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Suministro de energía eléctrica a partir de la energía solar
fotovoltaica para el centro de producción e investigación
Acraquia de la facultad de ciencias de ingeniería de la UNH
Supply of electricity from solar photovoltaic energy for the Acraquia production and research center of the
faculty of engineering sciences of UNH
John Navarro1 • Carlos Galvan1 • Raúl Padilla1
Recibido: 19 de Enero del 2022 / Aceptado: 14 de Julio de 2022
RESUMEN
Queda demostrado de que el Perú tiene un excelente potencial de energía solar que son fuentes de energía
inagotables.
El problema propuesto es; ¿Cómo satisfacer las necesidades básicas de electricidad a partir de la energía solar
fotovoltaica para mejorar las condiciones de vida del poblador del Centro de Producción e Investigación
Acraquia de la UNH?.
Se desarrolló el proyecto, ubicando correctamente el ángulo de inclinación y orientación de paneles solares, la
revisión del mapa solar del lugar de interés y datos de radiación solar obtenidos en el sitio vía web de la NASA.
Se calculó datos de radiación solar diario, mensual, trimestral, semestral y anual confirmando y demostrando
que la radiación solar en las coordenadas de la ubicación de nuestro proyecto es de 5.22 kWh/m2, energía
suficiente y constante.
Ello, permitió clarificar y optimizar la información confirmando el objetivo y la optimización de la ejecución
del proyecto por tener y contar con instalaciones de energía solar adecuados validando nuestra hipótesis de
satisfacer las necesidades básicas de electricidad para mejorar las condiciones de vida del poblador siendo una
energía limpia que minimizará los impactos negativos en el medio ambiente.
En el presente proyecto de investigación se ha utilizado el método de observación y experimental y técnicas
estadísticas.
Palabras clave: Suministro de energía eléctrica, energías renovables, paneles solares, radiación solar, energía
solar fotovoltaica.
ABSTRACT
It has been demonstrated that Peru has an excellent solar energy potential that are inexhaustible energy sources.
The proposed problem is how to meet the basic needs of electricity from solar photovoltaic energy to improve
the living conditions of the people of the Center for Production and Research Acraquia of the UNH?.
Our project was developed by correctly locating the angle of inclination and orientation of solar panels, the
review of the solar map of the place of interest and solar radiation data obtained from the NASA website. We
calculated daily, monthly, quarterly, semi-annual and annual solar radiation data confirming and demonstrating
that the solar radiation at the coordinates of our project location is 5.22 kWh/m2, sufficient and constant energy.
This allowed to clarify and optimize the information confirming the objective and the optimization of the
project execution by having and counting with adequate solar energy facilities validating our hypothesis of
satisfying the basic electricity needs to improve the living conditions of the settler being a clean energy that
will minimize the negative impacts on the environment.
In this research project we have used the observation and experimental method and statistical techniques.
Keywords: Electric power supply, renewable energies, solar panels, solar radiation, photovoltaic solar energy.
INTRODUCCIÓN
El sol da vida al planeta tierra, su energía continua
Revista de Investigación Científica Siglo XXI (2022)
https://doi.org/10.54943/rcsxxi.v2i2.192
ARTÍCULO ORIGINAL
Vol. 2, Núm. 2, pp. 26 - 35
John F. Navarro Daviran
john.navarro@unh.edu.pe
1 Universidad Nacional de Huancavelica,
Huancavelica, Perú
27 | P á g i n a
permite la dinámica atmosférica y la vida de los
seres vivos (Terra, 2018). El sol es una fuente
inagotable de energía siendo aprovechado por
muchos países como alternativa de punta para la
generación de energía eléctrica limpia, constante y
sin contaminación. Es por eso que, el futuro de la
energía a nivel mundial apunta hacia el desarrollo
de proyectos que permitirán consolidar el
desarrollo de sistemas completos de generación,
transformación, almacenamiento y distribución de
energía. El interés general por el aprovechamiento
de la energía solar se ha incrementado en los
últimos años. Pues, se trata de una fuente
energética alternativa del futuro, no solo por ser
limpia y gratuita, sino por su abundancia y su
carácter inagotable a escala humana. Como
antecedentes tenemos estudios donde se dan a
conocer que los sistemas fotovoltaicos presentan
una ventaja técnica respecto a los demás sistemas
de generación; debido a que, la vida útil es mayor
que de un sistema convencional. De acuerdo a
datos obtenidos de “Atlas de Energía Solar del
Perú” (Senamhi, 2033), la radiación solar
promedio por día anual en la sierra específicamente
en la estación meteorológica de Huayao en el
departamento de Junín es de 6.00 kWh/m2 de
energía solar diaria. Este valor coincide con lo
hallado en el presente trabajo. Así mismo da a
conocer que en zonas como Bogotá donde se
desarrolló el estudio, el promedio de radiación
solar permite que estos sistemas funcionen de la
manera adecuada para suplir las necesidades
presentes en los conjuntos residenciales (Cárdenas,
2017).
