IMPLEMENTACION DE UNA APLICACIÓN PARA DISPOSITIVOS MOVILES ANDROID PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO PARA LA EMPRESA INERSOL SAS Resumen Este proyecto busca implementar una aplicación para dispositivos móviles Android para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos asilados que permita a la empresa INERSOL SAS, dedicada a brindar soluciones de ingeniería en el campo de la electricidad, poseer una herramienta alterna para los procesos de diseño y ejecución en este campo. Para el desarrollo de la aplicación se planteó una metodología donde se efectúa un análisis y evaluación de cada uno de los aspectos que debe tener tanto la aplicación como el dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado para finalmente culminar en una herramienta de diseño para la empresa. Giovanny Fernando Vanegas Mendez Ingenieria1@inersolsas.com Docente tutor de la UDFJC: Jonh Freddy Parra Peña Ingeniero Tutor de INERSOL SAS: Julio Candía julio.candia@inersolsas.com
CONTENIDO 1. INTRODUCCION... 3 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA... 5 3. OBJETIVOS... 6 Objetivo general... 6 Objetivos específicos... 6 4. JUSTIFICACION... 7 5. MARCO TEORICO... 9 5.1 Crecimiento de las energías renovables en el mundo... 9 5.2 Políticas... 11 6. ALCANCE... 15 7. LIMITACIONES... 16 8. METODOLOGIA... 17 8.1. Metodología del proyecto de pasantía... 17 9. RESULTADOS ALCANZADOS EN EL DESARROLLO DE LA PASANTIA... 18 10. ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E IMPACTOS DEL TRABAJO DE GRADO... 19 11. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DE LA PASANTÍA.... 35 12. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO... 36 13. Bibliografía... 37 ANEXO A. LAYOUTS... 38 MainActivity... 39 Aislado... 40 Item_electro... 45 ANEXO B. CLASES... 46 MainActivity... 47 Aislado... 48 Electro_adapter... 51 Electro... 52 1
Índice de Figuras Figura 1. Indicadores de energías renovables 2014. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report.... 10 Figura 2. Número de países con políticas y objetivos en energías renovables. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report... 12 Figura 3. Inversión global en energías renovables durante la última década. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report... 14 Figura 4. Primer Layout de la aplicación... 25 Figura 5. Método Onclick... 26 Figura 6. Segundo Layout, captura de información.... 27 Figura 7. Plantilla para el ListView... 28 Figura 8. Alarma de la aplicación... 30 Figura 9. Funcionamiento ListView... 31 Índice de Tablas Tabla 1. Metodología para el desarrollo del proyecto... 17 Tabla 2. Valores de variables a tener en cuenta para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado... 21 Tabla 3. Herramientas que permiten el desarrollo de aplicaciones móviles Android... 23 Tabla 4. Requerimiento de carga... 32 Tabla 5. Ecuaciones para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado... 33 Tabla 6. Resumen dimensionamiento.... 34 2
1. INTRODUCCION Desde hace un poco más de una década, las energías renovables se convirtieron en la principal opción para proveer energía eléctrica a habitantes de países cuyas geografías, recursos naturales o aspectos sociales limitan su capacidad para generar energía eléctrica y sumado a esto la situación del cambio climático que está afectando de manera grave al planeta, ha permitido la exploración de nuevas formas de generación de energía que sea amigable con el medio ambiente. REN21 (Renewable Energy Network for the 21st Century), en su informe de la situación mundial de las energías renovables 2015, afirma que Hacia el final del año (2014), las energías renovables constituyeron un estimado del 27,7% de la capacidad generadora de energía del planeta, misma que es suficiente para abastecer cerca del 22,8% de la electricidad mundial 1. Además, resalta que el crecimiento de la generación y capacidad instalada de las energías renovables se puede atribuir a varios factores como políticas y regulación, el precio de los combustibles y como se mencionó anteriormente a un conocimiento de las consecuencias del cambio climático debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente CO2. En cuanto a nuestro país, Colombia ha tenido algunos avances en la implementación de energías renovables, aunque aún carece de una política fuerte que permita la entrada de las energías renovables. A pesar de que, en Colombia se han desarrollado proyectos que implementan algún tipo de energía renovable desde comienzos de los años 80`s, no ha sido sino hasta hace un año (2014) que se proclamado una ley que vincule las energías renovables, la ley 1715 por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional ; básicamente busca 1 RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report. 2015, p.6 3
promover la implementación y desarrollo de fuentes no convencionales de energía renovable a través de incentivos económicos entre otros. A partir de lo anterior, INERSOL SAS empresa dedicada a brindar soluciones de ingeniería en el campo de la electricidad y con un portafolio orientado fuertemente a los sistemas fotovoltaicos, debe buscar los caminos que la posicione como una empresa confiable en el mercado de los sistemas fotovoltaicos; por ello este proyecto aporta una herramienta que permita brindar una solución confiable a la empresa INERSOL SAS para el dimensionamiento, que es parte esencial en el proceso de diseño, de un sistema fotovoltaico aislado. 4
