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TRICENTENARIO DE LA UNIVERSSIDAD NACIONAL

SAN ANTONIO DE ABAD DEL CUSCO

CURSO TALLER ELECTRIFICACION RURAL

CON SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

13 - 15 DE JULIO DE 1992

TALLER LA TECNOLOGIA

DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

16 - 17 DE JULIO DE 1992

Organizado por: ° Consejo de Investigación, Universidad Nacional San Antonio de Abad del Cusco. ° Centro de Energías Renovables (CER), Universidad Nacional de Ingeniería de Lima. Auspiciado por: ° Red Iberoamericana de Uso Racional de la Energía (RIURE) del Programa de Ciencia & Tecnología para el Desarrollo - V Centenario (CYTED-D). ° Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE), México. ° Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, (CONCYTEC), Lima.

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Prólogo Uno de los requerimientos más importantes para el desarrollo integral del Perú, como de otros países, es el desarrollo de sus regiones rurales, en particular, y sobre todo, el mejoramiento de la calidad de vida de los habitantes de esas regiones. El subdesarrollo de las regiones rurales está relacionado con la falta de recursos energéticos en estas regiones, en particular, la falta de electricidad. Satisfacer necesidades básicas de electricidad en pequeña escala puede mejorar significativamente la calidad de vida. Para cubrir esta necesidad en regiones rurales alejadas de redes eléctricas, pequeños sistemas fotovoltaicos representan hoy en día, como también en el futuro cercano, en muchos casos la mejor solución y son económica- y ecológicamente viables. Sin embargo, los sistemas fotovoltaicos todavía no tienen un uso masivo en áreas rurales del Perú, ni en otros países. Sin duda, una de las causas es el alto costo de la inversión inicial, requiriendo mecanismos de financiación, que no son disponibles en regiones rurales. Por otro lado, a pesar de que los paneles fotovoltaicos mismos están técnicamente maduros, todavía hay deficiencias técnicas en otros componentes de los sistemas fotovoltaicos, como es el caso de los controles electrónicos o de las baterías. Otra causa de la falta de una diseminación masiva de los sistemas fotovoltaicos es la ausencia de suficiente personal técnico que conozca realmente esta tecnología, sus posibilidades y limitaciones. Frente a esta situación se han realizado diversas acciones para contrarrestar las dificultades indicadas que obstaculizan una diseminación espontánea comercial del uso de sistemas fotovoltaicos en áreas rurales. Una de esas acciones es promovida por RIURE: la Red Iberoamericana para el Uso Racional de la Energía en el Medio Rural (RIURE)1, que es parte del Subprograma de Nuevas Fuentes y Conservación de la Energía del Programa de Ciencia y Tecnología- 5to Centenario (CYTED-D) (un programa de cooperación iberoamericano), propicia la realización de cursos-talleres sobre electrificación rural con sistemas fotovoltaicos. El primero de estos cursos-talleres sobre "electrificación rural con sistemas fotovoltaicos" se realizó del 13 al 15 de julio 1992, seguido de un taller sobre "la tecnología de sistemas fotovoltaicos" (16-17.07.92), en Cusco. Estos certamenes fueron organizados por el Consejo de Investigación de la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco, en el marco de las celebraciones del tricentenario de esa universidad, y el Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería (CER-UNI), Lima, contando con el auspicio de RIURE, del Instituto de Investigaciones Eléctricas, Cuernavaca, México, y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONCYTEC), Lima. En el curso-taller participaron como expositores Pedro Zanabria y Roberto Torres de la UNSAAC, Cusco, Anibal Valera, Rafael Espinoza y Manfred Horn de la UNI, Lima, Sergio Dianderas del Proyecto de Mini-Sistemas Fotovoltaicos, Puno, y Jorge Huacuz del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) de Cuernavaca, México. El IIE ha ejecutado en los últimos años un vasto programa de diseminación masiva de sistemas fotovoltaicos en áreas rurales de México, implementando una metodología considerada esencial para una promoción sostenible de la tecnología fotovoltaica en regiones rurales. La presente publicación se basa en los eventos realizados en julio en Cusco: en la Parte I se presenta la "tecnología fotovoltaica", y en la Parte II, la "electrificación rural con sistemas fotovoltaicos". Esta segunda parte se basa mayormente en las exposiciones del Dr. Huacuz. En los anexos C y D se presenta información adicional sobre la experiencia mexicana. Para mayor información sobre la RIURE (CYTED-D), dirigirse a: L.Saravia (Coordinador de RIURE), INENCO, Universidad Nacional de Salta, Calle Buenos Aires 177, 4400 Salta, Argentina. o, en el Perú, a: M. Horn (miembro del Consejo Directivo de RIURE), Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Casilla 31-139, Lima; Tel/fax: 051-810824; correo electrónico: mhorn@uni.edu.pe

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El esfuerzo más grande en la promoción de sistemas fotovoltaicos realizado hasta la fecha en el Perú es el "Proyecto de Minisistemas Fotovoltaicos", ejecutado desde varios años por el gobierno regional en Puno, contando con el apoyo de la cooperación técnica alemana (GTZ). Este proyecto está descrito en el anexo E por el Ing. Sergio Dianderas, coordinador del proyecto. La presente publicación está dirigida, por un lado, a planificadores y promotores de electrificación y desarrollo rural y, por otro lado, a profesionales interesados en el desarrollo, la fabricación, comercialización, instalación y mantenimiento de sistemas fotovoltaicos. El objetivo es contribuir a satisfacer la urgencia de electrificar zonas rurales alejadas de redes eléctricas y analizar la viabilidad de la aplicación de la tecnología fotovoltaica para la electrificación rural. No se pretende presentar un trabajo definitivo sobre este tema, más bien una herramienta de trabajo, sujeto a mejoras, pero útil, considerando en particular la falta de disponibilidad de bibliografía en el Perú sobre este tema. Lima, noviembre 1992 R. Espinoza y M. Horn

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INDICE Prólogo vii Parte I: TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA 1. Introduccion 1 2. Conversión fotovoltaica 2 2.1 Conceptos físicos del efecto fotovoltaico (FV) 2 2.2 Tecnología de fabricación de una celda FV 6 2.3 Conceptos básicos sobre radiación solar 7 2.4 Características eléctricas de una celda FV 9 2.5 Perspectivas tecnológicas y económicas de celdas FV 12 3. Generación eléctrica con sistemas fotovoltaicos 15 3.1 El sistema fotovoltaico para generación de electricidad 15 3.2 Partes componentes de un sistema fotovoltaico 17 3.3 El sistema fotovoltaico interconectado 32 4. Dimensionamiento y diseño de Sistemas Fotovoltaicos 39 4.1 Consideraciones generales de diseño 39 4.2 Metodología y recomendaciones de diseño 42 4.3 Aplicaciones y casos típicos 45 4.4 Ejemplo de cálculo 49 Parte II: ELECTRIFICACION RURAL CON SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 5. Marco de referencia 53 6. Estructura energética del sector rural nacional 55 6.1 Situación energética rural 55 6.2 Aspectos de la electrificación rural 57 7. Caracterización de la electrificación rural con sistemas FV 61 7.1 Problemas asociados a la electrificación rural 61 7.2 Requerimientos principales para la electrificación 64 rural con sistemas FV 7.3 Estructuras típicas de electrificación FV 66 Bibliografía 69

