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XXII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXII-SPES), Arequipa, 16 – 21.11.2015
EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
CONECTADO A RED DE 3.3 kW EN LA CIUDAD DE AREQUIPA
Miguel Tinajeros Salcedo – mtinajeros.s@gmail.com
Universidad Católica de Santa María, Vicerrectorado de Investigación
Alberto Montoya Portugal - almontoyap@hotmail.com
Universidad Nacional de San Agustín, Escuela de Física
Ernesto Palo Tejada - debianaqp@gmail.com
Universidad Nacional de San Agustín, Escuela de Física
Federico Morante Trigoso – federico.trigoso@ufabc.edu.br
Universidad Federal del ABC - Centro de Ingeniería, Modelamiento y Ciencias Sociales Aplicadas
Resumen. Este trabajo presenta los resultados obtenidos de la evaluación del desempeño de un sistema fotovoltaico
conectado a red de 3.3 kW, instalado en techo del edificio de la escuela profesional de física de la Universidad
Nacional de San Agustín, ubicado en latitud 16.2°S, longitud 71.3°O y elevación 2 374 m. El sistema fue monitoreado
de diciembre 2014 a octubre 2015. El rendimiento global del sistema se vio favorecido por elevados valores de
irradiancia, 70.5% fue absorbida a niveles por encima de 600 W/m2, 26.5% por encima de 200W/m
2 y solamente 3%
por debajo de 199 W/m2. La energía total mensual generada fue 1681.1 kWh/kWp. La eficiencia diaria media mensual
del módulo, inversor y sistema fueron 13.63%, 98.54% y 13.43% respectivamente. El inversor fue dimensionado
correctamente, obteniendo valores cercanos a su pico de eficiencia. El rendimiento global y factor de capacidad diaria
media mensual alcanzó valores de 83.35% y 21.68% respectivamente. Las pérdidas del sistema y captura diaria media
mensual fueron 0.08 kWh/kWp y 0.96 kWh/kWp respectivamente.
Palabras-claves: Energía solar fotovoltaica, Sistemas fotovoltaicos conectados a red, Evaluación de desempeño.
1. INTRODUCCION
El Perú cuenta con una gran diversidad de ecosistemas, así como recursos minerales y energéticos. El petróleo y el
gas desempeñan un importante papel en la matriz energética del país, y representan más del 70% de la oferta total de
energía primaria. Las reservas mundiales de estos combustibles fósiles están rápidamente disminuyendo que conducirá
inevitablemente al aumento de los precios de energía, causando serias preocupaciones del Perú en términos de
competitividad económica y seguridad de suministro. Por lo tanto, es imprescindible que el crecimiento económico se
disocie de la dependencia existente con los combustibles fósiles. En este contexto, el Perú debería reducir su
dependencia de los combustibles fósiles y desempeñar un rol importante en la mitigación del calentamiento global, a
través de la implementación de políticas que viabilicen el suministro de energías renovables y políticas eficientes
sostenibles a largo plazo.
La generación de electricidad mediante sistemas fotovoltaicos (SF) es importante, confiable y puede también
contribuir de manera significativa la reducción de emisiones de CO2 (Nawas y Tiwari, 2006). La Agencia Internacional
de Energía (AIE) ha publicado su informe “2014 Snapshot of Global PV Markets”, donde indica que el mercado
fotovoltaico mundial ha tenido un fuerte crecimiento, multiplicándose por un factor de 100 durante el periodo 2000 –
2014, llegando a 178 GW de capacidad instalada. Esto como consecuencia de las políticas de promoción implementadas
por diversos países desarrollados, que han impulsado la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red (SFcR)
de distribución eléctrica. Alemania continuó siendo el mayor mercado SF al 2014, con 38.2 GW instalados, seguida por
China con 28.1 GW, Japón con 23.3 GW, Italia con 18.5 GW, los EEUU con 18.3 GW, Francia con 57 GW, España
con 5.4 GW, Inglaterra con 5.1 GW, Australia con 4.1 GW y Bélgica con 3.1 GW (SolarPower Europe, 2015).
