as the operation of a photovoltaic system and its costs were investigated. The plant consumption was determined to be 933,390 kW day. It was determined that the type of photovoltaic cell suitable for the plant is 330 W polycrystalline panels, as they have high efficiency and performance; 70% of the maximum consumption recorded during the sampling will be supplied, so 586,858 kW will be supplied with 397 solar panels and 4 inverters of 30 kW each. It was concluded that it is feasible to install photovoltaic panel systems (FVS) in government buildings and residential houses, reflecting the economic savings and a small contribution to the environment, using clean energy.

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ÍNDICE GENERAL RESUMEN......................................................................................................................................i ABSTRACT....................................................................................................................................i INDICE DE TABLAS...................................................................................................................ii INDICE DE TABLAS....................................................................................................................iii INDICE DE TABLAS..................................................................................................................iv CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN....................................................................................................1 1.1 Objetivos...................................................................................................................................1 1.1.1 Objetivo General....................................................................................................................1 1.1.2 Objetivos Particulares............................................................................................................1 1.2 Justificación...............................................................................................................................2 CAPÍTULO II MARCO CONTEXTUAL......................................................................................3 2.1 La radiación solar......................................................................................................................3 2.2 Efecto fotovoltaico....................................................................................................................6 2.3 Modulos fotovoltaicos.............................................................................................................10 2.4 Sistemas Fotovoltaicos............................................................................................................11 2.4.1 Criterios de diseño de un SFV.............................................................................................13 2.6 Clasificación de los SFV por su estructura.............................................................................15 2.7 Sistema fotovoltaico conectado a la red (SFCR)....................................................................15 2.7.1 Mantenimiento al SFCR......................................................................................................17 CAPÍTULO III DESARROLLO...................................................................................................18 3.1 Datos generales del desarrollo................................................................................................18 3.1.1 Descripción del proyecto.....................................................................................................21 3.2 Demanda eléctrica del inmueble.............................................................................................22 3.3 Análisis del tipo de celda fotovoltaica adecuada para la planta..............................................23 3.4 Cálculo del número de paneles fotovoltaicos necesarias para abastecer la demanda energética de la planta de asfalto....................................................................................................................26 3.4.1 Cálculo del arreglo de los paneles fv...................................................................................27 3.5 Determinación de número de los inversores...........................................................................29 3.6 Selección de los conductores..................................................................................................34 3.7 Diagrama unifilar....................................................................................................................36 ii

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CAPÍTULO IV RESULTADOS...............................................................................................3837 4.1.1 Total, del material y mano de obra necesaria para instalación del SFV..........................3837 4.1.2 Cálculo de la energía eléctrica propuesta con paneles fotovoltaicos...................................38 4.1.3 Costo por consumo de la energía eléctrica con paneles fotovoltaicos.................................39 4.2 Cronograma de actividades.................................................................................................3940 4.3 Instalación de los paneles solares sobre el sistema de montaje..........................................4041 CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO.........................................................................4142 REFERENCIAS........................................................................................................................4243 Tablas.........................................................................................................................................4445 Figuras.......................................................................................................................................4647

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2. Componentes de la radiación solar terrestre..............................................................4 Figura 3. Intensidad de radiación solar a nivel mundial...........................................................5 Figura 4. Símbolo del diodo..........................................................................................................7 Figura 5. Comportamiento del silicio en una celda solar (A), estructura de Si (B), estructura del Si con P (C)............................................................................................................8 Figura 6. Sección de una celda Fotovoltaica...............................................................................9 Figura 7. Módulos fotovoltaicos presentes en el mercado........................................................10 Figura 8. Sistema fotovoltaico conectado a la red....................................................................12 Figura 9. Ubicación de la planta de asfalto y emulsiones agregados e infraestructura de México...........................................................................................................................................18 Figura 10. Consumos de energía mensuales aproximados de la planta de asfalto gráfica realizada con el software Excel.....................................................................................................................23 Figura 11. Panel policristalino 330 W 1956 x 992 x 40 mm......................................................25 Figura 12. Inversor central trifásico marca Solis...........................................................................26 Figura 13. Arreglo de los paneles FV............................................................................................28 Figura 15. Diagrama unifilar del SFV...........................................................................................37 Figura 17. Colocación de paneles solares sobre el sistema de soportes...............................4041 Figura 22. Instalación de conectores para la conexión del sistema fotovoltaico.......................4041 iii

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figura 25. Especificaciones técnicas panel policristalino..........................................................4647 figura 26. Especificaciones técnicas panel policristalino..........................................................4748 figura 27. Especificaciones eléctricas Inversor Solis-30K-LV..................................................4849

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Requerimiento energético obtenido mediante la información del recibo de luz de La Planta de Asfalto............................................................................................................................22 Tabla 3. Costo del sistema Fotovoltaico........................................................................................38 Tabla 5. cotización financiera del proyecto...................................................................................44 ¡Error! Referencia de hipervínculo no válida.Tabla 1. Requerimiento energético obtenido mediante la información del recibo de luz de La Planta de Asfalto.............¡Error! Marcador no definido.22 ¡Error! Referencia de hipervínculo no válida.Tabla 3. Costo del sistema Fotovoltaico.¡Error! Marcador no definido.38 ¡Error! Referencia de hipervínculo no válida.Tabla 4. cronograma de actividades para la realización del proyecto análisis y diseño del sistema fotovoltaico de la Planta de Asfalto.¡Error! Marcador no definido.40 ¡Error! Referencia de hipervínculo no válida.Tabla 5. cotización financiera del proyecto. ...................................................................................................¡Error! Marcador no definido.45

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CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

El uso de tecnologías fotovoltaicas ha llamado la atención por los beneficios que puede traer en el ahorro económico de la facturación de energía eléctrica, ya que mediante el aprovechamiento de la radicación solar es posible generar eléctrica y de esta manera satisfacer la demanda energética que se requiere utilizando un medio de generación renovable. El siguiente proyecto consiste en solucionar la problemática en el alto costo económico en la facturación de energía eléctrica en la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México, implementando un sistema fotovoltaico interconectado a la red de CFE. 1.1 Objetivos. 1.1.1 Objetivo General Implementar un sistema de energía renovable alternativo para la electrificación de la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México ubicada en la Cd Sahagún, Hgo . 1.1.2 Objetivos Particulares  Diagnosticar la situación energética en la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México ubicada en la Cd Sahagún, Hgo  Seleccionar el tipo de sistema de energía renovable más apropiado que se adapte a las condiciones climáticas de la zona.  Diseñar el sistema de energía renovable seleccionado, según los requerimientos energéticos que demanda la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México.  Instalar el sistema de energía renovable en la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México.

