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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Mecánica Tesis: OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN VIVIENDAS AISLADAS ALTOANDINAS Presentada por: WUILBER CLEMENTE DE LA CRUZ Para optar el grado de magister en Tecnología Energética Huancayo – Perú 2014
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ ESCUELA DE POSGRADO
Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Mecánica
Tesis: OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA SOLAR
FOTOVOLTAICO PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN VIVIENDAS
AISLADAS ALTOANDINAS
Presentada por:
WUILBER CLEMENTE DE LA CRUZ
Para optar el grado de magister en Tecnología Energética
Huancayo – Perú
2014
ii
ASESOR:
Mag. OSCAR PAUL HUARI VILA
iii
DEDICATORIA
A Manuela De la Cruz, mi madre por su
incesante e invalorable apoyo.
A Claudia y Patricia, mis hijas, por ser las
promotoras de mi autorrealización.
A CARELEC/MEM, por brindarme la oportunidad
de acceder a la maestría en Tecnología
Energética.
A la coordinación del convenio CARELEC-
UNCP, por su orientación y dirección acertada
hacia mi formación profesional.
iv
CONTENIDO
ASESOR: ........................................................................................................... ii
DEDICATORIA ................................................................................................. iii
CONTENIDO .................................................................................................... iv
RESUMEN ........................................................................................................ vi
ABSTRAC ....................................................................................................... viii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................... x
Capítulo 1: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ..................................................1
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................. 1
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................. 7
1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................. 7
1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA ................................................................................ 8
Capítulo 2: MARCO TEORICO ........................................................................10
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................. 10
2.2 BASES TEÓRICAS ....................................................................................................... 15
2.3 DEFINICIONES CONCEPTUALES Y OPERACIONALES ............................................ 33
2.4 SISTEMA DE HIPÓTESIS ............................................................................................. 35
Capítulo 3: ASPECTOS METODOLÓGICOS ...................................................37
3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION ............................................................................ 37
3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ 38
v
3.3 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES ................................................................... 40
3.4 DISEÑO DEL TRATAMIENTO ...................................................................................... 41
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS ............................... 43
3.6 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS ........................................................... 46
Capítulo 4: PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ............................................48
4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................... 48
4.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS ...................................................... 63
4.3 PRUEBA DE HIPÓTESIS .............................................................................................. 91
Capítulo 5: DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS .................94
5.1 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ............................................................... 94
5.2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS .......................................................................... 101
5.3 EVALUACIÓN DE RESULTADOS .............................................................................. 103
5.4 CONSECUENCIAS TEÓRICAS .................................................................................. 105
5.5 APLICACIONES PRÁCTICAS .................................................................................... 106
CONCLUSIONES .......................................................................................... 107
RECOMENDACIONES .................................................................................. 109
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 111
vi
RESUMEN
<OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO PARA LA
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN VIVIENDAS AISLADAS
ALTOANDINAS >
Autor: Wuilber Clemente De la Cruz
La investigación que se desarrolló fue de tipo tecnológico debido a que se
internalizan los conceptos científicos hacia un hecho real, está enmarcado a
una línea de investigación establecida por el Ministerio de Energía y Minas y la
Unidad de post Grado de la Facultad de ingeniería Mecánica de la Universidad
Nacional del Centro del Perú, inherente al desarrollo de energías renovables en
el país y la región.
El objetivo fundamental de la investigación es optimizar la estructura del
sistema solar fotovoltaico, en base a la evaluación de radiación solar, el
dimensionamiento de componentes, fundamentalmente identificando la
elevación, el acimut y la ubicación del controlador de carga respecto al módulo
generador de manera adecuada, todo ello, con fines de generar energía
vii
eléctrica en las viviendas aisladas de las comunidades de los distritos de San
José de Quero y Yanacancha, que corresponden a las provincias de
Concepción y Chupaca de la provincia de Junín.
El método que se ha utilizado fue el sistémico, considerando los componentes
de manera interrelacionada y basado en el nivel experimental, donde el diseño
es factorial 23, toda vez que se tuvo tres variables controlables como; la
elevación y acimut del panel, y la posición del controlador e carga, los mismos
que tuvieron dos niveles, permitiéndonos como resultado ocho combinaciones
o tratamientos. Para las mediciones y toma de datos de la variable
dependiente, se ha construido dos módulos uno en Yanacancha y otro en San
José de Quero, donde se ejecutaron las pruebas y verificaciones de acuerdo al
requerimiento de la prueba de hipótesis. Finalmente se emplearon las técnicas
estadísticas como los estadígrafos F, ANOVA y la Prueba T; los mismos que
nos permitieron validar la hipótesis.
Palabras claves:
Panel solar, Fotovoltaico, Energía, Electricidad, optimización, radiación y
diseño factorial.
viii
ABSTRAC
< OPTIMIZATION OF SOLAR PHOTOVOLTAIC SYSTEM FOR ELECTRICITY
GENERATION IN ISOLATED HIGH ANDEAN HOUSING >
Author: Wuilber Clemente De la Cruz
The research developed was technology-because scientific concepts to a real
fact is internalized, is framed with a line of inquiry set up by the Ministry of
Energy and Mines and the unit post Grade Faculty of Mechanical Engineering
National University of Central Peru inherent in the development of renewable
energy in the country and región.
The main objective of the research is to optimize the structure of the solar
photovoltaic system, based on the evaluation of solar radiation, the
dimensioning of components, primarily identifying the elevation, azimuth and
location relative to the charge controller module generator properly , all with the
purpose of generating electricity in homes isolated communities in the districts
of San José de Quero and Yanacancha, corresponding to the provinces of
Concepción and Chupaca province of Junin.
ix
The method used was systemic, considering the interrelated components and
based on the experimental level, where the factorial design is 23, since three
controllable variables as had; elevation and azimuth of the panel, and the
position of the driver and load, the same that had two levels, as a result allowing
eight combinations or treatments. For measurements and data collection of the
dependent variable, has built two modules Yanacancha and another one in San
José de Quero, where tests and inspections according to the requirements of
the hypothesis test is carried out. Finally statistical techniques as statisticians F,
ANOVA and T test were used; the same that allowed us to validate the
hypothesis
Key words:
Solar Panel, Photovoltaic, Electric, Electricity, optimization, radiation and
factorial design
x
INTRODUCCIÓN
El Perú es un país privilegiado debido a que en toda su extensión existe
radiación solar directa, la misma que a la fecha no está siendo aprovechada de
manera significativa a pesar de que existen normativas para el uso de energías
renovables en la electrificación rural. Particularmente en la región Junín la
radiación es alta sobre pasa los seis kWh/día, siendo este favorable para el uso
ya sea en iluminación, calentamiento de agua, microclimatización de
ambientes, bombeo de agua, etc.; y es amigable con el medio ambiente, por lo
que su uso es indefectible e imperecedero.
El propósito fundamental del estudio es optimizar los diversos factores del
sistema solar fotovoltaico a fin de obtener energía eléctrica de manera efectiva
en las viviendas aisladas altoandinas de las localidades de Yanacancha y San
José de Quero, los mismos que están ubicadas en las provincias de Chupaca y
Concepción, respectivamente. Esta optimización consiste en manipular las
variables relacionadas al ángulo de elevación, acimut y la posición del
controlador de carga respecto al panel solar; para así obtener un resultado
xi
benéfico y satisfactorio al usuario y para lograr esto, se construyó dos módulos
uno en cada localidad con fines exclusivos de la experimentación y toma de
datos y luego ser procesados bajo la técnica de la estadística, particularmente
diseños experimentales DOE.
Tal es así, el estudio está dividido en cinco capítulos, el primero contempla los
aspectos generales de la investigación, específicamente el sistema
problemático, los beneficios, alcances e importancia del estudio; el segundo
capítulo contempla el marco teórico, en ello los antecedentes, las bases
teóricas, las definiciones conceptuales y operacionales de las variables
independientes y dependientes y la hipótesis.
Los aspectos metodológicos es abstraído por el capítulo tres, donde explicita el
tipo y nivel de investigación, el método y diseño utilizado en el estudio, el
tratamiento y las técnicas de recolección y análisis de datos. En el capítulo
cuatro se presentan los resultados de toda la investigación, mostrando el
análisis estadístico y la prueba de hipótesis. Finalmente en el capítulo cinco se
muestra la interpretación, comparación, evaluación y aplicaciones de los
resultados.
Finalmente, muestro mi gratitud y agradecimiento a todos los que me brindaron
su apoyo incondicional para la concreción de este estudio, que redundará en
beneficio de la sociedad.
EL AUTOR
Capítulo 1:
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los recursos energéticos en sus diversos tipos, es uno de los factores
preponderantes para el desarrollo tecnológico de un país, los mismos
que son utilizados por la sociedad con fines de satisfacer sus necesidades
en diversas formas. Los combustibles fósiles al principio se consideraban
ilimitados y su impacto ambiental era despreciable, sin embargo, el
crecimiento mundial, nacional y regional de la población ha propiciado el
agotamiento de dicho energía y la alteración de la atmósfera
produciéndose el efecto invernadero y las lluvias ácidas, lo que podría en
el futuro causar catástrofe en contra de la humanidad.
Ante este hecho, la alternativa es el uso de las energías renovables, que
no producen gases de efecto invernadero ni otras emisiones, los que
están siendo delineados mediante políticas y normas en los diversos
2
países y en el nuestro. En particular, el sol es una fuente inagotable que
provee una energía limpia, abundante y disponible; sin embargo su uso
en el mundo y nuestro país, es insignificante respecto a los
convencionales, pero a partir de los últimos años, se ha reconocido como
inevitable la aplicación de las fuentes de energía renovable, en particular
de la radiación solar y sus aplicaciones en iluminación de viviendas.
Además en nuestro país, particularmente en las comunidades
denominadas altoandinas que se hallan por encima de los 3800 metros
sobre el nivel del mar, existen viviendas sin energía eléctrica debido a la
ubicación dispersa y distante a la concentración poblacional que a la
fecha cuenta con energía provista por la red, satisfaciendo solo a un 70%
de la población; sin embargo existe energía inagotable generado por la
radiación solar de manera significativa y que requiere la captación para
transformarlo en energía eléctrica.
El estudio se realizó en las comunidades de los distritos de Yanacancha
y San José de Quero, el primero se halla en la provincia de Chupaca a
unos 3 806 m.s.n.m., y a unos 39.1 km, cuya coordenada geográfica
Longitud este es 76°23’09”, Latitud sur 12°11’22” y la coordenada UTM
WGS84 Norte 8651.127 km y Este 457.929 km. (GRJ/GRPPAT/SGAT-
2004).
3
Fig. 1.1 Ubicación del distrito de Yanacancha.
Fuente: Elaboración propia
Por estar sobre los 3806 m.s.n.m., es considerada como zona altoandina;
tiene como superficie 761.40 km2 que ocupa el 65.46% de la superficie
de la provincia. La población total a la fecha es de 3 800 de los cuales el
20% (152 viviendas) aún no tiene electrificación, por lo que requiere
atención. Asimismo se ha realizado el estudio en las comunidades del
distrito de San José de Quero, que se halla en la provincia de
Concepción-Junín, a unos 49 km de la provincia de Huancayo, cuenta con
una población de 6452 habitantes (INEI. censo 2007), está ubicado a
3875 m.s.n.m., extendido en una superficie de 317 km2, latitud Sur
12°04’57” y Longitud Oeste 75°32’03” (Plan de desarrollo concertado San
José de Quero. 2011), de los cuales el 85% cuentan con energía
eléctrica, sin embargo hay un buen trecho que requieren de dicha
4
energía se estima unos 194 viviendas, debido a que no cuentan con
recursos económicos para ampliar la red y por la ubicación muy dispersa.
Fig. 1.1 Ubicación del distrito de San José de Quero.
Fuente; Plan de desarrollo concertado San José de Quero. 2011
Diversos autores plantean que la alternativa para afrontar la demanda
energética son las energías renovables, tal es así; Fernández Salgado
(2009. p 18), plantea que, para aprovechar la energía del sol se debe
captar y concentrar la radiación en un dispositivo con fines de transformar
su utilización. Por su parte, Méndez Muñiz y Cuervo García (2006. p.126)
establece que una de las aplicaciones exitosas del sistema fotovoltaico es
5
la iluminación de viviendas y el bombeo de agua para diversos usos.
Sandía National Laboratories (2001. p. 34) plantea que, los sistemas
fotovoltaicos no genera energía eléctrica, si el sol no brilla, además
remarca; que éstas se puede almacenar en baterías para suministrar en
momentos de que la radiación cesa.
Por su parte Simec Chile SRL (2012), establece que la utilización de
sistemas alternativos de generación eléctrica, como lo son los sistemas
fotovoltaicos, han permitido disminuir la demanda de energía eléctrica de
la red de distribución, o bien alimentar de energía a aquellos sectores en
los que no existen servicios eléctricos
Gómez (2012), plantea que los sistemas fotovoltaicos autónomos más
habituales son de poca potencia, habitualmente de entre 3 y 10 kWp pero
también nos encontramos casos muy rentables como son el bombeo de
agua, alimentación de equipos de medida, de telecomunicaciones, ilu-
minación y señalización en lugares aislados etc.
Del Valle y Martínez (2011, p.22), manifiestan que entre las diversas
alternativas tecnológicas existentes para la electrificación rural, la
fotovoltaica se considera como una tecnología apropiada para sistemas
de generación descentralizada. Puede ser aplicada fundamentalmente en
servicios comunitarios (bombeo de agua, electrificación de centros de
salud, escuelas o centros comunitarios, etc.) y servicios domésticos.
Moro (2010, p.53), plantea que las instalaciones fotovoltaicas aisladas son
una forma de generar de electricidad para un consumo al margen de la
6
red eléctrica, la energía generada durante las horas del sol se almacena
en baterías o acumuladores, desde donde se inyecta en la red de
consumo; sus aplicaciones son diversas como: alumbrado público,
electrificación de zonas rurales, alimentación eléctrica en viviendas
situadas en lugares de difícil acceso.
A la fecha, existen investigaciones y trabajos de tesis referente al sistema
de electrificación rural utilizando energía solar fotovoltaica. Tal es así;
Muñoz Anticona (2005), realiza su investigación relacionado a la
Aplicación de la energía solar para electrificación rural en zonas
marginales del país, donde concluye que los sistema fotovoltaicos son
confiables y duraderos, no ocasionan ningún desequilibrio al ambiente y
son competitivos cuando la cantidad de energía demanda es pequeña y
los sitios son lejanos o es difícil llegar a ellos no teniendo acceso a la red
eléctrica.
Del mismo modo Valdiviezo Salas (2014), en su tesis Diseño de un
sistema fotovoltaico para el suministro de energía eléctrica a 15
computadoras portátiles en la PUCP, plantea que la factibilidad del
proyecto no debe ser una decisión netamente económica. Se deben
toman en cuenta varios factores como: Reducción de emisiones de gases
de efecto invernadero (GEI), Fomentar el interés del uso e investigación
de los recursos energéticos renovables (RER), Estrategia de marketing
institucional y Adaptación para ser utilizado como un laboratorio
experimental.
7
Además existe un informe de investigación realizado por Oscar Tacza
Casallo referente a Energía solar fotovoltaico en el distrito de Orcotuna
Región Junín, donde su propósito es generar Energía eléctrica utilizando
la energía solar y así proporcionar energía eléctrica a los pobladores por
ser un pueblo de baja densidad, particularmente a las viviendas que se
encuentran alejados de la población de Orcotuna. Y ofrecerle un
desarrollo rural sostenible que generen ingresos y el bienestar social.
Si bien existe estudios en la zona y el país, en ninguno se ha visualizado
la optimización en base a diseños experimentales, tal así, con el proyecto
de investigación planteada, se pretende generar energía eléctrica con
fines de iluminar viviendas unifamiliares en las zonas alto andinas que se
hallan por encima de los 3800 m.s.n.m.; a partir de la optimización de
componentes del sistema fotovoltaico.
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En base a los fundamentos mencionados, se estableció la siguiente
interrogante:
¿Cómo optimizar el sistema solar fotovoltaico para generar energía
eléctrica en viviendas aisladas alto andinas de los distritos de San José
de Quero y Yanacancha?
1.3 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN
1.3.1 Objetivo general
El objetivo fundamental de la presente investigación fue:
Optimizar el sistema solar fotovoltaico para generar energía eléctrica en
viviendas aisladas altoandinas de los distritos de San José de Quero y
Yanacancha.
8
1.3.2 Objetivos específicos
Describir los componentes del sistema fotovoltaico, con fines de
generar energía eléctrica.
Dimensionar los componentes del sistema fotovoltaico.
Construir el prototipo y realizar las mediciones, tanto en San José de
Quero y Yanacancha
1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA
1.4.1 Logros alcanzados
Se ha aprovechado la energía del sol, particularmente los fotones,
mediante un generador fotovoltaico con fines de ser transformados en
energía eléctrica y éstos a su vez, sean utilizados de diversas formas. La
radiación solar en nuestro medio es abundante, su aprovechamiento es
vital e imperecedero, puede generar otros tipos de energía de tal modo
que la sociedad pueda utilizar en su quehacer diario. Se ha logrado
dimensionar los componentes del sistema fotovoltaico en función a las
necesidades básicas de las familias en las localidades de San José de
Quero y Yanacancha, cuyo anhelo fue tener luz en sus viviendas;
asimismo se ha manipulado las variables independientes con el
propósito de optimizar el sistema y así generar energía eléctrica de
manera efectiva. En consecuencia, la definición de los ángulos de
elevación y acimut y la posición del controlar determinan la mejor forma
de generar energía eléctrica.
Su importancia se centra en el uso de la energía renovable,
particularmente de la radiación solar en la iluminación, es más, la
aceptación de la población es significativo y la emisión del gas de efecto
invernadero (GEI), es mínima casi despreciable en comparación a los
convencionales.
Fundamentalmente se ha logrado optimizar el sistema solar fotovoltaico,
variando el ángulo de elevación, el acimut y la ubicación del controlador
9
de carga respecto a la ubicación del panel solar; estas variaciones
permitieron obtener energía eléctrica también divergente, sin embargo el
resultado más óptimo fue a 45° de elevación, 355° de acimut y 1m de
posición del controlador.
1.4.2 Beneficios
Inicialmente, el beneficio fue para el tesista, debido a que se concretó
las expectativas planificadas, o sea, con la variación de los ángulos de
elevación, acimut y la posición del controlador de carga respecto al
panel solar, se determina la mejor configuración de los componentes
para generar energía eléctrica de manera efectiva. Sin embargo el
beneficio va más allá de lo previsto, en base a esta experimentación se
logra instalar 31 paneles solares fotovoltaicos en 31 viviendas aisladas
que están ubicadas sobre los 3800 m.s.n.m.; con los parámetros ya
establecidas en la experimentación.
