Para qué sirven los sistemas Pico - FV? Manfred Horn Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Peru

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1 XV Encuentro de Física, UNI, Lima 1 3 de agosto de 2011 Para qué sirven los sistemas Pico - FV? Manfred Horn Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Peru

2 Por qué se requiere energía fotovoltaica en el Perú? hogares están previstos para una electrificación con ER, mayormente con FV Costo de conexión a la red eléctrica rural (2010): > $ 1500 Plan Maestro para la electrificación rural con energías renovables, Ministerio de Energía y Minas, 2008 La conexión a la red eléctrica es demasiada costosa en regiones rurales Adicionalmente hay razones de sostenibilidad y de protección del medio ambiente

3 Cuánto y para qué se usa electricidad en areas rurales en el Perú? Consumo eléctrico mensual por hogar (kwh/mes) 262 kwh/mes 12 kwh/mes Un tercio de los hogares conectados a la red eléctrica consume en promedio 12 kwh/mes. 61 kwh/mes Estos hogares están mayormente en áreas rurales, y usan la electricidad mayormente para iluminación Promedio nacional de consumo de electricidad de los hogares conectados a la red eléctrica: 123 kwh / month Fuente: Anuario OSINERGMIN 2008

4 Consumo típico de electricidad en áreas rurales: promedio de 12 kwh/mes, mayormente para iluminación. 50 W X 4 horas x 30 días = 6 kwh 50 W X 3 horas x 30 días = 4.5 kwh 10 W X 5 horas x 30 días = 1.5 kwh TOTAL = 12 kwh/mes

5 Qué es un Sistema Fotovoltaico Domiciliario, SFD? SFD / SHS tradicional ( Solar home system ): un panel FV de Wp; 5 8 kwh/mes una batería de 12 V, Ah de Pb acido (automotriz o solar ) un regulador de carga cargas: varias luminarias LFC de 5 20 W, 12 V DC, TV b/n, radio, etc. costo $

6 Qué es un Sistema pico fotovoltaico? Sistema Pico FV (moderno): un panel FV de 3 10 Wp; 0,3-1 kwh/mes Cargas: una (s) lámpara(s) LED, radio, celular, etc. una batería Li-ion (eventualmente Ni MH), generalmente incorporada en la luminaria un regulador de carga, generalmente incorporado en la luminaria costo $

7 Lámparas (luz eléctrica) La intensidad de la luz visible se mide en Lumen (lm): 1 W de radiación electromagnética de 555 nm (mayor sensibilidad del ojo humano) equivale a un flujo luminoso de 683 lm. Tipo de lámpara Eficacia (lm / W) Incandescente (50 W) 11 LFC 50 LED (luz blanca) Lámpara ideal (luz blanca) Lámpara ideal (555 nm, verde) LED: Díodo emisor de luz Espectro de LED blanco Luz monocromático

8 Baterías (acumuladores de energía eléctrica) Tipo de batería Vida (ciclos) Eficiencia energética (%) Costo ($/Wh) Densidad de carga (Wh / kg) Plomo ácido % DOD) 80 0,1 35 NiMH ,25 70 Li Ion , (gasolina) Diferentes tipos de baterías de Li Ion: Voltaje 3,3 3,7 V grafito/ electrolito de sal de Li en solvente organico / Li FePO ó LiMn0, LiCoO

9 Con focos incandescentes (11 lm/w) y 10 kwh/mes de electricidad, se obtiene una energía luminosa de 110 klmh/mes. Usando buenos LEDs (110 lm/w), se obtiene la misma energía luminosa con 1 kwh/mes de electricidad, lo que puede producir un panel FV de 5 10 W p. Por lo tanto, un sistema Pico FV puede producir prácticamente los mismos beneficios que tienen la gente en áreas rurales conectados a la red, pero a un costo mucho menor. Basado en este argumento, el MEM había previsto en 2010 un proyecto con la meta de instalar sistemas Pico FV. Como un primer paso, y con el apoyo de la GIZ, 11 diferentes lámparas LED habían sido evaluados en el laboratorio de fotometrpia de la UNI. Como siguiente paso se ha previsto un ensayo de campo con familias, usando las lámparas con la mejor preformance en el laboratorio, antes de implementar, finalmente, el proyecto principal.

10 Ensayos de laboratorio Parámetros eléctricos, fotométricos y colorimétricos de 11 lámpares LED comerciales, usados en sistemas pico FV, fueron medidos: Flujo luminoso (lm), espectro, temperatura de color, coeficiente de rendimiento de color Tiempo (horas) que las lámparas queden prendidas con las baterías inicialmente completamente cargadas, y disiminución del flujo luminoso durante este tiempo Capacidad de las baterías (en Ah y en Wh) y DOD Consumo eléctrico (W) y eficacia luminosa ( lm/w) lluminación (en lux) sobre una mesa de trabajo de 1 m 2

11 Equipment Integrating sphere Output of spectrophotometer Spectrophotometer Battery test

12 Ejemplo de algunos resultados de las mediciones fotométricas Iluminación (en lux) sobre una mesa de 1 m2 Mediciones con el espectrofotómetro y esfera integradora

13 Resultados principales Con una batería de Li-ion de 16 Wh y 2 W de LEDs, se puede obtener: Flujo luminoso de 200 lm durante 8 h Eficacía global > 110 lm/w (varias LEDs sumando 2 W tienen una mayor eficacia que una sola LED de 2 W.) Iluminación de lux sobre una mesa de 1 m 2 16 Wh de batería pueden cargarse con un panel FV de 3 Wp durante un día con una radiación solar de 6 kwh/m 2 día

14 Conclusiones Existe un amplio espectro comercial de sistemas pico FV, con diferentes características y calidades. La tecnología de lámparas Pico FV está cambiando rápidamente, usando baterías de Li ion y LEDs con una vida muy larga y una eficacia > 110 lm/w. Sistemas Pico FV son una solución para una electrificación rural básica, pero un control de calidad y ensayos de campo deben realizarse antes de iniciar proyectos mayores. Muchas gracias por su atención

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