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1.2 Justificación

Analizar el consumo eléctrico de la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México dará a conocer en donde se consume la energía eléctrica, si las cargas en los circuitos eléctricos están bien balanceadas, y si existe alguna fuga en el cableado eléctrico, se podrá determinar el tipo de panel fotovoltaico que se adapte a las necesidades del edificio, considerando factores ambientales. En base al tipo de panel seleccionado se realizará el cálculo de numero de paneles necesarios para suministrar la carga eléctrica a la planta y se diseñara la forma en que estas deben ir colocadas en el área asignada para su puesta en marcha, no será necesario almacenar la energía generada por los paneles porque se inyectara mediante un medidor bidireccional a la red eléctrica de CFE, se calculará cuanto será la reducción del pago de la factura mensual que se hace a CFE. Además del beneficio económico que obtendrá la empresa, el uso de energías limpias minimiza el impacto ambiental aportando a la reducción del calentamiento global, la energía solar es un recurso renovable y gratuito, del que se puede disfrutar la mayor parte de los días del año en cuidad, Sahagún Hidalgo. La fuerte reducción de costos en módulos de silicio cristalino en los últimos años ha aumentado el atractivo de los sistemas fotovoltaicos en muchos países y redes eléctricas específicas.

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CAPÍTULO II MARCO CONTEXTUAL 1.3 La radiación solar. La radiación solar es la energía electromagnética que surge en los procesos de fusión del hidrógeno contenido en el Sol. La energía solar que en un año llega a la Tierra a través de la atmósfera es aproximadamente 1/3 de la energía total interceptada por la Tierra fuera de la atmósfera de la cual 70% llega al mar y la energía restante (1.5x1017 kW-h) a tierra firme. La radiación solar recolectada fuera de la atmósfera sobre una superficie perpendicular a los rayos solares es conocida como constante solar y es igual a 1353 W/m2, variable durante el año en un ±3% a causa de la elipticidad de la órbita terrestre. El valor máximo medido sobre la superficie terrestre es de aproximadamente 1000 W/m2, en condiciones óptimas de Sol a mediodía y en un día de verano despejado. La radiación solar que llega a la superficie terrestre puede ser directa o difusa. Mientras la radiación directa incide sobre cualquier superficie con un ángulo de incidencia único y preciso, la difusa cae en esa superficie con varios ángulos. Cuando la radiación directa no incide sobre una superficie a causa de un obstáculo, el área en sombra no se encuentra completamente a oscuras debido a la contribución de la radiación difusa. Esta observación tiene importancia técnica para los dispositivos fotovoltaicos (FV), que pueden funcionar en algunos casos solamente con radiación difusa. Una superficie inclinada puede recibir la radiación reflejada por el terreno, por espejos de agua o por otras superficies horizontales, fenómeno conocido como albedo. Las proporciones de radiación directa, difusa y albedo recibida por una superficie dependen de:  Las condiciones meteorológicas: En un día nublado la radiación es prácticamente difusa en su totalidad; en un día despejado con clima seco predomina la componente directa que puede llegar hasta el 90% de la radiación total.

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 La inclinación de la superficie respecto al plano horizontal: Una superficie horizontal recibe la radiación difusa máxima si no hay alrededor objetos a una altura superior a la de la superficie.  La presencia de superficies reflectantes: Debido a que las superficies claras son las más reflectantes, la radiación albedo aumenta en invierno por efecto de la nieve y disminuye en verano por efecto de la absorción de la hierba o del terreno.

Figura 2. Componentes de la radiación solar terrestre. La relación entre la radiación difusa y la total (Figura 2), varía en función del lugar, ya que, al aumentar la inclinación de la superficie de captación, disminuye la componente difusa y aumenta la componente albedo. Por ello, la inclinación que permite maximizar la energía recogida puede ser diferente dependiendo del lugar. La posición óptima se obtiene cuando la superficie está orientada al Sur, esto maximiza la radiación solar captada recibida durante el día, con un ángulo de inclinación igual a la latitud del lugar. La radiación solar total que cae sobre una superficie se calcula con la ecuación 1: Rt = Rd + Rs + Ra

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Dónde: Rd es la radiación directa, Rs es la radiación difusa y Ra corresponde a la radiación de albedo. El aprovechamiento de la energía del Sol está condicionado por la intensidad de radiación que se recibe en la Tierra (figura 3). La radiación varía según la latitud del lugar, el momento del día, las condiciones atmosféricas y climatológicas. La unidad métrica utilizada para la radiación es el W/m2 que expresa la cantidad de energía que llega a un área de un metro cuadrado.

Figura 3. Intensidad de radiación solar a nivel mundial.

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El fenómeno de la radiación solar permite obtener la energía del sol para ser aprovechada de distintas formas y por distintos dispositivos, como son: ● Energía fototérmica: Cuando la radiación solar es aprovechada para el calentamiento. ● Energía fotovoltaica: Cuando la radiación solar se aprovecha para la generación de electricidad a través del efecto FV. 1.4 Efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico es cuando se convierten los fotones de luz en energía eléctrica capaz de impulsar los electrones despedidos del material semiconductor a través de un circuito exterior. La luz del sol está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estás partículas energéticas son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Al incidir los fotones sobre una célula fotovoltaica, pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a través. Los fotones absorbidos son los que transfieren su energía a los electrones de los átomos de las células. Hay que lograr extraer los electrones liberados fuera del material antes de que éstos vuelvan a recombinarse con los 'huecos". Una forma de lograr esto es introducir en el material semiconductor elementos químicos que contribuyan a producir un exceso de electrones y de huecos. Estos elementos que alteran significativamente las propiedades intrínsecas de los semiconductores, se denominan dopantes y el proceso de su incorporación al semiconductor se llama dopado. Al material semiconductor se le ha de realizar un tratamiento especial, para que la energía originalmente cedida por el fotón a los electrones de dicho material no se convierta en calor inútil, tras unos cuantos choques del electrón en su movimiento a través de la red atómica. Por ejemplo; un dopante adecuado para el silicio es el boro, el cual tiene un electrón de enlace menos que el silicio y, por tanto, cada átomo de boro puede unirse con sólo tres átomos de silicio, dejando un hueco, dando lugar a la estructura denominada, semiconductor de tipo P (positivo).

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La conversión directa de la energía solar en energía eléctrica se debe al fenómeno físico de la interacción de la radiación luminosa con los electrones en los materiales semiconductores, fenómeno conocido como efecto FV. El objeto físico en el que este fenómeno tiene lugar es la celda solar, que es un diodo con la característica esencial de tener una superficie de unas decenas de cm2 . Para describir el efecto FV se emplea conceptualmente el funcionamiento del diodo unión n-p (figura 4), el elemento más utilizado para la realización de las celdas solares es el silicio.