En Latinoamérica, Chile es un mercado emergente con 597.5 MW de capacidad fotovoltaica instalada.
Actualmente se tienen aprobados 45 proyectos de generación eléctrica a partir de SFcR, de los cuales el 90% son
proyectos de envergadura mayores de 20 MW. La capacidad instalada total alcanzará 2 104.8 MW, con inicio de
operación comercial entre octubre del 2015 y agosto del 2017. Se tienen acuerdos de suministro con industrias y minas,
o asumir el riesgo de venta de energía al mercado comercial (CIFES, 2015).
En México, el 2014, la capacidad total instalada con SFcR alcanzó 131 MW. Actualmente este país posee un
número considerable de proyectos de SF, sin embargo la financiación continua siendo difícil de conseguir hasta que los
parámetros de la reforma energética estén completamente definidos (INEGI, 2015).
En el 2015 el Brasil está experimentando una expansión significativa de SFcR, después de la reglamentación
establecida por la Agencia Nacional de Energía Electrica (ANEEL), la cual reduce las barreras para la instalación de
generación distribuida con SF. Actualmente la capacidad instalada es 21.24 MW y se cuenta con 39 proyectos en el
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banco de información de generación de la ANEEL, con una capacidad instalada total de 1 143 MW y previsión para
inicio de operación comercial hasta el 2017.
El Perú viene ganando espacio en este escenario, principalmente después de la publicación del Decreto Legislativo
N° 1002-2008, que declara de interés nacional y necesidad pública la promoción y participación de la energía
procedente de Recursos Energéticos Renovables (RER) en la matriz energética. Conforme al Decreto Supremo N° 012-
2011-EM y sus modificatorias, que reglamentan la generación de electricidad con energías renovables, se llevaron a
cabo las subastas para suministro de energía al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN). Actualmente en el
Perú, la capacidad fotovoltaica instalada es 80 MW y se concentre en cuatro centrales solares: Majes Solar 20T (20
MW, 222.5 US$/MWh), Panamericana Solar 20TS (20 MW, 215 US$/MWh), Repartición Solar 20T (20 MW, 223
US$/MWh) y Tacna Solar 20TS (20 MW, 225 US$/MWh). Actualmente se encuentra en ejecución la central solar
Moquegua FV (16 MW, 119.9 US$/MWh) (OSINERGMIN, 2015).
La Universidad de Jaén, a través del grupo de Investigación y Desarrollo en Energía Solar y Automática (IDEA),
ha instalado tres SFcR en Perú, que servirán para la formación y capacitación sobre esta tecnología en el país. Estas
acciones se enmarcan dentro del proyecto de cooperación sobre “transferencia tecnológica en energía fotovoltaica”
desarrollada conjuntamente con el Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería (CER-UNI)
de Lima e investigadores de la Universidad Nacional Jorge Basadre Groman de Tacna y la Universidad de San Agustín
de Arequipa. Este proyecto está financiado por la Agencia Andaluza de Cooperación Internacional para el Desarrollo
(AACID).
2. DESCRIPCION DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
El SF fue instalado en noviembre del 2014 y está ubicado en la azotea del edificio de la Escuela de Física de la
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El monitoreo se inició el 15 de abril del 2015, con la instalación del
hardware, software y sensores apropiados. El SF está constituido por doce módulos que cubren una superficie total de
20 m2 y capacidad instalada de 3.3 kWp, dentro del típico rango de las instalaciones domésticas. Los módulos de la
marca SolarWorld, modelo SW275, potencia 275 Wp, compuesta por 60 celdas solares hechas de obleas finas de silicio
monocristalino y rodeado por una capa ultrafina de nitrito de silicio. Los módulos tienen una eficiencia de 16.2% en
condiciones estándar de ensayo y están conectados en serie.
Los módulos están fijados sin sombreamiento, inclinados a 16.3° igual a la latitud de Arequipa, orientación norte y
ángulo azimut de 180°. La azotea se encuentra a 12 m de altura y la estructura metálica que soporta los módulos está a
0.3 m del nivel del piso.