En base a estas instalaciones la expectativa crece aún más, a tal
extremo de que las municipalidades mostraron gran interés en hacer la
réplica del uso de esta tecnología en viviendas que no tienen electricidad
y así mejorar la condición de vida de sus pobladores.
10
Capítulo 2:
MARCO TEORICO
2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Habiendo revisado diversas investigaciones relacionados a las variables del
presente estudio, se presenta como antecedente los siguientes:
Muñoz Anticona (2005), en su tesis titulada Aplicación de la energía solar para
la electrificación rural en zonas marginales del país, en la Universidad Nacional
de Ingeniería, establece que el Sol posee una elevada calidad energética no
contaminante y renovable que permite usos variados y efectivos, es inagotable
a escala humana y no necesita de mucho espacio para ser utilizada. La energía
solar puede ser utilizada de una manera muy fácil para la generación de
energía eléctrica; además, no requieren sofisticar las medidas de seguridad, y
no produce residuos tóxicos de difícil o imposible tratamiento o eliminación.
Una de las aplicaciones más importantes de estos sistemas es la electrificación
de zonas rurales, en las cuales no es posible hacer llegar la red de energía
11
eléctrica convencional, por tanto en estos lugares es mejor instalar sistemas
fotovoltaicos donde uno o varios paneles solares carguen baterías para que
posteriormente la energía almacenada en estas pueda ser utilizada por
dispositivos convencionales (televisiones, radios, fluorescentes, etc). Además
plantea que los sistemas fotovoltaicos son confiables y duraderos, no
ocasionan ningún desequilibrio al ambiente y son competitivos cuando la
cantidad de energía demanda es pequeña y los sitios son lejanos o es difícil
llegar a ellos no teniendo acceso a la red eléctrica
Valdiviezo Salas, Daniel (2014), en su tesis Diseño de un sistema fotovoltaico
para el suministro de energía eléctrica a 15 computadoras portátiles en la
PUCP, en la Pontificia Universidad Católica del Perú, Facultad de Ciencias e
Ingeniería, arriba a los siguientes: Los resultados económicos muestran que si
no se toman en cuenta incentivos económicos gubernamentales o
institucionales por generación de energía limpia, el proyecto no será rentable
económicamente. Sin embargo, la factibilidad del proyecto no debe ser una
decisión netamente económica. Se deben toman en cuenta varios factores
como: Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), fomentar
el interés del uso e investigación de los recursos energéticos renovables
(RER), Estrategia de marketing institucional y Adaptación para ser utilizado
como un laboratorio experimental. Se requerirá una inversión inicial de cerca
de S/. 70’000.00 tener operativa una instalación fotovoltaica aislada que sea
capaz de suministrar suficiente energía eléctrica para 15 computadoras
portátiles o su equivalente, en la PUCP; finalmente la implementación de esta
instalación permitirá que los alumnos puedan acceder a registros históricos de
12
datos de generación de energía fotovoltaica, y obtengan experiencia práctica
del funcionamiento y capacidad de la misma.
Bermudez B. y Gabriel L. (2008), en su tesis de grado titulada Especificación
de un sistema de generación de energía eléctrica usando paneles fotovoltaicos
y convertidores DC/AC; en la Universidad Central de Venezuela, presenta la
determinación de la metodología de diseño para dimensionar un arreglo solar
fotovoltaico, basadas en las recomendaciones hechas por la IEEE y UL en sus
estándares relacionados con este tema, así como el Código Eléctrico Nacional
y los escritos de los diversos autores especializados en esta materia, dicha
metodología se puso en práctica para obtener un diseño adecuado a los
requerimientos inicialmente planteados por la investigación.
Ladino Peralta (2011), en su tesis de maestría titulada La energía solar
fotovoltaica como factor de desarrollo en zonas rurales de Colombia, de la
Facultad de Estudios Ambientales y Rurales, de la Pontificia Universidad
Javeriana; plantea que a través de la presente investigación se encontró que
las ZNI, están dispersas de los centros urbanos, alejadas de la energía
eléctrica convencional y solo con programas sociales pueden acceder a las
energías renovables como única fuente energética sostenible en la búsqueda
de mejoramiento en su calidad de vida. No obstante las comunidades rurales
beneficiadas como es el caso de la vereda de Carupana, luego de instaladas
no existen programas sociales y técnicos de seguimiento, control y
mantenimiento de estos sistemas, que permita conocer información útil para
replicar estos resultados a otras comunidades rurales. El proceso de
13
generación de energía fotovoltaica de Carupana, es un sistema directo de
conversión energética, donde existen una serie de elementos que transforman
la energía solar en energía eléctrica, la dirigen y orientan hacia un sistema de
acumulación, para ser aprovechada en momentos distintos, para viviendas
rurales, centros de salud, escuelas . En este proceso se involucran partes
importantes para la generación eléctrica como los paneles solares, el
controlador de carga, el arreglo de baterías y el inversor. Teniendo en cuenta el
primer objetivo, para la implementación de la EFV, en el que se establecieron
los indicadores sociales, ambientales, económicos y de política en la vereda de
Carupana el sector Rural municipal y el total de Tauramena.
Cornejo Lalupú (2013), en su tesis Sistema solar fotovoltaico de conexión a red
en el Centro Materno infantil de la Universidad de Piura, de la Facultad de
Ingeniería; presenta que para el proceso de dimensionamiento se ha
considerado el mes de Junio por ser el mes más desfavorable, en cuanto a
energía solar disponible, asegurándonos en el resto del año el funcionamiento
total del sistema fotovoltaico con conexión a red. Los equipos que forman parte
del sistema fotovoltaico con conexión a red, no sólo han sido escogidos con los
cálculos realizados para el proyecto, se ha tenido también en cuenta que
cumplan con las normativas establecidas para el correcto dimensionamiento:
Tal es así, Los módulos fotovoltaicos cumplen las normativas IEC 61215 que
cubre los parámetros que son responsables del envejecimiento de los mismos
como son los rayos UV (ultravioleta), incluida la luz del sol, diferencial
ambiental de humedad y temperatura, carga mecánica y los parámetros de la
nieve. Cumplen también la normativa IEC 61730 que cubre los parámetros de
14
seguridad del módulo en su construcción, especificando el tipo de uso, pruebas
de cualificación y seguridad eléctrica. El inversor cumple con la normativa IEC
60529 que determina el grado de protección que resguarda los componentes
que constituyen el equipo: IP 65; nuestro inversor está totalmente protegido
contra el polvo y contra el lanzamiento de agua desde todas direcciones. El
medidor dispensador de electricidad cumple con las normativas EN 50470-1 y
EN 50470-3 con las que se garantizan el cumplimiento de ensayos para el
correcto funcionamiento y la precisión de la medida de energía.
Eulalia Jadraque Gago (2011), en su tesis doctoral titulado Uso de la energía
solar fotovoltaica como fuente para el suministro de energía eléctrica en el
sector residencial, en la Universidad de Granada, departamento de Ingeniería
Civil; plantea la importancia que tiene el consumo de energía eléctrica por la
edificación residencial, en el que justifica el desarrollo de modelos que permitan
obtener las estructura por usos (climatización, electrodomésticos, iluminación,
agua caliente sanitaria) de dicho consumo. El desarrollo de modelos
energéticos puede desempeñar una función principal a la hora de evaluar el
efecto de políticas destinadas a la conservación de la energía y el impacto que
ocasionarían cambios en la eficiencia energética de los aparatos de consumo
eléctrico.
En la tesis de maestría titulada Energía solar térmica y fotovoltaica aislada para
pequeñas comunidades en Perú, presentado por Imanol Yalli Piriz Sagahon, en
la UPC BARCELONATECH-Escola de Camins, en el anño 2013, en el que se
ejecutó el estudio dentro de la Universidad Nacional Agraria la Molina; se
construye el prototipo en el que contempla la instalación de paneles solares
15
para la iluminación (energía solar fotovoltaica) y de un equipo para la
calefacción de agua (energía solar térmica) en un módulo sanitario ecológico,
en ello se han realizado mediciones para valorar la eficiencia y rendimiento de
los equipos así como el análisis económico y financiero para evaluar la
viabilidad económica. El prototipo ya está en pleno funcionamiento y se espera
con optimismo que la sociedad civil pueda visitarlos y conocer de cerca las
potencialidades de la energía solar. Por otro lado se espera que el presente
trabajo contribuya a que los gobiernos locales puedan aplicar planes de mejora
energética y potencien el uso de energías renovables en comunidades
aisladas, mejorando la calidad ambiental y disminuyendo las emisiones de
gases de efecto invernadero.
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 ENERGÍA SOLAR.
Según Fernández (2009. P.3), la energía solar está constituido por la
porción de la luz que emite el sol y que es interceptada por la tierra; Perú
es un país con alta incidencia de energía solar en la gran mayoría del
territorio.
Méndez y Cuervo (2012, p.27), plantean que la energía solar directa es
aquel, que sin transformar calienta e ilumina; además se necesita
sistemas de captación y de almacenamiento para aprovechar la radiación
de diversas formas, ya sea directa o indirectamente.
Moro (2010, p.12), establece que en el sol tienen lugar constantemente
una serie de reacciones termonucleares que liberan gran cantidad de
energía irradiada al espacio, una ínfima parte de esa energía llega a la
superficie terrestre. Pero esa parte minúscula supone un flujo
extraordinario de energía solar de unos 1018 kWh anuales, que supera
16
con creces, no solo nuestro consumo de energía anual, sino la propia
energía contenida en todas las reservas conocidas de energías fósiles.
2.2.2 RADIACION SOLAR.
Según Willey (2010) del Grupo IDEA, I+D en energía solar, el sol es una
inmensa fuente de energía inagotable con un diámetro de 1.39x109m
situado a la distancia media de 1.5x1011m respecto de la Tierra, esta
distancia se llama unidad astronómica (UA). Los datos más interesantes
acerca del Sol son los siguientes:
El Sol = Estrella = Horno Nuclear.
Su diámetro es 1.400.000 km.
Su Masa es 300.000 veces la masa de la tierra.
Su temperatura superficial es de 5.600ºK
Su vida estimada es de 5.000 millones de años.
La distancia Tierra - Sol es de 150 millones de km.
La luz solar tarda 8 minutos en llegar a la tierra.
El Sol genera su energía mediante reacciones nucleares de fusión que
se llevan a cabo en su núcleo.
Fig. 01. El sol y la constante solar
Fuentes: John Willey and Sons
La generación de energía proviene de la pérdida de masa del Sol, que se
convierte en energía de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, E =
17
m·c2, donde "E" es la cantidad de energía liberada cuando desaparece la
masa "m"; "c" es la velocidad de la luz.
Su flujo radiante es de 3,8x1026W equivalente a una densidad de 62,5
MW por cada metro cuadrado de superficie solar. De toda ella, solo una
pequeña parte, 1,37KW por metro cuadrado aproximadamente, llega a la
superficie de la tierra como consecuencia de la distancia que los separa.
Valdiviezo Salas (2014), en su tesis incluye el reporte del Instituto
Geofísico del Perú en el que sostiene; la radiación solar absorbida por la
atmósfera terrestre no es aprovechada al 100%, en términos generales, el
24% de la radiación llega directamente, el 21% de la radiación no llega
directamente, mientras que el 29% se pierde en el espacio. (Méndez y
Cuervo. 2009, p.30). Tal como se muestra en la figura 02.
Fig. 02: Radiación solar sobre la superficie terrestre. Fuente: Méndez Muñiz y Cuervo García (2009)
18
CONSTANTE SOLAR: Es la radiación sobre una superficie orientada
normalmente a la dirección de los rayos solares y situada fuera de la
atmósfera terrestre a la distancia astronómica unidad igual a 1.495x1011 m
que es la distancia media Sol-Tierra. No es una verdadera constante pues
varía ligeramente, 0.1% a 0.2%, respecto de su valor central, Se aceptara
a partir de ahora como ISC=1370 W/m2. Sin embargo, Fernández
Salgado (2009) plantea utilizar la constante solar (Gsc) de 1 353W/m2, el
mismo que ha sido aceptada por la NASA y por la ASTM; en
consecuencia en este estudio se empleará este dato (Fernández 2009,
p.21)
La Radiación normal extraterrestre, es aquel que está sujeta a la variación
geométrica y a las condiciones físicas del sol, y es gobernado por la
ecuación siguiente:
Gon=Gsc(1+0.033 cos(360n/365)).
Donde:
Gon = es el flujo de la radiación extraterrestre;
n = número de día del año, este último se determina con la ayuda de la
tabla 01.
Tabla 01; Ecuaciones para convertir el día del mes, en el número de día del año.
Mes En. Feb. Mar. Abril Mayo Junio Juli Agost. Set. Oct Nov. Dic.
“n” i 31+i 59+i 90+i 120+i 151+i 181+i 212+i 243+i 273+i 304+i 334+i
Fuente: Fernández Salgado (2009 p. 21)
DECLINACIÓN SOLAR.- Según I+D en Energía solar y automática (2012),
se determina utilizando la ecuación siguiente:
δº=0.006918-0.399912.cosΓ+0.070257.senΓ-
0.006758.cos2Γ+0.000907.sen2Γ-
0.002697.cos3Γ+0.00148.sen3Γ.(180º/π)
Y el ángulo diario se determemina mediante:
19
Fig.03; Declinación solar.
Fuente: I+D en Energía solar y automática.
De manera simplificada podemos determinar la declinación y la distancia
sol-tierra, por medio de:
Donde: dn = n = número de día del año.
POSICIÓN DEL SOL –COORDENADAS POLARES.- Para orientar hacia
el sol los generadores fotovoltaicos, es necesario conocer los siguientes
parámetros:
Latitud del lugar (): Es la complementaria del ángulo formado por la
recta que une el zenit y el nadir con el eje polar. Es positivo hacia el
Norte y negativo hacia el Sur.
Meridiano del lugar: Circulo máximo de la esfera terrestre que pasa
por el lugar, por el zenit y por el nadir.
Distancia zenital(zs): Es el ángulo formado por el radio vector punto-
Tierra y la vertical del lugar. Es positivo a partir del zenit.
Altura solar (s): Ángulo que forman los rayos solares sobre la
superficie horizontal. Ángulo complementario de la distancia zenital.
20
Angulo acimutal (s): Ángulo formado por la proyección del Sol sobre
el plano del horizonte con la dirección Sur. Positivo 0º a 180º hacia el
Oeste y negativo hacia el Este 0º a -180º.
Horizonte: Lugar geométrico de los puntos con altura 0.
Fig. 04; Posición del sol y coordenadas.
Fuente; I+D en Energía solar y automática
Cartas Solares.-Según Moro (2010, p 16), es una representación en dos
dimensiones, en cuyo eje horizontal se representan los valores de azimut y en
el vertical se representa los valores de la elevación. Los ángulos de la posición
solar se miden a diferentes horas del día y con ello se dibuja una curva, tal
como se puede apreciar en la figura 04.
21
Fig. 05; Carta solar que muestra la trayectoria del sol y las horas del día.
La masa de aire.- Moro (2010, p 20), plantea que cuando radiación del sol
atraviesa la atmósfera, sufre diversas alteraciones debidas al aire, el vapor de
agua, las partículas en suspensión, la suciedad, etc. Las nubes reflejan la
radiación; el ozono, oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono absorben
algunas longitudes de onda. Por estos fenómenos es necesario considerar la
proporción de masa de aire o factor de masa aire (AM).
AM = 1/ sen
Horas pico del sol (HPS).- Según Valdiviezo (2014), son las horas que se
definen como el número de horas al día con una irradiancia hipotética de 1000
W/m2. Se puede notar que cuando la irradiancia se expresa en kW-h/m2 es
numéricamente similar a las H.S.P. Este concepto es importante, ya que junto
con un factor de pérdidas ayuda a estimar la potencia producida por los
paneles fotovoltaicos. La distribución de la radiación a lo largo del día y el
concepto de horas pico de sol se muestran en la figura siguiente:
22
Fig. 06; Representación de Horas sol pico.
Fuente: Valdiviezo (2014). Tesis PUCP.
2.2.3 SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO.
Según Pareja (2010), un sistema fotovoltaico aislado o autónomo es
denominado auto abastecedor, ya que aprovecha la irradiación solar
para generar la energía eléctrica necesaria en el suministro de una
instalación. La función básica de convertir la radiación solar en
electricidad la realiza el módulo fotovoltaico. La corriente producida por
el módulo fotovoltaico es continua a un voltaje que generalmente es de
12 V, dependiendo de la configuración del sistema puede ser de 24 V ó
48 V.
Asimismo, Pareja, M. (2010), establece que la energía eléctrica
producida se almacena en baterías, para que pueda ser utilizada en
cualquier momento, fundamentalmente cuando la radiación solar cesa.
Esta acumulación de energía debe estar dimensionada de forma que el
sistema siga funcionado incluso en periodos largos de mal tiempo y
cuando la radiación solar sea baja (por ejemplo, cuando sea un día
nublado). De esta forma se asegura un suministro prácticamente
continuo de energía.
El regulador o controlador de carga es el componente responsable de
controlar el buen funcionamiento del sistema evitando la sobrecarga y
descarga de la batería, proporcionando alarmas visuales en caso de
23
fallas del sistema. Así se segura el uso eficiente y se prolonga su vida
útil. (Pareja, M. 2010).
El sistema solar Fotovoltaico está constituido por; panel, controlador de
carga, acumulador de energía, el inversor, conductores eléctricos, la
estructura y otros elementos auxiliares. Además el sistema fotovoltaico
independientemente de su utilización y del tamaño de potencia se puede
dividir en dos categorías: Aislados y conectados a la red (Fernández
2009, p.108).
En el estudio se internalizó el sistema aislado debido a que se ha
proveído electricidad a los usuarios con consumos de energía muy bajos
para los cuales no compensa pagar el costo de la conexión a la red, por
estar en posiciones poco accesibles, muy distantes a la red eléctrica.
Componentes de un Sistema Fotovoltaico Aislado.
Según Pareja, M. (2010) un sistema fotovoltaico aislado está compuesto
por los elementos básicos que se detallan en la figuras 07 y 08
Fig. 07; Componentes de un sistema fotovoltaico aislado.
Fuente: Yalli Piriz (2014)
24
Fig. 07; Esquema de un sistema fotovoltaico aislado.
