EXPERIENCIA DE INTALACIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AISLADOS EN LA ZONA ALTOANDINA DE LA REGIÓN TACNA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES DE TACNA (CERT) EXPERIENCIA DE INTALACIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AISLADOS EN LA ZONA ALTOANDINA DE LA REGIÓN TACNA CARLOS POLO BRAVO

2 Región Tacna

3 CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA ALTOANDINA DE TACNA

4 POTENCIAL ENERGÉTICO SOLAR MUNDIAL / TACNA, SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE Fuente: NASA CARLOS POLO BRAVO

5 VARIACIÓN ANUAL DEL POTENCIAL ENERGÉTICO SOLAR GLOBAL DE LA CIUDAD DE TACNA SOBRE UNA SUPERFICIE HORIZONTAL (Fuente: CERT UNJBG 1995) PROMEDIO 5,37 Kwh/m2d

6 GRÁFICOS DE LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL ESTACIONAL SOBRE UNA SUPERICIE HORIZONTAL EN LA REGIÓN TACNA (Kwh/m2día): MINEM FEBRERO MAYO Kwh/m2d < 4,0 4,0 4,5 4,5 5,0 5,0 5,5 5,5 6,0 6,0 6,5 6,5 7,0 7,0 7,5 > 7,5 AGOSTO NOVIEMBRE

7 Se han instalado entre el año 2007 y 2008 dos tipos de sistemas fotovoltaicos, para electrificación domiciliaria: 457 sistemas, y 20 para electrificación de Centros Educativos y Puestos Policiales denominados de carga especial, con una potencia instalada total de 30,867 Kw La zona ámbito del proyecto se ubica por encima de los msnm, es frecuente fenómenos eléctricos naturales, como, rayos, relámpagos; que en ocasiones han matado a personas y animales, y destruido algunas viviendas se ha considerado la instalación de pozo a tierra en cada domicilio, y la de pozo a tierra y sistema pararrayos tetrapuntal Tipo Franklin para los sistemas de carga especial, como sistemas de seguridad eléctrica. En ambos sistemas se han instalado lámparas de iluminación tipo CFL (lámparas compactas fluorescentes), y de última generación tipo LEDs (focos de diodos de emisión de luz) y LVD (lámparas de inducción magnética)

8 NÚCLEO EJECUTOR Nº 1: Localidad: Coracorani, Aychuta, Chiluyo Grande, Chiluyo Norte, GRT-BID III Provincia : Tarata Distrito : Tarata Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliario.s : 64 Nº de sistemas de carga especial : 03 para Instituciones Educativas Año de ejecución : 2007 NÚCLEO EJECUTOR Nº 2: Localidad: Challapalca, Mamuta, Conchachiri, Chiluyo Chico, GRT-BID III Provincia : Tarata Distrito : Susapaya Región : Tacna Nº de beneficiario con sistemas domiciliarios : 64 Nº de sistemas de carga especial : 03 para Instituciones Educativas, 02 especiales con sistema de protección de pararrayos tipo Franklin Año de ejecución : 2007

9 NÚCLEO EJECUTOR Nº 3: Localidad: Tacalaya, Calachulpani-Vilatavira, Calientes, Japopunco Provincia : Candarave Distrito : Candarave Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 63 Nº de sistemas de carga especial : 03 para Instituciones Educativas Año de ejecución : 2007 NÚCLEO EJECUTOR Nº 4: Localidad : Cano, Vilacota, Tacjata, Quiulliri, GRT-BID III Provincia : Tarata Distrito : Susapaya Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 63 Nº de sistemas de carga especial : 03 para Instituciones Educativas Año de ejecución : 2007

10 NÚCLEO EJECUTOR Nº 5: Localidad: Pampa Huyuni, Chachacomani, Collpa y Anexos Provincia : Tarata Distrito : Palca Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 63 Nº de sistemas de carga especial : 02 para Institución Educativa y Puesto Policial, con protección de pararrayos tipo Franklin Año de ejecución : 2008 NÚCLEO EJECUTOR Nº 6: Localidad : Mocomoconi, Ancomarca y anexos, GR- BID III Provincia : Tacna Distrito : Palca Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 58 Nº de sistemas de carga especial : 04 para I Instituciones Educativas, con protección de pararrayos tipo Franklin Año de ejecución : 2008