Nuestra hipótesis… “La Generación de energía
eléctrica a partir de energía solar fotovoltaica,
adecuando los dispositivos a usar, permite
satisfacer las necesidades básicas de electricidad
para mejorar las condiciones de vida del poblador
del Centro de Producción e Investigación Acraquia
de la Facultad de Ciencias de Ingeniería de la
UNH, siendo una energía limpia que minimizará
los impactos negativos en el medio ambiente”.
Para ello, se debe dimensionar e instalar paneles
solares y sus componentes a fin de almacenar la
energía en baterías de corriente continua para su
posterior distribución dependiendo este de las
cargas y capacidad instalada.
Nuestras instalaciones de paneles solares tienen
una capacidad total de 1800 W instalados en
paralelo a 12 V y 104.58 A (Ver gráfico N° 01), los
mismos que garantizan un funcionamiento óptimo
del sistema de abastecimiento de energía eléctrica.
Por lo tanto, nuestra hipótesis queda demostrado
con la generación de energía eléctrica a partir de
energía solar fotovoltaica al obtener 5.22 kWh/m2
de radiación solar energía suficiente y constante
para satisfacer las necesidades humanas básicas de
electricidad para mejorar las condiciones de vida
del poblador del Centro de Producción e
Investigación Acraquia de la UNH, siendo una
energía limpia que minimiza los impactos
negativos en el medio ambiente.
Así mismo, los paneles fotovoltaicos, como los
otros equipos, necesitan funcionar con el máximo
rendimiento posible. Esto puede ser realmediante
un diseño correcto, construcción, instalación y
orientación. No obstante, el funcionamiento de un
panel fotovoltaico es altamente influenciado por su
orientación (ángulo de acimut, con respecto al
Ecuador) y su ángulo de inclinación con la
horizontal (con respecto al suelo). Este ángulo es
específico para cada lugar y depende del día, mes
y año por la posición del Sol. La determinación
exacta del ángulo de inclinación para cada lugar de
interés es esencial para la producción de la energía
máxima por el sistema
1
(Miguel, Determinación
del ángulo de inclinación óptimo de un panel
fotovoltaico en el Valle del Mantaro, 2016).
Nuestras instalaciones tienen una posición
adecuada para mejorar la eficiencia eléctrica
orientando los paneles de modo que, las superficies
estén perpendiculares a los rayos solares. Como
resultado del proyecto se han iluminado diferentes
ambientes como el establo, almacenes, dormitorios
de los trabajadores y cochera entre otros. La
energía solar, su uso y aplicación son energías
renovables inagotables. Por tal razón, se desarrolló
el presente proyecto de investigación. Es así que,
se analizaron la metodología del proceso de
investigación, las coordenadas del proyecto, el
impacto que genera su ejecución, así como la
recolección de datos y procesamiento de los
mismos, la presentaron y análisis de los resultados;
concluyendo en la factibilidad y optimización del
sistema de generación de energía eléctrica
mediante sistemas fotovoltaicos para el Centro de
Producción e Investigación Acraquia de la
Facultad de Ciencias de Ingeniería de la UNH.