Figura 4. Símbolo del diodo. El silicio tiene 14 electrones de los que 4 son de valencia, disponibles para unirse con electrones de valencia de otros átomos. En un cristal de silicio químicamente puro, Cada átomo está unido de forma covalente con otros 4 átomos, así que dentro del cristal en consecuencia del enlace químico no hay electrones libres. Algunos átomos de silicio en cristal se sustituyen con átomos de fósforo, elemento que tiene 5 electrones de valencia: 4 serán utilizados para enlaces químicos con átomos adyacentes de silicio, mientras que el quinto puede ser separado del átomo de fósforo mediante energía térmica y así tener libertad de movimiento. De forma análoga, si la sustitución se realiza con átomos de boro, que sólo tiene 3 electrones de valencia, faltará un electrón para completar los enlaces químicos con los átomos adyacentes de silicio. Este electrón que falta actúa como si fuera un electrón positivo y se llama agujero o hueco, (figura 5).

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Figura 5. Comportamiento del silicio en una celda solar (A), estructura de Si (B), estructura del Si con P (C) Celda Fotovoltaica. La celda FV es un dispositivo formado por una lámina delgada de material semiconductor. Una celda FV tiene un espesor entre 0.25 mm y 0.35 mm y es de una forma generalmente cuadrada, con una superficie aproximada de 100cm2 . Para la realización de las celdas el elemento más utilizado es el silicio usado por las industrias electrónicas cuyo proceso de fabricación presenta costos muy altos por la pureza del Si requerida en esta aplicación.

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Actualmente, el material más eficiente es el silicio mono-cristalino que presenta características y duración en el tiempo superior a cualquier otro material utilizado para el mismo fin; la conversión de la radiación solar en una corriente eléctrica tiene lugar en la celda FV (figura 6).

Figura 6. Sección de una celda Fotovoltaica. Otros materiales para la realización de las celdas FV son [3]: ● Silicio Mono-cristalino con rendimiento energético desde 15% hasta 17%. ● Silicio Poli-cristalino con rendimiento energético desde 12% hasta 14%. ● Silicio Amorfo con rendimiento energético menor del 10%. Otros materiales son: Arseniuro de galio, diseleniuro de indio y cobre, telurio de cadmio. Los paneles o módulos fotovoltaicos (llamados comúnmente paneles solares, aunque esta denominación abarca además otros dispositivos) están formados por un conjunto de células

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fotovoltaicas que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos mediante el efecto fotoeléctrico. 1.5 Módulos Fotovoltaicos. Las celdas FV constituyen un producto intermedio de la industria FV, proporcionan valores de tensión y corriente limitados, en comparación a los requeridos normalmente por los aparatos convencionales, son extremadamente frágiles, eléctricamente no aisladas y sin un soporte mecánico. Por lo que estas son ensambladas para constituir una estructura única: los módulos FV. El módulo FV es una estructura robusta y manejable sobre la que se colocan las celdas FV. Los módulos pueden tener diferentes tamaños desde 0.5m 2 hasta 1.3m2 y constan normalmente de 36 celdas conectadas eléctricamente en serie (figura 7).

Figura 7. Módulos fotovoltaicos presentes en el mercado. Las características eléctricas principales de un módulo FV son las siguientes: ● Potencia pico: Potencia suministrada por el módulo en condiciones normalizadas de prueba). ● Radiación solar: 1000 W/m2. ● Temperatura: 25 °C. 10

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● Corriente nominal: Corriente máxima suministrada por el módulo. ●Voltaje nominal: Voltaje máximo suministrada por el módulo.

Los módulos FV generan electricidad durante todo el año, mientras se tenga radiación solar. Normalmente en verano es cuando más electricidad genera, debido a la mayor duración del tiempo soleado, aunque la inclinación de los módulos también es importante. En los días nublados también se genera electricidad, aunque el rendimiento energético se reduce proporcionalmente a la reducción de la intensidad de la radiación. La vida de los módulos FV está entre 25 y 30 años; en el mercado se tienen módulos con garantías de 10, 15 y 20 años. Estos componentes nunca dejan de generar electricidad, aunque por lo menos en 10 años las celdas FV reducen su potencia en un 10%. 1.6 Sistemas Fotovoltaicos (SFV). Los sistemas fotovoltaicos se refieren a una amplia variedad de sistemas de energía solar que usan paneles hechos de celdas de silicio policristalino o monocristalino, las cuales son empleadas para convertir energía solar en electricidad. En la conferencia internacional de energía limpias en el 2009, Carbone menciono que la eficiencia de estos sistemas estaba entre un 20% y un 40%. Estos sistemas han sido investigados ampliamente a nivel mundial debido a su impacto ambiental. Estos sistemas emplean electrónica de potencia e inversores dc-ac y convertidores dcdc son requeridos para integrar el sistema SFV con la red de distribución. Varios módulos ensamblados mecánicamente entre ellos forman el panel, por lo que un SFV está formado por el conjunto de paneles FV, componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos que concurren para captar y transformar la energía solar disponible, en energía eléctrica utilizable. Los SFV generan electricidad a partir de la intensidad de la radiación solar, no del calor; por lo que el frío no representa ningún problema para el aprovechamiento. Los paneles FV pueden ser 11

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conectados en serie, en paralelo o la combinación adecuada para obtener la corriente y tensión eléctrica necesaria para una determinada aplicación. Los módulos FV que forman el SFV (figura 8), están montados sobre una estructura mecánica capaz de sujetarlos y que está orientada para optimizarla radiación solar. La cantidad de energía producida por un SFV varía durante el año en función de la radiación de la localidad y de la latitud de esta.

Figura 8. Sistema fotovoltaico conectado a la red. Para cada aplicación, el SFV tendrá que ser dimensionado teniendo en cuenta los siguientes aspectos:  Carga eléctrica.  Potencia pico.  Latitud del lugar y radiación solar media anual del mismo.  Características arquitectónicas específicas del edificio.  Características eléctricas específicas de la carga. 12

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 Posibilidad de conexión a la red eléctrica.

1.6.1

Criterios de diseño de un SFV.