11 NÚCLEO EJECUTOR Nº 7: Localidad : San Lorenzo, Turunturu / Mamaraya y Anexos, GR- BID III Provincia : Candarave / Tarata Distrito : Candarave / Susapaya Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 56 Nº de sistemas de carga especial : 02 para Institución Educativa, con protección de pararrayos tipo Franklin Año de ejecución : 2008 MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE PALCA Localidad : Paucarani, Kaño. Ancomarca, otros Provincia : Tacna Distrito : Palca Región : Tacna Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 13 Año de ejecución : 2007 COMUNIDAD CAMPESINA DE KOVIRE Localidad : Kovire Provincia : Tarata Distrito : Susapaya Nº de beneficiarios con sistemas domiciliarios : 13 Año de ejecución : 2008

12 ESQUEMA DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA ASILADA TÍPICA

13 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DOMICILIARIOS

14 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS COMPONENTES DE SFV DOMICILIARIOS NÚCLEO EJECUTOR PANEL FV BATERÍA LAMPARA ILUMINACION REGULADOR POZO A TIERRA CABLES CONEXION Potenci (W) marca Capacidad (Ah) marca Potencia (W) tipo marca Voltaje (V) Corriente (A) Externa (5m) Interna (15m) Coracorani, Aychuta, Chiluyo Grande, Chiluyo Norte 50 Kyoce ra Varta Bosch 05 leds GGT si N 12 AWG N 12 AWG Challapalca, Mamuta, Conchachiri, Chiluyo Chico 50 Kyoce ra Varta Bosch 05 leds GGT si N 12 AWG N 12 AWG Cano, Vilacota, Tacjata, Quiulliri 60 Webel solar 115 AC Delco 11 cfl China si N 12 AWG N 14 AWG Tacalaya, Calachulpani- Vilatavira, Calientes, Japopunco 50 Kyoce ra Varta Bosch 05 leds GGT si N 12 AWG N 12 AWG Pampa Huyuni, Chachacomani Collpa y Anexos 80 Solar World 115 Varta cfl leds GGT si N 12 AWG N 14 AWG Mocomoconi, Ancomarca anexos y 80 Solar World 115 Varta cfl leds GGT si N 12 AWG N 14 AWG San Lorenzo, Turunturu / Mamaraya y Anexos 87 Kyoce ra 165 Delko r 11 5 cfl leds Phoco s China si N 12 AWG N 14 AWG

15 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DOMICILIARIOS INSTALADOS

16 ESQUEMA DE CONEXIONES ELÉCTRICAS

17 NM DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE DEL PANEL FOTOVOLTAICO

18 VISTAS DE LAS ESTRUCTURAS METALICAS PORTA BATERÍA REGULADOR-LLAVE TERMOMAGNÉTICA PARA LOS SISTEMAS FVs DOMICILIARIOS

19 Controlador de carga/descarga, en pleno funcionamiento, se observa el orden de las conexiones de los cables eléctricos de conducción, y fusibles comunes contra cortocircuitos

20 VISTAS GENERALES DE LOS SISTEMAS FV DOMICILIARIOS INSTALADOS

21 VISTAS SFVDs INSTALADOS

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25 DETALLES DE LAS INSTALACIONES

26 Vista de un panel fotovoltaico funcionando bajo condiciones extremas de temperatura (nieve sobre el panel), a un altura de 4800 msnm, Curimani Paucarani)