El inversor monofásico Steca, modelo Colcept-x 3010x, fue utilizado para transformar corriente continua (DC) en
corriente alterna (AC) y directamente inyectado en el edificio. El inversor tiene una eficiencia nominal máxima de
98.6% y potencia máxima de salida CA de 3 000 W. El sensor de irradiancia tiene una precisión de ± 5% y tensión de
55.4 mV/1000Wm-2
.
La medición de temperatura en la superficie del módulo FV, es realizada por el sensor PT 100, montado sobre una
lámina adhesiva para la medida en hojas y tiene una precisión de ± 0.8 °C. La temperatura ambiente fue medida por el
sensor PT 100 con una precisión de ± 0.8 °C. La Fig. 1 muestra las fotos de los módulos fotovoltaicos y la instalación
del inversor. Las especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico e inversor son mostradas en la Tab. 1 y Tab. 2
respectivamente.
Figura - 1 Sistema Fotovoltaico implementado.
El suministro e instalación del SFcR tiene un costo de US$ 12 080 y está constituido por módulos fotovoltaicos,
inversor, equipos de monitoreo, instalación del sistema de monitoreo, accesorios de interconexion, estructura de soporte
y servicios de transporte e instalación. La Fig. 2 muestra un desglose de los costos de instalación del SF.
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Módulo FV
Inversor
Monitoreo
Instal. M
onitoreo
Accesorios
Estructura FV
Servicios
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
21%
11%
6%
27%
5%
21%
Cost
o(U
S$)
10%
Figura 2 - Costos de instalación del sistema fotovoltaico
Tabla 1. Especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico
Módulo Fotovoltaico
Unidad
Valor
Tipo
Eficiencia de módulo
Potencia máxima (Pmax)
Voltaje en la máxima potencia (Vmp)
Corriente en la máxima potencia (Imp)
Voltaje en circuito abierto (Voc)
Corriente en corto circuito (Isc)
Tolerancia
Tensión máxima del sistema (Vdc)
Coeficiente de temperatura Pm
Área del módulo
Número de módulos
TONC
-
%
Wp
V
A
V
A
%
V
(%)°C
m2
-
°C
Monocristalino
16.40
275
31.0
8.94
36.1
7.75
±2
1000
-0.45
0.95
12
46
Tabla 2. Especificaciones técnicas del inversor
Inversor
Unidad
Valor
Entrada
Potencia máxima de entrada CC
Tensión máxima de entrada CC
Tensión MPP para potencia nominal
Salida
Potencia máxima de salida CA
Potencia nominal CA
Tensión nominal de red CA
Frecuencia de red
Factor de potencia (cosφ)
Eficiencia
Eficiencia máxima
Eficiencia californiana
Euro-eficiencia
Datos Generales
Peso
Grado de protección
W
V
V
W
W
V
Hz
-
%
%
%
Kg
-
3070
600
270 - 500
3160
3000
230
45- 65
0.95
98.6
97.8
97.7
9.5
IP21
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3. MONITOREO Y ADQUISICION DE DATOS
El sistema de control y adquisición de datos del SFcR está constituido por: 1) módulo Eos-Array, tiene funciones
de medida y control divididas en tres módulos: a) VMU-M módulo maestro y registro de datos, b) VMU-S unidad de
medición de string, mide la intensidad de CC, tensión, potencia y energía del SF y c) VMU-P unidad de variables
ambientales, mide temperatura de módulos fotovoltaicos, temperatura de aire e irradiancia solar, 2) inversor StecaGrid
3010 que mide y graba datos de rendimiento energético, 3) contador y analizador de energía que mide la energía activa
y reactiva, 4) convertidores de comunicación y 5) un computador. Los módulos son de la marca Carlo Gavazzi.