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El proceso de diseño de un sistema fotovoltaico aislado utilizado por la empresa INERSOL SAS debe tener como intención el dimensionamiento del sistema a través de un método preciso y exacto que permita brindar una solución confiable y eficiente. Sin embargo, la metodología para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado que actualmente implementa la empresa es confusa y rudimentaria sin mencionar que presenta una gran desinformación, además excluye en su metodología variables que son sumamente importantes de tener en cuenta; todo ello, implica que la empresa haga un uso ineficiente del tiempo y su diseño carezca de precisión. Lo que conlleva a que la empresa no sea competitiva en el mercado. La actual metodología para el dimensionamiento de estos sistemas puede dejar escapar la adjudicación de proyectos con sistemas fotovoltaicos para la empresa, pues un mal dimensionamiento significaría realizar una cotización que no sea competitiva y puede, por un lado, ser rechazada por el cliente por su alto costo o generar sobrecostos para la empresa si en la etapa de ejecución se detecta una falla en el diseño. La empresa INERSOL SAS se puede beneficiar sustancialmente en el proceso de diseño para sistemas fotovoltaicos aislados con la adopción de una nueva herramienta para el dimensionamiento de estos sistemas, pues el tiempo de diseño no solo se reduciría sino también aumentaría la precisión del diseño. Por otra parte, resulta ser una herramienta muy útil por tener la cualidad de poderla tener en cualquier dispositivo móvil Android, la actual metodología se encuentra en un solo computador de la empresa, además resulta ser una herramienta para atraer clientes potenciales. 5
3. OBJETIVOS Objetivo general Implementar una aplicación para dispositivos móviles Android para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado para la empresa INERSOL SAS. Objetivos específicos Determinar las variables y parámetros mínimos a tener en cuenta para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado. Determinar el contenido y forma de la aplicación que se ajusten a los requerimientos para el desarrollo de la herramienta. 6
4. JUSTIFICACION A pesar de la llegada de la ley 1715 que contempla beneficios económicos para quienes promuevan, implementen y desarrollen fuentes de energía no convencionales de carácter renovable, aún existe un vacío en el conocimiento de estos; recientemente, más exactamente el 4 de noviembre de 2015, el ministerio de minas y energía emitió el decreto 2143 que define los lineamientos para la aplicación de los incentivos establecidos en el capítulo III de la ley 1715 del 2014; estos incentivos pueden resultar desconocidos para quienes no laboren en el ámbito de la energía eléctrica en Colombia, es decir, muchas empresas y personas pueden desconocer los beneficios que aporta la inversión, desarrollo o implementación de una fuente de energía renovable, no solo pueden desconocer el ahorro económico que se refleja en la factura de la energía eléctrica, sino también pueden desconocer las ayudas económicas que podrían obtener de acuerdo a lo contemplado en el decreto 2143, como por ejemplo la deducción especial sobre el impuesto de renta y complementarios. Además, en una ciudad como la capital del país resulta muy poco común ver edificaciones que implementen algún tipo de energía renovable, la ciudad ha empezado a llenarse de rascacielos y puede que no se contemple la posibilidad de implementar una fuente de energía renovable por temas como el espacio o desconocimiento en cuanto al diseño e implementación, es decir, se puede ignorar la posibilidad de suplir el abastecimiento de energía eléctrica de algunas cargas que normalmente se pueden utilizar durante un horario de oficina mediante un sistema fotovoltaico y que puede resultar muy beneficioso tanto económico a largo plazo como ambientalmente. Por otra parte, INERSOL SAS es una empresa que se encuentra inmersa en el campo de la electricidad, en su rol como empresa que brinda soluciones de ingeniería eléctrica debe estar constantemente actualizada con los avances tecnológicos en el mundo, no solo para abarcar más campos de acción sino también para ser competitiva frente a otras empresas 7
gracias a su portafolio de productos y soluciones. En este sentido, se debe emprender la búsqueda de nuevas mejoras y soluciones que brinden a la empresa un plus en su carrera hacia una alta competitividad, por ello este proyecto busca aportar una herramienta que aporte precisión de forma segura y confiable que los procesos de diseño de la empresa INERSOL SAS; pues la empresa no posee un metodología definida para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos; la implementación de una nueva metodología, significaría no solo la definición de una metodología de la empresa para el dimensionamiento en el proceso de diseño de un proyecto sino también un ahorro tiempo en esta etapa que puede traer menores tiempos de ejecución en los proyectos, un beneficio tanto para INERSOL SAS como para sus potenciales clientes. Este proyecto busca implementar esta nueva metodología mediante la puesta en marcha en el diseño e implementación de un sistema fotovoltaico sostenible para suministrar energía eléctrica a la iluminación de escaleras y pasillos de un edificio de cuatro pisos, un edificio como otros cientos que se podrían encontrar en la ciudad; más aún, acercar y aclarar los beneficios que contempla la ley 1715 bajo el decreto 2143 para INERSOL SAS y sus clientes, pues, como se mencionó anteriormente, el cuatro de noviembre del año en curso se ha emitido el decreto 2143 que define los lineamientos para la aplicación de los incentivos establecidos en el capítulo III de la ley 1715 del 2014; aunque también se busca dejar un precedente para el proyecto curricular de ingeniería eléctrica de la universidad Distrital Francisco José de Caldas en cuanto a lo que se contempla en esta ley, procedimientos, requisitos, problemas para la aplicación de estos beneficios a través de un proyecto real, es decir, plantear un caso no solo teórico sino practico de esta ley que involucra totalmente el área de la ingeniería eléctrica. 8