27 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE CARGA ESPECIAL

28 PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS COMPONENTES DE SFV DE CARGA ESPECIAL NÚCLEO EJECUTOR PANEL FV BATERÍA LAMPARA ILUMINACION REGULADOR POZO A TIERRA + PARARRAY O CABLES CONEXION Potenci (W) marca Capacidad (Ah) marca Potencia (W) tipo marca Voltaje (V) Corriente (A) Externa (5m) Interna (15m) Coracorani, Aychuta, Chiluyo Grande, Chiluyo Norte Challapalca, Mamuta, Conchachiri, Chiluyo Chico 85 Kyocera 150 Varta 05 leds GGT si N 12 AWG 85 Kyocera 150 Varta 05 Leds GGT si N 12 AWG N 14 / 12 AWG N 14 AWG Cano, Vilacota, Tacjata, Quiulliri 80 Webel solar 165 AC Delco 11 CFL China si N 12 AWG N 14 AWG Tacalaya, Calachulpani- Vilatavira, Calientes, Japopunco 85 Kyocera 150 Varta 05 Leds GGT si N 12 AWG N 14 AWG Pampa Huy uni, Chachacomani Collpa y Anexos 85 kyocera 135 Varta CFL Leds LVD GGT GGT GGT si N 12 AWG N 14 AWG Mocomoconi, Ancomarca anexos y 85 kyocera 135 Varta CFL Leds LVD GGT GGT GGT si N 12 AWG N 14 AWG San Lorenzo, Turunturu / Mamaraya y Anexos 85 Kyocera 165 Delkor 11 5 CFL Leds Phocos China si N 12 AWG N 14 AWG

29 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS DE CARGA ESPECIAL INSTALADOS

30 VISTAS DE LA CONSOLA METÁ{ICA PORTA TV 19 / 12 VDC / 220 VAC, DVD 12 VDC / 220 VAC, REGULADOR, BATERÍA EN LOS SFVs DE CARGA ESPECIAL

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32 SISTEMAS DE PROTECCIÓN ELÉCTRICO: POZO A TIERRA PARARRAYOS

33 SISTEMA POZO A TIERRA Una barra de cobre de 5/8 de diámetro y 1,2 m de longitud, Un pozo de 1 m2 de abertura, 1,5 m de profundidad; lleno con tierra agrícola cernida y estiércol, para mejorara la conductividad del suelo usar eco gel que actúa como cemento conductivo, Barra de cobre cubierta por una caja de registro de PVC de 3 de diámetro, un cable de hilos de cobre Nº 08 AWG, de 5m de longitud, El cable de cobre del pozo a tierra está conectado entre el polo positivo de la batería y la barra de cobre del pozo, y/o al panel fotovoltaico.

34 Esquema típico de un pozo a tierra vertical

35 VISTAS DE LOS ELEMENTOS DE LOS POZOS A TIERRA

36 VISTAS DE LAS TAPAS DE LOS POZOS A TIERRA (superior), y POZOS A TIERRA INSTALADOS CERCA AL PIE DE LA BASE DEL PANEL FV

37 SISTEMAS PARARRAYOS TIPO TETRAPUNTAL FRANKLIN Pararrayos, con el cabezal tetrapuntal Franklin de F G 1 2,5m*3mm Un mástil de 2,5 m para soportar un pararrayos tetra puntal F G de 1 2,5m*3mm Dos brazos metálicos con aisladores de baquelita 10 m de cable de cobre de bajada de 50 mm de diámetro, el cable está conectado directamente al pozo a tierra Una varilla de cobre de 5/8" de diámetro y 2,4 m de longitud, V Un pozo de 1 m2 de sección de abertura, y 3 m de profundidad, lleno con tierra agrícola cernida, estiércol y tratamiento químico con cemento conductivo eco gel o torgel Cable helicoidal en serpentín de 4 m desnudo de cobre concéntrico de 35 mm de diámetro Una caja de registro de PVC, alto coeficiente de aislamiento Instalado a una altura de 9m (15m) respecto del suelo, sobre el tubo que soporta al panel FV

38 ESQUEMA DE UN PARARRAYOS TIPO FRANKLIN TETRAPUNTAL DE POZO A TIERRA HORIZONTAL / CABLE DE COBRE HELICOIDAL PARA ELPOZO A TIERRA CORRESPONDIENTE