Para recibir las señales de los sensores y equipos se utilizó la interface RS485, para su conexión con el computador
se usó los convertidores de comunicación SIU-TCP2 (RS485 a TCP/IP) y SIU-PC2 (RS485 a RS232). Los datos son
registrados cada 15 segundos, al mismo tiempo que son almacenados y visualizados en tiempo real en el computador, a
través de una interface diseñada en LabVIEW. También se realiza el almacenamiento de datos basado en redes de
computadoras, la cual se accede por el servicio Web. La Fig. 3 muestra un diagrama esquemático con las variables de
entrada y salida monitoreada por el sistema, así como todos los equipos utilizados para la adquisición y visualización de
las variables medidas.
INVERSOR
CONTADOR kWh
MODULOS FV
EOS-ARRAY
VMU-P
INTERNET - WEB
Temperatura Módulo
Piranómetro Fotovoltaico
VMU-M VMU-S
Temperatura Ambiente
COMPUTADOR
SIU-TCP2 (RS485 a TCP/IP)
SIU-PC2 (RS485 a RS232)
RS485
TCP/IPRS232
SENSORES
Figura 3 - Variables de entrada-salida del sistema y sus dispositivos de adquisición de datos
4. RESULTADOS DEL MONITOREO
4.1 Datos meteorológicos
La producción de electricidad fotovoltaica depende de la irradiación y temperatura ambiente del lugar. La Fig. 4
muestra la irradiación diaria media mensual en el plano inclinado de 16.3° y orientado al norte, medidos a partir de
mayo a octubre de 2015. Los valores de irradiación varían entre 5.10 y 7.60 kWh/m2-día. La irradiación diaria media
estacional de invierno y total de los seis meses fueron 6.62 kWh/m2 y 1482,2 kWh/m
2 respectivamente.
La Fig. 5 muestra la temperatura diaria media mensual del ambiente y la temperatura en la parte posterior de uno
de los módulos fotovoltaicos en el período monitoreado. La temperatura ambiente varía de 16.58 °C en julio y 19.40 °C
en octubre, mientras que la temperatura del módulo FV varió entre 18.56 °C en julio y 22.07 °C en octubre.
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Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Irra
dia
ción
(k
Wh
/m2-d
ía)
Meses
Fig. 4 Irradiación diaria media mensual en el plano
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
0
5
10
15
20
25 Módulo FV
Aire Ambiente
Tem
per
atu
ra (
°C)
Meses
Fig. 5 Temperatura diaria media mensual del ambiente y módulo FV del periodo evaluado
La Tab. 3 muestra la fracción de irradiancia, la temperatura media del ambiente y módulo FV, para diferentes
niveles de irradiancia entre mayo y octubre de 2015. La temperatura ambiente varió entre 24.5°C a 600-699 W/m2 y
26.6°C a 1000-1099 W/m2. La temperatura del módulo PV varió entre 12.8°C a 0- 99 W/m
2 y 39.1°C a 600-699 W/m
2.
Tabla 3. Promedios de temperatura ambiente y módulo FV a diferentes niveles de irradiancia
Irradiancia
en el plano
(Wm-2
)
Fracción de
irradiancia
(%)
Temperatura
Ambiente
(°C)
Temperatura
Módulo FV
(°C)
0 - 900
100 - 199
200 - 299
300 - 399
400 - 499
500 - 599
600 - 699
700 - 799
800 - 899
900 - 999
1000 - 1099
0.5
2.5
4.0
5.8
7.5
9.2
10.9
12.5
14.2
15.8
17.1
16.0
20.0
18.9
21.4
22.7
23.3
24.5
25.1
25.4
25.8
26.6
12.8
21.0
22.5
28.2
32.0
35.8
39.1
41.0
42.5
43.6
45.2
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El 70.5% de irradiancia total en el plano está por encima de 600 W/m2, con una temperatura media máxima de
módulo FV de 42.3°C en este rango de irradiancia. Esto indica la influencia de la temperatura del módulo FV en el
desempeño de la instalación fotovoltaica. La temperatura ambiente media baja y la posibilidad de velocidades altas de
viento, ayudan a mejorar las condiciones de funcionamiento de la instalación fotovoltaica, manteniendo la temperatura
media de operación del módulo FV más baja que la temperatura en condición de operación estándar.