A continuación, se describen las etapas para establecer los criterios de diseño de un SFCR .  Cálculo de la energía consumida diariamente Un método de cálculo consiste en obtener mediante tablas adecuadas las horas equivalentes del lugar considerado y la inclinación deseada de los módulos FV. Se define como “hora equivalente u hora pico solar” el período de tiempo en el que la radiación solar toma un valor igual a 1000 W/ m2. Esta metodología es utilizada en los cálculos de las dimensiones de una instalación FV y en la energía consumida diariamente. La energía consumida diariamente se expresa con la ecuación 2 . (2)

Ec=Ptotal × t Donde: EC = Energía consumida al día, W. t = Tiempo de utilización, h. PTotal= Potencia total hora, W. 1.6.2

Evaluación de las pérdidas de sistema

Es necesario tener en cuenta las pérdidas/caídas de tensión introducidas por los componentes que forman el sistema (baterías, regulador de carga, cables de conexión, etc.) Suponiendo que las pérdidas totales del sistema sean aproximadamente del 30%, entonces es necesario aumentar en el mismo porcentaje la potencia pico del SFV . 1.7 Selección del inversor

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El inversor es uno de los componentes más importantes en los sistemas conectados a red, ya que maximiza la producción de corriente del dispositivo FV y optimiza el paso de energía entre el módulo y la carga. Es un dispositivo que transforma la energía continúa producida por los módulos (12 V, 24 V, 48 V) en energía alterna (generalmente 220 V), para alimentar el sistema y/o introducirla en la red con la que trabaja en régimen de intercambio. Existen diferentes tipos de inversores, pero se recomienda seleccionarlo en función del tamaño de la instalación que se pretende realizar. El inversor se instala entre el SFV y el punto de conexión a la red. En el mercado también se encuentran inversores incorporados a los módulos FV, formando un único sistema compacto que se puede conectar directamente a las cargas, debe proporcionar la potencia que pueda estar conectada, ya sea así el caso más crítico es cuando todas las cargas están conectadas al sistema. Así que el tipo que hay que utilizar se puede identificar una vez decidida la potencia del SFV y por lo tanto el número de módulos FV. En el caso de un sistema aislado, es necesario evaluar la potencia total máxima que tendrá que conectarse al inversor además de tener en cuenta la forma de la onda producida. El voltaje en la corriente continua es constante y la carga eléctrica fluye en una sola dirección. Por el contrario, en la corriente alterna la magnitud y dirección de flujo cambia de forma periódica con valles y picos que aparecen a intervalos regulares. El inversor de voltaje utiliza circuitos electrónicos para hacer que el flujo de la corriente continua cambie de dirección de forma periódica haciéndola similar a la corriente alterna. El inversor además emplea una serie de filtros para hacer que estos cambios de dirección sean suaves y regulares de forma que la energía eléctrica resultante puede ser usada en la mayoría de los dispositivos eléctricos domésticos. La mayoría de los dispositivos electrónicos necesitan suministro de corriente alterna para funcionar correctamente ya que, por lo general, son fabricados para ser conectados a la red eléctrica doméstica, la cual es de corriente alterna. Sin embargo, estos aparatos necesitan que la electricidad que reciben tenga un voltaje específico, continuo y bien regulado. La corriente alterna es mucho más fácil de regular y su voltaje más fácil de cambiar que en la corriente continua, por ello es frecuente ver inversores en aparatos electrónicos, como en las fuentes de alimentación del PC, que regula la corriente alterna hasta cumplir las especificaciones del 14

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aparato y luego vuelve a ser convertida internamente a corriente continua para un suministro de intensidad constante.

1.8 Clasificación de los SFV por su estructura. Los SFV, independientemente de su utilización y del tamaño de potencia, se pueden dividir en dos categorías:  Sistemas Fotovoltaicos Aislados.  Sistema Fotovoltaico Conectado a la Red (SFCR).

1.9 Sistema fotovoltaico conectado a la red (SFCR) La conexión de un sistema fotovoltaico a la red eléctrica está sujeta a la cantidad de potencia que se desea inyectar lo cual se refleja en la cantidad de módulos con los que se cuenta. Varios módulos conectados en serie son conocidos como una cadena o string y varios string conectados en paralelo constituyen un arreglo PV. Debido a que el voltaje generado por el arreglo PV es de tipo dc se requiere de un inversor que permita acondicionar el voltaje generado a un nivel ac. Los principales componentes que forman un SFCR son:  Módulos FV.  Inversor para la conexión a red.  Dispositivo de intercambio con la red eléctrica.  Medidor de energía bidireccional. Los módulos FV para SFCR están disponibles en capacidades de 100 Wp a 320 Wp nominales. Esta potencia corresponde a condiciones normalizadas con radiación solar de 1 000 W/ m2 , temperatura de módulo de 25ºC y sin viento. Las tensiones nominales de módulos y arreglos en sistemas autónomos pueden ser de 12 V, 24 V y 48 V, convenientes para acoplarse a bancos de 15

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baterías, sin embargo en sistemas conectados con la red se configuran tensiones más elevadas, típicamente de 90 V a 900 V. Determinada la energía consumida, esta tiene que ser suministrada por una fuente y es representada por un panel de módulos FV conectados entre sí de tal forma que son capaces de suministrar la energía necesaria para alimentar la carga eléctrica. Por lo tanto, no solo deben ser capaces de suministrar la energía que se consume a lo largo del día, sino estar un poco sobredimensionados como lo muestra la ecuación 4. (3)

Ec M= Egm × Nsis Donde: M= Número de módulos FV, sin unidades. Ec= Energía consumida diariamente, W-h. E gm= Energía generada diariamente por cada módulo, W-h. N sis = Eficiencia combinada de los controladores, baterías e inversores.

Como cada fabricante suministra la eficiencia de sus equipos electrónicos, el término Nsis se puede obtener multiplicando la eficiencia de cada uno de los elementos (controlador de carga, inversor, etc.). Sin embargo, la ecuación 4 no contempla los parámetros técnicos de los módulos, un factor de sobredimensionamiento, ni el nivel de radiación en el área de estudio, por lo que la ecuación anterior se modifica a la ecuación 5. (4)

M=

Ec Vm × ℑ× hp

Donde: M= Número de módulos FV, sin unidades. Ec= Energía consumida diariamente, W-h. Vm= Tensión máxima del módulo, V. Im= Corriente máxima del módulo, A. hp= Radiación en la localidad, hp.

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1.9.1

Mantenimiento al SFCR.

El mantenimiento de los SFCR es mínimo, y de carácter preventivo; no tiene partes móviles sometidas a desgaste, ni requiere cambio de piezas ni lubricación. Entre otras cuestiones, se considera recomendable realizar revisiones periódicas de las instalaciones, para asegurar que todos los componentes funcionan correctamente. Dos aspectos a tener en cuenta son, asegurar que ningún obstáculo haga sombra sobre los módulos, y mantener limpias las caras expuestas al sol de los módulos FV. Los SFCR tienen muy pocas posibilidades de avería, especialmente si la instalación se ha realizado correctamente y si se efectúa un mantenimiento preventivo. Básicamente, las posibles reparaciones que puedan ser necesarias son las mismas que cualquier aparato o sistema eléctrico, y que están al alcance de cualquier electricista autorizado. En muchos casos se pueden prevenir las averías, mediante la instalación de elementos de protección como los interruptores termomagnéticos

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CAPÍTULO III DESARROLLO

1.10 Datos generales del desarrollo La Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México, se encuentra a 20 km de la ciudad de Pachuca de Soto, su acceso es por la Carretera Ciudad Sahagún-Pachuca, Vicente Guerrero, Cd Sahagún, Hgo, kilómetro 88. El terreno donde se encuentra localizada la planta está situado a unos 2450m sobre el nivel del mar y sus coordenadas son: Latitud (dec):19°56'28.0"N Longitud (dec):98°41'17.2"W