39 DFERENTES CABEZALES DE PARARRAYOS TIPO FRANKLIN / ALCANCE DE PROTECCIÓN DELPARARRAYO Mecánicos: destrucción de elementos afectados; Térmicos : incendios, volatilización de metales por fusión; Fisiológicos: quemaduras, parálisis y a menudo la muerte; Eléctricos : generación de tensiones de paso y de contacto Como no todas las descargas eléctricas tienen la misma potencia, los "caprichos" del rayo son realmente extraordinarios. Si se considera que la intensidad media durante cada descarga principal llega hasta amperios, no debe extrañar que el rayo sea tan poderoso y atemorice tanto. No obstante, la cantidad real de electricidad transferida desde la nube a tierra es muy pequeña, pues esa enorme corriente circula solamente durante una fracción de segundo.

40 VISTAS DE INSTALACÓN SEL SISTEMA PARARRAYOS TIPO FRANKLIN, Y DE INSTALACIÓN DEL POZO A TIERRA CORRESPONDIENTE

41 POZOS A TIERRA VERTICAL Y HORIZONTAL PARA EL SISTEMA PARARRAYOS

42 VISTAS DEL CONECTOR DE BAJADA COBRE DEL PARARRAYOS, DE UN PARARRAYOS EN PUESTO POLICIAL, Y DEL SISTEMA DE SOPORTE DELPANEL Y EL PARARRAYOS

43 LO QUE NO SE DEBE DE HACER Y ACEPTAR

44 Vista que muestra la instalación de la batería de acumulación de energía, en el interior del dormitorio del propietario (Curamani Paucarani), CON BORNES LIBRES

45 CONEXIÓN ELÉCTRICA DE INTERRUPTORES ELÉCTRICOS, MAL DISTRIBUIDOS

46 EVITAR INSTALAR CABLES ELÉCTRICOS AÉREOS

47 Luminaria de ahorro de energía de 11 W DC, con pantalla difusora, evitar conexión cable-lámpara sin caja conectora

48 ANULAR EL,EFECTO ORIENTACIÓN / ROTURA DE RAKS PORTA PANEL

49 INSTALAR ADECUADAMENTE EL SISTEMA PARARRAYOS

50 Muestra la conexión eléctrica clandestina directamente de la batería para el cargado de baterías automotrices Muestra la conexión eléctrica clandestina directamente de la batería para el cargado de baterías automotrices

51 EVITAR EFECTO SOMBRA SOBRE EL PANEL FV

52 LO QUE DEBE DE SUGERIRSE

53 Ambiente contiguo a la casa del propietario, especialmente construido para dar seguridad a la batería, sistemas de control de carga y descarga

54 PINTAR DE BLANCO INTERIOR DE HABITACIONES

55 RECOMENDAR LIMPIEZA DE LUMINARIAS PARA BUENA ILUMINACIÓN

56 Muestra a pobladores de Churaqui, con un panel solar en proceso de carga de una batería de uso automotriz, CENTROS DE RECARGA DE BATERÍAS

57 Usuario de Collpa mostrando el inversor adquirido para el funcionamiento adicional de TV, DVD y equipo de sonido. Usuario de Collpa mostrando el inversor adquirido para el funcionamiento adicional de TV, DVD y equipo de sonido, AMPLIAR POTENCIA DEL SFVD Y CAPACIDAD DE BATERÍA

58 LÁMPARAS Y FOCOS DE ILUMINACIÓN

59 Lámpara de iluminación de interiores de 11 Watts DC, de luz amarilla, instaladas en los ambientes de las casas del anexo de Paucarani