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Anexos A. Datos referenciales sobre radiación solar en el Perú 71 B. Formatos para dimensionar sistemas FV 75 C. Metodología de diseño de sistemas FV usada por el IIE, México 77 D. Especificaciones e información técnica del IIE, México 89 E. Proyecto de Minisistemas Fotovoltaicos, Puno 101 F. Cuadros sobre electrificación rural convencional 123 G. Mesa redonda del curso-taller realizado del 13 - 15 de julio 125 de 1992 en Cusco H. Lista de proveedores, en el Perú, de sistemas FV y de 129 componentes de sistemas FV

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Parte I: TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA 1. Introducción La electricidad es una de las formas de energía más útiles y de mayor "calidad" de todas las que hasta hoy domina el hombre. La disponibilidad y el uso de energía eléctrica van estrechamente de la mano con la industrialización y la calidad de vida de la civilización moderna. Pues, la electricidad puede transportarse y acondicionarse fácilmente a muchas necesidades y se puede transformarla, en principio íntegramente, con máquinas simples en otras formas de energía, en particular en energía mecánica o luz. El consumo de electricidad de un país es un indicador de su desarrollo: en el Perú es de 600 kWh/habitante por año, muy por debajo del promedio latinoamericano (1100 kWh/hab.). Para obtener la energía eléctrica se usa como energía primaria mayormente energía hidráulica o combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) y, en algunos países, energía nuclear y la transformación se realiza en grandes centrales eléctricas. Así, en el Perú 60% de la potencia eléctrica actualmente instalada (4000 MW) proviene de pocas plantas grandes hidroeléctricas y el resto de plantas termoeléctricas de petróleo. La mayor parte de los grandes centros poblacionales están interconectados con estas centrales eléctricas (con 6000 km de líneas de transmisión de alta tensión). El Perú dispone de grandes reservas de energía, en particular de energía hidráulica: actualmente se aprovecha menos del 5% del potencial hidráulico. Seguramente centrales hidroeléctricas son la mejor solución para satisfacer las necesidades de electricidad de grandes centros poblacionales e industriales. Estas pueden ser complementadas con otras centrales para satisfacer necesidades urgentes, en particular con centrales termo-eléctricas de gas (Camisea), debido al menor costo y más rápida construcción de estas últimas. Sin embargo, el costo para llevar esta electricidad a vastas regiones rurales es demasiado alto, debido a la baja densidad poblacional de estas regiones. Hoy en día, solamente 40% de la población del Perú tienen servicio eléctrico. En el caso de la población rural, que representa 58% de la población total, solamente 16% tienen electricidad, consumiendo anualmente en promedio 32 kWh/habitante. En varias regiones, como Puno, Ayacucho, Huancavelica o Cajamarca, la electrificación rural alcanza solamente 5-8%. Inclusive, 1000 de las 1600 capitales distritales del país no tienen servicio eléctrico. Con seguridad, también dentro de 20 o 30 años muchas de estas regiones no estarán interconectadas con grandes centrales eléctricas. Para disponer de electricidad en estas regiones rurales a corto o mediano plazo, la única solución es generar electricidad local y descentralizadamente. Alternativas técnicas son

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hoy, por un lado, pequeños generadores eléctricos con motor de combustión (usando combustible fósil o, eventualmente, renovable: biogas, leña, etc.) y, por otro lado, microcentrales hidráulicas y generadores eólicos o fotovoltaicos. En cada caso hay que evaluar cual de estas alternativas es la más adecuada, considerando aspectos técnicos, económicos, sociales y ambientales. En el presente trabajo se evaluará la potencialidad de usar pequeños sistemas fotovoltaicos para satisfacer necesidades de electricidad en regiones rurales. Como punto de partida tenemos que la energía solar incidente en gran parte del Perú, especialmente en la sierra, es en promedio mensual mayor de 5 kWh por metro cuadrado y día, y considerando la eficiencia de los paneles fotovoltaicos comerciales actuales (10-15%), un panel de un metro cuadrado produce aproximadamente la electricidad consumida actualmente en promedio por una familia rural de 6 personas que dispone de electricidad. Las ventajas de los paneles fotovoltaicos son: Los paneles fotovoltaicos son modulares (por lo tanto pueden ajustarse a la potencia requerida); convierten la radiación directa y también la radiación difusa; pueden estar montados fijos (es decir, su orientación no requiere seguir el movimiento del sol); ya existe una tecnología probada y disponible comercialmente; requieren un mantenimiento no especializado y mínimo durante una vida útil de más de 20 años; no tienen un efecto ecológico negativo. Por otro lado, la electricidad solar es hoy en día todavía costosa. Sin embargo, esta tecnología representa ya una alternativa real para satisfacer ciertas necesidades de electricidad, y en muchos casos, es la mejor alternativa disponible. El presente trabajo es dirigido a usuarios potenciales, a planificadores y promotores de electrificación y desarrollo rural y, en general, a profesionales interesados en el desarrollo, la fabricación, comercialización, instalación y mantenimiento de sistemas fotovoltaicos.

2. Conversión fotovoltaica 2.1 Conceptos físicos del efecto fotovoltaico (FV) Dispositivos electrónicos que transforman luz (radiación electromagnética) directamente en electricidad son llamados celdas fotovoltaicas y el fenómeno que causa esta transformación de energía radiante en energía eléctrica es llamado efecto fotovoltaico (FV). Para aplicaciones prácticas se conecta eléctricamente a varias celdas fotovoltaicas y se encapsula el conjunto apropiadamente para darle protección mecánica y ambiental. El equipo resultante se llama módulo o panel fotovoltaico (muchas veces simplemente: panel solar). Desde un punto de vista práctico, un panel fotovoltaico sobre el cual incide luz suministra un voltaje y una corriente eléctrica contínua y puede ser usado en reemplazo de una pila o batería eléctrica para suministrar electricidad para cualquier uso. En el presente capítulo se tratará de dar una "explicación" cualitativa del efecto FV. Sin embargo, para poder usar eficientemente un panel solar no se requiere entender los fenómenos físicos que generan en él la electricidad. Por lo tanto, si el lector no está interesado en esta "explicación", puede saltar sin problema esta parte del presente capítulo. Lo mismo vale para la siguiente parte, en la cual se describe el proceso de fabricación de una celda FV. Primeramente describiremos otros efectos: el efecto fotoeléctrico, la fotoconductividad y el funcionamiento de un díodo semiconductor. Radiación electromagnética que incide sobre una superficie metálica puede extraer electrones del metal. Este efecto fotoeléctrico puede explicarse de la siguiente manera: La radiación electromagnética está compuesta de un flujo de partículas, llamadas fotones, que tienen, cada fotón, una energía hv, donde h es una constante natural (constante de Planck) y v es la frecuencia de la radiación. Estos fotones se propagan con la velocidad de la luz c (independiente de la frecuencia, c = 300000 km/s). En vez de caracterizar la radiación por su frecuencia, también se puede usar la longitud de onda de la radiación, l, que es inversamente proporcional a la frecuencia, según l = c/v. Así, un fotón de una longitud de onda de luz verde, con una longitud de onda l = 500 nm (nanometro = 10-9m) tiene una energía de 2 eV (electrón-Volt; esta unidad de energía es muy usada en física atómica y corresponde a la energía cinética que tiene un electrón que fue acelerado por un campo eléctrico de 1 Volt), mientras que un fotón de 1000 nm, que corresponde al infrarrojo, tiene una energía de 1 eV (aproximadamente). Por otro lado, la gran conductividad eléctrica de un metal es causada por un gran número de electrones que se mueven casi libremente en el metal, pero para extraer uno de estos electrones del metal se requiere una energía mayor que cierto mínimo, que tiene un valor característico para cada metal y es típicamente del orden de algunos eV. Si inciden sobre el metal fotones con una energía mayor que esta energía mínima, algunos fotones son absorbidos y su energía transferida a electrones que son liberados del metal hacia el exterior, produciendo así el efecto fotoeléctrico. Un dispositivo diseñado para observar el efecto fotoeléctrico es llamado celda fotoeléctrica o fotocelda.