5. MARCO TEORICO 5.1 Crecimiento de las energías renovables en el mundo El crecimiento casi exponencial de la última década en la utilización de energías renovables en el mundo ha sido notorio como lo menciona la REN21 en su informe de la situación mundial de las energías renovables 2015 o en ingles global status report; no solo resalta el incremento de la capacidad instalada sino también destaca los diversos factores que han impulsado este surgimiento de las energías renovables. Los targets u objetivos cuantitativos para energía renovable además de otras políticas de promoción están presentes ahora en 164 países, han empujado el último año el crecimiento de la capacidad instalada en tecnologías solar, eólica y otras renovables hasta niveles record: cerca de 135GW de capacidad eléctrica adicional, alcanzando así los 1.712 GW totales, arrojando un incremento del 8,5% respecto al año previo. 2 2 RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Año record para la Energía Renovable Ayuda a Desacoplar el Crecimiento de la Economía Global respecto a las Emisiones de CO2. 2015, p.1 9
REN21 Renewables 2015 Global Status Report Figura 1. Indicadores de energías renovables 2014. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report. Vale la pena mencionar, que el reporte elaborado por la REN21 destaca que gracias a nuevas políticas de gobierno que apoyan el impulso de las energías renovables han facilitado el desarrollo e implementación de estas. Gracias a las políticas de apoyo, ahora presentes en por lo menos 145 países (extendiendo el número de 138 países reportados el año previo), la capacidad global de generación eléctrica a partir del viento, la solar fotovoltaica (PV) y las fuentes hidroeléctricas se incrementó en 128GW respecto al 2013. Hacia fines del año 2014, las renovables representaron estimativamente el 27,7% de la generación mundial de electricidad, suficiente para abastecer un 22,8% de la demanda eléctrica global. 3 3 Ibid., p.2 10
Por otra parte, existen otros factores que han motivado a muchos países alrededor del mundo a emprender el camino de las energías renovables, no solo pensando en el cambio climático sino también en una oportunidad de mejorar la calidad de vida de los habitantes y como una oportunidad para mejorar la economía. A nivel mundial hay una concientización cada vez mayor sobre la importancia de la energía renovable y la eficiencia energética, las cuales son críticas no sólo para atender el cambio climático, sino para crear nuevas oportunidades económicas y proporcionar acceso a la energía a miles de millones de personas que aún no cuentan con servicios modernos para el suministro de energía. 4 5.2 Políticas Como se mencionaba anteriormente, los impulsos de nuevas políticas han propiciado escenarios para la entrada segura y fuerte de las energías renovables durante la última década. Durante la década pasada, y particularmente en años recientes, han sido posibles avances en tecnologías de energía renovable, incrementos en la capacidad de generación a nivel mundial, así como rápidas reducciones de costos gracias al apoyo brindado por las políticas económicas, mismas que han atraído una cantidad significativa de inversiones e impulsado la baja de costos, por medio de economías de escala. 5 Muchos países alrededor del mundo han adoptado políticas en pro de las energías renovables desde hace más de una década y así como el crecimiento de la utilización de las energías renovables en el mundo ha aumentado de forma exponencial como se muestra en la figura 1, A principios de 2015, las políticas de apoyo a las energías renovables pueden ser encontradas en 145 países. Este número está por encima de los 138 países en el año 2014, y es más de nueve veces superior a los 15 países reportados en GSR 2005. 6 También 4 RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report, keyword Spanish. 2015, p.5 5 Ibid., p.5 6 RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report. 2015, p.87 11
ha aumentado los países que de alguna manera han implementado algún tipo de política frente a las energías renovables; algunas de estas políticas obliga a cumplir metas de implementación y generación de energías renovables en diferentes sectores, en otros casos son políticas que incentivan con algún tipo de incentivo económico la entrada de las energías renovables como lo está haciendo Colombia. Muchas jurisdicciones trabajaron para lograr que sus objetivos existentes fueran más ambiciosos, incluyendo un aumento del 100% en las metas de energía o electricidad renovable. Para inicios del 2015, al menos 164 países ya contaban con metas de energía renovable, mientras que un estimado de 145 países ya tenían políticas de apoyo a la energía renovable en vigor. 7 Figura 2. Número de países con políticas y objetivos en energías renovables. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report 7 RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report, keyword Spanish. 2015, p.7 12
En el caso particular de Colombia, se ha impulsado la ley 1715 que promueve la investigación, implementación e inversión en proyectos con energías renovables, esto resulta ser los primeros pasos hacia un futuro donde las energías renovables jueguen un papel mucho más importante en el país. Aunque se debe celebrar este primer progreso hacia una política más comprometida con el medio ambiente, hay personas que pensaran que no hay un compromiso serio con las energías renovables; pues esta ley de fondo propone incentivos para motivar el uso de energías renovables, mas no obliga a cumplir y/o comprometerse en un plazo determinado con la instalación o ampliación de la capacidad de generación con energías renovables; pero como se mencionó anteriormente, se debe celebrar este primer paso. La REN21 menciona precisamente esta cuestión del manejo de políticas frente a las energías renovables Resulta esencial evitar cambios abruptos en el ámbito de las políticas (por ejemplo, cambios repentinos en las políticas de alimentación pueden tener efectos negativos grandes para la industria). Por lo tanto, las transiciones hacia nuevos sistemas de políticas requieren del completo conocimiento de los cambios que se avecinan, así como de tiempo suficiente para que la industria adapte sus modelos de negocios. 8 Por otra parte, la entrada de las energías renovables puede verse afectada no por falta de políticas fuertes sino también por falta de recursos financieros. En países en desarrollo el acceso a recursos financieros es central para el establecimiento de un suministro estable y diversificado. Con la energía renovable, la expansión del suministro de energía para todos los grupos de consumidores se está convirtiendo, cada vez más, en un reto financiero y político, y no en uno técnico. En otras ocasiones, resulta difícil por la duda que embarga a los inversionistas, cuando el panorama político frente a las energías renovables no es claro y no hay certeza. Con el objeto de expandir los mercados energéticos para alcanzar un 8 Ibid., p.18 13