60 LÁMPARAS DE ILUMINACIÓN INSTALADAS EN CENTROS EDUCATIVOS EN LOS SFVs DE CARGA ESPECIAL, TIPO CFL, LVD, y LEDs

61 LÁMPARA DE ILUMINACIÓN TIPO CFL 11W / 12 VDC, Y FOCO TIPO LEDs 5 W / 12 VDC

62 INTENSIDAD LUMINOSA DE DIFERENTES TIPOS DE LÁMPARAS INSTALADAS INTENSIDAD LUMINOSA (lux) LAMPARA Distancia vertical, debajo de la lámpara Distancia horizontal, altura de la lámpara 0,5 m 1,00 m 0,5 m 1,00 m TIPO CFL (15W) LUZ BLANCA TIPO CFL ( 11W) LUZ BLANCA TIPO CFL (11 W) LUZ AMARILLA TIPO LEDs (05 W) TIPO LVD (15 W)

63 CFL 12,6 %

64 COSTOS DELSISTEMA FOTOVOLTAICO DOMICILIARIO COMPONENTE COSTO (S/) (%) Panel FV / Wp 1200,00 30,6 Soporte panel-base 400,00 10,2 Cables conexión; 5m N 10 / 15m N ,00 5,4 Regulador 12 VDC/15A 280,00 7,1 Caja porta bateríaregulador 200,00 5,1 Batería sellada 115 Ah 500,00 12,8 03 lámparas CFL/LEDs 270,00 6,9 Sockets, interruptores, cajas de paso, 200, Instalación 250,00 6,4 Transporte 150,00 3,8 Pozo a tierra 230,00 5,9

65 CONCLUSIONES Durante los años 2007 y 2008 en la zona altoandina de extrema pobreza de la región Tacna, a través del proyecto: Electrificación Rural con Paneles Solares, bajo convenio entre FONCODES TACNA y el GOBIERNO REGIONAL TACNA, la iniciativa de algunas Municipalidades Distritales, y NÚCLEOS EJECUTORES, se han instalado 457 Sistemas Fotovoltaicos Domiciliarios, equivalente a una potencia de 29,182 Kw; y 20 Sistemas Fotovoltaicos de Carga Especial en Centros Educativos, Centros de Salud, y Puestos Policiales, equivalente a 1,685 Kw La potencia total instalada con paneles fotovoltaicos es de 30, 867 Kw Considerando los fenómenos eléctricos naturales propios de la región altoandina, en ambos sistemas fotovoltaicos se han instalado sistemas de protección eléctrica, consistente en pozos de conexión a tierra, y sistemas de pararrayos tipo tertrapuntal Franklin, para la protección de los equipos correspondientes

66 CONCLUSIONES En los Sistemas Fotovoltaicos, se han instalado sistemas de iluminación de última generación, como los focos tipo LEDs, y Lámparas de Inducción Magnética (LVD), caracterizadas porque funcionan a 12 VDC, bajo consumo energético, larga durabilidad, y buena intensidad luminosa, pero más caras que las tipo CFL Según datos de los coeficientes de electrificación de las regiones de nuestro país establecidos por el MINEM, la región Tacna está electrificada en un 98 % (0,98) bajo el sistema de red pública, considerando la potencia solar fotovoltaica instalada de Kw, y la potencia eléctrica de consumo diario de la región de 30 Mw proveniente de plantas hidroeléctricas y térmicas convencionales, la contribución solar es de aproximadamente del 0,1 %, aspecto muy importante para el inicio del cambio de la matriz energética en nuestra región sobre la base de la energía solar, energía limpia, renovable, y de muy alto potencial regional

67 RECOMENDACIONES

68 Los proyectos deben de ser autosostenibles, y considerando el tiempo de vida de algunos de los componentes de los SFV es necesario que los mismos Núcleos Ejecutores se encarguen de crear o gestionar un fondo para la compra de las partes a cambiar, mantenimiento, ya sea a través del establecimiento de una tarifa eléctrica mensual y/o un fondo proveniente de las Municipalidades Provinciales, Distritales o del Gobierno Regional; o bajo sistemas mixtos. Considerando la experiencia internacional, la necesidad de energía eléctrica de la población rural en general, los hallazgos encontrados en la supervisión, en la que requieren de energía para el funcionamiento no sólo de tres focos de luz, unas horas diarias de TV y DVD, sino que también para el funcionamiento de una computadora, equipo musical, y otros equipos eléctricos; sugiero que en futuros proyectos se considere un SFVD de mayor potencia con un panel solar de 100 Wp, y batería de 200 Ah, aspecto que haría mérito a los nombres de los proyectos: ELECTRIFICACIÓN RURAL CON ENERGÍA SOLAR dentro del esquema del Desarrollo Sostenible, sobre todo incursionar en el contexto de los proyectos productivos usando energías renovables con el objeto de contribuir al desarrollo socioeconómico sostenible, mejorar la calidad de vida de la población, combatir la pobreza y desincentivar la migración del campo a la ciudad.