Fuente: Muñoz Anticona. Tesis. UNI (2005).
Módulo fotovoltaico.- es un conjunto de células conectadas en serie o
paralelo de tal forma que la tensión y corriente del panel sea ajustado al
requerimiento deseado, los componentes adicionales que permiten su
operatividad y protección son: la cubierta exterior de cara al sol(vidrio).
Encapsulante (silicona o EVA etelin-venil-acetato), protección posterior,
marco metálico, cableado y borne de conexión y el diodo de protección
(grupo IDESA, 2009). Ver figuras 07 y 08.
25
Fig. 07; Estructura del panel fotovoltaico. Fuente: Grupo IDESA
Fig. 08; Elementos del panel fotovoltaico. Fuente: Grupo IDESA
La eficiencia de conversión, según Fernández Salgado(2009), es la
relación entre la energía eléctrica generada y la energía luminosa
utilizada osea;
η (%)=(Energía generada/Energía incidente)x100
η=Pmáx./(GxAc) = FFx(VocxIsc)/(GxAc)
En la actualidad las células fotovoltaicas producidas en escala industrial
tienen una eficiencia de conversión entre 11-16%.
Parámetros del panel fotovoltaico.-Los básicos a considerar son:
26
Potencia máxima o potencia pico del módulo (PmaxG).- Si se conecta una
cierta carga al panel, el punto de trabajo vendrá determinado por la
corriente I y la tensión V existentes en el circuito. Estos habrán de ser
menores que los IscG y VocG que definiremos más adelante. La potencia
P que el panel entrega a la carga está determinada por la ecuación
genérica:
A su valor más alto se le llama potencia máxima o potencia pico del
módulo. Los valores de la corriente y de la tensión correspondiente a
este punto se conocen respectivamente como:
- IPmax Intensidad cuando la potencia es máxima o corriente en el punto
de máxima potencia.
- VPmax la tensión cuando la potencia también es máxima o tensión en el
punto de máxima potencia.
Otros parámetros son:
Corriente de cortocircuito (IscG), que se obtiene al cortocircuitar los
terminales del panel (V=0) que al recibir la radiación solar, la intensidad
que circularía por el panel es de corriente máxima.
Tensión de circuito abierto (VocG), que se obtiene de dejar los
terminales del panel en circuito abierto (I=0), entre ellos aparece al
recibir la radiación una tensión que será máxima.
Irradiancia (G) : 1000W/m2 (1 KW/m2)
Temperatura de la célula: 25ºC
Otro parámetro que debería ser suministrado es la TONC (Temperatura
de Operación Nominal de la Célula). Dicho parámetro se define como la
temperatura que alcanzan las células solares cuando se somete al
módulo a las siguientes condiciones de operación:
Irradiancia: 1000W/m2
Temperatura ambiente: 25ºC.
Incidencia normal.
Espectro radiante o masa de aire: AM 1.5. (Pareja, M. 2010).
27
Factor de forma (FF).- Según Moro (2010, p 42), es el cociente entre la
potencia máxima y el producto de la tensión de circuito abierto por la
intensidad de cortocircuito.
FF = (Vmpp x Impp) / (Voc x Isc)
Este factor es siempre menor que la unidad y es un parámetro de la
calidad de la célula, en consecuencia, para las células cristalinas, el
factor de forma se halla entre 0,7 y 0,85.
Es necesario contemplar las bondades de los paneles fotovoltaicos, tal
es así, Fernández Salgado (2009) presenta los tipos, sus características,
ventajas, desventajas y los rendimientos de cada uno de ello, tal como
se muestra en la tabla 02.
Tabla 02; Comparación de las tecnologías de silicio aplicadas a los
paneles fotovoltaicos.
Tipo de celda
Eficiencia (%) Ventajas Desventajas
Laboratorio Producción
Silicio Monocris-talino
19.1 12 - 16 Tecnología bien desarrollada y probada, estable, mayor eficiencia, se fabrica en celdas cuadradas
Emplea mucho material de alto costo, genera mayor desperdicio y el costo de manufactura es aun elevado
Silicio Policrista-lino
18 11 - 14 Tecnología bien desarrollada, estable, buena eficiencia, celdas cuadradas.
Material costoso, mayor desperdicio, manufactura costosa y menor eficiencia que el monocristalino
Silicio Amorfo o película delgada
11.5 4 - 8 Utiliza poco material, alto potencial y producción muy rápida, bajo costo, 50% de silicio cristalino
Degradación pronunciada, menor eficiencia y menor durabilidad.
Fuente: Fernández Salgado (2009)
Inversor Fotovoltaico.- Según Ejido (2010), su finalidad es adaptar las
características de la corriente generada a la demanda total o parcial para
las aplicaciones. Esto quiere decir, que es un dispositivo encargado de
transformar la corriente continua en alterna, puesta que los paneles
trabajan en corriente continua, es necesaria la presencia de un inversor
que transforme la corriente continua en alterna.
28
Según, Ejido (2010). Instituto Energía Solar - Madrid, la eficiencia del inversor
varía en función de la potencia consumida por la carga. Esta variación es
necesario conocerla, sobre todo si la carga en alterna es variable a fin de
que el punto de trabajo del equipo se ajuste lo mejor posible a un valor
promedio especificado.
Los aspectos importantes que debe considerarse en los inversores para
instalaciones son:
Eficiencia alta, pues en caso contrario se habrá de aumentar
innecesariamente el número de paneles para alimentar la carga. No
todos los inversores existentes en el mercado que cumplen estas
características. Sin embargo, es cada vez más sencillo equipos
específicamente diseñados para cubrir plenamente estas aplicaciones.
En cualquier caso la definición del inversor a utilizar debe realizarse en
función de las características de la carga, de esta última se podrá acudir
a equipos más o menos complejos.
Se recomienda acudir a inversores diseñados específicamente para
aplicaciones fotovoltaicas.
Características eléctricas que han de cumplir los inversores para
instalaciones conectadas a red:
Tensión de entrada Vdc
Potencia del Inversor kW
Tensión de Salida 0,85 - 1,1Vac
Factor de Potencia mayor de 0,95
Frecuencia 49 - 51Hz
Tasa de distorsión armónica (Tensión - Corriente)
Trifásico mayor de 5kW (recomendado).
29
Fig. 09; Convertidor DC a AC.
Fuente; Cortesía M.A Ejido(2010). Instituto Energía Solar. Madrid
Regulador de carga.- Es un dispositivo electrónico que cumple dos
funciones esenciales en una instalación aislada; proteger la batería y
tratar de obtener en cada momento la máxima potencia de los módulos
fotovoltaicos. El regulador controla la carga de la batería e interrumpe la
conexión con los paneles en caso de que éste esté completamente
cargado e inverso cuando su carga desciende por debajo de un cierto
umbral, corta la conexión con la red de consumo para evitar que una
descarga demasiado profunda dañe el acumulador (Moro 2010, p.61).
Acumulador de energía eléctrica.- Denominado también batería que
almacena una determinada cantidad relativamente pequeña de energía
eléctrica, su fabricación es cara en comparación a la capacidad de
almacenamiento, su ciclo de vida es ligeramente corto y su deposición
después de su uso genera residuos contaminantes. En la configuración
de una instalación se plantea qué características deberá tener el
acumulador que se emplee; para determinar ello, es necesario conocer:
el consumo medio diario (LD), la autonomía que deberá tener la
instalación, es decir, cuántos días podrá funcionar en ausencia total de
generación eléctrica (FSB), finalmente es necesario conocer la
profundidad máxima de descarga (PDmax) a la que se someterá la
batería (Moro 2010, p.61).
La ecuación que nos ayudará dimensionar la batería es:
30
CB = (LD x FSB)/PDmax
Elementos eléctricos auxiliares.- Entre ellos podemos mencionar los
conectores para unir los paneles en serie o en paralelo y el cableado
necesario para conducir la corriente eléctrica hasta el regulador y los
acumuladores y por principio termodinámico se genera pérdidas de
tensión que depende de la resistencia del cable y de la intensidad que
circula por él, y se puede calcular por la Ley de Ohm: V = Rc x I y Rc
= ρ. L/S
Los conductores tendrán la sección adecuada para reducir las caídas de
tensión y los calentamientos. Para calcular la sección se debe tener en
cuenta: que las caídas de tensión en el cableado no deben ser
superiores al 1,5% y la temperatura no debe exceder a los 70 ºC.
2.2.4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS SOLARES
FOTOVOLTAICOS.
Orbegozo (2010) plantea que el dimensionamiento del sistema FV
consiste en determinar su capacidad para satisfacer la demanda de
energía de los usuarios. En zonas rurales y aisladas, donde no existen
sistemas auxiliares, el sistema FV debe poseer una alta confiabilidad.
Debido a que un sistema es un conjunto de componentes, cada uno de
ellos debe ser tan confiable, que no ponga en peligro al sistema. El
método de dimensionamiento se fundamenta en el balance de energía:
Energía generada = Energía consumida + Pérdidas propias del sistema
FV
31
Una vez que el sistema sea diseñado y determinado su tamaño, el
usuario debe ser instruido en cómo operar y dar mantenimiento a su
sistema, para esto debe dársele un entrenamiento rápido, pero sencillo,
y completo junto con un manual y diagramas fáciles de comprender
(Orbegozo 2010).
Para el dimensionamiento es necesario tener en consideración el
siguiente diagrama:
Fig. 10 Procedimiento para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico.
Fuente; Elaboración propia
2.2.3 Energía eléctrica
Según Quintela y Redondo (2014), la energía eléctrica es trabajo que
realiza un campo eléctrico conservativo sobre una carga eléctrica.
Energía que se intercambia entre cuerpos por medio de corrientes
eléctricas.
Por ejemplo, la energía mecánica de un grupo turbina-alternador puede
comunicarse a un motor por medio de las corrientes eléctricas de una
línea eléctrica. Las corrientes eléctricas para el intercambio circulan por
líneas eléctricas, aunque también puede intercambiarse energía por
medio de corrientes de iones de gases, de disoluciones y de los
Definición de la demanda o carga
Determinación de la energía solar disponible en la zona
Dimensionamiento del módulo fotovoltaico
Dimensionamiento
de la batería. Dimensionamiento del controlador.
Dimensionamiento de elementos auxiliares
Especificación de la tensión de operación del sistema
32
portadores de los semiconductores. Nótese que, en cualquier caso, la
energía eléctrica es una energía que pasa de un cuerpo a otro. Un
alternador recibe energía mecánica y entrega a la línea energía eléctrica,
que puede ser recibida por un motor, que la vuelve a transformar en
mecánica. Esa energía se llama eléctrica solo en el intercambio. No
tiene, por tanto, mucho sentido decir que la energía eléctrica no se
puede almacenar. La energía sí se puede almacenar; lo que ocurre es
que, entonces, deja de llamarse eléctrica: es química si se almacena en
una batería, es potencial si se almacena elevando agua con bombas, o
es energía interna si se calienta agua. Si es p la potencia eléctrica que
absorbe un multi polo, -p es la potencia que cede. La energía eléctrica
que absorbe en el intervalo de tiempo entre t1 a t2 es
.
Su opuesto es la energía que cede. Debe evitarse llamar electricidad a la
energía eléctrica. No debe decirse que un generador produce
electricidad ni que se entrega, se transporta o se vende electricidad, sino
energía eléctrica.
33
2.3 DEFINICIONES CONCEPTUALES Y OPERACIONALES
2.3.1 Definiciones conceptuales
El presente trabajo de investigación se compone de una variable
dependiente que es Energía eléctrica y la variable independiente
Sistema solar fotovoltaico.
VI: Sistema solar fotovoltaico.
Es un conjunto de componentes que interactúan entre sí con fines de
captar los fotones de la radiación solar y transformar en energía eléctrica
de corriente continua, el mismo que es utilizado por los usuarios de
diversas formas. Las dimensiones son: Posición acimutal del módulo o
panel fotovoltaico, posición de elevación del panel y ubicación del
regulador o controlador de carga; de manera complementaria se
consideró como dimensión a: acumulador de energía, conductores
eléctricos y la estructura soporte.
VD: Energía eléctrica
Es el producto del movimiento de la carga eléctrica (electrones) a través
de un conductor por la diferencia de potencial que el generador
fotovoltaico ofrece en sus extremos. Su dimensión es: Intensidad de
corriente eléctrica, diferencia de potencial y potencia.
2.3.2 Definiciones operacionales
Cada variable posee dimensiones, los mismos que se definen a
continuación:
34
VI: Sistema solar fotovoltaico
Variable que expresa el posicionamiento del generador fotovoltaico en
cuanto al acimut y la elevación, además la altura que se ubicó el
controlador de carga respecto al panel.
Adicionalmente se define los componentes del sistema que son
partícipes en el proceso de generación de energía eléctrica, teniendo en
cuenta la forma de control y medición que se hace en cada uno de ellos.
El generador fotovoltaico es el que capta los fotones de la radiación
solar y los convierte en energía eléctrica de corriente continua. La
optimización se realizó por medio de los ángulos de elevación y azimut.
Regulador de carga.- Es el encargado de controlar la carga de la
batería y de extraer la máxima potencia del generador fotovoltaico, el
control se hace midiendo la intensidad de corriente eléctrica y el voltaje
mediante la pinza amperimétrica.
Acumulador de energía.- Denominado también batería, es un
dispositivo cuya función es almacenar energía en momentos de
radiación solar para luego abastecer energía en momentos de carencia
del brillo solar; se mide en Amperios-hora (Ah), y se controla usando el
multímetro o la pinza amperimétrica.
Conductores eléctricos.- Es el componente que transporta los
electrones a los diferentes acometidas o puntos de uso, se controla a
través del diámetro y longitud.
35
Estructura soporte.- Es el dispositivo que soporta al panel solar en la
posición requerida, es ahí donde se controla el ángulo de elevación y el
acimut.
El inversor transforma la corriente continua en alterna. La verificación
se realizará con el multímetro.
VD: Energía eléctrica
Intensidad de corriente eléctrica.- Es la cantidad de electrones que
fluye por un conductor eléctrico en un determinado momento, se mide en
amperios utilizando la pinza amperimétrica.
Diferencia de potencial.- Es la presión que ejerce el generador
fotovoltaico hacia los electrones o cargas eléctricas para que éstas
fluyan hacia lo requerido, se mide con el voltímetro o la pinza.
Potencia.- Es el producto de la diferencia de potencial y la intensidad de
corriente eléctrica, se puede medir con el Watímetro o se puede estimar
con la relación. P=V.I. en Watts.
2.4 SISTEMA DE HIPÓTESIS
2.4.1 Hipótesis General
La optimización del sistema solar fotovoltaico se ejecuta manipulando
las variables correspondientes a los ángulos de elevación y acimut del
panel solar en interacción con la estructura, y la posición del controlador
de carga respecto al panel solar, teniendo en consideración la
evaluación de la radiación solar y el dimensionamiento de los
36
componentes del sistema, todo ello bajo el enfoque del diseño factorial;
con fines de generar energía eléctrica en viviendas aisladas alto andinas
de los distritos de San José de Quero y Yanacancha.
37
Capítulo 3:
ASPECTOS METODOLÓGICOS
3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION
3.1.1 TIPO DE INVESTIGACION
El tipo de investigación implementado en este estudio fue el tecnológico;
debido a que se tuvo como fin obtener un conocimiento para lograr
modificar la realidad en estudio, vinculando la investigación y la
transformación, que trata de ir de la idea a las acciones para generar
bienes o servicios en bien de la sociedad.
Tal es así, Espinoza Montes (2010, p.74), refrenda el planteamiento
anterior, estableciendo que la investigación tecnológica tiene como
propósito aplicar el conocimiento científico para solucionar los diferentes
problemas que beneficien a la sociedad, sus niveles son experimental y
aplicada.
38
3.1.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN
El nivel de investigación que se alcanzó fue el Experimental; Debido a que
el objeto de estudio y sus componentes fueron sometidos a modificaciones
con el propósito de buscar un resultado más atractivo en la generación de
energía eléctrica, los mismos que fueron sometidos a la influencia de
ciertos variables, en condiciones que deben de ser conocidas y
controladas.
Todo ello, en base al planteamiento de Espinoza Montes (2010, p.74), que
sostiene La investigación de nivel experimental tiene como propósito
manipular las variables que tienen relación causal para transformarlo, su
finalidad es crear nuevos conocimientos para mejorar el objeto de
investigación.
3.2 MÉTODO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
Debido a que se va hacer configuraciones de los componentes de la
estructuras del sistema, teniendo en consideración las interrelaciones de
dichos componentes, el método es sistémico.
El diseño de la investigación que se ha utilizado fue el Factorial
experimental 23; debido a que se manipularon tres sub variables del
sistema solar fotovoltaico, cada una con dos niveles; en consecuencia se
tuvo ocho combinaciones de tratamientos, con tres réplicas, los mismos
que se pueden apreciar en la tabla siguiente:
39
Tabla 3.1; Diseño Factorial 23
Variable Independiente:
Sistema solar fotovoltaico Combinación de
tratamientos
(Variable
dependiente)
Generador fotovoltaico Controlador
de carga
Elevación Acimut Posición
E1
( - )
A1 ( - )
P1 ( - ) E1-A1-P1
P2 ( + ) E1-A1-P2
A2 ( + )
P1 ( - ) E1-A2-P1
P2 ( + ) E1-A1-P2
E2
( + )
A1 ( - )
P1 ( - ) E2-A1-P1
P2 ( + ) E2-A1-P2
A2 ( + )
P1 ( - ) E2-A2-P1
P2 ( + ) E2-A2-P2
Donde:
E1 = Angulo de elevación del panel a 30°
E 2 = Angulo de elevación del panel a 45°.
A1 = Ángulo acimut del panel a 5°.
A2 = Ángulo acimut del panel a 355°
P1 = Posición del controlador respecto al panel, a 1.0 m.
P2 = Posición del controlador respecto al panel, a 1.5 m.
40
3.3 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES
Con el fin de identificar de manera precisa las dimensiones y sus
respectivos indicadores de las variables independientes y dependientes,
el significado de las variables que contiene la hipótesis, en las tablas 3.2
y 3.3, se muestran las definiciones conceptuales y operacionales de las
variables que se han utilizado en la investigación.
Tabla 3.2: Operacionalización de la variable dependiente
Variable Dependiente: Energía eléctrica
Definición conceptual Dimensión Indicador
Es el producto del movimiento de la carga eléctrica(electrones) a través de un conductor por la diferencia de potencial que el generador fotovoltaico ofrece en sus extremos
Intensidad de corriente eléctrica
Amperaje
Diferencia de potencial.