4.2 Temperatura del módulo FV
En la medición de la temperatura de la parte posterior de un módulo FV se utilizó el sensor de temperatura PT 100.
La Fig. 6 muestra la variación de la temperatura media del ambiente y módulo FV, en función de los diferentes niveles
de irradiancia. Se puede observar que estas temperaturas generalmente se incrementan a medida que la irradiancia
aumenta. La temperatura del módulo FV experimenta un constante incremento en los niveles de irradiancia entre 600 y
1099 W/m2, como resultado de posibles bajas velocidades de viento a estos niveles de irradiancia.
0-99
100-
199
200-
299
300-
399
400-
499
500-
599
600-
699
700-
799
800-
899
900-
999
1000
-109
9
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Tem
per
atu
ra (
°C)
Irradiancia (W/m2)
Aire ambiente
Módulo FV
Fig. 6 Temperatura ambiente y del módulo FV para diferentes niveles de irradiancia
5. EVALUACION DEL DESEMPEÑO DEL SISTEMA
5.1 Rendimiento energético
El rendimiento energético instantáneo fue obtenido midiendo la energía generada por el sistema FV después del
inversor DC/AC, en intervalos de 15 segundos. En la Fig. 7 se muestra la energía total mensual generada durante el
período monitoreado, el cual varío entre 107.1 kWh/kWp en julio y 200.1 kWh/kWp en agosto. La energía total
generada entre diciembre y octubre, alcanzó 1 686.1 kWh/kWp. La Fig. 8 muestra la relación lineal entre la potencia
generada CA y la irradiancia, con un coeficiente de correlación R2 de 0.98718.
Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
En
erg
ía G
ener
ad
a (
kW
h/k
Wp
)
Meses Fig. 7 Energía total mensual generada durante el período monitoreado
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0 200 400 600 800 1000 1200
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Po
ten
cia
gen
erad
a C
A (
W)
Irradiancia (W/m2)
Equation y = a + b*x
Weight No Weighting
Residual S 1,99473E7
Pearson's r 0,99357
Adj. R-Squ 0,98718
Value Standard E
Potencia g Intercept -4,2738E- 4,27576
Potencia g Slope 2,71232 0,00701
Fig. 8 Potencia generada AC versus irradiancia
5.2 Productividad del generador (Array Yield)
La productividad del generador (YA), es definida como la energía generada por el sistema FV [kWh] durante un
periodo de tiempo (días, meses o años) dividida por su potencia nominal [kWp], es calculada por la Ec. (1).
nominal FV,P
DCE
AY (1)
5.3 Productividad final del sistema (Final Yield)
La productividad final del sistema (YF), se define como la energía generada AC [kWh] anual, mensual o diaria,
dividido por la potencia nominal del generador FV [kWp] instalado a condiciones estándar de prueba de 1 kW/m2 de
irradiancia y 25°C de temperatura de la celda. Esta figura de mérito nos permite realizar una comparación con sistemas
FV similares en una región geográfica específica. Depende del tipo de montaje y ubicación (Cucumo, 2006). La Ec. (2)
calcula la productividad final:
nominal FV,P
ACE
AY (2)
5.4 Productividad de referencia (Reference Yield)
La productividad de referencia (YR), es la irradiación total (It) [kWh/m2] en el plano dividida por la irradiancia
global estándar. Representa un número equivalente de horas a la irradiancia estándar de medida (1000 W/m²). Es una
función de la localización, orientación del módulo fotovoltaico y la variabilidad de las condiciones meteorológicas. Está
representada en la Ec. (3):
2mkW1
mkWht
I
RY
2
(3)
La Fig. 9 muestra todas las productividades diaria media mensual del sistema FV durante el período monitoreado.