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Figura 9. Ubicación de la planta de asfalto y emulsiones agregados e infraestructura de México Imagen tomada de: google maps

1.11 Radiación Solar promedio en Hidalgo En Hidalgo hay momentos en un día soleado en que fácilmente se recibe 800 Watts por metro cuadrado, es decir, se recibe la radiación equivalente a ocho focos de 100 Watts concentrada en un metro cuadrado. México, no es un país solamente petrolero, se puede decir que es un país solar, con una radiación solar promedio de 5 kWh/m 2 /día en toda la zona centro del país. Utilizando los mapas de irradiación global de la República Mexicana de Vicente Estrada Cajigal Ramírez del Instituto de Ingeniería de la UNAM que se muestran en el anexo A, obtenemos los siguientes datos para el Estado de Hidalgo: Tabla 2 Irradiación global diaria promedio mensual en el Estado de Hidalgo

Fuente: Realizada a partir de los mapas de irradiación global de la República Mexicana de Vicente Estrada Cajigal Ramírez del Instituto de Ingeniería de la UNAM Día solar promedio Para el caso de estudio de este trabajo el promedio de insolación diaria en una locación es de 5 kWh/m2 . Si este valor es dividido por un SOL, se obtiene el valor, en horas, del día solar promedio para esa locación y esa inclinación. En nuestro caso de estudio: DIA SOLAR = (5 kWh/m 2 ) / (1 kW/m 2) = 5 horas

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De los mapas de horas de irradiación en México obtenemos la siguiente tabla para la zona centro de México.

Tabla 3 Duración del día solar con inclinación igual a la latitud en la zona centro de México

Fuente: Realizada a partir de los mapas de irradiación global de la República Mexicana de Vicente Estrada Cajigal Ramírez del Instituto de Ingeniería de la UNAM De la tabla anterior obtenemos la gráfica siguiente, de donde podemos estimar los valores para los demás meses.

Figura

15 Horas pico

Fuente: Realizada a partir de los mapas de irradiación global de la República Mexicana de Vicente Estrada Cajigal Ramírez del Instituto de Ingeniería de la UNAM La tabla estimada de horas pico mensual es la siguiente. Tabla 4 Horas pico mensual

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Fuente: Estimación a partir de los mapas de irradiación global de la República Mexicana de Vicente Estrada Cajigal Ramírez del Instituto de Ingeniería de la UNAM

1.11.1 Descripción del proyecto Generalidades: Instalación de sistema fotovoltaico interconectado a la red, aportando al consumo de la planta de asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México Tipo de instalación por desarrollar: Sistema fotovoltaico interconectado a la red de CFE.

1.11.2 Especificaciones y Normas: 

CRE 12.05 .22 Reglas Generales de Interconexión. - Reglas Generales de Interconexión al Sistema Eléctrico Nacional para generadores o permisionarios con fuentes de energías renovables o cogeneración eficiente.



NOM-001-SEDE-VIGENTE. - Instalaciones eléctricas (Utilización) o la que la sustituya.



NMX-J-136-ANCE-Vigente. - Abreviaturas y símbolos para diagramas, planos y equipos eléctricos.



DOF-15-XII-2016. - Manual de Interconexión de Centrales de Generación con Capacidad menor a 0.5 MW de la SENER.

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1.12 Demanda eléctrica del inmueble En la tabla 1. se muestra el requerimiento energético.

Periodo de Facturación 2019 Mes

Consumo MWh

Días

Mensual

Consumo promedio diario kWh

Enero 18,300.3 31 590.33 Febrero 18,362.6 28 655.807 Marzo 20,286.1 31 993.390 Abrir 19,402.4 30 646.746 Mayo 18,610.7 31 600.345 Junio 16,057.2 30 535.24 Julio 16,764.1 31 540.777 Agosto 17,630.9 31 568.738 Septiembre 15,907.2 30 530.24 Octubre 17,462.4 31 563.303 Noviembre 17,863.1 30 595.436 Diciembre 17,389.4 31 560.948 Tabla 1. Requerimiento energético obtenido mediante la información del recibo de luz de La Planta de Asfalto.

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CONSUMOS TOTALES ESTIMADOS MWh 25,000.00 20,000.00 15,000.00 10,000.00 5,000.00 0.00

o er En

F

ro re eb

zo ar M

ril Ab

o ay M

o ni Ju

lio Ju

to os g A Se

pti

em

e br

e e e br br br m tu m c O vie cie Di No

Columna1

Figura 10. Consumos de energía mensuales aproximados de la planta de asfalto gráfica realizada con el software Excel

1.13 Selección de modulo fotovoltaico Para seleccionar un modelo comercial y calcular el número de paneles es necesario conocer cuál es la energía necesaria diaria que se debe producir. También se deben conocer las condiciones de radiación de cada mes, las condiciones de la instalación y el criterio para dimensionarla.

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La energía necesaria y las condiciones de radiación se conocen y han sido explicadas ya en este trabajo. Y el criterio para dimensionar la instalación, como suele ser habitual, será considerar la radiación del mes menos favorable, es decir, el mes con menos radiación. Se tiene, por tanto, como punto de partida, la irradiación más baja de 5 HSP (mes de septiembre), y la energía necesaria de 586.858 kw. Además de los valores de irradiación y de la energía necesaria, es muy importante conocer cuál va a ser la tensión fijada para la instalación. Lo habitual es trabajar con 12, 24 o 48 V dependiendo de la potencia total. En nuestro caso se trabaja con 48 V Teniendo en cuenta toda esta información, se va a elegir un modelo comercial de panel, y a comprobar que cumple con todos los requisitos. Antes de mirar marcas, lo que está claro es que se va a elegir un panel policristalino. Se puede elegir entre paneles de 60 células o paneles de 72 células. Ambos tipos son grandes, los primeros de 1,6 𝑚2 y 19- 20 kg, y los segundos cerca de los 2 𝑚2 y con un peso de 22-23 kg. Si se eligen paneles de 60 células habrá que colocar mayor número para llegar a la misma potencia, pero el coste total será parecido. Además, a pesar de las complicaciones que presenta el transporte y el montaje, será más cómodo elegir paneles de 72 células Hay numerosos fabricantes de paneles, como Atersa, Solarworld, Vitaron, Sanyo, SunPower, Jinko, etc. En muchos casos, los mismos fabricantes también lo son del resto de componentes de la instalación fotovoltaica, por lo que, aunque siempre se puede elegir componentes de distintas marcas, es interesante considerar una solución de una misma marca, pues es habitual obtener grandes descuentos cuando se hace esto. Otra opción es intentar buscar para cada elemento el mejor precio posible, pero la realidad es que la competencia es feroz y los precios están muy ajustados. Por tanto, se optará por una solución de una sola marca para esta instalación, y marca Risen (figura 11), es el fabricante elegido. más datos del módulo FV se muestran en la figura 22.