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Un efecto parecido, el efecto fotoeléctrico interno, es observado en semiconductores: En un semiconductor existen relativamente pocos electrones disponibles para la conducción eléctrica. La mayor parte de los electrones están localizados alrededor de átomos, sin posibilidad de desplazarse. Con una energía característica del semiconductor, típicamente del orden de 0.5 - 1 eV, se puede liberar un electrón de su ligadura con un átomo determinado. Este electrón puede moverse casi libremente en el semiconductor y contribuye así a su conductividad eléctrica. Si inciden sobre el semiconductor fotones con una energía mayor que esta energía, los fotones son absorbidos y su energía es usada para liberar electrones localizados. Estos electrones pueden moverse ahora dentro del semiconductor, produciendo una fotoconductividad (es decir un aumento de la conductividad eléctrica si incide radiación apropiada), fenómeno llamado también efecto fotoeléctrico interno. En el semiconductor más usado actualmente, el silicio, esta energía mínima (llamada también ancho de la banda prohibida) es 1.1 eV, correspondiendo a un fotón infrarrojo. Un dispositivo diseñado para usar el efecto de fotoconductividad es llamado fotoresistencia. Una fotoresistencia, como también una fotocelda, sirven para medir la intensidad de una radiación de luz, pero no para transformar energía radiante en energía eléctrica. Para poder explicar el efecto FV debemos todavía previamente describir el funcionamiento de un díodo semiconductor: La conductividad eléctrica de un semiconductor puede ser controlada, incorporando al semiconductor impurezas, es decir otros átomos. Unas pocas partes por millón de átomos de, por ejemplo, fósforo, o boro, en un semiconductor de silicio, no solamente cambian fuertemente la magnitud de la conductividad, sino también los mecanismos de la misma. Impurezas de fósforo introducen más electrones que los requeridas para las ligaduras con los átomos vecinos de silicio, contribuyendo a la conductividad electrónica y obteniéndose un semiconductor llamado tipo n. Impurezas de boro tienen, por otro lado, menos electrones que los necesarias para sus ligaduras (enlaces químicos) con sus vecinos de silicio, resultando vacancias electrónicas. Se obtiene así un semiconductor tipo p, que tiene un mecanismo de conductividad eléctrica diferente, basado en el movimiento de las vacancias de electrones (llamadas también huecos).

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Uniendo un semiconductor tipo p con un semiconductor tipo n y haciendo contactos eléctricos a cada parte, se obtiene un díodo. Algunos electrones de exceso de la región n pasan a la región p, recombinándose allí con huecos. Resulta así que la región p se carga negativamente con respecto a la región n, produciéndose en la interfase un campo eléctrico. Como consecuencia se obtiene una relación no lineal y asimétrica entre la corriente eléctrica I y la tensión eléctrica V aplicada al diodo. Esta curva característica I-V está indicada en la figura 1. Si inciden en un semiconductor fotones con una energía mayor que la requerida para liberar un electrón de su localización en un enlace, estos fotones son absorbidos y se generan pares de electrones y de huecos libres (esto es el efecto de fotoconductividad, descrito arriba). Ocurre esto en la región de interfase de un diodo pn, debido a la fuerza sobre los electrones generada por el campo eléctrico existente en la interfase, estos electrones son empujados a la región n, y los huecos a la región p. Se produce así una tensión eléctrica, y si los dos contactos del diodo están conectados a una resistencia externa, fluye una corriente eléctrica. Este fenómeno es llamado efecto fotovoltaico, y representa una transformación directa de la energía radiante en energía eléctrica. 2.2 Tecnología de fabricación de una celda FV A continuación se describe muy someramente los pasos principales en la fabricación de celdas solares. La mayoría y las mejores celdas fotovoltaicas se hacen hoy de silicio muy puro y cristalino. El material inicial es arena de cuarzo, SiO2, muy barato y disponible en muchos lugares. Esto es reducido a silicio y purificado. Este último proceso es muy laborioso y costoso: mientras que 1 kg de silicio metalúrgico (1-2% de impurezas) cuesta 1 $ (todos los

Figura 1. Esquema de un diodo y su curva característica I-V.

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costos y datos aquí son aproximados), 1 kg de silicio necesario para la fabricación de celdas solares (con solamente una impureza en 10 millones de átomos de silicio) cuesta 100 $. Para una celda de 10x10 cm2, se requiere 10-15 g de silicio puro. El silicio puro es fundido en un crisol en un horno, añadiéndose un dopaje apropiado para obtener un semiconductor tipo p o n. Un cristal semilla de silicio en contacto con el silicio fundido es retirado lentamente, obteniéndose un monocristal de un diámetro hasta 10 cm y una longitud hasta 1 m. Este cristal es cortado en tajadas (tipo salami) de un espesor de 0.4-0.5 mm. En este proceso se pierde aproximadamente la mitad del material. Posteriormente se difunde superficialmente hasta una profundidad de 1 µm en las tajadas de silicio, usando un horno a 600 °C, bajo condiciones controladas, otras impurezas para producir una unión pn. Si incide radiación sobre la cara cerca a la interfase pn de este disco, las dos caras se cargan eléctricamente. Para poder recoger estas cargas, se requiere todavía aplicar contactos eléctricos, metalizando la cara posterior y aplicando una grilla metálica en la cara superior. Para reducir los altos costos inherentes en la fabricación de celdas de silicio monocristalino, también se producen desde algunos años celdas de silicio policristalino con diferentes tecnologías, que prometen ser más simples y baratas. Paneles policristalinos comerciales tienen una eficiencia algo menor que celdas monocristalinos, pero su costo actual, expresado en $/Wp, es igual al de celdas de silicio monocristalino. Lo mismo se puede decir de su vida útil y confiabilidad.