acceso total a la energía, el sector público necesita asegurar la estabilidad política, hecho que mandaría un mensaje positivo a los inversionistas. 9 Figura 3. Inversión global en energías renovables durante la última década. Tomado de RENEWABLE ENERGY NETWORK FOR THE 21ST CENTURY (REN21). Renewables 2015 Global Status Report 9 Ibid., p.19 14
6. ALCANCE Este proyecto de pasantía tiene como alcance la implementación de una metodología para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico Aislado a través de una aplicación para dispositivos móviles Android, que incluya las variables y parámetros a tener en cuenta mínimos que contribuya a la etapa de diseño del sistema. Los aspectos puntuales que abarcara este proyecto de pasantía serán: Desarrollo de una herramienta que permita el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado a través de una aplicación para dispositivos móviles Android, a partir de la información suministrada por el usuario a través de un formulario. Dimensionamiento del sistema fotovoltaico a partir de la determinación de la carga total a alimentar, sin tener en cuenta las fichas técnicas de los componentes del sistema fotovoltaico. 15
7. LIMITACIONES El desarrollo de la metodología estará sujeta a la disponibilidad de herramientas de software gratuitas. La determinación de los beneficios bajo el marco de la ley 1715, dependerá de los avances en materia que se lleven a cabo desde la salida del decreto 2143 por parte de las entidades competentes, hasta la consecución del proyecto. Variables como horas de radiación solar estándar (HSS), Voltaje de operación del sistema, factor de seguridad; no serán parámetros de entrada por parte del usuario, se fijarán valores para cada una de estas variables. Por otra parte, las especificaciones de los módulos a emplear, inversor y baterías se fijarán valores fijos también. La precisión del dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado a través de la aplicación está sujeto a la metodología para el dimensionamiento y a las variables de entrada de acuerdo a lo mencionado en el anterior punto. Por políticas de la empresa, la revelación de algunas cifras y cierta información que consideran importante de proteger. 16
8. METODOLOGIA 8.1. Metodología del proyecto de pasantía FASES ACTIVIDADES 1 Consulta de Bibliografía acerca de las metodologías para dimensionar un sistema fotovoltaico aislado y selección de la metodología. 2 Determinar componentes, variables y parámetros de entrada para el desarrollo de la aplicación. 3 Consulta de Herramientas para el desarrollo de aplicaciones Android para dispositivos móviles gratuitas disponibles. 4 Desarrollo de la aplicación 5 Puesta en marcha de la aplicación 6 Presentación de la herramienta a INERSOL SAS Tabla 1. Metodología para el desarrollo del proyecto 17
9. RESULTADOS ALCANZADOS EN EL DESARROLLO DE LA PASANTIA Los resultados más relevantes obtenidos en el desarrollo de esta pasantía se pueden resumir en los siguientes puntos: Aplicación de las bases teóricas adquiridas durante la carrera de ingeniería eléctrica a través de trabajo de campo y en procesos de diseño; la pasantía en la empresa INERSOL SAS, brindo la oportunidad de participar en procesos de diseño tales como Instalaciones eléctricas de acuerdo a la normatividad Colombiana y a las normas de electrificadoras como EDEQ de EPM y CODENSA y sistemas fotovoltaicos aislados. A partir de estos, se abordaron campos de la ingeniería eléctrica donde se logra un entendimiento más claro y donde se han despejado inquietudes que surgen durante el proceso; por otra parte, el trabajo de campo permitió conocer más de cerca elementos que componen la infraestructura eléctrica de industrias. Experiencia en los procesos previos a la ejecución de proyectos de ingeniería; la importancia de llevar a cabo un estudio robusto de ingeniería previo, resulta sumamente importante pues de ello depende que el proyecto sea viable y beneficioso para la empresa; el desarrollo de esta pasantía permitió la participación en las fases de ingeniería preliminar de algunos proyectos que se adjudicó INERSOL SAS, el proceso de aprendizaje en esta etapa fundamental en el desarrollo de proyectos de ingeniería fue notable, desde la elaboración de cálculos, lista de elementos requeridos hasta cotizaciones, cronogramas, presupuestos, hojas de seguimiento; trabajar más de cerca en esta etapa ha clarificado la forma de llevar a cabo una planificación completa que no deje escapar detalles que puedan afectar la ejecución del proyecto. 18
La participación durante los procesos de ejecución de los proyectos de INERSOL SAS, resulto ser un complemento para el desarrollo del perfil profesional que debe tener un estudiante de la universidad Distrital Francisco Jose de Caldas; el cumplimiento de los tiempos, detalles, requerimientos y trabajo en equipo han imprimido un sentido de responsabilidad más amplio, comprender los compromisos y responsabilidades que se deben asumir en la vida profesional. 10. ANÁLISIS DE RESULTADOS, PRODUCTOS, ALCANCES E IMPACTOS DEL TRABAJO DE GRADO De acuerdo al plan de trabajo, el desarrollo de este proyecto de pasantía se planteó en seis puntos, a continuación, se presenta los resultados obtenidos en cada uno de estos puntos: 1. Consulta de Bibliografía acerca de las metodologías para dimensionar un sistema fotovoltaico aislado y selección de la metodología La consulta de bibliografía acerca del tema, se realizó en la biblioteca Luis Ángel Arango ubicada en la ciudad de Bogotá D.C; a pesar de encontrar abundantes fuentes de información acerca de metodologías y procesos para el diseño de sistemas fotovoltaicos, se encontró una fuente particular que vincula a un docente de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, el libro Variabilidad de la radiación en el diseño de sistemas fotovoltaicos del profesor Johan Alexander Hernández, en este se describe una metodología para dimensionar un sistema fotovoltaico aislado; se consideró apropiado utilizar esta fuente como guía para el dimensionamiento, pues el autor es actualmente docente de la Universidad y encargado de impartir la electiva intrínseca de sistemas fotovoltaicos en el proyecto curricular de ingeniería eléctrica, además la metodología que se describe en el libro 19