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Figura 11. Panel policristalino 330 W 1956 x 992 x 40 mm

Considerando que el inversor a utilizar debe proporcionar la potencia que pueda estar conectada al sistema y las características de la instalación (monofásica y trifásica) en donde el caso más crítico es cuando todas las cargas (potencia total ) están conectadas al SFV, así como los parámetros de entrada del inversor, por lo que se selecciona un inversor Solis (25- 30) K-LV para conexión a la red (figura 12) con una potencia máxima de salida de 30 kW, tensión nominal de 120 V/220 V cuyas características se muestran en la figura 23.

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Figura 12. Inversor central trifásico marca Solis Imagen tomada de: https://www.ginlong.com/3p_inverter_lv/4600.html

1.14 Cálculo del número de paneles fotovoltaicos necesarias para abastecer la demanda energética de la planta de asfalto Considerando que el sistema de paneles a instalar es interconectado a la red eléctrica general, el espacio disponible para la instalación es 996.65 m2, el panel seleccionado tiene una dimensión de 1.9403 m2, se suministrara 70% del máximo consumo registrado durante el muestreo, que se encuentra según la tabla 1 en el mes de marzo 2019 que fue de 933.390 kWh por lo que se suministrara 586.858 kwh. Se calcula el número de paneles fotovoltaicos utilizando la ecuación 3 para el 70% del máximo consumo registrado en un día que es 586.858 kw . Utilizando la radiación en la localidad de la figura 3 que para Hidalgo es de 4.9 y de tensión máxima del módulo que es 37.76 V y la corriente máxima del módulo 8.50 A.

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M=

586.858 kw =376 m ó dulos 37.76 V × 8.50 A ×5.5 h

De acuerdo con el cálculo se necesitan 375 paneles solares fotovoltaicos para cubrir la demanda a suministrar, se instalarán 376 FV para que los inversores queden nivelados. 1.14.1

Cálculo del arreglo de los paneles fv.

Para calcular el número de filas de módulos en serie que se van a conectar para un inversor, se emplea la ecuación 5, y para calcular el número de columnas de módulos en paralelo, se emplea la ecuación 2.3. Vinv (5) No .de filas en serie= Vm No .de columnas en paralelo=

I inv Im

(6)

Se considera un promedio de tensión de entrada del inversor entre el intervalo de 450 V y 800 V de las especificaciones de la (figura 22), para tomar un solo valor de tensión de entrada. Vinv=

450+ 800 v =625 v 2

Aplicando la ecuación 5 se obtiene el número de filas en serie. No .de filas en serie=

625 v =23.55 m ó dulos 37.76 v

Los paneles fotovoltaicos en serie serán 24

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Aplicando la ecuación 6 se obtiene el número de columnas en paralelo. No .de columnas en paralelo=

38.3 A =4.27 m ó dulos 8.50 A

Los paneles fotovoltaicos en paralelo serán 4. Con las filas y columnas calculadas, el arreglo quedaría como se muestra en la figura 13. Filas 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Columnas2 3 4 Figura 13. Arreglo de los paneles FV.

Se observa que las filas tienen 24 módulos y las columnas están integradas por 4 módulos, por lo que se tiene 94 módulos conectados por inversor. Para asegurar si la tensión de los 24 módulos en serie no rebasa la tensión de entrada del inversor se hace la siguiente comprobación, multiplicando el número de módulos por la tensión de salida de cada módulo.

24 módulos x 37.76 V  641.92 V El valor de la tensión de los módulos se encuentra dentro del intervalo de tensión del inversor que es entre 450 V y 800 V, por lo que el arreglo es correcto. Al igual que los módulos en serie, se hace la misma comprobación para los módulos en paralelo, en este caso se multiplica la corriente de salida del módulo por el número de módulos en paralelo.

4 módulos x 8.50 A  34.3 A El valor de la corriente de los módulos se encuentra dentro del valor de corriente de entrada del inversor que es de 38.3 A, por lo que es correcto el arreglo. Es importante mencionar que el arreglo fotovoltaico no necesariamente debe tener la configuración ni el número de módulos 28

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como el de la figura 12, esto solo se refiere a las conexiones en serie y paralelo entre los módulos para tener las condiciones necesarias de entrada del inversor. 1.15 Determinación de número de los inversores Tomando el total de módulos FV en el arreglo y el número de módulos que necesita el sistema FV para cubrir la carga, el número de inversores se obtiene de la ecuación 7.

No .inversores=

M total No . de m ó dulos por arreglo .

No .inversores=

(7)

376 =3.66 inversores 94

Serán necesarios 4 Inversores; para asegurar que los 4 inversores cubren la potencia requerida por la carga del lugar, se hace la siguiente comprobación, multiplicando el número de inversores por la potencia de salida del inversor.

4 inversores x 30 kW  120 kW El valor de la potencia total de los 4 inversores (120 kW) es mayor que la potencia total de la carga teórica (120 kW), por lo que el número de inversores es adecuado para el sistema FV.

1.16 Diseño del sistema fotovoltaico en Helioscope.

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1.17 Ángulo de inclinación de las superficies captadoras solares Tomando en cuenta que: En invierno se le debe sumar a la latitud del lugar 10° Si se quisiera dejar fijo durante todo el año se debe multiplicar la latitud del lugar por 0.9 Teniendo en cuenta esto, para nuestro caso de estudio sí la latitud del lugar es de 19,57° y los módulos estarán fijos durante todo el año, se debe multiplicar la latitud del lugar por 0.9.

angulo de inclinacion para m ó dulos fijos=latitud del lugar∗0.9… (8) De esta manera determinamos el ángulo de inclinación que deben tener los módulos fotovoltaicos. Ángulo de inclinación para módulo fijos = 19.57*0.9= 17.71°w

1.18 Selección de los conductores. El artículo 690-8 de la NOM-001-SEDE-2005, menciona las siguientes recomendaciones para la selección del cable conductor para un sistema fotovoltaico.  Capacidad de conducción de corriente eléctrica y dispositivos de protección contra sobre corriente. La capacidad de conducción de corriente eléctrica de los conductores y la especificación o ajuste de los dispositivos de protección contra sobre corriente en un circuito de un sistema solar fotovoltaico no deben ser menores a 125% de la corriente eléctrica calculada.  Cable con conductor dúplex. Se permite cable tipo TWD-UV en circuitos de la fuente fotovoltaica, cuando se instalen a la intemperie y expuestos a los rayos del Sol.  Cables y cordones flexibles. Cuando se usen cables y cordones flexibles para conectar las partes móviles de seguidores solares, se debe cumplir con lo indicado en el Artículo 400 y deben ser cordones para uso extra rudo Tipos ST, SO o W, adecuados para uso en intemperie y resistentes al agua y a la luz del Sol. 34