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2.3 Conceptos básicos sobre radiación solar Para poder describir cuantitativamente las características eléctricas de una celda FV, requerimos primeramente presentar algunas propiedades básicas de la radiación solar. (Para una información más completa, se recomienda consultar una de las publicaciones indicadas en la bibliografía.) Como consecuencia de reacciones termonucleares en el interior del sol, la superficie solar emite continuamente enormes cantidades de energía, mayormente en forma de radiación electromagnética (la que, según el caso, es descrita mejor como una onda electromagnética, o como un flujo de partículas, llamadas fotones). Después de recorrer durante 500 segundos una distancia de 150 millones de kilómetros, esta radiación llega a la superficie de la atmósfera terrestre con una intensidad aproximada de 1360 W/m2 (algo mayor en enero, y menor en junio, debido a la variación de la distancia entre el sol y la tierra en el transcurso del año). En otras palabras: la radiación solar que incide durante una hora sobre un area de 1 m2, que se encuentra perpendicular a la radiación y fuera de la atmósfera terrestre, es igual a 1360 Wh (1.36 kWh). La radiación solar, caracterizada por su frecuencia o longitud de onda, abarca un espectro continuo, mayormente en el rango de longitudes de onda de 0.3 - 3.0 µm (µm = 10-

6m): aproximadamente la mitad corresponde al infrarrojo, 40% al visible (0.4 - 0.7 µm) y 10% al ultravioleta (< 0.4 µm). Con buena aproximación, esta radiación corresponde a la radiación emitida por un cuerpo negro (es decir, un cuerpo que absorbe toda la radiación que incide sobre él) a la temperatura de 6000 °C. La atmósfera terrestre absorbe y dispersa parcialmente y en forma selectiva esta radiación. Con el sol en el cenit y un cielo despejado, llega todavía al nivel del mar una intensidad de aproximadamente 1000 W/m2, mayormente en forma de radiación directa (es decir directamente desde el sol hacia el observador), pero también parcialmente en forma de radiación difusa, desde todas las direcciones del cielo. Se dice que esta radiación corresponde a una "masa del aire" igual a 1 (AM1). Correspondientemente, para la llamada radiación extraterrestre: AM0 (masa del aire = 0). Una radiación que ha recorrido la atmósfera en forma oblicua, corresponde a una masa del aire mayor que 1. Así con el sol en la mañana o la tarde 60 grados del cenit, se obtiene una masa del aire igual a 2 (AM2). En la figura 2 de la página siguiente se presenta los espectros de AM0 y de AM1.

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Durante un día completamente despejado, la radiación solar que llega a una superficie ubicada sobre la tierra depende de la orientación de esta superficie (inclinación y orientación con respecto al norte), de la latitud del lugar, su altitud sobre el nivel del mar, y la fecha. La mayor radiación se capta en promedio anual si la superficie está inclinada hacia el ecuador y con un ángulo, con respecto al plano horizontal, igual a la latitud del lugar. Por lo tanto, en el Perú esto corresponde a superficies que miran hacia el norte y que están inclinadas pocos grados con respecto al plano horizontal: 3 grados en Tumbes, 12 grados en Lima, y 18 grados en Tacna. En promedio anual, y considerando solamente días completamente despejados, esta radiación integrada sobre un día es 5 - 7 kWh/m2-día. Debido a condiciones climáticas locales, la radiación solar que llega a la superficie terrestre puede ser disminuida significativamente y reducirse, eventualmente, solamente a radiación difusa. La única forma de conocer realmente el potencial de la radiación solar en un lugar determinado es medirlo en forma contínua durante varios años. Uno puede así determinar la energía solar incidente en promedio mensual en un lugar, dato básico para el diseño de cualquier equipo de aprovechamiento de la energía solar. Lamentablemente, esta información existe solamente en forma parcial y para pocas localidades del Perú. Más usual es de disponer de mediciones de horas de brillo solar por día. Existen diversas fórmulas que permiten estimar, para un mes y un lugar, la energía solar en base al dato de horas de brillo solar. En términos generales, se puede decir que la radiación solar promedio sobre una

Figura 2. Espectros de radiación solar extraterrestre, AM0, y terrestre, AM1, y radiación de cuerpo negro a 6000 °C.

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superficie horizontal en la sierra del Perú es mayor de 5 kWh/m2-día y en la selva es de 4 - 5 kWh/m2-día. Estos valores no varían mucho durante el año, siendo normalmente unos 20% mayor en el verano (enero), y unos 20% menor en junio. En la costa, estos valores varían mucho. En Lima, por ejemplo, en el invierno la radiación solar es normalmente solamente difusa y puede bajar a 2 kWh/m2día. Para cálculos aproximados de diseño de sistemas solares se puede considerar una radiación solar "normal" de 1000 W/m2 y definir un número de horas de sol "normal", dividiendo la radiación diaria entre la radiación normal. Así, en un día con niveles de radiación fluctuantes que llegan a un total de 5 kWh/m2, podemos considerar que esta energía se ha obtenido con una radiación de 1000 W/m2 durante 5 horas de sol "normal". En el apéndice A se incluye información relativa al potencial de energía solar para el PERU obtenida en base a mediciones de la intensidad solar y del brillo solar.

2.4 Características eléctricas de una celda FV La característica eléctrica básica de una celda FV está dada por su curva característica, I - V, que da la corriente I (en Ampere, A), que fluye a través de la celda, en función de la tensión V (en Volt, V), que existe entre los bornes de la celda (ver figura 3). La figura 4 indica como se puede medir esta curva característica. Esta curva característica depende de la intensidad (en W/m2) y de la composición espectral (p.ej.: AM1) de la radiación solar incidente, figura 5, y de la temperatura de la celda, fig. 6. Puntos característicos de la curva I - V (ver figura 3) son Isc, la corriente en corto circuito y Voc, el voltaje en circuito abierto. Isc es proporcional a la intensidad de la radiación solar, mientras que Voc aumenta poco con la radiación, siendo de 0.55 - 0.6 V para niveles de radiación típicos (figura 7).

Figura 3. (Arriba) Curva característica, I - V, y (abajo) potencia de una celda FV.