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70 SISTEMA POZO A TIERRA Una barra de cobre de 5/8 de diámetro y 1,2 m de longitud, Un pozo de 1 m2 de abertura, 1,5 m de profundidad; lleno con tierra agrícola cernida y estiércol, para mejorara la conductividad del suelo usar eco gel que actúa como cemento conductivo, Barra de cobre cubierta por una caja de registro de PVC de 3 de diámetro, un cable de hilos de cobre Nº 08 AWG, de 5m de longitud, El cable de cobre del pozo a tierra está conectado entre el polo positivo de la batería y la barra de cobre del pozo, y/o al panel fotovoltaico.

71 SISTEMAS PARARRAYOS TIPO TETRAPUNTAL FRANKLIN Pararrayos, con el cabezal tetrapuntal Franklin de F G 1 2,5m*3mm Un mástil de 2,5 m para soportar un pararrayos tetra puntal F G de 1 2,5m*3mm Dos brazos metálicos con aisladores de baquelita 10 m de cable de cobre de bajada de 50 mm de diámetro, el cable está conectado directamente al pozo a tierra Una varilla de cobre de 5/8" de diámetro y 2,4 m de longitud, V Un pozo de 1 m2 de sección de abertura, y 3 m de profundidad, lleno con tierra agrícola cernida, estiércol y tratamiento químico con cemento conductivo eco gel o torgel Cable helicoidal en serpentín de 4 m desnudo de cobre concéntrico de 35 mm de diámetro Una caja de registro de PVC, alto coeficiente de aislamiento Instalado a una altura de 9m (15m) respecto del suelo, sobre el tubo que soporta al panel FV

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75 VISTAS DE LOS ELEMENTOS DE LOS POZOS A TIERRA

76 ESQUEMA DE UN PARARRAYOS TIPO FRANKLIN TETRAPUNTAL DE POZO A TIERRA HORIZONTAL / CABLE DE COBRE HELICOIDAL PARA ELPOZO A TIERRA CORRESPONDIENTE

77 DFERENTES CABEZALES DE PARARRAYOS TIPO FRANKLIN / ALCANCE DE PROTECCIÓN DELPARARRAYO Mecánicos: destrucción de elementos afectados; Térmicos : incendios, volatilización de metales por fusión; Fisiológicos: quemaduras, parálisis y a menudo la muerte; Eléctricos : generación de tensiones de paso y de contacto Como no todas las descargas eléctricas tienen la misma potencia, los "caprichos" del rayo son realmente extraordinarios. Si se considera que la intensidad media durante cada descarga principal llega hasta amperios, no debe extrañar que el rayo sea tan poderoso y atemorice tanto. No obstante, la cantidad real de electricidad transferida desde la nube a tierra es muy pequeña, pues esa enorme corriente circula solamente durante una fracción de segundo.

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79 En realidad, el rayo es una enorme chispa o corriente eléctrica que circula entre dos nubes o entre una nube y la tierra. Es un efecto parecido al que observamos, en pequeña escala, cuando desenchufamos un artefacto eléctrico en funcionamiento. La diferencia más importante es que esa pequeña chispa sólo salta a través de una fracción de milímetro y que el rayo natural puede cruzar kilómetros de distancia. El rayo, como es de sobras conocido, se origina en los cumulonimbos o nubes de tormenta.

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83 Esquema típico de un pozo a tierra vertical