La productividad del generador, final y de referencia entre junio y agosto variaron entre 4.10-6.68 kWh/kWp/día, 4.05-
6.57 kWh/kWp/día y 5.11-7.73 kWh/kWp/día respectivamente. La productividad diaria media mensual para estos seis
primero meses fue: YA = 5.37 kWh/kWp/día, YF = 5.33 kWh/kWp/día y YR = 6.37 kWh/kWp/día.
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Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pro
du
ctiv
idad
GF
V,
Fin
al,
Ref
eren
cial
(kW
h/k
Wp
-día
)
Meses
Productividad Generador FV
Productividad de Referencia
Productividad Final
Fig. 9 Productividades diarias medias mensuales
5.5 Eficiencia del módulo FV
La eficiencia del módulo FV es definida por la relación entre la energía generada por el dispositivo FV [kWh] y la
cantidad de irradiación incidente [kWh/m2] en el área total del módulo [m
2], incluyendo células, espacio intercelular,
contactos y marco del mismo. La Ec. (4) representa esta relación:
100
mod
At
I
DCE
FV (4)
5.6 Eficiencia del sistema
La eficiencia mensual del sistema está definida la relación entre la energía generada en AC [kWh] y la cantidad de
irradiación incidente [kWh/m2] en el área total del módulo [m
2], es calculado con la Ec. (5):
100
mod
At
I
ACE
Sist (5)
5.7 Eficiencia del inversor
La eficiencia mensual del inversor está definida como la relación entre la energía generada en AC [kWh] y la
energía generada en DC [kWh]. La Ec. (6) muestra esta relación:
100
CCE
CAE
Inv (6)
La Fig. 10 muestra la eficiencia diaria media mensual del sistema, inversor y módulo FV durante el período
evaluado. La eficiencia del sistema varió entre 12.85% en junio y 13.88% en agosto, mientras que la eficiencia del
módulo FV alcanza valores de 13.04% en junio y 14.11% en agosto. Finalmente la eficiencia del inversor tuvo valores
de 98.3% en julio y 98.7% en octubre. Las eficiencias diarias medias mensuales del sistema, inversor y módulo FV para
este periodo de monitoreo fueron 13.43%, 98.54% y 13.63% respectivamente.
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Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
10
11
12
13
14
15
16
Eficiencia Módulo FV
Eficiencia Sistema
Meses
Efi
cien
cia
del
Mód
ulo
FV
y S
iste
ma (
%)
90
92
94
96
98
100
Efi
cien
cia
In
ver
sor (
%)
Fig. 10 Eficiencia diaria media mensual del inversor, sistema y módulo FV
5.8 Rendimiento global (Performance Ratio)
El performance ratio (PR) indica el efecto global de las pérdidas en la potencia de salida del generador FV
dependiendo de la temperatura del módulo FV, captura incompleta de irradiación, componentes ineficientes del sistema
o fallas.
El PR de un sistema FV indica lo cerca que se está a un rendimiento ideal durante el funcionamiento real,
permitiendo la comparación de los sistemas FV independientemente de la ubicación, el ángulo de inclinación,
orientación y su potencia nominal. El PR se define por la relación entre la productividad final del sistema y la
productividad de referencia, representando las pérdidas totales del sistema FV en la conversión de DC a AC (Sidrach-
de-Cardona y Mora, 1999). La Ec. (7) muestra esta relación:
R
F
Y
YPR (7)
5.9 Factor de capacidad (Capacity Factor)
El factor de capacidad (CF) es un método utilizado para presentar la energía suministrada por un sistema de
generación de energía eléctrica. Si el sistema ofrece una potencia nominal de forma continua, el CF sería la unidad. El
CF es la relación entre la energía de corriente alterna entregada a la red en un año y la cantidad de energía que el
sistema fotovoltaico generaría si hubiera operado a la potencia pico durante las 24 horas del día todo el año (Kymakis,
2009), es calculado con la Ec. (8):
8760
FVP
ACECF (8)
La Fig. 11 muestra la variación diaria media mensual de PR y CF durante el periodo de evaluación. El rendimiento
global obtuvo valores de 79.02% en junio, 86.74% en octubre y promedio total de 83.35%. El factor de capacidad tiene
valores de 14.56% en junio y 27.33% en agosto, con un promedio total de 21.68%.