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La máxima potencia eléctrica que se puede extraer de la celda se produce al maximizar el producto I por V. En buenas celdas se tiene que los valores de I y V en el punto de potencia máxima, Im y Vm, son cerca a Isc y Voc, respectivamente. El cuociente ImVm/IscVoc se llama factor de relleno, y es 0.7 - 0.8 en celdas comerciales. Para poder extraer la máxima potencia, se debe conectar a la celda FV una carga "adaptada" igual a RL = Vm/Im (medido en Ohm). La "potencia pico", expresada en Watt-pico, Wp, se define normalmente como la potencia máxima que da una celda (o panel) FV, si incide radiación solar AM1 con 1000 W/m2 y si la celda está a 25 °C. Una celda de 10 x 10 cm2 tiene una potencia de 1 - 1.5 Wp (con Vm =0.5 V y Im = 2-3 A), correspondiente a una eficiencia de 10 - 15 %, es decir 10 a 15 % de la energía solar incidente puede ser extraída como energía eléctrica. La temperatura tiene una influencia importante: al aumentar la temperatura aumenta ligeramente la corriente, pero disminuye más la tensión, con el2 resultado que la potencia disminuye 0.3 - 0.5 % por cada °C. Con una temperatura ambiental de 25 °C se puede tener típicamente temperaturas de las celdas FV de 65 °C (dependiente de la encapsulación y del montaje, viento, etc.). Esto resulta en una reducción de la potencia en 40 x 0.5 = 20 %, es decir en vez de dar 1 W, una celda daría solamente 0.8 W. Con una radiación diaria de 5 kWh/m2, que corresponde a 5 horas de radiación de 1000 W/m2, se obtiene con esa celda en un día una energía de 5 x 0.8 = 4 Wh. Una celda FV sin iluminación tiene una curva característica como un diodo (figura 1, considerando apropiadamente la dirección del voltaje y de la corriente). Así, si se aplica un voltaje en oposición a una celda en oscuridad, fluye una corriente muy pequeña, es decir la celda representa una resistencia grande, típicamente de 10000 Ohm/cm2. Si se aumenta este voltaje hasta aproximadamente 15 V, la

Figura 4. Circuito para medir la curva característica de una celda FV.

Figura 5. Curvas características FV para diferentes irradiaciones, y los puntos de máxima potencia.

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resistencia disminuye abruptamente, resultando una corriente que puede ser suficientemente grande para destruir la celda (por el calentamiento causado por la corriente). 2.5 Perspectivas tecnológicas y económicas de celdas FV

Considerando que en una celda fotovoltaica solamente la capa superior, de un espesor de aproximadamente 1 micrómetro, es involucrada en la conversión en electricidad, la investigación y desarrollo tecnológico se han concentrado en los últimos años en celdas de películas delgadas. En estas celdas se aplica directamente sobre un sustrato, por ejemplo vidrio o acero inoxidable, una capa semiconductora, usando técnicas de deposición en vacío o en un vapor conteniendo el elemento a depositarse. En este momento, solo celdas de películas delgadas de silicio amorfo son comercialmente obtenibles, con una eficiencia baja (4 %), y usadas mayormente en calculadoras y relojes.

Pero se estudia también otros sistemas, como CdS2, CdTe y CuInSe2 y sistemas de multicapas, con eficiencias potencialmente muy superiores y costos de producción bajos.

La producción mundial acumulativa de paneles fotovoltaicos es actualmente aproximadamente 300 MWp, y la producción anual es en la actualidad alrededor de 50 MWp. Sin duda, esta producción crecerá también en los próximos años, con la correspondiente reducción de costos unitarios, tal como se aprecia en la figura 8. Es difícil cuantificar la evolución de los costos y pronósticos hechos en el pasado al respecto resultaron casi siempre demasiado optimistas. Sin embargo, costos de producción de paneles fotovoltaicos por debajo de 1 $/Wp hacia fines de la presente década parecen probables. Esto resultaría en costos de electricidad fotovoltaica, en lugares favorables, de 10-20 UScent/kWh.

Todos los estudios sobre el desarrollo del mercado fotovoltaico indican claramente que esta tecnología será en forma creciente una opción real para muchas necesidades de electricidad en lugares que son aislados de redes eléctricas.

Figura 6. Influencia de la temperatura sobre la curva característica FV.

Figura 7. Influencia de la irradiación sobre Voc y Isc.

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(*) Ref.: Hill, R., Economics of production and use of photovoltaics, Workshop, ICTP, Trieste, Italia, 1989

Figura 8. Costo de producción de celdas FV en función del año y del volumen de producción. (*)

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3. Generación eléctrica con sistemas fotovoltaicos 3.1 El sistema fotovoltaico para generación de electricidad El sistema fotovoltaico para generación de electricidad es un conjunto de partes que funcionan armónicamente con el fin de transformar la energía solar en energía eléctrica y suministrarla adecuadamente a una serie de equipos, llamados también carga o aplicaciones, que la usan para su funcionamiento. La figura 9 muestra esquemáticamente esta relación.

La unidad fundamental de uno de estos sistemas es la celda fotovoltaica analizada en el capítulo precedente. Allí se ha visto que de ella sólo puede obtenerse pequeñas cantidades de energía eléctrica; pero si se unen eléctricamente, en serie o en paralelo, varias celdas entre sí podremos obtener mayores cantidades de energía eléctrica. Al conjunto de celdas así formado se le llama

Figura 9. Esquema de la transformación de la luz solar en energía eléctrica a través de un sistema fotovoltaico.

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panel o módulo fotovoltaico2. Un sistema fotovoltaico puede tener uno o varios paneles FV. Las otras partes que conforman el SF son el control electrónico de carga, una o varias baterías para almacenar electricidad y un circuito de carga al cual se conectan los equipos que usan la electricidad, tal como es mostrado en la figura 10. Todas estas partes están interconectadas entre sí por medio de conductores eléctricos de calibre adecuado. 3.2 Partes componentes de un sistema fotovoltaico 3.2.1 Panel.- Los paneles fotovoltaicos formados en base a la unión eléctrica de las celdas generan el voltaje y corriente requeridos por la carga. En general, un panel podrá estar compuesto de uno o más grupos de celdas conectados en serie o paralelo, constando cada grupo de un cierto número de celdas también conectadas entre sí en serie o paralelo. Típicamente se conecta 36 a 40 celdas en

2 Algunos autores llaman módulo a un conjunto encapsulado de celdas (unidas en serie o en paralelo) y panel al conjunto de estos módulos (unidos también en serie o en paralelo).

Figura 10. Sistema FV básico que consiste de un panel solar, una batería, un controlador que protege la batería de sobrecargas y descargas profundas y los equipos de uso.

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serie para obtener un voltaje apropiado para cargar baterías de 12 voltios. Usualmente son caracterizados por la potencia eléctrica que suministran con una carga optimizada, esta potencia depende de la intensidad de radiación solar incidente, de la composición espectral de la radiación y de la temperatura de las celdas solares. La eficiencia media de un panel suele estar en valores que varían de 10 a 12%, referidos al area neta de celdas. La característica principal de un panel fotovoltaico es también su curva I - V la que se mide de la misma manera que para el caso de una celda; si el panel fotovoltaico esta constituido por celdas de igual característica I - V, todas en buen estado, sin errores en conexiones, montaje ni instalación, la curva I - V del panel resultará proporcionalmente idéntica a la de las celdas individuales; de otra forma, la curva característica del panel reproducirá las eventuales imperfecciones que existan en cualesquiera de las celdas conformantes. Lo importante no es que se reproduzca la imperfección, lo que interesa es no perder de vista que una sola celda defectuosa o funcionando mal (sombreada por ej.) puede echar por tierra el comportamiento de todo un sistema FV. La figura 11 reproduce las alternativas de conexión eléctrica para tres celdas idénticas entre sí, cuya característica, de cada celda, es 2.0 A y 0.6 V.