Voltaje
Potencia Watts. Pot= VxI
Fuente: elaboración propia.
Tabla 3.3: Operacionalización de la variable independiente
Variable Independiente: Sistema solar fotovoltaico.
Definición conceptual Dimensión Indicador
Es un conjunto de componentes que interactúan entre sí con fines de captar los fotones de la radiación solar y transformar en energía eléctrica de corriente continua, el mismo que es utilizado por los usuarios de diversas formas.
Posición acimutal del módulo o panel fotovoltaico
Angulo de acimut en grados sexagesimales
Posición de elevación del panel
Angulo de elevación en grados sexagesimales
Ubicación del regulador o controlador de carga
Altura de ubicación del controlador respecto al panel en metros.
Fuente: elaboración propia.
41
3.4 DISEÑO DEL TRATAMIENTO
En el estudio se ha realizado ocho combinaciones o tratamientos
diferentes, los mismos que arrojaron resultados diferentes; es más, de
cada tratamiento se extrajo cinco mediciones en diferentes días, pero a la
misma hora. El tratamiento consistió en; instalar el sistema fotovoltaico
sobre el techo de las viviendas elegidas, uno en Yanacancha y otro en
San José de Quero. Los materiales utilizados fueron los siguientes:
Un Módulo generador fotovoltaico o panel solar.
Un Controlador de carga.
Un acumulador de carga, que consistió en batería.
Conductor eléctrico vulcanizado
Estructura soporte del panel.
Placa de madera para soporte del controlador.
Tirafones para el anclaje del soporte hacia la cumbrera del techo.
Pernos para el montaje del panel hacia la estructura.
Clavos para fijar placa de madera.
Cinta aislante vulcanizado.
Cinta aislante convencional.
Tornillos para anclar el controlador en su base de madera.
Los mismos materiales se utilizaron en las comunidades de Yanacancha y
San José de Quero, que corresponden a las provincias de Chupa y
Concepción, respectivamente.
La instalación del módulo se realizó bajo la siguiente secuencia:
Se identificó el lugar para la ubicación de la estructura.
Se diseñó y construyó la estructura.
42
Se montó la estructura sobre el umbral del techo de la vivienda,
siempre orientadas hacia el norte.
Se hizo el montaje del panel sobre la estructura.
Se hizo la instalación de la placa de madera y el controlador de
carga sobre la pared, a una distancia determinada del panel.
Se ubicó la batería a una distancia apropiada del controlador.
Se hizo las conexiones los componentes con los conductores.
Una vez instalado el módulo o el prototipo de experimentación se hizo las
variaciones en base al siguiente procedimiento:
Fig. 3.1 Procedimiento del diseño de investigación
Fuente; Elaboración propia
Considerando dos variaciones del ángulo de elevación, dos variaciones
del acimut y dos variaciones de la posición del controlador de carga; el
diseño del tratamiento se puede apreciar en la tabla siguiente:
E1
P2
E1
P2
P1
P1
P2
P1
P2
P1
E1
E1
A2
A2
A1
A1
A1
A2
A1
A1
E2
E2
E2
E2
GENERACIÓN DE
ENERGIA ELÉCTRICA
RADIACION SOLA
R
43
Tabla 3.4: Procedimiento para el tratamiento de la experimentación factorial.
POSICIÓN DEL PANEL SOBRE LA ESTRUCTURA POSICIÓN DEL CONTROLADOR (m) ACIMUT ELEVACIÓN
- + - + - + 5° 355° 30° 45° 1.00 1.50
Unidades codificadas de los factores EE
E (°) A (°) P (m)
- + - + - + - +
- - + + - - + +
- - - - + + + +
Fuente: Elaboración propia
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS
Antes de diseñar los instrumentos de recolección de datos, es necesario
definir los agentes u objetos a quienes se les aplicará los instrumentos.
En este caso, el objeto a ser observado y medido fue el módulo “Sistema
solar Fotovoltaico”.
Con fines de llevar un control de los datos y seguir una secuencia lógica
de la investigación, se internalizaron las técnicas documentales y
empíricas.
La técnica documental se utilizó en primer momento para la formulación
del marco teórico, luego para la extracción de datos e información de
documentos relacionados a la evaluación de radiación solar. El
instrumento que se utilizó en esta técnica fueron las Fichas bibliográficas
y de trabajo, tal como se muestra en la figura 3.2.
Asimismo, se utilizó la Técnica empírica específicamente la Observación y
la Medición; esto fue sometido hacia el prototipo en el que se variaron las
sub variables Posición del controlador de carga, el ángulo de elevación
del panel y el acimut del mismo, Adicionalmente se midió la temperatura
en el lugar donde está ubicada el módulo. El instrumento utilizado en esta
técnica fue la ficha de registro. Ver figura 3.3.
44
Fig. 3.2: Ficha bibliográfica y de trabajo.
Fuente; Espinoza Montes.
El instrumento que se muestra es para recolectar datos referentes a la
energía generada por el sistema solar fotovoltaico y está diseñado
teniendo en cuenta las tres réplicas, cada una de ellas denominadas
ciclos, y de cada tratamiento, o sea, ocho tratamientos con sus tres
réplicas. En la figura se muestra demostrativa mente de un solo
tratamiento.
45
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIDAD DE POSGRADO
MATRIZ PARA TOMA DE DATOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA Y TEMPERATURA DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
ASPECTOS GENERALES:
* LUGAR: ACHIPAMPA, DISTRITO YANACANCHA, PROVINCIA CHUPACA.
* INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL PROCESO
Goniómetro, Escuadra de 30° y 45°, Nivel, llave dado 14 mm, Flexómetro, Pinza amperimétrica y Termómetro
* CONDICIÓN DEL TIEMPO : Despejado * FECHA :
* TRATAMIENTO: PRIMERA VARIACIÓN
REPLICA I
N° HORA TEMPERATURA MEDICIÓN EN EL PANEL
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00
2 08:00
3 09:00
4 10:00
.
10 16:00
11 17:00
12 18:00
REPLICA II
N° HORA TEMPERATURA MEDICIÓN EN EL PANEL
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00
2 08:00
3 09:00
4 10:00
9 15:00
.
10 16:00
11 17:00
12 18:00
Fig. 3.3: Ficha de registro de datos de la medición.
Fuente; Elaboración propia.
46
Los datos se registraron en la figura anterior teniendo en cuenta;
Posición del controlador de carga respecto al panel solar; a 1m y
1,5m.
Posición del panel en interacción con la estructura a un ángulo de
elevación de 30° y 45°.
Posición del panel en interacción con la estructura y un acimut de
0° y 355°.
Considerando ocho tratamientos con tres réplicas cada uno.
Número total de mediciones y observaciones: 12 observaciones
por cada tratamiento y por cada réplica, entonces fueron: 12x8x3
= 288.
Los instrumentos que se utilizaron en la recolección de datos, se
muestran en la tabla siguiente:
El multímetro
Pinza amperimétrica
GPS,
Cronómetro
Flexómetro
Goniómetros
3.6 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS
Por la naturaleza del estudio, en esta investigación se emplearon las
técnicas estadísticas como: el Descriptivo para la presentación de datos
en tablas de frecuencia y gráficos, así como para la determinación de las
47
medidas de tendencia central y variación (varianza, valores mínimos y
máximos, desviación estándar). Y la estadística inferencial para las
pruebas de normalidad, homogeneidad y la de hipótesis.
Prueba de significación: Mediante el criterio de hipótesis nula.
Prueba “t”, para comparar los resultados de cada tratamiento y
determinar cuál de las configuraciones otorga mejor resultado.
Prueba “F”, para probar la significancia de los factores en los
tratamientos, con nivel de significancia α=0.05 (95%).
48
Capítulo 4:
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
4.1 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
4.1.1 EVALUACION DE RADIACIÓN SOLAR
Para la evaluación de la radiación solar se han identificado las zonas los
mismos que fueron Yanacancha y San José de Quero que corresponden
a las provincias de Chupaca y Concepción, respectivamente. Para ello se
ha acudido a Sun Earth Tools.com (2014), que me permitió localizar el
lugar y los parámetros como: la Latitud, Longitud y altura; tal como se
muestra en las figuras siguientes:
49
Fig. 4.1 Ubicación de las localidades de Yanacancha y San José de Quero
Fuente; Elaboración propia con soporte Sunearthtools.com.
50
Fig. 4.2; Parámetros geográficos de Yanacancha y San José de Quero (Latitud, longitud
y altura)
Fuente; Elaboración propia con soporte Sunearthtools.com
En particular, el lugar específico para la prueba fue el domicilio del señor Roper
Solano, que se halla en el barrio Achipampa-Yanacancha, y el domicilio de la
señora Elvira Inga en San José de Quero, donde se definieron la incidencia de la
radiación, la trayectoria del sol, en los domicilios mencionados; que nos ha
permitido elegir adecuadamente el lugar y orientar con efectividad el panel solar
y su repectivo estructura.
51
Fig. 4.3; Incidencia de la radiación solar sobre los domicilios-Achipampa Yanacancha y
San José de Quero.
Fuente; Elaboración propia con soporte Google imágenes 2014 CNES
52
Fig. 4.4; Trayectoria del sol respectoa a los domicilios-Achipampa Yanacancha y San
José de Quero.
Fuente; Elaboración propia con soporte Google imágenes 2014 CNES.
La posición del sol se ha representado bajo dos gráficos; primero en base
a las coordenadas polares y luego en coordenadas cartesianas. El
primero se basa en círculos concéntricos donde la elevación solar se lee
en varios círculos concéntricos, de 0° a 90° grados. El acimut es el ángulo
corrido al círculo de 0° a 360° grados. El horizonte es representado por el
círculo más externo. El ángulo de acimut indica la dirección del Sol en el
plano horizontal desde una posición dada. El norte está definido con un
acimut de 0°, mientras que el sur tiene un acimut de 180°. Las diferentes
trayectorias del Sol en el cielo están delimitadas por aquellas de los días
de solsticio (21 de junio y 21 de diciembre), el segundo indica la elevación
del Sol que se traza sobre el eje X y el acimut a lo largo del eje Y.
53
Fig. 4.5; Trayectoria del sol en coordenadas polares Achipampa-Yanacancha y San
José de Quero.
Fuente; Elaboración propia con soporte Google imágenes 2014 CNES
54
Fig. 4.6; Trayectoria del sol en coordenadas cartesianas Achipampa-Yanacancha y San
José de Quero.
Fuente; Elaboración propia con soporte Google imágenes 2014 CNES.
El Cálculo de la posición del sol en el cielo para cada lugar de la tierra en
cualquier momento del día, se hizo en base a sunearthtools.com (2014)
que considera los siguientes parámetros: Alba y Ocaso; que se definen
55
como el instante en que la parte superior del disco solar toca el horizonte.
Esto corresponde a una elevación de -0.833° grados para el Sol. El
Crepúsculo, es el momento inmediato al ocaso, caracterizado por una luz
difusa (por extensión, durante la mañana se habla de alba o de aurora).
El Crepúsculo Civil, es el intervalo de tiempo durante el ocaso y cuando
la elevación de Sol es de -6°. En el cielo son visibles algunas pocas
estrellas y planetas muy brillantes. El Crepúsculo Náutico, representa el
tiempo en que el Sol pasa de -6° a -12° bajo el horizonte, en este período
se distinguen el horizonte y las principales estrellas. Crepúsculo
Astronómico es el intervalo de tiempo durante el ocaso cuando la
elevación del Sol es de -18° bajo el horizonte. El cielo está oscuro y es
posible distinguir las estrellas por encima de la sexta magnitud. El
mediodía en el tiempo solar ocurre cuando el Sol alcanza el punto más
alto en el cielo, hacia el sur o hacia el norte dependiendo de la latitud del
observador. Acimut indica un ángulo entre un punto y un plano de
referencia. Generalmente es la distancia angular de un punto desde el
Norte, medida en grados: 0° norte, 90° este, 180° sur, y 270° oeste. La
altura o elevación, es la distancia angular desde el horizonte de un punto
en la esfera celeste, calculada como positiva si se sitúa hacia el Cénit, o
negativa si se sitúa hacia el Nádir. El Cénit, es la intersección de la
perpendicular al plano del horizonte que pasa por el observador con el
hemisferio celeste visible, y por lo tanto es el punto sobre la cabeza del
observador. El punto diametralmente opuesto es el Nádir.
56
El conocimiento de la posición y de las horas de luz, permiten conocer la
energía irradiada por el Sol (fuente renovable) en el punto de la Tierra que
estemos examinando, todos ellos se muestra en la tabla siguiente:
Tabla N° 4.1; Determinación de la posición del sol en Achipampa y San José de
Quero
Fuente: Elaboración propia con asistencia Sunearthtools.com
57
Tabla 4.2; Estimación de elevación y Azimut en Yanacancha y San José de Quero
Fuente: Elaboración propia con asistencia Sunearthtools.com
Determinación de la radiación solar
Para ello se ha acudido a dos fuentes, primero a Atmospheric Science
Data Center - NASA, y a la estación meteorológica de Huayao – Junín.
El primero se ha utilizado para estimar la radiación solar tanto en la
localidad de Yanacancha y San José de Quero, y el segundo nos ha
permitido estimar la radiación en el lugar más cercano a ambas
localidades que es San José de Jarpa. Los resultados se muestran en las
tablas siguientes.
58
Tabla 4.3; Estimación de radiación solar en Yanacancha
Fuente: Elaboración propia con asistencia de Atmospheric Science Data Center-NASA (2014)
Tabla 4.4; Estimación de radiación solar en San José de Quero.
Fuente: Elaboración propia con asistencia de Atmospheric Science Data Center-NASA (2014)
59
Tabla 4.5; Estimación de radiación solar global horizontal estimados por el modelo Bristow-Campbell en la Región Junín, 2010.
Fuente: Bequer Camayo, Tesis Energía Solar y Calidad Ambiental de la Región Junín
4.1.2 Resultado del dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico.
El dimensionamiento de los componentes del sistema solar fotovoltaico se
hizo teniendo en consideración las ecuaciones y relaciones que se hallan
en el marco teórico, y con ayuda del Excel, se eligió los componentes del
módulo.
DIMENSIONADO DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
Si se trata de un sistema fotovoltaico autónomo su objetivo será asegurar la disponibilidad de electricidad durante el máximo tiempo posible
La técnica que se internaliza en el dimensionado es el Método de Balance energético: Energía generada = Energía consumida
Proyecto : Tesis posgrado/EPG-FIM
Responsable : Wuilber Clemente
Fecha : setiembre -2014
CÁLCULO DEL CONSUMO
Descripción de la carga
N° de cargas
Intensidad (A)
Tensión (V) Potencia
(W) Ciclo diario
h/d Ciclo semanal
(d/sem) Rendimiento de
conversión
Tensión nominal del sistema (V)
Consumo Ah/dia
Lámparas 4 1 12 48 4 7 0.85 12 18.82
Total Potencia (W) 48 Consumo total (Ah/día) 18.82
Potencia DC Total (W)
Potencia AC Total (W)
Tensión nominal del sistema (V)
Intensidad pico (A)
Consumo total
(Ah/día)
Factor de rendimineto
cableado
Factor de rendimiento
batería
Consumo total
corregido (Ah/día)
48 12 4 18.82 0.98 0.95 20.22
Tabla 4.6: Dimensionamiento de los componentes del sistema solar fotovoltaico
61
DIMENSIONADO DE LA BATERÍA
Consumo total
corregido (Ah/día)
Mes de diseño
Días de autonomía
Máxima profundidad de descarga
Corrección por temperatura
Capacidad necesaria de batería
(Ah)
Capacidad de la batería
seleccionada (Ah)
Baterías en paralelo mín. recomendado
Baterías en paraleo
seleccionado
20.22 junio 1 0.8 1 31.6 60 0.53 1
SELECCIÓN DE LA BATERÍA
Tensión nominal del sistema (V)
Tensión nominal de la batería
(V)
Baterías en serie
Baterías en paralelo
N° total de baterías
Característica Descripción
Marca RITAR
Tipo Monoblock y de Gel
Tensión nominal 12 V 12 12 1 1 1
Capacidad 60 Ah
DIMENSIONADO DEL PANEL SOLAR FOTOVOLTAICO
Intensidad corregida (A)
Factor de corrección del
módulo
Intensidad de diseño
corregida
Intensidad nominal
del módulo (A)
Módulos en paralelo min.
Recomendados
Módulos en serie min.
Recomendados
Módulos en paralelo
seleccionados
Módulos en serie seleccionados
Potencia Pico
Generador (Wp)
3.93 0.9 4.36 4.6 0.95 0.69 1 1 85
HPS (HORAS DE PICO SOLAR) 5.15
Selección del Módulo Fotovoltaico
Tensión nomial del sistema (V)
Tensión nominal del módulo (V)
Módulos en Paralelo
Módulos en Serie Total
Módulos
Marca y modelo SOLARLAND 85 12 17.4 1 1 1
Tipo Monocristalino
Vmp 17.4 Voc 21.7
Imp 4.6 Isc 5.01
62
DIMENSIONADO DEL REGULADOR DE CARGA
Selección del regulador; en base a la Intensidad mínima del regulador
Isc del generador
(A)
Intensidad mínima
del regulador (A)
Intensidad nominal del regulador (A)
Reguladores en paralelo
Marca Phocos CE
5.01 6.26 10 0.63
Modelo CA10-2.1
1
Voltaje normal (V) 12
Máx. corriente del módulo (A) 10
Máx. corriente del consumo (A) 10
Autoconsumo eléctrico (mA) 4
DIMENSIONADO DE CONDUCTORES
Tendido de Conductores Tensión del sistema (V)
Máxima intensidad
(A)
Longitud (m)
Caídas de tensión
permitidas (%)
Sección calculada mm2
Sección comercial mm2
Caída de tensión real
según sección comercial (%)
Generador a Regulador 12 6.26 2 1.5 2.48 3.3 1.13
Batería a Inversor 12 25 1 1.5 4.94 5.25 1.41
Regulador a batería 12 6.012 2 1.5 2.38 3.3 1.08
Imax admisible por el cable (A)
Corrección por Tª
Corrección por nº cables bajo mismo
conducto
Imax admitida corregida (A)
Calibre AWG
20 1 1 20 12
30 1 1 30 10
20 1 1 20 12
Fuente: Elaboración propia
Componentes dimensionados del sistema Fotovoltaico.
Componentes Características
Panel solar Fotovoltaico.
Marca; Solarland 85
Monocristalino.