Las dificultades y limitaciones que se han tenido,
han sido principalmente; el tema logístico toda vez
que, los equipos y accesorios se han adquirido y
luego transportado desde la localidad de
Huancavelica hasta el distrito de Acraquia,
provincia de Tayacaja.
El presente proyecto, se desarrolló en el Centro de
Producción e Investigación Acraquia de la
Facultad de Ciencias de Ingeniería de la UNH,
ubicado en el anexo de Pamuri, distrito de
Acraquia, provincia de Tayacaja y departamento
de Huancavelica. Sus Coordenadas geográficas
son las siguientes:
A continuación, mostramos las coordenadas UTM
de ubicación de desarrollo del proyecto.
Navarro Daviran, J. F.; Galvan Maldonado, C. A.; Padilla Sánchez, R.
28 | P á g i n a
Tabla N° 01.
Coordenadas de ubicación del proyecto.
Lugar
Centro de Producción e Investigación Acraquia de la Facultad de
Ciencias de Ingeniería de la Universidad Nacional de Huancavelica
Ubicación
Parumi –Acraquia – Tayacaja - Huancavelica
Coordenadas
Grados decimales:
Latitud: -12,3985
Longitud: -74,9041
Grados - minutos – segundos
Latitud: 12° 23 54,6¨
Longitud: 74° 54 15.01¨
Altura
3,322.20 m.s.n.m.
Fuente: Autores
MÉTODO DE INVESTIGACIÓN
El método empleado fue la de observación y el
experimental, complementado con técnicas
estadísticas. Se ha detectado y seleccionado las
muestras a partir de una población de radiación
solar.
Como diseño de la investigación las estructuras de
soporte de paneles fotovoltaicos han sido fijadas y
empotradas en el piso con rotación angular
variables del ángulo de inclinación y su
orientación.
MUESTREO
El proyecto como muestreo ha tomado datos de
radiación solar correspondientes al año 2012,
diario y mensual, trimestral, semestral y anual. La
radiación solar se define como la energía por
unidad de superficie a lo largo de un periodo de
tiempo dado (Aparicio, 2010). Se expresa
normalmente en kWh/m2
Para la recopilación de datos ha sido necesario
ingresar a la página web de recursos de energía
renovable patrocinado por la NASA (NASA, s.f.)
(Centro de datos de ciencia atmosférica). La
NASA, a través de su programa de investigación
en Ciencias de la Tierra, ha apoyado durante
mucho tiempo los sistemas de satélites y la
investigación que proporciona datos importantes
para el estudio del clima y los procesos
climáticos. Estos datos incluyen estimaciones
climatológicamente promediadas a largo plazo de
cantidades meteorológicas y flujos de energía solar
superficial. Además, los valores medios diarios de
los datos meteorológicos y solares basados se
proporcionan en un formato de series de tiempo. Se
ha demostrado que estos productos basados en
modelos y satélites son lo suficientemente precisos
como para proporcionar datos fiables de recursos
solares y meteorológicos en regiones donde las
mediciones de superficie son escasas o
inexistentes. El sitio web nos pide las coordenadas
en grados decimales de la localización del Centro
de Producción e Investigación Acraquia de la
Facultad de Ingeniería de la UNH.
Los datos obtenidos del año 2012 periodo en que
se iniciaron con las pruebas de mediciones
eléctricas e instalaciones de paneles solares fueron
obtenidos, procesados, analizados y cuantificados
por el equipo investigador. Para la validación de la
hipótesis del proyecto, se ha considerado toda la
población, es decir 1080 lecturas de datos
registrados.
Suministro de energía eléctrica a partir de la energía solar fotovoltaica para el centro de producción e investigación Acraquia de la
facultad de ciencias de ingeniería de la UNH
29 | P á g i n a
Tabla N° 02.
Radiación solar para una latitud: -12.3985° y longitud -74.9042, desde el 01 de enero al 02 de febrero del
2012
Como resultado de nuestra investigación en las
Tablas 02 y 03 se muestra los datos de radiación
solar obtenidos en el sitio vía web de la NASA
(NASA, s.f.) durante el año 2012.