Para reproducir la característica I-V de un panel (Figura 12) o cualquier arreglo de celdas hay que recordar las leyes básicas de combinaciones eléctricas serie-paralelo: *Voltaje: para arreglos en serie es la suma de los voltajes individuales, y en

paralelo es igual al menor voltaje del arreglo. *Corriente: para arreglos en paralelo es la suma de las corrientes individuales, y en serie

es igual a la menor corriente producida dentro del arreglo.

Figura 11. Curva característica de un panel de celdas en paralelo, en serie, y en paralelo/serie.

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Esta elemental regla hace que la potencia máxima obtenida del panel no sea siempre la suma de las potencias que se obtendrían individualmente de las celdas.

Un problema grave es el efecto que puede producir una sombra o falla eléctrica en un panel. Así, un panel formado por 36 celdas de 100 cm2 cada una con característica I-V, 1.72A-0.5V, genera óptimamente CC de 1.72 A y 18.0 V y su potencia de salida es 31 Wp. Los arreglos formados con él (figura 13), sin interferencia o desperfecto alguno generarán CC de las siguientes características. ARREGLO TENSION CORRIENTE POTENCIA (Volt) (Ampere) (Watt) SERIE 54 1.72 93 PARALELO 18 5.16 93

Figura 12.Característica I-V de un panel de 36 celdas en serie. Cada celda tiene un área de 100 cm2

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Ahora consideremos que tanto en el panel cuanto en cada uno de los arreglos mostrados en la figura 13, una sola celda no trabaja a plena capacidad por estar "sombreada". De acuerdo a la figura 5, para una sombra equivalente a 200 W/m2 (nublado casi total) la corriente generada por esta celda sería 0.2 Ampere a un voltaje sensiblemente próximo a 18 V. Por tanto la generación de CC tendría ahora las siguientes características. ARREGLO TENSION CORRIENTE POTENCIA (Volt) (Ampere) (Watt) PANEL 18 0.20 3.6 SERIE 54 0.20 10.8 PARALELO 18 3.64 65.5 Comparando la potencia obtenida con el panel y los arreglos en serie y en paralelo, para cada uno de los casos considerados, comprobaremos que la pérdida de potencia ocasionada por aquella sola celda a la sombra es 88% para el panel sólo, 88% para el arreglo en serie, y 30% para el arreglo en paralelo. Luego, la combinación de celdas o módulos en serie o en paralelo deberá ser hecha para maximizar la potencia de salida bajo las condiciones de diseño que correspondan en cada caso, teniendo en cuenta que pueden darse situaciones desfavorables que fácilmente nos alejarían de este óptimo. La cantidad máxima (ideal) de energía que podemos esperar nos entregue un panel fotovoltaico puede estimarse a partir de la "potencia pico", en Watt, del mismo y del total

Figura 13.Arreglos de tres paneles en serie y en paralelo de 36 celdas FV cada uno. La característica IV de cada celda corresponde a la mostrada en la figura 3.

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diario de horas de incidencia de la emergía solar. Multiplicando estas dos cantidades entre sí obtenemos el total de energía diaria en Wh (aquí hemos usado el concepto de horas "normales" de sol visto en el acápite 2.3, anterior). Así, suponiendo que la energía solar que incide sobre un lugar cualquiera es, en promedio diario, de 6 kWh/m2, un panel de 51 Watt-pico3(Wp) va a rendir en energía eléctrica útil cerca de 300 Wh/día (= 51 Wp x 6 h/día), lo que para un voltaje de trabajo de 12V equivale a una carga de 25 Ah/día (Ah = Wh/V); una batería de 120 Ah sería cargada en 5 días por este panel, desde su estado de descarga total; alternativamente podríamos encender diariamente seis focos de 50 Watt cada uno durante una hora, ó uno durante seis horas. Este comportamiento es ideal porque está suponiendo que en la transformación fotovoltaica de 6 kWh/m2-día en 300 Wh/día la incidencia de la radiación solar sobre el panel fué constante durante seis (6) horas e igual a 1kW/m2, y que la temperatura del panel (celdas) se mantuvo alrededor de 25 Celsius; ninguna de estas condiciones es totalmente cierta, la pérdida de potencia que ocasionan juntas puede llegar fácilmente a 25%; por tanto la batería del ejemplo se cargaría en seis días y sólo encenderíamos cinco focos ó uno por cinco horas cada día. La temperatura de trabajo del panel (léase temperatura de las celdas) afecta notablemente su rendimiento: se estima que por cada grado Celsius de incremento de temperatura en las celdas se pierde 0.5% de potencia máxima. Hay que decir que para las mejores condiciones de insolación la temperatura de las celdas llega con facilidad a 60 - 65 Celsius, esto significa casi un 20% de pérdidas por efecto del calentamiento. La orientación del panel es también importante: lo normal es ubicarlo fijo e inclinado hacia el norte un ángulo igual al ángulo latitud del lugar. La alternativa es montarlo de manera tal que la insolación sea siempre perpendicular a la superficie del panel, de esta manera lograríamos transformar una cantidad adicional de energía solar en energía eléctrica. El orden de magnitud de esta eventual energía adicional es similar al que corresponde a la energía perdida por efecto del calentamiento de las celdas, razón por la cual la alternativa de "seguir al sol" podría ser atractiva. El balance a realizar en este caso para una decisión final compararía el beneficio económico de aquella cantidad adicional de energía con el gasto que supone dotar al sistema de un mecanismo seguidor del sol. Respuesta del panel: Considerando la radiación solar acabada de mencionar, la respuesta de un panel de 51 w-pico se puede expresar en función de la corriente suministrada en el punto de potencia máxima IM cuya variación diaria se grafica en la figura 14 que continúa.

Watt-pico es la potencia eléctrica disponible, si el panel está expuesto

perpendicularmente a una radiación solar de 1000 Watt/m2 y si las celdas tienen una temperatura de 25 Celcius.

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El voltaje de trabajo se va a mantener más ó menos constante alrededor del punto de potencia óptima para los niveles de radiación útiles y se fija con el número de celdas que son conectadas en serie, (el área bajo la curva diaria representa la energía eléctrica óptimamente transformada por el panel).

Figura 14.Corriente de respuesta de un panel FV medida en el punto de máxima potencia.

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3.2.2. Control y acondicionador de potencia.- Esta parte del sistema fotovoltaico tiene por finalidad producir el acople correcto entre el panel, la acumulación y la carga (aplicaciones). En general puede cumplir las siguientes funciones: a) Proteger el almacenamiento (baterías) de los riesgos de sobrecarga y descarga

profunda regulando la entrada de corriente proveniente del panel a la batería, y la salida de corriente de la batería a la carga (aplicaciones), evitando que la batería se sobrecarge o que trabaje con voltajes por debajo de lo permitido. Esta función se cumple a través de un dispositivo electrónico denominado controlador de carga. También sirve para impedir la eventual corriente que pueda fluir de la batería hacia el módulo FV en períodos sin sol.