Potencia = 85 Wp.
Vmp = 17.4 V
Imp = 4.6 A
Voc = 21.7 V
Isc = 5.01 A
Controlador de carga.
Marca; Phocos CE.
Voltaje normal (V) = 12 V.
Máx. corriente del módulo (A)= 10ª.
Acumulador de carga (Batería)
Marca; Ritar
Tensión nominal; 12 V.
Capacidad; 60 Ah.
Conductores eléctricos
Conductor mellizo calibre 12 Conductor Vulcanizado 2x1,
calibre 10
Estructura, soporte del panel. Estructura metálica de perfiles,
con inclinación de 30° y 45°
Fig. 4.7 Componentes dimensionados del sistema.
Fuente: Elaboración propia
4.1.2 Resultados de la experimentación.
Las experimentaciones se realizaron en las localidades de Yanacancha y San
José de Quero, específicamente en la comunidad de Achipampa y el barrio
centro de Quero. En estas localidades se instalaron los módulos
64
dimensionados en el ítem anterior y posteriormente se realizaron las
mediciones correspondientes tal como se muestran en las tablas siguientes:
Tabla 4.7; Resultado de los ocho tratamientos de generación de energía
eléctrica en la localidad de Yanacancha.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIDAD POSGRADO
MATRIZ PARA TOMA DE DATOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y TEMPERATURA DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
DATOS GENERALES
* LUGAR : ACHIPAMPA, DISTRITO YANACANCHA, PROVINCIA CHUPACA
* INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL PROCESO:
Goniómetro
llave dado 14 mm
Termómetro
Escuadra de 30° y 45°
Flexómetro
Nivel
Pinza amperimétrica
* CONDICIÓN DEL TIEMPO : Despejado
* FECHA: agosto 2014
TRATAMIENTO E1 A1 P1 REPLICA
1 5° 30° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 7.60 0.16 12.86 2.06
2 08:00 15.85 2.34 13.50 31.59 16.82
3 09:00 16.20 2.64 13.20 34.85 33.22
4 10:00 22.20 2.03 13.03 26.45 30.65
5 11:00 23.50 4.05 13.08 52.97 39.71
6 12:00 27.20 4.02 13.70 55.07 54.02
7 13:00 30.20 3.84 13.28 51.00 53.03
8 14:00 28.70 3.70 15.71 58.13 54.56
9 15:00 27.50 3.55 13.30 47.22 52.67
10 16:00 19.80 2.63 13.10 34.45 40.83
11 17:00 13.10 0.17 12.89 2.19 18.32
12 18:00 9.30 0.07 12.20 0.85 1.52 47.44
35.94
TRATAMIENTO E1 A1 P1 REPLICA
1 5° 30° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 7.90 0.18 12.68 2.28
65
2 08:00 16.10 2.36 13.22 31.20 16.74
3 09:00 16.80 2.53 13.45 34.03 32.61
4 10:00 21.80 3.45 13.99 48.27 41.15
5 11:00 26.90 3.88 13.80 53.54 50.90
6 12:00 22.70 3.95 13.40 52.93 53.24
7 13:00 24.20 3.62 13.50 48.87 50.90
8 14:00 29.70 3.15 17.92 56.45 52.66
9 15:00 27.50 2.30 13.48 31.00 43.73
10 16:00 18.50 1.78 15.81 28.14 29.57
11 17:00 13.35 0.11 13.24 1.46 14.80
12 18:00 9.74 0.25 3.60 0.90 1.18 48.76
35.23
TRATAMIENTO E2 A1 P1 REPLICA
2 355° 30° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 5.10 0.42 12.22 5.13
2 08:00 9.20 1.74 12.32 21.44 13.28
3 09:00 9.60 2.40 12.84 30.82 26.13
4 10:00 14.00 2.78 13.60 37.81 34.31
5 11:00 15.00 2.80 13.60 38.08 37.94
6 12:00 15.50 3.80 13.15 49.97 44.03
7 13:00 17.70 3.20 13.45 43.04 46.51
8 14:00 16.10 4.24 13.50 57.24 50.14
9 15:00 13.00 4.15 13.31 55.24 56.24
10 16:00 16.00 3.20 13.02 41.66 48.45
11 17:00 10.00 1.85 12.50 23.13 32.39
12 18:00 6.20 0.50 1.78 0.89 12.01 44.86
36.49
TRATAMIENTO E2 A1 P1 REPLICA
2 355° 30° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 5.30 0.31 12.11 3.75
2 08:00 9.00 1.70 12.57 21.37 12.56
3 09:00 9.00 2.12 12.45 26.39 23.88
4 10:00 14.20 2.60 13.18 34.27 30.33
5 11:00 12.50 3.85 13.33 51.32 42.79
6 12:00 16.20 3.80 13.15 49.97 50.65
7 13:00 17.20 3.30 13.65 45.05 47.51
8 14:00 16.75 4.10 13.65 55.97 50.51
9 15:00 13.40 3.18 13.28 42.23 49.10
10 16:00 15.00 3.34 13.22 44.15 43.19
11 17:00 10.75 1.65 12.48 20.59 32.37
12 18:00 6.80 0.65 2.74 1.78 11.19 45.15
66
35.83
TRATAMIENTO E1 A2 P1 REPLICA
3 5° 45° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 6.75 0.38 13.64 5.18
2 08:00 9.10 1.42 13.94 19.79 12.49
3 09:00 14.10 2.22 17.83 39.58 29.69
4 10:00 16.20 2.85 13.45 38.33 38.96
5 11:00 18.40 3.24 13.25 42.93 40.63
6 12:00 20.20 3.95 13.70 54.12 48.52
7 13:00 21.60 3.62 13.10 47.42 50.77
8 14:00 21.70 3.33 13.02 43.36 45.39
9 15:00 16.40 3.30 13.60 44.88 44.12
10 16:00 14.90 3.19 13.60 43.38 44.13
11 17:00 11.80 1.15 13.16 15.13 29.26
12 18:00 9.80 0.23 9.45 2.17 8.65 44.73
35.69
TRATAMIENTO E1 A2 P1 REPLICA
3 5° 45° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 6.60 0.30 13.68 4.10
2 08:00 9.40 1.35 13.88 18.74 11.42
3 09:00 14.50 2.35 17.66 41.50 30.12
4 10:00 16.50 3.26 13.42 43.75 42.63
5 11:00 20.50 3.29 15.86 52.18 47.96
6 12:00 20.90 3.33 17.17 57.18 54.68
7 13:00 21.10 3.20 13.77 44.06 50.62
8 14:00 21.60 3.18 13.12 41.72 42.89
9 15:00 16.20 3.36 13.45 45.19 43.46
10 16:00 14.25 3.26 13.72 44.73 44.96
11 17:00 11.20 1.21 13.02 15.75 30.24
12 18:00 9.70 0.41 10.67 4.37 10.06 47.04
37.19
TRATAMIENTO E2 A2 P1 REPLICA
4 355° 45° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 4.60 0.79 12.63 9.98
2 08:00 7.25 1.07 13.63 14.58 12.28
3 09:00 7.76 2.78 13.86 38.53 26.56
4 10:00 9.20 2.87 12.85 36.88 37.71
5 11:00 14.40 3.17 13.22 41.91 39.39
6 12:00 17.30 3.45 13.65 47.09 44.50
67
7 13:00 14.30 3.81 13.75 52.39 49.74
8 14:00 16.30 3.92 13.27 52.02 52.20
9 15:00 12.00 3.98 13.87 55.20 53.61
10 16:00 11.20 3.37 12.95 43.64 49.42
11 17:00 10.00 2.24 12.45 27.89 35.76
12 18:00 8.30 0.47 1.98 0.93 14.41 46.19
37.78
TRATAMIENTO E2 A2 P1 REPLICA
4 355° 45° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 5.10 0.74 12.43 9.20
2 08:00 7.40 1.17 13.68 16.01 12.60
3 09:00 7.10 2.44 13.82 33.72 24.86
4 10:00 9.40 2.78 13.95 38.78 36.25
5 11:00 9.50 3.28 16.55 54.28 46.53
6 12:00 17.01 3.45 13.62 46.99 50.64
7 13:00 14.45 3.65 13.82 50.44 48.72
8 14:00 16.60 3.92 13.42 52.61 51.52
9 15:00 12.45 3.64 13.38 48.70 50.65
10 16:00 11.75 3.07 12.92 39.66 44.18
11 17:00 10.25 2.24 12.54 28.09 33.88
12 18:00 8.20 0.47 2.45 1.15 14.62 47.39
37.68
TRATAMIENTO E1 A1 P2 REPLICA
5 5° 30° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 6.40 0.48 12.75 6.12
2 08:00 7.10 1.56 14.64 22.84 14.4792
3 09:00 9.75 2.74 16.21 44.42 33.6269
4 10:00 15.50 1.94 17.20 33.37 38.8917
5 11:00 17.25 2.72 16.42 44.66 39.0152
6 12:00 17.95 3.46 15.98 55.29 49.9766
7 13:00 17.80 3.58 17.23 61.68 58.4871
8 14:00 16.55 3.22 15.94 51.33 56.5051
9 15:00 14.70 3.12 14.08 43.93 47.6282
10 16:00 13.85 3.07 12.18 37.39 40.6611
11 17:00 11.45 1.92 12.96 24.88 31.1379
12 18:00 9.30 0.94 8.40 7.90 16.3896 48.42
38.80
TRATAMIENTO E1 A1 P2 REPLICA
5 5° 30° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
68
1 07:00 6.20 0.42 12.48 5.24
2 08:00 7.30 1.42 14.62 20.76 13.00
3 09:00 10.10 2.28 16.32 37.21 28.99
4 10:00 15.20 1.88 17.42 32.75 34.98
5 11:00 16.85 2.76 16.24 44.82 38.79
6 12:00 17.35 3.42 15.86 54.24 49.53
7 13:00 17.75 3.62 17.44 63.13 58.69
8 14:00 16.20 3.28 15.78 51.76 57.45
9 15:00 15.20 3.24 14.18 45.94 48.85
10 16:00 13.40 3.18 12.28 39.05 42.50
11 17:00 11.15 1.83 12.68 23.20 31.13
12 18:00 9.15 0.97 8.80 8.54 15.87 48.05
38.16
TRATAMIENTO E2 A1 P2 REPLICA
6 355° 30° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 7.01 0.50 12.25 6.13
2 08:00 9.10 1.75 14.35 25.11 15.62
3 09:00 11.30 2.65 16.54 43.83 34.47
4 10:00 14.70 1.85 17.40 32.19 38.01
5 11:00 15.80 2.75 16.92 46.53 39.36
6 12:00 18.80 3.58 16.10 57.64 52.08
7 13:00 19.70 3.45 17.56 60.58 59.11
8 14:00 16.60 3.57 16.00 57.12 58.85
9 15:00 16.40 3.37 14.53 48.97 53.04
10 16:00 15.90 2.67 12.23 32.65 40.81
11 17:00 12.50 1.77 13.06 23.12 27.89
12 18:00 10.40 0.78 6.34 4.95 14.03 50.08
39.39
TRATAMIENTO E2 A1 P2 REPLICA
6 355° 30° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 8.01 0.55 12.45 6.85
2 08:00 9.40 1.85 14.02 25.94 16.39
3 09:00 12.30 2.70 14.00 37.80 31.87
4 10:00 13.70 2.80 14.23 39.84 38.82
5 11:00 17.01 3.25 14.54 47.26 43.55
6 12:00 17.50 3.90 14.46 56.39 51.82
7 13:00 18.20 3.86 16.58 64.00 60.20
8 14:00 18.50 3.66 14.67 53.69 58.85
9 15:00 16.60 3.46 13.89 48.06 50.88
10 16:00 15.50 2.44 12.45 30.38 39.22
11 17:00 12.30 2.21 12.75 28.18 29.28
69
12 18:00 10.60 1.40 5.78 8.09 18.13 50.69
39.91
TRATAMIENTO E1 A2 P2 REPLICA
7 5° 45° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 5.40 0.68 12.75 8.67
2 08:00 6.90 2.74 13.49 36.96 22.82
3 09:00 9.90 3.25 13.02 42.32 39.64
4 10:00 17.50 3.35 14.48 48.51 45.41
5 11:00 17.00 3.65 14.72 53.73 51.12
6 12:00 17.90 3.80 13.85 52.63 53.18
7 13:00 14.80 3.82 14.26 54.47 53.55
8 14:00 16.00 3.44 13.38 46.03 50.25
9 15:00 13.70 3.02 13.05 39.41 42.72
10 16:00 13.60 2.52 13.54 34.12 36.77
11 17:00 11.30 2.29 13.24 30.32 32.22
12 18:00 9.00 0.32 10.26 3.28 16.80 49.37
40.41
TRATAMIENTO E1 A2 P2 REPLICA
7 5° 45° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 5.80 0.62 12.92 8.01
2 08:00 7.10 2.64 13.69 36.14 22.08
3 09:00 9.70 3.35 14.16 47.44 41.79
4 10:00 16.85 3.14 14.46 45.40 46.42
5 11:00 17.10 3.82 14.59 55.73 50.57
6 12:00 17.30 4.02 14.00 56.28 56.01
7 13:00 17.90 3.36 13.26 44.55 50.42
8 14:00 16.60 3.45 13.87 47.85 46.20
9 15:00 14.70 3.13 13.97 43.73 45.79
10 16:00 14.20 1.52 12.54 19.06 31.39
11 17:00 12.30 2.29 12.78 29.27 24.16
12 18:00 9.50 0.32 10.45 3.34 16.31 49.23
39.19
TRATAMIENTO E2 A2 P2 REPLICA
8 355° 45° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 7.90 0.74 12.88 9.53
2 08:00 9.25 2.22 13.62 30.24 19.88
3 09:00 11.80 3.14 14.10 44.27 37.26
4 10:00 13.10 3.12 14.24 44.43 44.35
5 11:00 16.84 3.85 14.35 55.25 49.84
70
6 12:00 17.25 4.38 13.96 61.14 58.20
7 13:00 17.80 3.77 13.14 49.54 55.34
8 14:00 18.20 3.18 13.64 43.38 46.46
9 15:00 16.90 3.45 13.42 46.30 44.84
10 16:00 15.10 1.84 12.62 23.22 34.76
11 17:00 12.85 1.76 13.44 23.65 23.44
12 18:00 9.50 0.48 10.21 4.90 14.28 49.84
38.97
TRATAMIENTO E2 A2 P2 REPLICA
8 355° 45° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 7.25 0.72 12.42 8.94
2 08:00 9.40 2.26 13.72 31.01 19.97
3 09:00 11.50 3.22 14.20 45.72 38.37
4 10:00 12.95 3.16 14.44 45.63 45.68
5 11:00 17.20 3.82 14.25 54.44 50.03
6 12:00 17.60 4.12 14.02 57.76 56.10
7 13:00 18.01 3.62 13.22 47.86 52.81
8 14:00 18.25 3.12 13.58 42.37 45.11
9 15:00 17.60 3.28 13.48 44.21 43.29
10 16:00 15.80 1.72 12.78 21.98 33.10
11 17:00 13.10 1.82 13.72 24.97 23.48
12 18:00 9.30 0.62 10.42 6.46 15.72 48.84
38.51
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 4.8; Resultado de los ocho tratamientos de generación de energía
eléctrica en la localidad de San José de Quero.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
UNIDAD POSGRADO
MATRIZ PARA TOMA DE DATOS DE LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y TEMPERATURA DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
DATOS GENERALES
* LUGAR : BARRIO CENTRO-QUERO, DISTRITO SAN JOSÉ DE QUERO, PROVINCIA CONCEPCIÓN
* INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL PROCESO:
Goniómetro
llave dado 14 mm
Termómetro
Escuadra de 30° y 45°
Flexómetro
Nivel
Pinza amperimétrica
* CONDICIÓN DEL TIEMPO : Despejado
* FECHA: agosto 2014
71
TRATAMIENTO E1 A1 P1 REPLICA
1 5° 30° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 4.4 0.90 14.08 12.67
2 08:00 5.6 0.86 14.08 12.11 12.39
3 09:00 6.65 1.12 16.63 18.63 15.37
4 10:00 16.48 1.10 16.80 18.48 18.55
5 11:00 19.8 2.90 17.90 51.91 35.20
6 12:00 22.3 3.10 19.42 60.20 56.06
7 13:00 24.7 3.15 19.48 61.36 60.78
8 14:00 18.6 3.68 19.21 70.69 66.03
9 15:00 16.5 3.71 14.00 51.94 61.32
10 16:00 15.9 0.24 13.62 3.27 27.60
11 17:00 11.3 0.35 12.01 4.20 3.74
12 18:00 9.7 0.52 2.11 1.10 2.65 49.65
32.70
TRATAMIENTO E1 A1 P1 REPLICA
1 5° 30° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 4.2 0.75 13.81 10.36
2 08:00 5.8 0.92 14.01 12.89 11.62
3 09:00 6.7 1.18 16.20 19.12 16.00
4 10:00 16.7 1.22 16.32 19.91 19.51
5 11:00 18.7 2.60 17.10 44.46 32.19
6 12:00 22.6 3.01 18.32 55.14 49.80
7 13:00 24.2 3.20 18.48 59.14 57.14
8 14:00 18.82 3.54 19.21 68.00 63.57
9 15:00 16.22 3.42 14.20 48.56 58.28
10 16:00 16.02 0.78 13.45 10.49 29.53
11 17:00 11.42 0.62 12.12 7.51 9.00
12 18:00 9.82 0.50 4.11 2.06 4.78 46.75
31.95
TRATAMIENTO E2 A1 P1 REPLICA
2 355° 30° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 4.15 0.82 13.45 11.03
2 08:00 7.45 0.91 13.65 12.42 11.73
3 09:00 10.40 1.97 14.44 28.45 20.43
4 10:00 10.76 1.82 15.43 28.08 28.26
5 11:00 11.60 2.21 16.15 35.69 31.89
6 12:00 12.70 2.75 17.92 49.28 42.49
72
7 13:00 16.00 2.98 17.75 52.90 51.09
8 14:00 17.90 2.37 14.66 34.74 43.82
9 15:00 13.90 1.98 13.45 26.63 30.69
10 16:00 12.10 1.25 13.38 16.73 21.68
11 17:00 13.00 0.82 10.24 8.40 12.56
12 18:00 9.20 0.68 9.62 6.54 7.47 38.04
27.46
TRATAMIENTO E2 A1 P1 REPLICA
2 355° 30° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 4.30 0.90 13.30 11.97