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Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Fa
ctor d
e cap
aci
dad
& R
end
imie
nto
glo
ba
l (%
)
Meses
Factor de capacidad
Rendimiento global
Fig. 11 Factor de capacidad y rendimiento global diario media mensual
5.10 Pérdidas de energía
Existen muchas fuentes que originan pérdidas de energía en los sistemas FV. Estas pérdidas afectan su desempeño,
lo cual nos lleva necesariamente a evaluarlas, a través de un análisis detallado de los datos del monitoreo. Las pérdidas
que se pueden destacar son: captura, sistema, temperatura de la celda, suciedad y degradación.
5.10.1 Pérdidas de captura, debido a las pérdidas en los paneles fotovoltaicos y es presentada por la Ec. 10:
AY
RY
CL (10)
5.10.2 Pérdidas del sistema, debidos al inversor y es presentada en la Ec. 11:
FY
AY
SL (11)
La Fig. 12 muestra las pérdidas diarias medias mensuales durante el período monitoreado. Las pérdidas del
sistema variaron entre 0.06 kWh/kWp en junio y 0.11 kWh/kWp en septiembre. Mientras que las pérdidas de captura
varían de 0.06 kWh/kWp en octubre y 0.11 kWh/kWp en septiembre.
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
Pér
did
as
de
cap
tura
y d
el s
iste
ma
(k
Wh
/kW
p)
Meses
Pérdidas de captura
Pérdidas del sistema
Fig. 11 Pérdidas del sistema y de captura
XXII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXII-SPES), Arequipa, 16 – 21.11.2015
En la Tab. 4 y Tab. 5 se muestran los valores diarios medios mensuales de los parámetros climatológicos, eficiencia y
de performance del sistema fotovoltaico conectado a red, durante el período de monitoreo.
Tabla 4. Parámetros climatológicos y eficiencia
Mes
Irradiación (kWh/m2-día)
Temperatura
Ambiente (°C)
Temperatura
Módulo FV (°C)
Eficiencia
Módulo FV (%)
Eficiencia
Sistema (%)
Eficiencia
Inversor (%)
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
5.80
5.10
5.80
7.60
7.00
6.80
17.76
17.83
16.58
17.87
18.78
19.40
20.16
19.69
18.55
20.40
21.56
22.07
13.44
13.04
13.08
14.11
14.05
14.03
13.26
12.85
12.87
13.88
13.85
13.85
98.65
98.53
98.37
98.39
98.56
98.73
Tabla 5. Parámetros de performance
Mes
Energía
Generada (kWh/KWp)
Productividad
Final (kWh/kWp/día)
Productividad
Referencia (kWh/kWp/día)
Productividad
Generador (kWh/kWp/día )
Pérdidas
Captura (kWh/kWp/día)
Pérdidas
Sistema (kWh/kWp/día)
Factor
Capacidad (%)
Rendimiento
Global (%)
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
144.4
107.1
141.0
200.1
176.8
178.8
4.74
4.05
4.60
6.57
6.13
5.87
5.80
5.10
5.80
7.60
7.00
6.80
4.81
4.10
4.70
6.68
6.09
5.82
0.95
1.01
1.09
0.94
0.88
0.88
0.07
0.06
0.08
0.11
0.09
0.08
19.68
14.56
19.26
27.33
24.91
24.34
82.43
79.02
79.73
86.74
86.13
86.65
6. COMENTARIOS FINALES
El sistema fotovoltaico conectado a red de 3.3 kW, instalado en el techo del edificio de la Escuela de Física de
Universidad Nacional de San Agustín, fue monitoreado de mayo a octubre de 2015. Los parámetros climatológicos y
desempeño del sistema fueron evaluados mensualmente. La diaria media mensual de irradiación, temperatura ambiente
y del módulo FV fueron 6.34 kWh/m2/día, 18.04°C y 20.41°C respectivamente. El generador FV, la eficiencia del
inversor y el rendimiento global del sistema fueron afectados positivamente por altos valores de irradiancia. Se encontró
que 70.5% de irradiancia incidente total fue absorbida a niveles por encima de 600 W/m2, 26.5% por encima de
200W/m2
y solamente 3% por debajo de 199 W/m2. La temperatura ambiente y velocidad de viento presentes en techo
del edificio son ventajosas para el rendimiento del sistema FV.