es la misma metodología que el profesor imparte en esta electiva; por ello se considera tomar como base esta publicación para ofrecer al proyecto de pasantía un vínculo mucho más estrecho a la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Vale la pena mencionar, que esto no significa tener en cuenta otras fuentes bibliográficas. 2. Determinar componentes, variables y parámetros de entrada para el desarrollo de la aplicación Como se determinó en el alcance, el dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado se va a llevar cabo a partir de la determinación de la carga total, teniendo en cuenta esto, y a partir de la metodología para el dimensionamiento expuesta en la Variabilidad de la radiación en el diseño de sistema fotovoltaicos en el diseño de sistemas, se determinó los siguientes parámetros como entrada, es decir, la información mínima que debe suministrar la empresa INERSOL SAS para efectuar el dimensionamiento es la siguiente: Nombre del electrodoméstico Potencia Unitaria del electrodoméstico (W) Horas de uso diario (h) Voltaje de operación del electrodoméstico Unidades (cantidad de estos electrodomésticos) Otras variables que se deben tener en cuenta para el dimensionamiento del sistema, se les han asignado valores fijos, de acuerdo a las limitaciones de la aplicación; a continuación, se presenta una tabla resumen de los valores que se han asignado. 20
Variable y/o Parámetro Valor Descripción Horas de radiación solar global estándar (HSS) Voltaje de Operación del sistema. 4.36 10 la zona de Bogotá se tiene un rango de variabilidades mensuales de 9 a 50%m un rango de variabilidad anual de 5 a 10% y una media anual de 4.36 HSS (Hernandez & Sáenz, 2012) 12Vdc 11 se acostumbra emplear 12 Vdc de tensión nominal Factor de seguridad 15% 12 este factor de seguridad Días de autonomía 2 días Profundidad de descarga 20%-40% hace que el sistema quede sobredimensionado entre un 10 y 20% Tabla 2. Valores de variables a tener en cuenta para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado 10 Hernandez, J., & Sáenz, E. (2012). Variabilidad de la radiacion en el diseño de sistemas fotovoltaicos. Berlin: Editorial Academica Española. P.71 11 Ibíd. P.28 12 Ibíd. P.29 21
3. Consulta de Herramientas para el desarrollo de la aplicación móvil para dispositivos Android gratuitas disponibles para el desarrollo de la metodología En primer lugar, el lector de este proyecto puede pensar que es evidente que el desarrollo de la aplicación debe ser en Android, válido por supuesto, pero lo que realmente se buscaba con el desarrollo de esta etapa, era buscar herramientas que pudiesen complementar o incluso hasta reemplazar la posibilidad de desarrollar la aplicación Android Studio. A pesar de que Android ocupa la mayor parte del mercado de aplicaciones móviles, pueden encontrarse formas de desarrollar aplicaciones móviles Android sin necesidad del Android Studio. A continuación, se presentan algunas herramientas que permite el desarrollo de aplicaciones móviles Android. 22
PLATAFORMA CARACTERISTICAS Basi4Android Entorno más gráfico y menos abstracto Lenguaje de programación VisualBasic App Inventor Desarrollada por google labs Entorno Visual No hace falta escribir líneas de código para desarrollar aplicaciones Simplicidad y rapidez Gratuito LiveCode Se puede desarrollar aplicaciones en Android, ios, Linux, Windows HTML Lenguaje de programación con gran versatilidad Se puede adaptar a otras plataformas Se puede desarrollar Appcelerator Titanium Existe gran documentación sobre esta herramienta Tabla 3. Herramientas que permiten el desarrollo de aplicaciones móviles Android 23
A pesar de tener Android el lenguaje de programación nativo JAVA, han llegado herramientas que permiten programar aplicaciones en Android desde otros lenguajes de programación, lenguajes de Microsoft como C# y.net han llegado a Android. Finalmente, el Android Studio se ha configurado como la herramienta para el desarrollo de la aplicación, objetivo de este proyecto, no solo por ser gratuito sino también por la gran cantidad de información que existe en la web que pueden ser muy útiles a la hora de iniciar el desarrollo de la aplicación además de la posibilidad de programar en otros lenguajes como se mencionó anteriormente, aunque desarrollar una aplicación por primera vez en Android Studio puede resultar, quizás, difícil si no se tiene un dominio mínimo en JAVA. 4. Desarrollo de la aplicación: Después de haber determinado las variables de entrada de la aplicación, se decide disponer de tres layout para el desarrollo de la aplicación; en el primer layout tendrá el logo de la empresa INERSOL SAS, también se tiene un botón llamado Sistema aislado, ver figura 4. Android Studio ofrece la posibilidad de configurar el color de letras, alineación de texto, color de fondo etc. 24
Figura 4. Primer Layout de la aplicación 25
Una vez que se oprime el botón este desplegara el segundo layout y su actividad, para lograr esta acción, se asigna un método al botón usando el atributo Android: Onclick, entonces cuando el usuario da clic sobre el botón el sistema llama el método. Ver figura 5. Figura 5. Método Onclick El segundo layout, ver figura 6, posee un formulario construido a partir de TextView y EditText, donde el usuario debe ingresar la información de los electrodomésticos y/o aparatos que desea alimentar a partir de energía solar fotovoltaica, también existe un radio grupo con tres radio botones para seleccionar el tipo de alimentación del electrodoméstico, además existe un ListView donde se alojara los datos de cada electrodoméstico que el usuario ingrese y finalmente dos botones, el primero ingresar y el segundo finalizar. 26