2 08:00 7.25 1.08 13.85 14.96 13.46
3 09:00 10.20 1.45 14.24 20.65 17.80
4 10:00 10.90 2.08 15.23 31.68 26.16
5 11:00 11.80 2.54 16.24 41.25 36.46
6 12:00 12.62 2.77 18.04 49.97 45.61
7 13:00 16.12 3.05 17.81 54.32 52.15
8 14:00 17.84 2.84 14.71 41.78 48.05
9 15:00 13.96 2.25 13.85 31.16 36.47
10 16:00 12.29 1.68 13.3 22.34 26.75
11 17:00 13.02 0.58 10.63 6.17 14.25
12 18:00 9.44 0.52 9.45 4.91 5.54 40.82
29.34
TRATAMIENTO E1 A2 P1 REPLICA
3 5° 45° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 2.80 0.50 13.54 6.77
2 08:00 5.94 0.75 13.6 10.20 8.49
3 09:00 9.88 1.26 13.96 17.59 13.89
4 10:00 11.30 1.93 14.22 27.44 22.52
5 11:00 11.80 2.25 17.45 39.26 33.35
6 12:00 13.90 2.75 17.92 49.28 44.27
7 13:00 14.20 3.05 19.20 58.56 53.92
8 14:00 18.00 2.83 17.42 49.30 53.93
9 15:00 17.70 1.75 17.03 29.80 39.55
10 16:00 14.10 1.24 14.56 18.05 23.93
11 17:00 10.50 0.97 13.75 13.34 15.70
12 18:00 9.80 0.68 12.94 8.80 11.07 41.26
29.15
TRATAMIENTO E1 A2 P1 REPLICA
3 5° 45° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
73
1 07:00 2.30 0.62 13.63 8.45
2 08:00 5.80 0.74 13.81 10.22 9.34
3 09:00 9.70 1.28 13.92 17.82 14.02
4 10:00 12.50 1.96 14.44 28.30 23.06
5 11:00 14.70 2.24 17.32 38.80 33.55
6 12:00 15.30 2.91 17.94 52.21 45.50
7 13:00 15.50 2.38 19.47 46.34 49.27
8 14:00 17.20 2.08 17.22 35.82 41.08
9 15:00 17.6 1.78 17.12 30.47 33.15
10 16:00 14.42 1.32 14.67 19.36 24.92
11 17:00 10.26 1.20 13.25 15.90 17.63
12 18:00 9.42 0.94 12.78 12.01 13.96 37.60
27.77
TRATAMIENTO E2 A2 P1 REPLICA
4 45° 355° 1.00 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 1.90 0.48 12.87 6.18
2 08:00 4.98 0.92 13.14 12.09 9.13
3 09:00 8.10 1.35 13.36 18.04 15.06
4 10:00 11.50 1.77 14.92 26.41 22.22
5 11:00 12.50 2.08 15.07 31.35 28.88
6 12:00 14.10 2.86 15.26 43.64 37.49
7 13:00 15.40 3.16 15.02 47.46 45.55
8 14:00 16.30 2.45 14.82 36.31 41.89
9 15:00 17.40 1.85 14.41 26.66 31.48
10 16:00 15.20 1.05 13.67 14.35 20.51
11 17:00 12.90 0.74 13.05 9.66 12.01
12 18:00 8.80 0.53 12.75 6.76 8.21 34.59
24.77
TRATAMIENTO E2 A2 P1 REPLICA
4 45° 355° 1.00 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 0.90 0.52 12.77 6.64
2 08:00 4.80 0.64 12.96 8.29 7.47
3 09:00 6.60 1.43 13.18 18.85 13.57
4 10:00 8.40 1.88 14.76 27.75 23.30
5 11:00 10.80 2.2 14.94 32.87 30.31
6 12:00 12.30 2.78 14.73 40.95 36.91
7 13:00 14.30 2.97 13.98 41.52 41.24
8 14:00 17.40 2.50 13.92 34.80 38.16
9 15:00 17.67 1.87 13.75 25.71 30.26
10 16:00 15.42 1.02 13.24 13.50 19.61
11 17:00 12.68 0.84 12.86 10.80 12.15
74
12 18:00 9.20 0.62 12.40 7.69 9.25 33.36
23.84
TRATAMIENTO E1 A1 P2 REPLICA
5 30° 5° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 3.60 0.94 13.45 12.64
2 08:00 4.40 0.92 13.2 12.14 12.39
3 09:00 8.25 1.02 13.94 14.22 13.18
4 10:00 9.80 1.98 14.02 27.76 20.99
5 11:00 12.10 2.22 17.01 37.76 32.76
6 12:00 14.90 2.74 16.90 46.31 42.03
7 13:00 15.10 2.54 16.77 42.60 44.45
8 14:00 13.40 2.25 15.13 34.04 38.32
9 15:00 14.30 1.85 13.66 25.27 29.66
10 16:00 14.10 1.68 16.87 28.34 26.81
11 17:00 12.80 1.65 13.82 22.80 25.57
12 18:00 9.70 0.76 10.50 7.98 15.39 34.70
27.41
TRATAMIENTO E1 A1 P2 REPLICA
5 5° 30° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 3.30 0.98 13.30 13.03
2 08:00 4.30 1.08 13.29 14.35 13.69
3 09:00 8.40 1.28 13.86 17.74 16.05
4 10:00 9.90 1.74 14.12 24.57 21.15
5 11:00 12.40 2.22 16.98 37.70 31.13
6 12:00 14.10 2.66 16.96 45.11 41.40
7 13:00 14.80 2.72 16.72 45.48 45.30
8 14:00 13.50 2.45 15.38 37.68 41.58
9 15:00 14.45 1.98 13.48 26.69 32.19
10 16:00 14.22 1.73 16.66 28.82 27.76
11 17:00 12.86 1.25 13.94 17.43 23.12
12 18:00 9.82 0.95 10.87 10.33 13.88 35.46
27.93
TRATAMIENTO E2 A1 P2 REPLICA
6 355° 30° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 3.60 0.77 12.31 9.48
2 08:00 6.50 1.27 12.88 16.36 12.92
75
3 09:00 6.90 1.51 14.53 21.94 19.15
4 10:00 15.70 1.72 14.53 24.99 23.47
5 11:00 16.30 2.29 17.06 39.07 32.03
6 12:00 18.80 2.16 16.93 36.57 37.82
7 13:00 18.20 2.47 17.22 42.53 39.55
8 14:00 20.90 2.19 17.54 38.41 40.47
9 15:00 18.40 1.84 15.49 28.50 33.46
10 16:00 17.20 1.33 14.42 19.18 23.84
11 17:00 14.70 1.08 13.67 14.76 16.97
12 18:00 9.80 0.94 10.9 10.25 12.50 34.47
26.56
TRATAMIENTO E2 A1 P2 REPLICA
6 355° 30° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 3.30 0.67 12.55 8.41
2 08:00 3.40 1.32 12.79 16.88 12.65
3 09:00 10.60 1.61 14.67 23.62 20.25
4 10:00 13.10 1.64 14.51 23.80 23.71
5 11:00 13.40 2.22 17.14 38.05 30.92
6 12:00 16.10 2.16 16.89 36.48 37.27
7 13:00 17.10 2.56 17.37 44.47 40.47
8 14:00 20.80 2.25 17.496 39.37 41.92
9 15:00 18.62 1.89 15.51 29.31 34.34
10 16:00 17.42 1.41 14.38 20.28 24.79
11 17:00 14.56 1.05 13.71 14.40 17.34
12 18:00 9.92 0.97 10.7 10.38 12.39 34.77
26.91
TRATAMIENTO E1 A2 P2 REPLICA
7 5° 45° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 1.94 0.85 12.78 10.86
2 08:00 5.90 0.97 13.04 12.65 11.76
3 09:00 7.40 1.62 15.17 24.58 18.61
4 10:00 9.30 1.93 16.53 31.90 28.24
5 11:00 13.70 2.09 16.77 35.05 33.48
6 12:00 15.30 2.37 16.94 40.15 37.60
7 13:00 15.40 2.77 17.15 47.51 43.83
8 14:00 16.90 2.31 16.54 38.21 42.86
9 15:00 16.40 2.11 15.03 31.71 34.96
10 16:00 16.90 1.76 14.21 25.01 28.36
11 17:00 13.50 1.18 13.20 15.58 20.29
76
12 18:00 11.20 0.82 10.75 8.82 12.20 36.83
28.38
TRATAMIENTO E1 A2 P2 REPLICA
7 5° 45° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 1.40 0.92 12.58 11.57
2 08:00 6.50 1.09 13.24 14.43 13.00
3 09:00 9.40 1.55 15.27 23.67 19.05
4 10:00 11.90 1.73 16.44 28.44 26.05
5 11:00 14.10 2.19 16.64 36.44 32.44
6 12:00 14.30 2.27 16.87 38.29 37.37
7 13:00 15.75 2.68 17.05 45.69 41.99
8 14:00 16.84 2.35 16.36 38.45 42.07
9 15:00 16.58 2.18 15.12 32.96 35.70
10 16:00 16.88 1.72 14.12 24.29 28.62
11 17:00 13.70 1.22 13.22 16.13 20.21
12 18:00 11.12 0.88 10.32 9.08 12.61 35.94
28.10
TRATAMIENTO E2 A2 P2 REPLICA
8 355° 45° 1.50 m I
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 0.90 0.85 13.18 11.20
2 08:00 5.40 0.94 13.47 12.66 11.93
3 09:00 7.40 1.27 14.02 17.81 15.23
4 10:00 11.10 1.64 14.28 23.42 20.61
5 11:00 15.1 2.08 16.07 33.43 28.42
6 12:00 15.10 2.46 16.86 41.48 37.45
7 13:00 15.60 2.55 16.93 43.17 42.32
8 14:00 14.80 2.30 15.83 36.41 39.79
9 15:00 13.90 1.89 14.23 26.89 31.65
10 16:00 15.10 1.72 14.18 24.39 25.64
11 17:00 13.00 1.23 13.45 16.54 20.47
12 18:00 9.10 0.96 10.66 10.23 13.39 33.38
26.08
TRATAMIENTO E2 A2 P2 REPLICA
8 355° 45° 1.50 m II
N° HORA TEMPERATURA (°C)
MEDICIÓN EN EL CONTROLADOR
ENERGÍA ELECTRICA
OBSERVACIÓN AMPERAJE VOLTAJE POTENCIA
1 07:00 0.70 0.82 13.26 10.87
2 08:00 5.00 0.9 13.52 12.17 11.52
77
3 09:00 7.10 1.18 14.24 16.80 14.49
4 10:00 11.00 1.58 14.32 22.63 19.71
5 11:00 14.80 2.12 16.16 34.26 28.44
6 12:00 15.00 2.54 16.82 42.72 38.49
7 13:00 15.50 2.62 16.89 44.25 43.49
8 14:00 14.82 2.38 15.79 37.58 40.92
9 15:00 13.88 1.78 14.28 25.42 31.50
10 16:00 15.28 1.68 14.27 23.97 24.70
11 17:00 13.12 1.28 13.41 17.16 20.57
12 18:00 9.22 0.92 10.28 9.46 13.31 33.76
26.10
Fuente: Elaboración propia
4.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS
4.2.1. Determinación de los parámetros de tendencia central con
estadística descriptiva.
Con ayuda del programa Excel, se ha determinado los promedios de los
tratamientos para los ocho tratamientos, tanto en la localidad de Yanacancha y
San José de Quero.
Tabla 4.9, Determinación de energía eléctrica en el módulo –Yanacancha.
TRATAMIENTO 01 TRATAMIENTO 02 TRATAMIENTO 03 TRATAMIENTO 04
R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3
E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.
33.22 32.61 32.92 26.13 23.88 25.00 29.69 30.12 29.90 26.56 19.42 22.99
30.65 41.15 35.90 34.31 30.33 32.32 38.96 42.63 40.79 37.71 32.13 34.92
39.71 50.90 45.31 37.94 42.79 40.37 40.63 47.96 44.30 39.39 38.55 38.97
54.02 53.24 53.63 44.03 50.65 47.34 48.52 54.68 51.60 44.50 41.95 43.22
53.03 50.90 51.97 46.51 47.51 47.01 50.77 50.62 50.69 49.74 47.12 48.43
54.56 52.66 53.61 50.14 50.51 50.32 45.39 42.89 44.14 52.20 50.97 51.59
52.67 43.73 48.20 56.24 49.10 52.67 44.12 43.46 43.79 53.61 52.91 53.26
40.83 29.57 35.20 48.45 43.19 45.82 44.13 44.96 44.55 49.42 51.52 50.47
18.32 14.80 16.56 32.39 32.37 32.38 29.26 30.24 29.75 35.76 42.59 39.18
1.52 1.18 1.35 12.01 11.19 11.60 8.65 10.06 9.36 14.41 25.09 19.75
35.94 35.23 35.58 36.49 35.83 36.16 35.69 37.19 36.44 37.78 37.13 37.45
TRATAMIENTO 05 TRATAMIENTO 06 TRATAMIENTO 07 TRATAMIENTO 08
R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3
E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.
14.48 13.00 13.74 15.62 16.39 16.01 22.82 22.08 22.45 19.88 9.94 14.91
78
33.63 28.99 31.31 34.47 31.87 33.17 39.64 41.79 40.71 37.26 28.57 32.91
38.89 34.98 36.94 38.01 38.82 38.42 45.41 46.42 45.92 44.35 40.80 42.58
39.02 38.79 38.90 39.36 43.55 41.45 51.12 50.57 50.84 49.84 47.09 48.47
49.98 49.53 49.75 52.08 51.82 51.95 53.18 56.01 54.59 58.20 54.02 56.11
58.49 58.69 58.59 59.11 60.20 59.65 53.55 50.42 51.98 55.34 56.77 56.06
56.51 57.45 56.98 58.85 58.85 58.85 50.25 46.20 48.23 46.46 50.90 48.68
47.63 48.85 48.24 53.04 50.88 51.96 42.72 45.79 44.25 44.84 45.65 45.24
40.66 42.50 41.58 40.81 39.22 40.01 36.77 31.39 34.08 34.76 39.80 37.28
31.14 31.13 31.13 27.89 29.28 28.58 32.22 24.16 28.19 23.44 29.10 26.27
16.39 15.87 16.13 14.03 18.13 16.08 16.80 16.31 16.55 14.28 18.86 16.57
38.80 38.16 38.48 39.39 39.91 39.65 40.41 39.19 39.80 38.97 38.32 38.64
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 4.10, Determinación de energía eléctrica en el módulo –San José de Quero.
TRATAMIENTO 01 TRATAMIENTO 02 TRATAMIENTO 03 TRATAMIENTO 04
R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3
E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.
15.37 16.00 15.68 20.43 17.80 19.12 13.89 14.02 13.96 15.06 13.57 14.32
18.55 19.51 19.03 28.26 26.16 27.21 22.52 23.06 22.79 22.22 23.30 22.76
35.20 32.19 33.69 31.89 36.46 34.18 33.35 33.55 33.45 28.88 30.31 29.59
56.06 49.80 52.93 42.49 45.61 44.05 44.27 45.50 44.89 37.49 36.91 37.20
60.78 57.14 58.96 51.09 52.15 51.62 53.92 49.27 51.60 45.55 41.24 43.39
66.03 63.57 64.80 43.82 48.05 45.93 53.93 41.08 47.50 41.89 38.16 40.02
61.32 58.28 59.80 30.69 36.47 33.58 39.55 33.15 36.35 31.48 30.26 30.87
27.60 29.53 28.57 21.68 26.75 24.22 23.93 24.92 24.42 20.51 19.61 20.06
3.74 9.00 6.37 12.56 14.25 13.41 15.70 17.63 16.66 12.01 12.15 12.08
2.65 4.78 3.72 7.47 5.54 6.50 11.07 13.96 12.51 8.21 9.25 8.73
32.70 31.95 32.32 27.46 29.34 28.40 29.15 27.77 28.46 24.77 23.84 24.30
TRATAMIENTO 05 TRATAMIENTO 06 TRATAMIENTO 07 TRATAMIENTO 08
R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3 R 1 R2 R3
E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E. E.E.
13.18 16.05 14.61 19.15 20.25 19.70 18.61 19.05 18.83 15.23 14.49 14.86
20.99 21.15 21.07 23.47 23.71 23.59 28.24 26.05 27.15 20.61 19.71 20.16
32.76 31.13 31.95 32.03 30.92 31.48 33.48 32.44 32.96 28.42 28.44 28.43
42.03 41.40 41.72 37.82 37.27 37.54 37.60 37.37 37.48 37.45 38.49 37.97
44.45 45.30 44.87 39.55 40.47 40.01 43.83 41.99 42.91 42.32 43.49 42.91
38.32 41.58 39.95 40.47 41.92 41.19 42.86 42.07 42.46 39.79 40.92 40.35
29.66 32.19 30.92 33.46 34.34 33.90 34.96 35.70 35.33 31.65 31.50 31.58
26.81 27.76 27.28 23.84 24.79 24.32 28.36 28.62 28.49 25.64 24.70 25.17
25.57 23.12 24.35 16.97 17.34 17.15 20.29 20.21 20.25 20.47 20.57 20.52
15.39 13.88 14.63 12.50 12.39 12.45 12.20 12.61 12.40 13.39 13.31 13.35
27.41 27.93 27.67 26.56 26.91 26.74 28.38 28.10 28.24 26.08 26.10 26.09
Fuente: Elaboración propia.
79
Considerando seis horas pico de producción de radiación solar por día, en el
intervalo de 10 horas a 15 horas y en base a los datos de las tablas anteriores
se construye la matriz de diseño factorial 23 que incluye los datos de ambas
localidades, el mismo que se muestran a continuación:
Tabla 4.11, Matriz de diseño factorial 23 con tres réplicas de ambas localidades.
COMBINACIÓN TRATAMIENTOS
NIVELES DE TRATAMIENTOS REPLICAS (Wh) TOTAL
E A P I II III
1 - - - 48.55 47.76 48.15 144.46
E + - - 41.45 42.98 42.22 126.65
A - + - 42.99 42.32 42.66 127.97
EA + + - 40.39 40.37 40.38 121.14
P - - + 41.56 41.75 41.66 124.97
EP + - + 42.27 42.73 42.50 127.50
AP - + + 43.10 42.59 42.84 128.53
EAP + + + 41.61 41.30 41.45 124.36
Fuente; Elaboración propia Según Box (2011, p.177), en el diseño factorial 23, se define los factores de tal
forma que permita interactuar entre las variables independientes y la
dependiente y así determinar la influencia de cada factor hacia la generación
de energía eléctrica, en las tablas y gráficos siguientes se muestran los
resultados.