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Para la puesta a tierra se hace referencia a los siguientes artículos. 690-41. Puesta a tierra del sistema. Para una fuente de energía fotovoltaica, un conductor de un sistema de dos conductores especificado a más de 50 V o un conductor neutro de un sistema de tres conductores, deben ser puestos a tierra sólidamente. 690-43. Puesta a tierra del equipo. Las partes metálicas de los marcos de los módulos, del equipo y de las envolventes de conductores que no lleven corriente eléctrica, deben ser puestas a tierra sin importar la tensión eléctrica. 690-45. Tamaño nominal del conductor de puesta a tierra del equipo. En sistemas donde la corriente eléctrica de corto circuito disponible de la fuente fotovoltaica sea menor que dos veces la corriente eléctrica especificada del dispositivo de protección contra sobrecorriente, el conductor de puesta a tierra del equipo no debe ser de menor tamaño nominal al requerido para los conductores del circuito. 690-62. Capacidad del conductor neutro puesto a tierra. Si una unidad de acondicionamiento de energía monofásica, dos hilos, se conecta al neutro puesto a tierra y a un solo conductor de fase de un sistema de tres hilos o a un sistema trifásico estrella de cuatro hilos, la suma de la carga máxima conectada entre el neutro puesto a tierra y cualquier conductor de fase, más la capacidad de salida de la unidad de acondicionamiento de energía, no debe exceder la capacidad de conducción de corriente del conductor neutro puesto a tierra.

Los cables tipo PV ZZ-F (AS) para paneles solares son de muy fácil instalación y ofrecen un rendimiento alto y fiabilidad a largo plazo en instalaciones fotovoltaicas, fabricados con 35

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poliolefinas especiales, estos cables unipolares con doble aislamiento tienen capacidad para transportar corriente continua hasta 1800 V de manera eficiente. La prestación más demandada para un cable fotovoltaico es la de ofrecer una vida útil de al menos 25 años de perfecta funcionalidad en cualquier instalación fotovoltaica que esté correctamente diseñada y en adecuadas condiciones de uso y mantenimiento durante ese período. Las principales características de un cable tipo PV ZZ-F (AS) se pueden resumir en tres conceptos:  Resistencia térmica, que se comprueba mediante ensayos de endurancia térmica.  Resistencia climática (UV, frío, humedad), que se comprueba mediante ensayos de resistencia a la intemperie.  Resistencia al incendio, que se comprueba mediante ensayos específicos de incendio. Los materiales de aislamiento y de cubierta han de ser de alta calidad, reticulados, de alta resistencia mecánica además de flexible. El conductor de los cables del cableado de los módulos y hasta la caja de conexiones debe ser estañado, ya que confiere una mayor resistencia a la posible corrosión por oxidación 1.19 Diagrama unifilar. Para la instalación se cuenta con un diagrama unifilar (figura 15), en donde se muestran los equipos que contiene el sistema fotovoltaico, tales como la acometida, transformador, medidor bidireccional (su función es contabilizar la energía recibida por la compañía suministradora y la energía que es enviada al sistema eléctrico), interruptores de transferencia, tableros para cada piso, inversores, paneles solares.

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Figura 15. Diagrama unifilar del SFV

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CAPÍTULO IV RESULTADOS 1.20 Análisis costo-beneficio de la instalación del sistema fotovoltaico para la planta de asfalto. Total, del material y mano de obra necesaria para instalación del SFV. Los precios del material que se utilizará fueron proporcionados por la empresa Mercado Solar S. de R.L de C.V. en dólares y tomando en cuenta un tipo de cambio del dólar de 19.32 pesos M.N. a junio 2019; los costos en pesos M. N. de los materiales y mano de obra se muestran en la tabla 3. Tabla 3. Costo del sistema Fotovoltaico Material y Mano de obra Modulo de 330 W Inversor Estructura de acero y tornillos de sujeción Herramientas y material auxiliar Mano de obra

Cantida d 376 4 188

P. U. $4,776 $123,583.4 6 $120

Tot al $2,378,441.43 $494,333.83 $29,880.00

$20,000.00

$20,000.00

$393,600.0 0

$393,600.00

Total

$3.306.821.3 6 Tabla 3. Costo del sistema Fotovoltaico

1.20.1 Cálculo de la energía eléctrica propuesta con paneles fotovoltaicos. Para obtener la energía que será generada durante un mes de los paneles FV, se calcula con la ecuación 9. Pm: potencia máxima del módulo fotovoltaico. 38

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Hp: horas pico

Eg=

Pm × No . mó dulos× Hp×30 1000

Eg=

330 ×397 mod × 4.9 Hp× 30 dias =18,239.760 kW 1000

(9)

La energía total generada mensual es de18,239.760 kW , que es la que se puede aprovechar en un mes en condiciones óptimas de radiación solar. Considerando esto se puede conocer el ahorro económico que se tiene durante un mes de energía eléctrica consumida. 1.20.2 Costo por consumo de la energía eléctrica con paneles fotovoltaicos. Una vez obtenida la energía generada del sistema FV, se calculará el costo por consumo con paneles FV (mensual), tomando en consideración la carga que se tiene en la planta y la tarifa promedio mensual de CFE del año 2018 y 2019 que es igual a $144.32 por kWh consumida.

Costo por consumo 18,239.760 kW x144.32 $/kW  $2.632,362

1.20.3

Amortización del Sistema fotovoltaico.

En esta sección se calculará el tiempo, en que el sistema fotovoltaico tendrá una amortización económica y la viabilidad del proyecto si es que se pretende llevar a cabo. Teniendo los siguientes datos se puede calcular el tiempo en que se tendrá una amortización: Costo total del sistema: $ 3, 306,821.36 39

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Costo por consumo (ahorro mensual): $2.632,362

( 10 ) Amortizacion=

3 ,306,821.36 =1.2562 2,632.362

Con el resultado anterior se puede observar que en 1.25 meses (aproximadamente en 2 meses), habrá una amortización en el costo inicial del sistema fotovoltaico.

Cronograma de actividades

Nombre de tarea Proyecto fotovoltaico Análisis de la situación actual Consumo energético actual

Duración

Comienzo

Fin

150 días 15 días

04/02/19 04/02/19

10/06/19 20/02/19

10 días

20/02/19

02/03/19

Localización del edificio (latitud y longitud) Estudio de la radiación solar

Desarrollo de la propuesta Cálculo del tamaño del panel Cálculo del número de paneles Estudio de orientación de los paneles

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Ejecutar instalación fotovoltaica en la planta Sistema interconectado

120 días

02/03/19

05/06/19

Realizar pruebas de funcionamiento

Tabla 4. cronograma de actividades para la realización del proyecto análisis y diseño del sistema fotovoltaico de la Planta de Asfalto.