Figura 6. Segundo Layout, captura de información. Básicamente el funcionamiento de esta segunda parte consiste en la captura de información, cada vez que el usuario complete el formulario y da clic sobre el botón 27
ingresar, la información se guarda en el ListView como un arreglo, cada vez que se da clic se genera un nuevo elemento en el ListView; el ListView posee una plantilla, que contiene unos TextView donde se configuran con los elementos ingresados: nombre, potencia, horas, tensión; a través de un método inflater, el ListView se va completando con esta plantilla. Figura 7. Plantilla para el ListView Por último, el botón finalizar termina el proceso de captura y muestra todos los electrodomésticos ingresados por el usuario, es decir, muestra el ListView, donde cada elemento del ListView está compuesto por la plantilla y esta a su vez tiene configurada en cada TextView con la información ingresada por el usuario. 28
5. Puesta en marcha de la aplicación y resultados Una vez finalizada la aplicación, se procedió a ponerla a prueba mediante casos de estudio, básicamente estos consistieron en el ingreso de electrodomésticos como licuadoras, televisores, luminarias, planchas, neveras y otros que normalmente se encuentran en los hogares. A primera vista, la aplicación presento una saturación entre los elementos que la componen, además la empresa INERSOL SAS solicito implementar los colores característicos de la compañía en la aplicación. La aplicación presenta algunos errores; en primer lugar, presenta un bloqueo cuando alguno de los campos que el usuario debe completar con información queda vacío y se da clic sobre el botón ingresar, para solucionar esto se ha implementado una alarma que no permite capturar los datos antes de ser complementada, ver figura 8. Por otra parte, la aplicación no posee persistencia, es decir, si por algún motivo el usuario debe salir de la aplicación, cuando retorne a esta la información que el usuario ha ingresado se habrá perdido. En cuanto al despliegue de información, los datos se presentan de forma ordenada, la plantilla que llena los espacios del ListView no presenta problemas ver figura 9. Finalmente se da paso al dimensionamiento del sistema. 29
Figura 8. Alarma de la aplicación 30
Figura 9. Funcionamiento ListView 31
Una vez preparada la aplicación para su ejecución, se procede a verificar su funcionamiento y exactitud para el cálculo de un sistema fotovoltaico asilado, a través de un escenario donde se requiere de un sistema que cubra la demanda de energía eléctrica de una serie de electrodomésticos que se pueden encontrar en cualquier hogar ver tabla 4. La tabla 5 presenta las ecuaciones que la aplicación implementa a partir de la bibliografía consultada, y las variables a tener en cuenta, ver tabla 2. Electrodoméstico Unidades Potencia (W) Horas Funcionamiento Energía (Wh) TV 1 80 2 160 Luminarias LED 15 10 1 150 Tomas 2 120 1 240 Lavadora 1 500 1 500 Total 710 1050 Tabla 4. Requerimiento de carga 32
Elemento Ecuación Numero Módulos Potencia Generador = Esuministrar Hss #mudulos = Potencia Pico Gnerador potencia modulo Dimensionamiento Baterías Eacu = 1.1 Dias aut Esuministrar pd CT(Ah) = Esuministrar Vbaterias Regulador Ireg = 1.25 Isc modulo #modulos_par Inversor Pinv = Potencias simultaneas 1.25 Tabla 5. Ecuaciones para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado La tabla 6 presenta los resultados del dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado del sistema fotovoltaico con la aplicación y también el dimensionamiento efectuado con a través de una calculadora disponible en la página web http://calculationsolar.com/ para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado. 33
Método Numero de Paneles Baterías Regulador Inversor Aplicación para dispositivos móviles Android 4 módulos de 135W 580 Ah Ireg=35A 300W Calculadora página web http://calculationsolar.com/ 2 módulos de 230 W LUXOR Eco line 60/230 W Policristalino 2 baterías de 250Ah AGM LEOCH FLAT PLATE Ireg=20 A EPSOLAR TRACER4215BN MPPT 2500W SOLENER 2000W24-48 Tabla 6. Resumen dimensionamiento. Como se puede observar en la anterior tabla, el dimensionamiento efectuado por la aplicación presenta inexactitudes; en primer lugar, la carencia de una base de datos con las especificaciones técnicas de cada uno de los elementos que compone un sistema fotovoltaico aislado, resulta una desventaja para obtener el mejor dimensionamiento, pues poseer las características técnicas ofrece la oportunidad de escoger entre varias alternativas la mejor, sin mencionar que se trabaja con las fichas técnicas de elementos disponibles en el mercado; precisamente es el resultado que ofrece la calculadora de la página web, que posee una amplia base de datos e inicialmente despliega la mejor alternativa para construir el sistema y luego ofrece al usuario recalcular el dimensionamiento a partir de la escogencia de otros elementos (panel, regulador, batería, inversor), sin mencionar que también ofrece la posibilidad de ingresar la latitud y longitud donde estará el sistema para efectos de la radiación solar. Por ello, el dimensionamiento que efectúa la aplicación no resulta ser tan confiable, resulta casi indispensable tener a la mano los datos técnicos de cada elemento, no poseerlos puede resultar en un dimensionamiento mal elaborado, que podría estar sobredimensionado o por debajo. 34