Tabla 4.12; Diseño factorial 23; investigación a escala de planta piloto.
FACTORES Energía Eléctrica
promedio E A P
- - - 48.15
+ - - 42.22
- + - 42.66
+ + - 40.38
- - + 41.66
+ - + 42.50
- + + 42.84
+ + + 41.45
80
N° Ensayo
Elevación (°)
Acimut (°)
Posición (m)
Energía eléctrica
(Wh)
Energía eléctrica
(Wh)
1 30 5 1 48.15 48
2 45 5 1 42.22 42
3 30 355 1 42.66 43
4 45 355 1 40.38 40
5 30 5 1.5 41.66 42
6 45 5 1.5 42.50 42
7 30 355 1.5 42.84 43
8 45 355 1.5 41.45 41
Fuente; Elaboración propia.
A continuación se muestran las figuras que representan a los ensayos
numerados para las distintas combinaciones de los factores A, E y P en los
vértices de un cubo, además se representa los resultados inherentes a la
generación de energía eléctrica obtenida.
Fig. 4.8; Diseño factorial 23 con los ensayos identificados en el orden estándar
y los resultados de generación de energía eléctrica.
Fuente: Elaboración propia
Asimismo se muestran los doce efectos principales generados por los ocho
experimentos, los mismos que se muestran en las aristas del cubo; cuatro
medidas para el efecto del cambio de acimut, cuatro para el efecto de cambio
+
4
7
6
2
5
1
3
8
+
+
+
-
--
P
A
E
81
de elevación y cuatro para el efecto de cambio de posición del controlador de
carga.
Tabla 4.13; Comparaciones de doce tratamientos
Condiciones constantes de A y P entre las que se realizan las comparaciones de cambio de Acimut
A P Efecto del cambio
de elevación de 30° a 45°
5 1 y2 - y1 = 42 - 48 = -6
355 1 y4 - y3 = 40 - 43 = -3
355 1.5 y8 - y7 = 41 - 43 = -2
5 1.5 y6 - y5 = 42 - 42 = 0
Efecto medio principal de elevación E = -2.75
Condiciones constantes de E y P entre las que se realizan las comparaciones de
cambio de Acimut
E P Efecto del cambio
de acimut de 5° a 355°
30 1 y3 - y1 = 43 - 48 = -5
30 1.5 y7 - y5 = 43 - 42 = +1
45 1.5 y8 - y6 = 41 - 42 = -1
45 1 y4 - y2 = 40 - 42 = -2
Efecto medio principal de acimut es: A = -1.75
Condiciones constantes de E y A entre las que se realizan las comparaciones de cambio de
Acimut
E A Efecto del cambio
de posición del controlador de 1 a 1.5m
30 5 y5 - y1 = 42 - 48 = -6
30 355 y7 - y3 = 43 - 43 = -0
45 355 y8 - y4 = 41 - 40 = 1
45 5 y6 - y2 = 42 - 42 = 0
Efecto medio principal de posición del controlador: P = -1.25
Fuente: Elaboración propia.
-6
-3
-2
0
A-10
+3 -1
0-2
+1
-5
P
82
4.2.2. Efectos de las interacciones de dos y tres factores.
Para ello primero representamos de manera geométrica los contrastes
correspondientes a los efectos principales e interacciones los mismos que se
muestran a continuación.
Fig. 4.9; Efectos principales, interacción de dos y tres factores.
Fuente: Elaboración propia.
4
8
6 1
3
5
2
7
-
+
E A P
E x A E x P A x P
E x A x P
4
8
6 1
3
5
2
7
+
-
4
8
6 1
3
5
2
7
-
+
4
8
6 1
3
5
2
7
4
8
6 1
3
5
2
7
4
8
6 1
3
5
2
7
4
8
6 1
3
5
2
7
83
Con la asistencia de las formas geométricas se determina los efectos
numéricamente del modo siguiente:
a)
b)
c) ExA=
d) AxP =
e) Determinación de la interacción de tres factores, considerando la
elevación y acimut, cunado la posición P está a su nivel más alto y más
bajo. P en su nivel más alto.
EA=( ) ( )
( ) ( )
Cuando P está en su nivel menos.
EA=( ) ( )
( ) ( )
La diferencia de estos valores determina la consistencia de la interacción
entre elevación y acimut para las dos posiciones, la mitad de esta
diferencia se define como la interacción de tres factores (Elevación,
Acimut y Posición), representada por EAP, por tanto:
EAP = (-1-1.5)/2 = -1.25
4.2.3 Análisis estadístico con Minitab.
a) Análisis Factorial 23 completo.- se presenta con fines de visualizar
las réplicas, factores, niveles y otros componentes que nos permitieron
el análisis.
Factores: 3 Diseño de la base: 3, 8
Corridas: 24 Réplicas: 3
Bloques: 1 Puntos centrales (total): 0
84
b) Ajuste factorial.- en ello represento los efectos, los coeficientes de
los resultados, los contrastes, y nivel de significancia; los mismos que
permiten tomar decisiones de la mejor combinación de los factores. Ver
tabla 4.14.
Tabla 4.14: Ajuste factorial de los resultados y los tres factores (E,A,P).
Fuente; elaboración propia.
En la figura siguiente también se muestra los efectos principales de los
tres factores; elevación, acimut y posición del controlador de carga
respecto al panel solar, y sus respectivos niveles (-1) y (1).
1-1
44.0
43.5
43.0
42.5
42.0
1-1
1-1
44.0
43.5
43.0
42.5
42.0
E
Me
dia
A
P
Gráfica de efectos principales para RESULTADOMedias de datos
Fig.4.10: Gráfica de efectos principales para el resultado del experimento. Fuente; elaboración propia.
Término Efecto coeficiente contraste P Constante 42.732 589.61 0.000
A (E) -2.190 -1.095 -15.11 0.000
B (A) -1.798 -0.899 -12.40 0.000
C (P) -1.239 -0.619 -8.55 0.000
A*B (E*A) 0.357 0.178 2.46 0.026
A*C (E*P) 1.916 0.958 13.22 0.000
B*C (A*P) 1.867 0.934 12.88 0.000
A*B*C (E*A*P) -1.474 -0.737 -10.17 0.000
85
Con fines de apreciar las interacciones de los factores, en función al valor
medio ajustado, tanto en los niveles mínimo y máximo, se muestra la figura
4.11, quien nos permite determinar qué factores están interactuando
significativamente y quienes de manera no relevante.
1-1 1-1
46
44
42
46
44
42
E
A
P
-1
1
E
-1
1
A
Gráfica de interacción para RESULTADOMedias de datos
Fig. 4.11; Interacción de factores en función a las medias de datos.
Fuente; elaboración propia.
Finalmente presento el gráfico de cubo, en ello ubicamos los ocho resultados
que vienen a ser los promedios de las réplicas, esto con fines de determinar los
efectos, tal como se detalla en las páginas anteriores. Ver figura 4.12.
1
-1
1
-1
1-1
P
A
E
41.4523
42.499841.6562
42.8427
40.3813
42.215848.1520
42.6572
Gráfica de cubos (medias de los datos) para RESULTADO
Fig. 4.12; Interacción de factores en función a las medias de datos.
Fuente; elaboración propia.
86
4.2.4 Análisis de varianza.- Esto nos permitió evaluar el efecto individual y conjunto
de los factores, además es un gran soporte para la toma de decisiones y la validación
de la hipótesis. En la tabla 4.15, se ilustra los valores del estadígrafo “F” Fisher, los
grados de liberta y la suma de cuadrados.
Tabla 4.15: Análisis de varianza para los resultados en base a las unidades
codificadas
Fuente GL SC Sec. SC Ajust. CM Ajust. FEXP.
A 1 28.769 28.7694 28.7694 228.21
B 1 19.388 19.3883 19.3883 153.79
C 1 9.208 9.2082 9.2082 73.04
A*B 1 0.763 0.7630 0.7630 6.05
A*C 1 22.035 22.0345 22.0345 174.79
B*C 1 20.915 22.0345 20.9153 165.91
A*B*C 1 13.029 13.0291 13.0291 103.35
Error residual 16 2.017 2.0171 0.1261
Error puro 16 2.017 2.0171 0.1261
Total 23 116.125
Fuente; elaboración propia
Los efectos estandarizados en una gráfica normal están ubicados aleatoriamente,
aquellos que están muy cerca de la línea son considerados no significativos, los que
están alejados a la línea son significativos, todo ello podemos apreciar en la figura
4.13.
Fig. 4.13; Gráfica normal de efectos estandarizados.
Fuente: elaboración propia.
1050-5-10-15
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Efecto estandarizado
Po
rce
nta
je
A A
B B
C C
Factor Nombre
No significativo
Significativo
Tipo de efecto
ABC
BC
AC
AB
C
B
A
Gráfica normal de efectos estandarizados(la respuesta es Resultados, Alfa = 0.05)
87
Asimismo el gráfico de Pareto de efectos estandarizados nos muestra la significancia
de los factores, algunos de menor y otros de mayor importancia, esta categorización
se hace en base a la línea de referencia, cualquier efecto que se halla en el sector
positivo de la línea es considerada significativo. Ver fig. 4.14.
Fig. 4.14; Diagrama de Pareto de efectos estandarizados.
Fuente: elaboración propia
4.2.5.- Análisis de residuos.
En la figura 4.15, se muestran los residuos en base a los datos recolectados en el
experimento, los mismos que son útiles para la determinación los errores no aleatorios
y está determinado en base a la diferencia de promedios, específicamente del
resultado que es la energía eléctrica.
AB
C
ABC
B
BC
AC
A
1614121086420
Té
rmin
o
Efecto estandarizado
2.12
A A
B B
C C
Factor Nombre
Diagrama de Pareto de efectos estandarizados(la respuesta es Resultados, Alfa = 0.05)
88
Fig. 4.15; Diagrama de residuos según resultados.
Fuente: elaboración propia. Asimismo se muestra el histograma quien nos muestra la distribución normal de los
datos en función a las características generales de los residuos que incluye los valores
típicos como; dispersión, forma y la homogeneidad. Ver figura 4.16
Fig. 4.16; Histograma de los residuos.
Fuente: elaboración propia
24222018161412108642
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Orden de observación
Re
sid
uo
vs. orden(la respuesta es Resultados)
0.80.40.0-0.4-0.8
12
10
8
6
4
2
0
Residuo
Fre
cu
en
cia
Histograma(la respuesta es Resultados)
89
La figura siguiente muestra la disposición de los residuos en base a los valores
ajustados teniendo como línea base a cero, esto implica si un dato está muy alejado a
esta línea es probable considerado como atípico, esto implicaría que los valores
ajustados no cumplan con el supuesto de varianza constante. En el estudio los datos
oscilan entre -0.8 y +0.8, que no es considerado como atípico tal como se muestra en
la figura 4.17.
Fig. 4.17; Representación de los residuos vs. Valor ajustado.
Fuente: elaboración propia
Finalmente, represento la gráfica de probabilidad normal, donde la distribución de los
residuos están adyacentes a la línea, cuando la normalidad es perfecta los puntos
deben estar en línea a lo largo de la recta. En el estudio la normalidad no es tan
perfecta, sin embargo se halla dentro de los permisibles toda vez que los puntos se
hallan muy próximos a la línea y muestra la simetría adecuada.
49484746454443424140
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Valor ajustado
Re
sid
uo
vs. ajustes(la respuesta es Resultados)
90
Fig. 4.18; Gráfica de probabilidad normal de residuos.
Fuente: elaboración propia
0.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Residuo
Po
rce
nta
jeGráfica de probabilidad normal
(la respuesta es Resultados)
91
4.3 PRUEBA DE HIPÓTESIS
En el estudio la hipótesis fue:
“La optimización del sistema solar fotovoltaico se ejecuta manipulando las
variables correspondientes a los ángulos de elevación y acimut del panel solar
en interacción con la estructura, y la posición del controlador de carga respecto
al panel solar, teniendo en consideración la evaluación de la radiación solar y el
dimensionamiento de los componentes del sistema, todo ello bajo el enfoque
del diseño factorial; con fines de generar energía eléctrica en viviendas
aisladas alto andinas de los distritos de San José de Quero y Yanacancha”.
Para validar la hipótesis se acudió al análisis de la varianza debido a que nos
ha permitido medir la variación de los resultados, esta prueba nos ha ayudado
discriminar los promedios para los diferentes valores de las variables, es decir,
analiza si más de dos grupos difieren entre sí de manera significativa en sus
medias y varianzas.
En el estudio se utilizó tres factores, en consecuencia, existen siete efectos de
interés; tres efectos principales, tres efectos de interacción doble y un efecto de
interacción triple. Para efectos de prueba se ha determinado el estadístico
experimental (Fexp), para cada factor y esto se muestra en la tabla 4.15, el
mismo que nos ha servido para hacer las comparaciones con el estadístico
teórico (Fteórico).
Para la prueba en sí, el diseño factorial exige una hipótesis nula (H0) por cada
factor y las diversas combinaciones de los factores; esta hipótesis establece
que las medias de los resultados relacionados a la generación de energía
eléctrica obtenidos de los datos del experimento son iguales y para el contraste
acudimos al estadístico F. Por tanto en el estudio se ha definido lo siguiente:
92
Cuando el Fexp es mayor a Fteórico, entonces la hipótesis nula H0 es
falso y la hipótesis alterna (H1) es verdadera.
Sí; Fexp < Fteórico, entonces, H0 es verdadero y H1 es falso.
El Fteórico = F (0.05, 1, 16) = 4.49 (Tabla D, Estadística para
investigadores).
En base a ellos se construye la tabla 4.16, que ilustra la prueba de hipótesis.
Tabla 4.16; Prueba de hipótesis.
FACTORES FEXPERIMENTAL FTEÓRICO
HIPÓTESIS
FEXP>FTEORIOCO, H0 es falso H1 es verdadero.
FExp< Fteórico. H0 es verdad. H1 es falso
A 228.21
4.49 H0 = Falso
H1 = Verdadero
B 153.79 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
C 73.04 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
A*B 6.05 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
A*C 174.79 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
B*C 165.91 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
A*B*C 103.35 4.49
H0 = Falso
H1 = Verdadero
Fuente: Elaboración propia.
Debido a que el estadígrafo experimental (FExp) es mayor que el Fteórico, se
concluye en todos los factores, que la hipótesis nula es falso, o sea se rechaza
y la hipótesis alterna es verdadero, se acepta; en consecuencia todos los
factores son significativos, algunos con mayor incidencia y otros en menor
93
grado. Esto implica que los tres factores principales como: ángulo de elevación,
acimut y la posición del controlador de carga, influyen directamente en la
generación de energía eléctrica.
94
Capítulo 5:
DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
5.1 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
Como resultado se muestran las figuras 4.1 y 4.2, los mismos que
representan a los lugares en el que se hizo la experimentación, ellos son
distrito de Yanacancha y el distrito de San José de Quero; además
muestra la latitud y la longitud que son parámetros fundamentales para
ingresar al software y determinar la radiación solar en el lugar. Las figuras
4.3 y 4.4, muestra la incidencia de la radiación solar y la trayectoria del
sol en los puntos donde se instalaron los módulos, desde ocho de la
mañana hasta seis de la tarde; esto implica que la radiación es constante
y fuerte en estas zonas, en consecuencia son adecuados para instalar
sistemas fotovoltaicos y así generar energía eléctrica a fin de ser utilizada
en iluminación, bombeo de agua, etc. La figura 4.5 muestra la trayectoria
del sol en una coordenada polar cuyas limitaciones se basan a los días de
solsticio, en ello se observa el ángulo acimutal que se extiende desde 0°
95
hasta 360°, los mismos que están divididos a intervalos de 10° en el
contorno de la circunferencia, los ángulos de elevación están
representadas por las circunferencias concéntricas que se extiende desde
0° hasta 90°. En la figura 4.6 se representa en coordenadas cartesianas a
la trayectoria del sol, adicionalmente se puede apreciar las sombras que
se generan cuando la elevación es menor a 0°, es decir cuando el sol no
es visible. La tabla 4.1 muestra los parámetros del lugar como latitudes,
longitudes, acimut y elevación para la fecha y hora determinada,
asimismo nos indica los crepúsculos y la luz del día.
Con la asistencia de Sunearthtools.com, se ha determinado los ángulos de
elevación y acimut tanto para Yanacancha como para San José de Quero, en
cada hora, teniendo como resultado ángulos que varian en cada hora, tal como
se aprecia en la tabla 4.2.
Con asistencia de Atmospheric Science Data Center-NASA (2014) se obtuvo los
resultados que incluye; dias pico solar de la radiación horizontal, presión
atmosférica, la humedad relativa y la temperatura del aire; en base a ello se
estimó la radiación promedio que fue 5.84 kWh/m2/d tanto en San José de
Quero como en Yanacancha, ver tabla 4.4. Asimismo se obtuvo la Radiación
solar horizontal, de la tesis doctoral Energía solar y calidad ambiental de la
región Junín, cuyo autor es Bequer Camayo Lapa, donde extrajo datos de
estación de monitoreo específicamente de la localidad de San Juan de Jarpa
que esta muy proximo a las localidades de San Jose de Quero y Yanacancha, la
radiación promedio en ello es de 5,902 kWh/m2/dia, la diferencia entre estas
estimaciones no es significativo y es de 0.062 kWh/m2/dia que equivale a
1.051% de la radiación monitoreada, en consecuencia estos datos son
confiables y es insumo para el dimensionamiento de los componentes del
módulo para la experimentación. Ver tabla 4.5.
96
5.1.1 Dimensionamiento del sistema solar Fotovoltaico
Para el dimensionamiento de los componentes se ha tenido en cuenta la
carga (requerimiento del usuario) que fue de cuatro habitaciones que
requieren de energía eléctrica para la iluminación, en este se decide
utilizar cuatro lámparas de 12 Voltios, de un amperio, por tanto, la
potencia requerida fue de 48 W. Se requiere utilizar cuatro horas diarias,
siete días a la semana, en consecuencia el consumo fue de 18.82 Ah/día
y el corregido 20.22 Ah/día; con ello iniciamos dimensionando la Batería
en este caso la batería más próximo fue de 60 Ah, debido a que la
capacidad calculada fue de 31.6 Ah tal como se muestra en la tabla 4.6.