1.21 Instalación de los paneles solares sobre el sistema de montaje

Figura 17. Colocación de paneles solares sobre el sistema de soportes

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Figura 22. Instalación de conectores para la conexión del sistema fotovoltaico

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CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO La finalidad de la presente investigación fue realizar la factibilidad de instalar un sistema de energía limpia mediante celdas fotovoltaicas interconectadas a la red eléctrica para alimentar el consumo energético de la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México Se determinó el consumo teórico de la planta que es de 933.390 kW día, se determinó que el tipo de celda fotovoltaica adecuada para la instalación son paneles policristalinos de 330 W, por tener alta eficiencia y desempeño; se suministrara 70% del máximo consumo registrado durante el muestreo por lo que se suministrara 586.858 kW en 397 FV. Utilizando el software Helioscopio se diseñó el sistema de celdas fotovoltaicas que se adecue a los espacios disponibles para su instalación en la planta. Se realizó un análisis del costo-beneficio de la instalación del sistema fotovoltaico para la planta y se determinó la factibilidad de instalar el sistema de energía limpia en la planta puesto que la vida útil promedio de los paneles fotovoltaicos es de 25 años en condiciones normales, en este tiempo pueden generar 7, 048,776 kW, el costo de instalación inicial aparenta ser elevado aproximadamente $3, 316,255.26 pesos M.N. pero el tiempo de amortización es de 2 meses. por lo que se considera factible la instalación de paneles fotovoltaicos interconectados a la red eléctrica de CFE para la Planta de Asfalto y Emulsiones Agregados e Infraestructura de México y cualquier empresa con características similares. Por los datos obtenidos se observa que en los últimos años los paneles fotovoltaicos han pasado de ser una energía limpia generada en laboratorios como lo describen muchos artículos informativos, para hacerse factible de instalarse en edificios del gobierno y casas habitación, viéndose reflejado el ahorro económico como al ambiente.

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Tablas Tabla 5. cotización financiera del proyecto.

MERCADO SOLAR S DE RL DE CV ORDEN DE COMPRA POR PROYECTO NOMBRE DEL PROYECTO: Asfaltadora 120 KWP FECHA DE INICIO DEL PROYECTO: 17-10-2018

FOLIO: UBICACIÓN: Hidalgo TOTAL

N°

PRODUCTO

CANTID AD

1

Modulo Fotovoltaico policristalino 330Wp, Marca JINKO

400

2

5292

3

Tornillos de Acero inoxidable, incluye Tornillo, tuerca, rondana de presion, rondana plana cincho plastico 20 cm

4

Inversor Central Ginlong Solis-60K-US-F-SW

5

Angulo de Aluminio 1 1/2" * 1/8

328

6

UNICANAL tramo 1 metro

35

7

Abrazadera para unicanal ANCLA 3/4 "

200

8

Tuberia verde PVC para canalización subterranea

165

9

Tuberia conduit pared gruesa 3/4" tramo 3 metros

125

10

Tubo liquid tight 3/4"

42

11

Conector Liquid tight 3/4"

84

12

Cople 3/4" PG viene con el tubo

125

13

CONDULET T 3/4"

21

14

taquete rojo 1/4 con pija

0

15

tornillo pija punta de broca 1/4 * 1

16

1

17

Pastilla Termomagnetica 400A AC Tres polos con Gabinete Pastilla termomagnetica tres polos 50A AC

18

Caja mistral ABB 4 posiciones

4

19

Portafusible y fusible 15A DC 1000 V

42

20

Supresor de Picos DC 1000 V

42

21

Bloque de distribución DBL 400 A

4

500 4

1134

4

46

U. M.

pz a pz a pz a pz a pz a pz a pz a M L pz a m ts PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ A PZ

ALMAC EN

MATERIAL ENTREGA DO COMPR AR

COSTO POR PZA.

TOTAL

0

756

$

2,178.00

$

1,646,568.00

0

5292

$

1.94

$

10,266.48

0

500

$

0.41

$

205.00

0

4

$ 78,773.80

$

315,095.20

0

328

$

344.82

$

113,100.96

0

35

$

181.75

$

6,361.25

0

200

$

4.31

$

862.00

0

55

$

101.72

$

5,594.60

0

125

$

100.07

$

12,508.75

0

42

$

29.16

$

1,224.72

0

84

$

18.32

$

1,538.88

0

125

0

21

$

23.12

$

0

0

$

0.20

$

0

1134

$

0.65

$

734.49

0

1

$

9,685.96

$

9,685.96

0

4

$

352.60

$

1,410.40

0

4

$

223.02

$

892.08

42

$

36.34

$

1,526.28

42

$

183.82

$

7,720.44

4

$

719.97

$

2,879.88

$

485.52 -

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD, BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES

22

Gabinete metalico 50*40*25cm

23

Ojillo para tierra física cal.12

800

24

Cable desnudo Cal. 12

1800

25

Caja plastica 10*10cm

42

26

Par conector MC4 1000 V

42

27

Clema de paso 10 AWG

84

28

clema de tierra 10 AWG

50

29

conector glandula 1/2

42

30

Duretan blanco

0

31

caja cable #10 rojo (aluminio)

1500

32

caja cable #10 negro (aluminio)

1500

33

Cable desnudo 1 AWG

100

34

Cable negro 1 AWG aluminio

300

35

Cable desnudo 500 KCMIL aluminio

100

36

Cable negro 500 KCMIL aluminio

300

8

47

A PZ A PZ A M L PZ A Kit PZ A PZ A PZ A PZ A M L M L M L M L M L M L

0

8

$

705.71

$

5,645.68

0

800

$

1.26

$

1,008.00

0

1800

$

4.53

$

8,154.00

0

42

$

56.28

$

2,363.76

0

42

$

22.00

$

924.00

0

84

$

13.62

$

1,144.08

0

42

$

38.32

$

1,609.44

0

42

$

7.75

$

325.50

0

$

98.00

$

0

$ 1400

4.53

$

6,342.00

0

$ 1400

4.53

$

6,342.00

100

$

59.75

$

5,975.00

300

$

59.75

$

17,925.00

85

$

200.63

$

17,053.55

255

$

200.63

$

51,160.65

0

-

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD, BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES

figuras

48

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD, BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES

figura 25. Especificaciones técnicas panel policristalino

49

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD, BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES

figura 26. Especificaciones técnicas panel policristalino

50

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD, BIOLÓGICAS Y AMBIENTALES

figura 27. Especificaciones eléctricas Inversor Solis-30K-LV

Enlace del video YouTube: https://youtu.be/IDMES8qgVWk

51