11. EVALUACIÓN Y CUMPLIMIENTO DE LOS OBJETIVOS DE LA PASANTÍA. Una vez culminada la pasantía en la empresa INERSOL SAS, la experiencia resulta ser enriquecedora y muy satisfactoria, esta ha permitido la preparación para asumir las responsabilidades de que conlleva ser un ingeniero en el campo de la electricidad; los objetivos que se pueden trazar durante una pasantía pueden ser variados, principalmente aplicar la teoría adquirida durante el pregrado de ingeniería, es decir, realizar una práctica donde se pueda evidenciar de manera más clara lo que en la Universidad quizás dejo vacío ; pero un objetivo que se cumplió durante esta pasantía y no menos importante, fue la oportunidad de presenciar de primera mano el desempeño y labor de un ingeniero eléctrico a través del desarrollo completo de proyectos enfocados completamente a la ingeniería eléctrica, y por supuesto asumir el peso de la responsabilidad desde el punto de vista del cumplimiento y desde el punto de vista ingenieril, es decir, llevar a cabo los procedimientos de forma adecuada, la actualización en cuanto a normatividad y productos; además se logró evidenciar las buenas practicas que debe llevar una empresa del sector eléctrico para lograr ser competitiva en el mercado, la importancia de implementar planes y procedimientos en una compañía para cumplir sus metas. Finalmente, la pasantía resulta ser una alternativa atractiva por su principal cualidad de acercar al estudiante que está a punto de obtener su grado a lo que va a enfrentar durante su vida profesional, este plus de preparar al estudiante y brindar la posibilidad de mostrar con el entorno que se va a encontrar una vez obtenga su título ofrece una leve ventaja frente a otras modalidades, claro está sin ánimo de desmeritar las cualidades y ventajas de estas. 35
12. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO A pesar de determinar las variables mínimas de entrada por parte del usuario, se evidencio la falta de exactitud en el dimensionamiento, pues las variables de entrada han sido insuficientes para lograr un dimensionamiento confiable; resulta indispensable incluir las fichas técnicas de las celdas, baterías e inversores y pese a haber cumplido con el objetivo de implementar la aplicación, como una herramienta extra para INERSOL SAS. Android Studio resulta ser una herramienta muy poderosa para el desarrollo de aplicaciones, y resulta indispensable tener sólidas bases de conocimiento en el lenguaje de programación JAVA, por ello es recomendable contemplar otras posibilidades para el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles Android si no se posee un buen dominio en este lenguaje de programación; pues el desarrollo de esta aplicación llevo más tiempo de lo programado por la dificultad de entender código de programación y desconocer la forma de implementar métodos en la aplicación. La aplicación posee aun defectos que pueden ser objeto de trabajos para el futuro; incluir las variables de las fichas técnicas de las celdas, baterías e inversores, almacenamiento de la información de proyectos, posibilidad de editar la información una vez el usuario ha ingresado el total de los electrodomésticos, incluir la opción de dimensionar un sistema fotovoltaico interconectado a la red. 36
13. Bibliografía (12 de 05 de 2016). Obtenido de http://assets.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448171691.pdf Android OS. (12 de 05 de 2016). Obtenido de https://androidos.readthedocs.org/en/latest/data/caracteristicas/ Hernandez, J., & Sáenz, E. (2012). Variabilidad de la radiacion en el diseño de sistemas fotovoltaicos. Berlin: Editorial Academica Española. REN21. (2015). RENEWABLE NETWORK FOR THE 21TH CENTURY, Renewables 2015 Global Status Report. Paris. Recuperado el 2015 37
ANEXO A. LAYOUTS 38
MainActivity <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingbottom="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingleft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingright="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingtop="@dimen/activity_vertical_margin" app:layout_behavior="@string/appbar_scrolling_view_behavior" tools:context="com.example.usuario.fotovoltaico.mainactivity" tools:showin="@layout/activity_main" android:backgroundtint="#ffffff" android:backgroundtintmode="src_in" android:background="#ffffff"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="bienvenido a INERSOL SAS" android:id="@+id/textview" android:layout_alignparenttop="true" android:textalignment="center" android:textcolorhighlight="#000000" android:layout_centerhorizontal="true" /> <ImageView android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/imageview" android:background="@mipmap/inersol" android:backgroundtint="#ffffff" android:backgroundtintmode="multiply" android:layout_margintop="72dp" android:layout_below="@+id/textview" android:layout_alignparentright="true" android:layout_alignparentend="false" /> <Button android:layout_height="wrap_content" android:text="sistema Aislado" android:id="@+id/button" android:layout_centervertical="true" android:layout_centerhorizontal="true" android:onclick="aisladobtn" /> </RelativeLayout> 39
Aislado <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto" xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:paddingbottom="@dimen/activity_vertical_margin" android:paddingleft="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingright="@dimen/activity_horizontal_margin" android:paddingtop="@dimen/activity_vertical_margin" app:layout_behavior="@string/appbar_scrolling_view_behavior" tools:context="com.example.usuario.fotovoltaico.aislado" tools:showin="@layout/activity_aislado"> <LinearLayout android:orientation="vertical" android:layout_height="wrap_content" android:layout_alignparenttop="true" android:layout_alignparentleft="true" android:layout_alignparentstart="true" android:id="@+id/linearlayout"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:textappearance="?android:attr/textappearancelarge" android:text="complete la siguiente informacion" android:id="@+id/textview2" /> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="vertical" android:layout_height="wrap_content" android:layout_below="@+id/linearlayout" android:layout_alignparentleft="true" android:layout_alignparentstart="true" android:id="@+id/linearlayout2"> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/electro"> <TextView 40