Navarro Daviran, J. F.; Galvan Maldonado, C. A.; Padilla Sánchez, R.
30 | P á g i n a
Tabla N° 03
Fuente: recopiladas por el autor / nasa power prediction of worlwide energy
RADIACIÓN SOLAR EN kWh/m2 DESDE EL 01/01/2012 AL 31/12/2012
DIA
EN
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AG
SET
OCT
NOV
DIC
1
6,03
5,33
4,69
5,76
3,86
5,22
5,25
5,14
5,95
5,95
5,96
5,02
2
6,92
3,86
5,26
5,15
4,90
5,65
6,15
5,85
6,88
5,86
5,73
3
6,24
5,07
5,20
4,45
5,78
5,29
5,21
6,09
4,73
5,84
3,74
6,42
4
6,58
3,86
4,92
4,91
5,37
4,33
4,74
6,12
4,68
6,10
4,76
4,39
5
3,82
4,94
4,56
4,86
4,87
4,32
4,61
4,94
5,47
5,31
5,09
4,17
6
5,61
4,86
5,29
6,20
4,87
4,69
4,29
6,53
5,71
6,39
5,40
5,29
7
4,36
4,21
4,64
5,51
6,04
4,16
3,73
6,53
7,12
5,68
5,35
3,41
8
4,59
4,93
4,35
4,36
3,48
4,56
3,38
6,69
5,89
4,53
5,80
5,03
9
6,47
5,43
4,39
4,98
5,66
3,36
4,44
6,55
3,40
7,07
6,09
5,37
10
7,09
5,06
4,43
3,99
5,88
5,22
5,88
6,64
5,55
6,47
6,66
4,99
11
6,92
3,39
4,96
4,01
5,17
5,08
5,96
6,50
7,02
4,65
5,24
5,22
12
5,25
5,05
5,43
4,14
4,73
5,67
6,06
6,45
6,69
4,93
4,16
3,56
13
6,22
4,28
5,68
5,14
5,45
5,72
5,83
5,56
4,47
6,38
6,42
3,99
14
6,30
6,26
4,13
4,54
5,73
4,73
5,91
5,85
3,94
7,13
4,99
4,78
15
5,79
4,45
4,67
4,94
5,56
5,51
5,76
6,08
6,10
6,53
4,91
4,01
16
6,29
4,37
4,86
5,09
4,67
5,55
5,69
5,54
6,39
6,81
3,11
4,41
17
5,13
5,34
6,05
3,09
4,68
5,11
5,38
6,24
5,26
4,11
4,39
4,93
18
5,94
4,30
4,51
4,51
4,61
5,29
4,99
4,96
5,98
5,53
5,49
4,46
19
3,97
5,04
4,63
5,14
4,57
5,03
6,01
5,45
6,66
6,33
6,65
5,66
20
4,24
3,14
5,20
5,17
5,17
5,02
6,20
6,10
6,00
5,96
6,33
4,45
21
5,49
6,84
5,84
5,48
4,66
5,33
6,19
5,63
6,19
5,91
4,14
22
6,37
3,56
5,54
4,64
4,32
5,23
6,17
4,76
6,01
6,04
6,97
3,56
23
6,42
5,31
4,52
4,28
3,53
4,54
6,03
5,94
3,92
6,21
7,12
6,06
24
6,69
4,68
5,11
5,02
4,94
3,28
5,94
5,49
6,35
4,01
4,86
5,29
25
2,25
6,08
3,37
4,91
5,58
5,22
5,97
2,49
5,51
5,04
5,37
4,89
26
4,59
4,19
4,70
5,67
5,82
4,85
5,31
4,29
4,27
5,41
4,66
6,41
27
5,46
3,46
4,87
5,54
5,95
5,35
5,10
5,06
3,17
7,25
7,54
2,87
28
5,96
4,70
2,56
6,30
5,92
5,12
4,84
4,88
5,31
5,84
6,75
4,07
29
4,54
4,61
4,90
5,31
5,88
5,37
5,13
6,91
3,24
4,94
2,90
3,67
30
5,61
4,60
5,02
5,67
5,71
4,95
6,74
5,57
5,24
5,92
5,74
31
5,83
4,97
4,49
4,71
6,96
6,29
5,82
SUMA
172,9
7
136,6
0
148,8
3
142,9
6
158,0
6
148,7
6
165,3
1
179,2
6
156,2
1
181,0
4
164,4
0
147,8
1
PROM
5,58
4,71
4,80
4,93
5,10
4,96
5,33
5,78
5,39
5,84
5,48
4,77
RAD. SOLAR ANUAL kWh/m2
5,22
Suministro de energía eléctrica a partir de la energía solar fotovoltaica para el centro de producción e investigación Acraquia de la
facultad de ciencias de ingeniería de la UNH
31 | P á g i n a
Grafico N° 01.