El panel solar fotovoltaico se dimensionó en base a la intensidad de
diseño que fue de 4.36 A, el panel más próximo a esta es SOLARLAND
de 85 Wp, 4.6 A de intensidad de corriente. El controlador de carga se
eligió teniendo en cuenta a la intensidad mínima que fue de 6.26 A
calculada en la tabla 4.6, el más próximo fue de 10 A, en consecuencia se
seleccionó a Phocos CE de 10 A.
Finalmente, se dimensionó los conductores en función a la tensión y la
corriente máxima cuya sección calculada fue 2.48 mm2 para Generador-
regulador, 4.94 mm2 Batería-Inversor y 2.38 mm2 Regulador –batería,
esto conllevó definir para el primero calibre AWG 12, 10 para el segundo y
12 para el tercero, respectivamente.
5.1.2 Resultado de la experimentación
En las tablas 4.7 y 4.8 se muestran los datos obtenidos de los
experimentos tanto en San José de Quero y Yanacancha, en ello se ha
medido la intensidad de corriente eléctrica, la tensión y con ellos se
97
determinó la potencia y en consecuencia la energía en Wh. En las tablas
mencionadas se muestran la temperatura del lugar que no sobre pasa los
28°C, de manera que no influye en el rendimiento de los equipos, si
excede a los 30° puede haber el riesgo de afectar negativamente en el
performance de los equipos, asimismo las mediciones se realizaron desde
las siete de la mañana hasta las seis de la tarde, obviamente la variación
de la generación de corriente eléctrica y el voltaje es variable; la medición
se realizó en dos días consecutivas sin la presencia de nubes con cielo
azul y por ende la radiación con mayor incidencia hacia los paneles,
entonces se hicieron dos réplicas y la tercera réplica se extrajo del
promedio de las dos primeras, para poder utilizar en el diseño factorial sin
ninguna dificultad. Como podemos apreciar la generación mayor ocurre
en el intervalo de 10 de la mañana hasta tres de la tarde, que para el
estudio fue el intervalo pico tal como establece las estimación de horas
pico que fue de 5.8 horas que equivale a seis horas. Considerando el
tiempo desde siete de la mañana hasta seis de la tarde la generación
promedio de energía eléctrica fue de unos 35 Wh por día; sin embargo
como la hora pico fue de seis horas, se extrajo el promedio de producción
del intervalo 10 a.m. hasta 15 horas de la tarde, el mismo que se muestra
en la última columna de la tabla.
En las tablas 4.9 y 4.10, se muestran los consolidados de las mediciones
incluido la tercera réplica y los ocho tratamientos y en la tabla 4.11 se
presenta las combinaciones de los factores, los niveles de los
tratamientos y las réplicas bajo las consideraciones del diseño factorial,
reitero, esto fue teniendo en cuenta solo seis horas pico de generación de
98
radiación solar (10:00 h - 15:00 h). En base a las consideraciones de
Box(2011, p.177) y Kuehl (2008, p.175), se construye la tabla 4.12 de
diseño factorial 23, considerando la generación promedio de energía
eléctrica, que fue base para realizar los cálculos aritméticos de las
interacciones de cada factor.
La tabla 4.13, muestra los cálculos de las interacciones de los factores
principales y asociados, tal es así el efecto medio principal del ángulo de
elevación E es de -2.75 y es considerado significativo; del mismo modo
tenemos el efecto principal del acimut que es de -1.75 y de posición del
controlador de carga que es -1.25; de los tres quien tiene mayor
relevancia son los dos primeros elevación y acimut.
5.1.3 Efectos de interacciones de dos y tres factores, método
manual.
En base a la figura 4.9, que son los cubos, se determina las interacciones
de dos y tres factores, incluso de los factores principales. Con la
asistencia de las ecuaciones denominadas diferencia de medias se
muestra la significancia de los factores.
5.1.4 Análisis factorial de 23 con Minitab.
Referente al ajuste factorial, la tabla 4.14 muestra la homogeneidad de los
datos el mismo que es refrendado por el nivel de significancia P que son
inferiores al 5%, sin embargo la interacción A*B es menos significativo
que los otros debido a que P=2.6%.
La figura 4.10, también muestra la significancia de los factores en base a
la respuesta media de manera independiente, tal es así el factor elevación
(E) tiene mayor pendiente y en consecuencia es el de mayor fortaleza,
99
seguido de factor principal acimut (A), con tendencia ligeramente menor
que la primera, finalmente el factor posición del controlador de carga
respecto al panel solar (P), es el que tiene pendiente menor que los
anteriores, sin embargo es un factor que también es significativo pero en
menor escala.
La figura 4.11, muestra la interacción de los factores dobles y triple, donde
EA tiene menor fortaleza debido a que el gráfico aún no intersecan pero
no son exactamente paralelos, en cambio EP y AP muestra mayor
fortaleza debido a las líneas interactúan, es decir se cruzan por tanto
poseen mayor fortaleza; del mismo modo la interacción EAP en conjunto
tiene significancia.
En el diagrama de cubo representado por la figura 4.12 apreciamos la
ubicación las medias ajustadas en los vértices quienes nos permite
relacionar y determinar por diferencia las interacciones o relaciones de los
factores, tal es así, en los tres ejes ubicamos a los factores principales
Elevación, Acimut y Posición.
5.1.5 Análisis de Varianza.
En la tabla 4.15, se aprecia los valores del estadígrafo F experimental y
jerarquizamos del siguiente modo: A y B que corresponde a elevación y
acimut son los que tienen mayor F experimental sobre el factor A, sin
embargo el factor posición(C) aún es significativo pero en menor escala
que los dos primeros. También podemos apreciar que los factores dobles
AC, BC y ABC tienen valores más altos que AB. Esto implica en
interacción los tres factores son importantes para el funcionamiento del
sistema y así generar energía eléctrica de manera efectiva.
100
Asimismo en la figura 4.13 podemos ver la gráfica normal de efectos
estandarizados donde se estable que los valores muy próximos a la línea
se denominan no significativos, y los que están alejados de la línea tanto
a la izquierda como a la derecha son significativos, Tal es así, en el
gráfico vemos que ninguno se halla o está muy próximo a la línea, en
consecuencia los factores principales, dobles y triples son significativos.
Adicionalmente en el gráfico los puntos de color azul son no significativos
y el de color rojo son significativos.
En diagrama de Pareto de efectos estandarizados representado en la
figura 4.14, podemos apreciar con precisión la jerarquización e
importancia de los efectos, el mismo que se muestra ya en valor absoluto
y el sistema calcula y traza una línea de referencia que permita distinguir
la significancia y la no significancia; hacia el lado derecho de la línea son
potencialmente significativos y al lado izquierdo son considerados menos
importantes. Además en el gráfico vemos que el factor A (elevación) es el
más significativo seguido por un factor doble AC (Elevación-posición),
luego BC (acimut-posición), sigue B (acimut), ABC (elevación-acimut y
posición), finalmente sigue AB (elevación acimut) muy cerca de la línea de
referencia.
5.1.6 Análisis de residuos
En la tesis “Optimización de los factores del fenómeno de ariete para
mejorar el rendimiento de la bomba de ariete” Huari Vila cita a
Montgomery (2002) en el que indica cerca del 68% de los residuales
deben estar cerca de ± 1, cerca de 95% de ellas debe estar cerca de ± 2 y
virtualmente todos deben estar incluido entre ± 3; los residuales mayores
101
a este último son potencialmente puntos atípicos. En base a ello
visualizamos el diagrama de residuos según los resultados, los mismos
que no sobre pasan a ± 0.8, esto implica que no existe ningún punto
atípico más por el contrario muestra mayor robustez en los resultados, por
tanto el experimento fue de éxito, debido a que la dispersión no es muy
amplia y que no muestra indicios de falla en la presentación de
resultados.
El histograma de los residuos que representa la figura 4.16, muestra la
normalidad de los datos en el intervalo ± 0.8, esto implica que están
configurados de manera simétrica generando dos colas y la concentración
de residuos en la parte central, esto es corroborado por el nivel
significancia P que fueron menores a 5%.
La figura 4.17 que representa a los residuales contra los valores
ajustados, muestra que el modelo adoptado es la correcta puesto que la
dispersión no excede a ± 3, solo llega a ± 0.8.
Finalmente, la figura 4.18 que representa a la gráfica de probabilidad
normal de residuos, también muestra la consistencia de los residuos y
descarta la existencia de valores atípicos, es más garantiza que no
existen errores en los cálculos ni en la matriz del diseño experimental.
5.2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS
Utilizando el diseño factorial ANOVA de un solo factor, comparamos los
resultados con cada uno de los factores Elevación, Acimut y Posición de
manera independiente, de ello podemos decir que los factores más importantes
dentro del sistema son los ángulos de elevación y el acimut, los mismos que
son refrendados con el nivel de significa P de 0.013 y 0.047, en cambio el
102
ANOVA unidireccional de resultado versus posición es 0.183 (18.3%) , es decir
solo la posición no es significativo dentro del sistema. Ver tabla 5.1.
Tabla 5.1; Comparación de Resultados vs. Factores
ANOVA unidireccional: RESULTADO vs. E
Fuente GL SC CM F P E 1 28.77 28.77 7.25 0.013 Error 22 87.36 3.97 Total 23 116.12
ANOVA unidireccional: RESULTADO vs. A Fuente GL SC CM F P A 1 19.39 19.39 4.41 0.047 Error 22 96.74 4.40 Total 23 116.12
ANOVA unidireccional: RESULTADO vs. P
Fuente GL SC CM F P P 1 9.21 9.21 1.89 0.183 Error 22 106.92 4.86 Total 23 116.12
Fuente; Elaboración propia
En el capítulo II, específicamente en el ítem 2.1, se hallan los antecedentes que
son tesis, en ellos no existe ningún análisis utilizando diseños factoriales, solo
se limitan a mostrar como resultado a la forma de utilizar la energía solar para
iluminación incidiendo que es segura y amigable con la ecología, en mi estudio
evalúo la radiación solar bajo dos fuentes uno utilizando herramientas
informáticos y otro con el monitoreo que al final coinciden en el resultado,
además utilizamos el diseño factorial para el análisis de la significancia de los
factores como los ángulos de elevación, acimut y posición los mismos que se
muestran en el contenido de la tesis, esto realmente optimiza otorgándonos
bondades para la toma de decisiones. Otras tesis también se limitar hacer el
estudio económico y la factibilidad del proyecto de electrificación teniendo en
103
cuenta la reducción de GEI. Un estudio muestra los cálculos del
dimensionamiento al igual que el estudio, considerando la radiación. Humedad
y temperatura y la carga mecánica, lo que no se hizo dentro de mi tesis, sin
embargo, el análisis que se hizo es fiable y consistente.
5.3 EVALUACIÓN DE RESULTADOS
Si bien los resultados del diseño factorial son significativos y de
consistencia, a continuación evaluamos a los ocho tratamientos en base a
la generación promedio de energía eléctrica que es de 42,73 Wh y con la
asistencia de programa SPSS y el estadígrafo T de student, evaluamos
que tratamiento es el adecuado para la generación de energía eléctrica
más eficiente.
Tabla 5.2; Evaluación de los tratamientos del estudio
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 01; E1,A1,P1 3 48,1533 ,39501 ,22806
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral)
Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 01; E1,A1,P1 23,780 2 ,002 5,42333 4,4421 6,4046
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 02 3 42,2167 ,76501 ,44168
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 02 -1,162 2 ,365 -,51333 -2,4137 1,3870
104
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 03 3 42,6567 ,33501 ,19342
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 03 -,379 2 ,741 -,07333 -,9056 ,7589
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 04 3 40,3800 ,01000 ,00577
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 04 -407,032 2 ,000 -2,35000 -2,3748 -2,3252
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 05 3 41,6567 ,09504 ,05487
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 05 -19,560 2 ,003 -1,07333 -1,3094 -,8372
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 06 3 42,5000 ,23000 ,13279
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 06 -1,732 2 ,225 -,23000 -,8014 ,3414
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 07 3 42,8433 ,25502 ,14723
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 07 ,770 2 ,522 ,11333 -,5202 ,7468
105
Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la media
TRATAMIENTO 08 3 41,4533 ,15503 ,08950
Prueba para una muestra
Valor de prueba = 42.73
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de medias
95% Intervalo de confianza para la diferencia
Inferior Superior
TRATAMIENTO 08 -14,264 2 ,005 -1,27667 -1,6618 -,8916
Fuente: Elaboración propia
En consecuencia, los tratamientos 2, 3, 6 y 7 no son significativos, es decir, no
son óptimos para la generación efectiva de energía, en cambio los tratamientos
1, 4, 5 y 8 son óptimos y significativos; por tanto el tratamiento más significativo
es el T4 por tener sig. (bilateral) = 0.000, que significa: E2, A2 y P1; o sea
ángulo de elevación 45°, acimut 355° y la posición del controlador de carga a
1m del panel.
5.4 CONSECUENCIAS TEÓRICAS
Con la tesis se reafirma las consideraciones de los autores como
Montgomery, Box y Kuehl; en el que plantean que los análisis factoriales
de 2k son esenciales e importantes para la determinación de la interacción
de los factores, es más se concreta estableciendo “para la generación
efectiva de energía eléctrica se requiere la inferencia de los factores
como: Ángulo de elevación, acimut y la posición del controlador de carga”,
además cuando el ángulo de elevación es de 45°, acimut 355° y la
posición del controlador a 1m del panel, se genera energía eléctrica de
manera más efectiva.
106
5.5 APLICACIONES PRÁCTICAS
El resultado de la investigación será internalizado en la instalación del
sistema de iluminación con paneles solares fotovoltaicos, teniendo en
consideración el tratamiento 04 y así generar energía eléctrica para
consumo doméstico, en las comunidades alto andinas como Yanacancha
y San José de Quero. En la actualidad existen entidades como el
ministerio de Energía y Minas que tienen programas de electrificación
rural a través de paneles solares fotovoltaicos, es allí donde se puede
aplicar los conocimientos obtenidos en este estudio, siempre y cuando las
condiciones geográficas sean semejantes a las comunidades en el que se
hizo las pruebas.
107
CONCLUSIONES
1.- En viviendas altoandinas de las localidades de Yanacancha y San José de
Quero, la radiación solar es casi continua permaneciendo unos 5.8 a 5.9
horas picos al día y en consecuencia la radiación es 5.902 kWh/día,
cantidad suficiente para la generación de energía eléctrica.
2.- El proceso de dimensionado de los componentes que se hizo en base a los
requerimientos de iluminación, emitió la elección de: un panel fotovoltaico
de 85 Wp, una batería de 60 Ah, un controlador de carga de 10 A y
conductores eléctricos de calibre AWG 12 y 10.
3.- Con los componentes seleccionados, se instaló dos módulos; uno en
Yanacancha y otro en San José de Quero, los mismos que se manipularon
variando los factores; ángulo de elevación en 30 y 45°, el acimut en 5° y
355° y la posición del controlador de carga respecto al panel en 1m y 1.5
m.; todos ellos constituyeron ocho tratamientos que son combinaciones de
elevación, acimut y posición (EAP).
108
4.- El proceso de medición de los dos módulos, arrojó un resultado promedio
de generación de energía eléctrica que oscila entre 40.37 Wh y 48.55 Wh,
todo ello considerando las diversas combinaciones de los tratamientos.
5.- El diseño factorial permitió la determinación de los efectos de las variables;
elevación, acimut y posición de manera independiente, doble y triple; de
los cuales sólo la combinación EA es menos significativo que el resto, sin
embargo, no supera el nivel de significancia del 5%.
6.- El modelo matemático para la determinación de los efectos de los factores
para la generación de energía eléctrica es:
EF = 42.732-1.095 E-0.899 A-0.619 P + 0.178 EA + 0.958 EP + 0.934 AP –
0.737 EAP.
El mismo que ha sido determinado por el ajuste factorial de los resultados.
7.- La optimización esta en base a los efectos principales y las interacciones
cuya jerarquización es como sigue: en el primer orden se halla el ángulo de
elevación, seguido del acimut y luego la posición, en los efectos dobles
predomina EP, sigue AP y finalmente el efecto triple EAP. El efecto doble
EA es menos significativo; sin embargo todos ellos sobre pasan a la línea
base que establece la metodología de diseños factoriales, en consecuencia
son importantes las tres variables.
8.- El tratamiento más óptimo está compuesto por el ángulo de elevación de
45°, acimut de 355° y la posición del controlador de carga a 1 m del panel
solar, esto es refrendado por la prueba T, con un nivel de significancia
0.000 que es significativamente menor al 5%.
109
RECOMENDACIONES
1.- Para realizar estudios relacionados al uso de energías renovables,
específicamente energía solar, es recomendable ejecutar las mediciones
a fin de encontrar el tiempo óptimo en horas pico de la generación de
radiación promedio y así decidir si es factible o no la implantación del
estudio.
2.- Es recomendable dimensionar todos los componentes del sistema en
estudio, en base a los requerimientos de los usuarios o el mismo estudio,
con fines de evitar variaciones o distorsiones en el momento de
instalación del módulo para la experimentación.
3.- Se recomienda tener mayor precisión y cuidado en manipular las variables
o factores a fin de evitar errores en la obtención de resultados, además es
bueno realizar dos o más réplicas.
4.- Cuando la dispersión excede a ± 3, es recomendable realizar nuevas
mediciones o verificar el sistema, a fin de determinar errores en el
110
proceso, para ello es necesario hacer la prueba de homogeneidad y la
normalidad de los datos.
5.- Es recomendable realizar el análisis estadístico relacionado a análisis de
varianza, efectos de interacciones de las variables, representación de los
residuos, los histogramas, el diagrama de Pareto y gráfica normal de
efectos estandarizados, porque permite visualizar la interacción
significativa o no significativa de las variables.
111
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113
ANEXO
114
115
116
117
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
TESIS
Presentada por:
WUILBER CLEMENTE DE LA CRUZ
Para optar el grado de Magíster en Tecnología Energética.
Sustentada ante el jurado examinador.
____________________________ __________________________ MSC. BRECIO DANIEL LAZO BALTAZAR MG. MARIO ALFONSO ARELLANO
VILCHEZ. Presidente Secretario
________________________ ______________________ DR. CIRO ABELARDO ESPINOZA MS. ARMANDO SILES DELZO MONTES SALOMÉ. Vocal Vocal.
________________________ ______________________ Msc. JORGE EDGAR SALAZAR Mg. OSCAR PAUL HUARI VILA MERCADO. Vocal Asesor
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA
![Alimentacion Vacas Lecheras en Zonas Altoandinas[1]](https://static.fdocuments.mx/doc/165x107/53fc9168dab5ca39298b45e1/alimentacion-vacas-lecheras-en-zonas-altoandinas1.jpg)