android:layout_height="wrap_content" android:text="electrodomestico y/o Dispositivo" android:id="@+id/textview3" /> <EditText android:layout_height="wrap_content" android:id="@+id/nombre" android:hint="nombre" android:textalignment="center" /> <TableLayout android:layout_height="match_parent"></tablelayout> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_height="wrap_content"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="potencia Unitaria" android:id="@+id/textview4" /> <EditText android:layout_height="wrap_content" android:inputtype="numberdecimal" android:ems="10" android:id="@+id/potencia" android:layout_weight="1" android:hint="w" android:textalignment="center" /> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_height="wrap_content"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="horas de uso diario" android:id="@+id/textview5" /> <EditText android:layout_height="wrap_content" 41
android:inputtype="numberdecimal" android:ems="10" android:id="@+id/horas" android:layout_weight="1" android:textalignment="center" android:hint="h" /> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <RadioGroup android:layout_height="wrap_content" android:layout_below="@+id/linearlayout2" android:layout_alignright="@+id/linearlayout2" android:layout_alignend="@+id/linearlayout2"> </RadioGroup> </LinearLayout> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="seleccione Alimentacion del Electrodomestico" android:id="@+id/textview6" /> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent" android:id="@+id/radiogroup"> <RadioButton android:layout_height="wrap_content" android:text="120 VAC" android:id="@+id/ac" android:checked="false" android:nestedscrollingenabled="true" android:onclick="click" /> <RadioButton android:layout_height="wrap_content" android:text="10 VDC" android:id="@+id/dc_diez" android:checked="false" android:onclick="click" android:layout_gravity="center_horizontal" /> 42
<RadioButton android:layout_height="wrap_content" android:text="12 VDC" android:id="@+id/dc_doce" android:checked="false" android:nestedscrollingenabled="false" android:onclick="click" /> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_height="wrap_content"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="#unidades" android:id="@+id/textview8" /> <EditText android:layout_height="wrap_content" android:inputtype="number" android:ems="10" android:id="@+id/unidades" android:hint="1,2,3..." android:textalignment="center" /> </LinearLayout> <LinearLayout android:orientation="horizontal" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <Button style="?android:attr/buttonstylesmall" android:layout_height="wrap_content" android:text="ingresar" android:id="@+id/ingresar" android:onclick="ingresar" /> <Button android:layout_height="wrap_content" android:text="finalizar" android:id="@+id/button4" android:onclick="finalizar" android:eleganttextheight="false" 43
</LinearLayout> android:layout_centervertical="true" android:layout_alignparentright="true" android:layout_alignparentend="true" /> <LinearLayout android:orientation="vertical" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <ListView android:layout_width="match_parent" android:layout_height="93dp" android:id="@+id/list_electro" android:layout_alignparentbottom="true" android:layout_centerhorizontal="true" android:layout_marginbottom="85dp" /> </LinearLayout> </LinearLayout> </RelativeLayout> 44
Item_electro <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:orientation="horizontal" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <ImageView android:layout_width="108dp" android:layout_height="114dp" android:id="@+id/imageview2" android:background="@drawable/enchufe" /> <LinearLayout android:orientation="vertical" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="match_parent"> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="nombre" android:id="@+id/name" /> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="potencia" android:id="@+id/power" /> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="horas" android:id="@+id/hours" /> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="voltaje" android:id="@+id/voltage" /> <TextView android:layout_height="wrap_content" android:text="alimentacion" android:id="@+id/acdc" /> </LinearLayout> </LinearLayout> 45
ANEXO B. CLASES 46
MainActivity package com.example.usuario.fotovoltaico; import android.content.intent; import android.os.bundle; import android.support.design.widget.floatingactionbutton; import android.support.design.widget.snackbar; import android.support.v7.app.appcompatactivity; import android.support.v7.widget.toolbar; import android.view.view; import android.view.menu; import android.view.menuitem; import android.widget.arrayadapter; import android.widget.listview; import java.util.arraylist; import java.util.list; public class MainActivity extends AppCompatActivity { } @Override protected void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); setcontentview(r.layout.activity_main); Toolbar toolbar = (Toolbar) findviewbyid(r.id.toolbar); setsupportactionbar(toolbar); } public void aisladobtn(view v){ } Intent i= new Intent(this,aislado.class); startactivity(i); 47
Aislado package com.example.usuario.fotovoltaico; import android.app.activity; import android.content.intent; import android.os.bundle; import android.support.v7.app.appcompatactivity; import android.support.v7.widget.toolbar; import android.view.view; import android.widget.button; import android.widget.edittext; import android.widget.listview; import android.widget.radiobutton; import android.widget.radiogroup; import android.widget.toast; import java.util.arraylist; public class aislado extends AppCompatActivity { EditText nombre; EditText potencia; EditText horas; EditText unidades; EditText voltaje; EditText alimentacion; //String[][] dat = new String[9][6]; //int num; //TextView matriz; int volt; String alim; int pw; int hrs; String pw_str; float Pottotal; public ArrayList<electro> arrayofusers = new ArrayList<>(); @Override protected void oncreate(bundle savedinstancestate) { super.oncreate(savedinstancestate); setcontentview(r.layout.activity_aislado); Toolbar toolbar = (Toolbar) findviewbyid(r.id.toolbar); setsupportactionbar(toolbar); nombre = (EditText) findviewbyid(r.id.nombre); potencia = (EditText) findviewbyid(r.id.potencia); horas = (EditText) findviewbyid(r.id.horas); unidades = (EditText) findviewbyid(r.id.unidades); 48