Curva de radiación solar anual - año 2012 / nasa power prediction of worlwide energy
Grafico N° 02.
Curva de radiación solar anual - año 2012 / nasa power prediction of worlwide energy
RESULTADOS
Queda demostrado de que, el Perú tiene un
excelente potencial de energías renovables, sobre
todo de energía solar. La radiación solar es en la
mayor parte del territorio nacional constante
durante el año.
En el caso específico de nuestro proyecto la
Radiación Solar (NASA, s.f.) tal como se muestra
en el grafico N° 02 la curva de radiación solar
promedio es de 5.22 kWh/m2 . Estos datos se han
obtenido de la página web de recursos de energía
renovable patrocinado por la NASA el cual tiene
una aplicación On – line. La Tabla muestra los
datos de radiación solar diario para nuestra
Navarro Daviran, J. F.; Galvan Maldonado, C. A.; Padilla Sánchez, R.
32 | P á g i n a
ubicación: Latitud: 12° 23’ 54.6’’ y longitud: 74°
54’ 15.01’’ a una altura de 3,322.20 m.s.n.m.
Grafico N° 03.
Curva de radiación solar año 2012 (nasa, s.f.)
El Angulo de inclinación y la orientación óptima
anual para conseguir la mayor radiación solar
anual está basada en el análisis estadístico de la
radiación solar anual sobre superficies con
diferentes inclinaciones situadas en lugares de
diferentes latitudes. Para el proyecto obtenemos la
inclinación óptima (Catupamba, 2016) βopt = 3.7 +
0.69 * α, en función de la latitud del lugar que es
de α = 12.25°.
Grafico N° 04.
Angulo de inclinación de paneles solares
Tal como se da a conocer en las fotografías y
resultados obtenidos, estos reflejan la factibilidad
de suministrar energía eléctrica mediante sistemas
fotovoltaicos al Centro de Producción e
investigación Acraquia de la Facultad de
Ingeniería de la UNH y a todo el valle de Pampas,
provincia de Tayacaja, departamento de
Huancavelica.
Suministro de energía eléctrica a partir de la energía solar fotovoltaica para el centro de producción e investigación Acraquia de la
facultad de ciencias de ingeniería de la UNH
33 | P á g i n a
Finalmente se ha puesto en servicio el sistema
fotovoltaico de 18 paneles solares haciendo un
total de 1800 Watts al Centro de Producción e
investigación Acraquia de la Facultad de Ciencias
de Ingeniería de la UNH y se ha energizado la red
de iluminación con 12 Voltios Corriente Continua
y la red de tomacorrientes en 220 Voltios Corriente
Alterna mediante los inversores de potencia.
Grafico N° 05:
Conexión en paralelo de 18 paneles solares
Fuente: Autor
DISCUSIÓN
En los mapas presentados por el Ministerio de
Energía y Minas y datos satelitales de la radiación
solar de la NASA sobre meteorología y energía
solar estos determinan los datos aproximados de
insolación solar en la zona mediante los niveles de
colores que se presentan. La magnitud que mide la
radiación solar que llega a la tierra es la
“irradiancia” que describe la radiación o
intensidad de iluminación solar que llega hasta
nosotros, medida como una potencia instantánea
por unidad de superficie. Sus unidades son el W/m2
en el SI (Sistema Internacional) (EUROPE, 2006).