La energía total mensual generada fue 1681,1 kWh/kWp. Las productividades diarias medias mensuales finales del
generador, final y de referencia fueron 5.37 kWh/kWp/día, 5.33 kWh/kWp/día y 6.34 kWh/kWp/día respectivamente.
Los altos niveles de irradiación en agosto originaron una alta productividad final.
Las eficiencias diarias medias mensuales del módulo, sistema y del inversor fueron 13.63%, 13.43% y 98.54%
respectivamente. El rendimiento global y factor de capacidad diario medio mensual alcanzó valores de 83.35% y
21.68% respectivamente. Estos últimos valores son muy aceptables, debido a que el sistema FV funciona en altas
condiciones de irradiación y el inversor está correctamente dimensionado. No fue posible comparar los resultados con
otros estudios en el país.
Agradecimientos
Este trabajo fue posible gracias al apoyo del Departamento de Física de la Universidad Nacional de San Agustín
de Arequipa, la Universidad de Jaén, a través del grupo de Investigación y Desarrollo en Energía Solar y Automática
(IDEA), CER-UNI y la Agencia Andaluza de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AACID).
REFERENCIAS
CIFES, 2015 Reporte Energías Renovables en el Mercado Eléctrico Chileno. Reporte ERNC, Septiembre, pp. 7
Cucumo M et al., 2006 Performance analysis of a 3 kW grid-connected photovoltaic plant. Renew Energy Vol 31 n 8,
pp 1129–1138.
XXII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXII-SPES), Arequipa, 16 – 21.11.2015
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), 2015 El sector energético en México 2014. INEGI, pp. 304
Kymakis E, Kalykakis S., 2009 Performance analysis of a grid connected photovoltaic park on the island of Crete.
Energy Convers Manage Vol 50 n 3, pp 433-4338
Nawaz I, Tiwari GN. 2006 Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro- and micro-level.
Energy Policy Vol 17 n 17, pp. 3144–3152.
OSINERGMIN, 2014 Información Proyecto RER. Disponible en <https://srvgart.osinergmin.gob.pe/sisrer-
web/proyectoController/rer_subasta>. Acceso en 15 ago. 2015.
SolarPower Europe, 2015 Global Market Outlook For Solar Power / 2015 – 2019, pp. 32
Sidrach-de-Cardona M, Mora López L., 1999 Performance analysis of a grid connected photovoltaic system. Energy
1999 Vol 24 n 2, pp 93–102.
PERFORMANCE EVALUATION OF A 3.3 kW GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM IN THE
CITY OF AREQUIPA
Abstract. This paper presents results from performance evaluation of a 3.3 kw grid connected photovoltaic system,
installed on a flat roof of the building of the professional School of Physics of the National University of San Agustín,
located in latitude 16.2°S, longitude 71.3°O and elevation 2 374 m.. The system was monitored between December
2014 to October 2015. The overall system performance was favored by high levels of irradiance, 70.5% was absorbed at
levels above 600 W/m2, 26.5% above 200W/m2 and only 3 % below 199 W/m2. The total monthly energy generated
was 1681.1 kWh/kWp. The monthly averages daily of the module, inverter and system efficiency were 13.63%, 98.54%
and 13.43% respectively. The inverter was sized properly, obtaining values near to its peak of efficiency. The monthly
average daily performance ratio and capacity factor reached values of 83.35% and 21.68% respectively. The monthly
average daily system losses and array capture losses were 0.08 kWh/kWp and 0.96 kWh/kWp respectively
Key words: Photovoltaic solar energy, grid connected photovoltaic system, performance evaluation.