Nuestros cálculos arrojan que, la irradiancia diaria
media anual para nuestro proyecto es de 5.22
kWh/m2 para una latitud de 12.3985° y longitud
de 74.9041°. Este resultado coincide con la Tesis
evaluación de la irradiación diaria media anual de
76 estaciones meteorológicas a nivel nacional
(Nakamura, 1972) donde la irradiancia diaria
media anual en la Región Huancavelica el valor de
5.85 kW h / m2. Así mismo este valor es similar
específicamente al de la estación meteorológica de
Huayao en el departamento de Junín que es de 6.00
kWh/m2 de energía solar diaria.
El ajuste del ángulo de inclinación dentro del año
para aumentar la energía ha sido tratado por la
literatura científica (Dixit T.V, 2015) donde
concluyeron luego de analizar los datos
meteorológicos de 23 ciudades de la India, que
cambiando la inclinación de los paneles dos veces
en el año aumentaba la generación en 2,91%, y si
se realizaba 4 veces (por estaciones) un 5,5%
(Berishaa X., 2018). Muchos textos recomiendan
instalar paneles solares de posición fija a un ángulo
de inclinación de 45°. Sin embargo, la superficie
captadora para nuestro proyecto recibe más
irradiancia cuando se orienta directamente hacia el
Navarro Daviran, J. F.; Galvan Maldonado, C. A.; Padilla Sánchez, R.
34 | P á g i n a
sol, y no hay obstáculos que hagan sombra, como
nubes y árboles. La inclinación óptima para
nuestro proyecto es de 12.25°.
El proyecto ha sido desarrollado en el Centro de
Producción e investigación Acraquia de la
Facultad de Ciencias de Ingeniería de la UNH;
ubicado en el distrito de Acraquia, provincia de
Tayacaja del departamento de Huancavelica. Esto
ha limitado agilizar el avance del proyecto debido
a que era necesario trasladar desde la sede central
Huancavelica los materiales y equipos destinados
al proyecto, los mismos que se muestran en el
grafico N° 06.
Otra dificultad fue, la lenta logística para el avance
del proyecto.
Grafico 06:
Componentes de una instalación fotovoltaica (boix, 2016).
Suministro de energía eléctrica a partir de la energía solar fotovoltaica para el centro de producción e investigación Acraquia de la
facultad de ciencias de ingeniería de la UNH
35 | P á g i n a
CONCLUSIONES
El Perú tiene un excelente potencial de energías
renovables, sobre todo de energía solar. En el caso
específico de nuestro proyecto la Radiación Solar
anual es de 5.22 Kw h / m2 . Este alto potencial
energético solar es provechoso para la generación
de energía eléctrica.
El Angulo de inclinación óptima anual para
conseguir la mayor radiación solar anual para
nuestro proyecto, caso de posiciones fijas es de
12.25°.
La capacidad de nuestro sistema fotovoltaico es de
1800 W, a 12 V y 104.58 A, energía más que
suficiente para iluminar los ambientes con los
bancos de baterías en corriente continua y dotar de
un sistema de tomacorrientes de corriente alterna
220 V mediante los inversores de potencia. Los
resultados obtenidos reflejan la factibilidad de
suministrar energía eléctrica mediante sistemas
fotovoltaicos al Centro de Producción e
investigación Acraquia de la Facultad de Ciencias
de Ingeniería de la UNH y a todo el valle de
Pampas, provincia de Tayacaja, departamento de
Huancavelica.
Los factores más importantes que afectan la
irradiancia e insolación son las condiciones
atmosféricas, la latitud del lugar, la época del año
y la inclinación de la superficie captadora que en
este caso es el arreglo FV. La superficie captadora
para nuestro proyecto recibe más irradiancia
cuando se orienta directamente hacia el sol, y no
hay obstáculos que hagan sombra, como nubes y
árboles (Gonzales, 2015).
La energía es un importante insumo para satisfacer
las necesidades humanas básicas y suministrar los
servicios fundamentales. Se utiliza para; cocinar,
proporcionar agua, luz eléctrica, servicios de salud,
en las comunicaciones y la educación.
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