Las funciones de desconexión y reconexión de panel y carga deben ser realizadas por

el dispositivo en el rango de valores indicado a continuación: Rango de Función Voltaje (V) Desconexión de panel 13.90 - 14.60 Reconexión de panel 12.60 - 13.50 Desconexión de carga 11.45 - 11.90 Reconexión de carga 13.20 - 13.60 b) Convertir corriente continua en alterna por medio de un inversor AC/DC, siempre que

las aplicaciones lo demanden. c) Entregar, si es necesario, corriente continua regulada a las aplicaciones a través de

un regulador de voltaje. d) En el caso de sistemas más sofisticados, monitorear el estado de los componentes

del sistema, de ser necesario poner en línea la fuente de respaldo (diferente a la fotovoltaica), o alimentar selectivamente la carga para maximizar el aprovechamiento de energía.

Los sistemas fotovoltaicos fundamentales cuentan comúnmente sólo con la primera de las cuatro posibles funciones señaladas, de hecho es la más importante, casi imprescindible para lograr el funcionamiento más correcto de los sistemas FV. El inversor AC/DC puede ser también un elemento requerido con cierta frecuencia, sobre todo cuando se tiene que satisfacer requerimientos diferentes a los de iluminación, como radio, TV, u otros similares, no habidos en el mercado adecuados a tensión 12 V CD; pero su función es muy específica y no realiza ningún tipo de control. Son comerciales y se encuentran en el mercado. Los controladores electrónicos de carga tienen la misma característica aún cuando no gozan de la misma facilidad de ubicación en el mercado local. La forma de control usando sólo los elementos (a) y (b), es la más adecuada para sistemas FV con requerimientos de carga pequeños y no muy dispersa; en el caso de instalaciones con múltiples consumos, más sofisticados, y por tanto, de mayor capacidad tal

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vez tenga que recurrirse de todas maneras a los elementos (c) y (d) y aplicar una estrategia de control mucho más activa. Cualquiera sea el caso, es recomendable analizar la forma de aprovechar el eventual excedente de energía fotovoltaica producido cuando: a) las baterías están con toda su carga y el abastecimiento de energía desde el panel supera los requerimientos de carga activos, b) cuando los requerimientos de carga disminuyen tanto que se produce el mismo efecto anterior, aún cuando las baterías no estén totalmente cargadas; podría pensarse en algunos otros usos u otra estrategia de control que contemple la priorización de consumos de forma de satisfacer los fundamentales siempre y los secundarios en la medida que sobre energía. Aplicar una estrategia de control de este tipo conducirá al uso de sistemas más pequeños, se usará mucho mejor la energía. 3.2.3 Baterías de acumulación.- La batería es un dispositivo que tiene como función almacenar la electricidad generada por el panel FV, y suministrarla a los equipos de uso cuando lo demanden. Existen varios tipos de baterías que pueden servir para estos fines. En los sistemas FV que venimos tratando se usa comúnmente las baterías plomo-ácido. El voltaje de la batería determina el voltaje del sistema. Normalmente ocurrirá que el ciclo de demanda de energía no coincida con la disponibilidad de energía generada por el panel FV. Para adecuar el suministro a la demanda se recurre a la acumulacion de la energía. Esta puede servir para: - Almacenar el excedente producido en el día para ser consumido en la noche. - Tener suficiente capacidad de almacenamiento como para cubrir las

necesidades de varios días, de forma de sobrepasar sin problemas varios días sucesivos de baja insolación.

- Almacenar el excedente generado durante un período más largo (una estación

por ejemplo) para consumirlo durante otro período posterior de duración similar.

El avanzar por esta lista significa pasar a mayores capacidades de almacenamiento, normalmente se llegaría a un tamaño máximo rentable de almacenamiento. En general la acumulación de energía se puede hacer bajo muchas formas: térmica, mecánica, cinética, potencial, química. En el caso de los sistemas FV se utiliza normalmente la acumulación de energía en baterías aprovechando reacciones electroquímicas reversibles. Una batería acoplada a un sistema fotovoltaico tiene la ventaja adicional de imponer una fuente de voltaje casi constante entre panel y carga. Esto conduce a que el panel operará con mayor eficiencia ya que estaremos más cerca de los puntos de potencia máxima a distintos niveles de insolación. Las baterías se clasifican en primarias y secundarias. Las primarias están diseñadas para usarse sólo una vez puesto que se consumen los reactantes químicos que la constituyen durante su descarga.

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Las secundarias son diseñadas para poder ser recargadas y usadas muchas veces. Se aplica energía eléctrica a sus terminales y se invierte la reacción electroquímica, almacenando energía como potencial químico. Las primarias se usan en sistemas con consumos de energía pequeños y de bajo costo inicial. Las secundarias son para consumos de energía mayor que justifican el mayor costo inicial y, eventualmente, el equipo de recarga. Características importantes de las baterías son su voltaje por celda y la densidad de almacenamiento de energía (Wh/kg). Dado que cada celda produce un potencial de sólo algunos voltios, se conectan en serie para dar voltajes utilizables mayores, conformando así una batería. Cada celda tiene 3 elementos básicos: a) El electrodo negativo que genera electrones para el circuito externo a medida que se

oxida durante la descarga. b) El electrodo positivo que acepta electrones del circuito externo al producirse una

reacción de reducción durante la descarga. c) El electrolito que proporciona los iones necesarios para conducir entre los electrodos. La capacidad de una batería se expresa en Ampere-horas(Ah). Esta es la corriente de descarga obtenible en un cierto intervalo de tiempo hasta que el voltaje baje a un valor mínimo. Por ejemplo una batería de 150 Ah se descargará en 10 horas extrayéndole una corriente de 15A. Este se llamaría el nivel de consumo C/10 (descarga en 10 horas). El porcentaje de capacidad consumida es el porcentaje de descarga. El número de ciclos carga y descarga que pueda soportar una batería dependerá del tipo de batería y de la profundidad de la descarga. Mientras más profunda sea la descarga menor será la vida de la batería. Baterías plomo-ácido Aunque existen distintos tipos de acumuladores, el tipo más comercial es el de "plomo". El ánodo lo constituye una rejilla de plomo esponjoso con objeto de presentar una gran superficie. El cátodo es una rejilla de plomo empastada con peróxido de plomo (PbO2). Estos electrodos van sumergidos en un electrolito constituido por una solución de ácido sulfúrico. El potencial eléctrico obtenido es de 2.05 a 2.10 voltios con carga total y en circuito abierto. A continuación se presenta la ecuación simplificada de las reacciones químicas involucradas en los procesos de carga y descarga:

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CARGA <------------------------------------------------ PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + ENERGIA peróxido plomo ácido sulfato de agua electrones de plomo sulfúrico plomo placa placa placas positivas positiva negativa y negativas --------------------------------------------> DESCARGA La densidad del electrolito varía según el estado de carga desde 1.28 g/cm3 con carga total, hasta 1.10 g/cm3 en estado de descarga total. Estos valores están referidos a un acumulador que trabaje bajo una temperatura ambiente igual a 20°C, en caso de ambientes más fríos, la densidad del electrolito debe ser incrementada a fin de evitar la congelación del mismo. A continuación se presenta una tabla con los puntos de congelación del electrolito en función de su densidad. Densidad Temperatura de (g/cc) congelación (°C) 1.18 -21.1 1.20 -26.6 1.22 -36.0 1.24 -46.1 1.26 -56.8 1.28 -67.8 Puesto que la densidad del electrolito presenta su punto mas bajo cuando el acumulador está descargado, en climas fríos debe de tenerse especial precaución en que la densidad del mismo no decaiga tanto, lo que equivale a decir: "no descargue su batería en exceso", que pueda correr el riesgo de congelarse. Especificación de acumuladores de plomo.- Los acumuladores de plomo, normalmente llamados baterías (por ser realmente una batería o grupo de acumuladores), se especifican de acuerdo con su tensión nominal (voltios) y su capacidad nominal (ampere-hora). Los tamaños comerciales más comunes son de 12 V y 55 A-h, y 12 V y 120 A-h, cuyos costos aproximados son de $ 40.00 y $ 90.00 respectivamente. En reemplazo de la capacidad de la batería suele darse la indicación del número de placas que la conforman. La capacidad nominal (capacidad nominal = régimen de descarga x corriente nominal) está referida a un régimen de descarga de 8 horas; en otras palabras una batería de 120 A-h entregará toda su carga en 8 horas si es descargada a un régimen de 15 A. Proceso de carga.- Existen dos métodos comunes para el proceso de carga: el método de corriente constante y el método de voltaje constante, dependiendo de la fuente que se utilize para efectuar el proceso de carga. Cuando se carga por el método de corriente constante el voltaje de las celdas varía desde 2.14 hasta 2.3 V. valor para el que se logra la carga completa, luego sube con rapidez

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hasta valores comprendidos entre los 2.5 y 2.6 voltios, periodo acompañado de un burbujeo del electrolito; a este periodo se le llama periodo de gasificación, durante el mismo, la energía eléctrica empleada no incrementa el nivel de carga de la batería, en cambio ocasiona la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno generando así la mencionada gasificación (figura 15). Es altamente recomendable evitar este suceso ya que genera pérdida de agua y erosión de las placas debido al burbujeo. Una forma de contrarestarlo es disminuir la co-rriente de carga durante su ocurrencia. Como norma referencial un acumulador debe cargarse con una corriente cercana al 85% de la corriente nominal y por un periodo de 12 horas aproximadamente si es que perdió toda su carga. Emplear corrientes de carga inferiores a la corriente nominal y tiempos mayores supone mejorar la eficiencia de conversión de energía eléctrica a energía química (eficiencia del proceso de carga). Cuando se emplea el método de voltaje constante, la corriente inicial de carga es grande por encontrar al acumulador descargado, progresivamente esta corriente va disminuyendo conforme se va cargando el acumulador. La tensión de la fuente debe regularse a fin de reducir la corriente cuando se entre al periodo de gasificación. Comúnmente la fuente de tensión se ajusta a 2.4 voltios por cada celda que posea el acumulador y se le coloca una resistencia de bajo valor a fin de limitar la corriente de carga.

Cuando un acumulador tiene su carga completa, cualquier corriente de carga producirá gasificación, pero el régimen puede reducirse a un valor tan bajo que la

Figura 15.Curva característica de carga de un acumulador a régimen nominal.

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gasificación resulte inofensiva. Proceso de descarga.- Durante el proceso de descarga, la tensión del acumulador depende del régimen (corriente de descarga) y de la carga remanente en el mismo. Esta se inicia con una tensión de 2.1 voltios por celda y decae hasta 1.6 a 1.8 voltios dependiendo de la magnitud de la corriente de descarga. Bajo régimen nominal y en caso extremo un acumulador no debe descargarse a menos de 1.75 voltios por celda, en tales circunstancias el acumulador ya habrá entregado la mayor parte de su carga. (figura 16) El periodo de descarga de un acumulador no resulta de una simple división de la capacidad del mismo por la corriente extraída. La capacidad indicada por el fabricante está referida a un régimen de descarga a la corriente nominal del mismo, para el cual se señala un periodo de descarga de 10 horas. Si la corriente de descarga se aumentara, la capacidad operativa del acumulador se verá reducida, obteniéndose un periodo de trabajo menor que el obtenido por la simple división. Mientras mayor sea el incremento de la corriente, mayor será la reducción de la capacidad del acumulador.

Igualmente, si la corriente de descarga es menor que la corriente nominal, la capacidad operativa del acumulador se verá incrementada, traduciéndose ello en un crecimiento del periodo de trabajo. A continuación se presenta una tabla que incluye información pertinente que permite apreciar la influencia del régimen de descarga sobre el periodo de trabajo efectivo del acumulador.

Figura 16.Curva característica de descarga de un acumulador a régimen nominal.

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Id/In Co/Cn Duración (horas) 0.10 1.50 150.0 0.20 1.38 69.0 0.50 1.17 23.0 1.00 1.00 10.0 1.50 0.90 6.0 2.00 0.83 4.0 10.00 0.43 0.4 Donde: Id es la corriente de descarga, In es la corriente nominal, Co es la capacidad operativa, Cn la capacidad nominal. Por ejemplo, la corriente nominal, correspondiente a una descarga durante 10 horas, de una batería de 120 Ah es 120 Ah/10h = 12 A; de acuerdo a la tabla tendríamos: Id/In = 12/12 = 1, valor para el que corresponde una duración de 10 horas. En cambio si el régimen de descarga fuera igual a 6 A se tendría: Id/In = 6/12 = 0.5, en este caso la duración de la batería pasaría a ser igual a 23 horas. Recomendaciones.- Evítese las excesivas corrientes de carga o descarga, éstas originarán desprendimiento del material activo de las placas que determinarán una caída en su vida útil y hasta un posible cruce de las mismas. El cambio del plomo y dióxido de plomo a sulfato de plomo origina cambios de volúmen en los electrodos. Esto genera esfuerzos que hacen que caigan escamas de material al fondo de las cajas, lo cual eventualmente cortocircuitará la celda. Esta degradación aumenta con la profundidad de descarga y origina menor densidad energética y menores corrientes posibles, evite esta posibilidad. No permita que un acumulador se quede seco; conforme se va perdiendo electrolito, menor será el área de las placas que estarán en funcionamiento, produciéndose así una mayor densidad de corriente en las mismas, que terminará por dañarlas. Esto se evita agregando agua destilada cuando sea necesario y evitando sobrecarga. No guarde su acumulador descargado, si éste no se va a utilizar, efectúe una carga mensual mientras esté fuera de servicio; un acumulador pierde su carga por sí sólo en perio-dos que bordean los treinta y cuarenta días, después de los cuales se comienza a generar un sulfato "duro" en las placas de difícil disolución. Una batería sulfatada puede recuperarse, aunque no en todos los casos, con procesos de carga muy lentos, es decir con pequeñas corrientes de carga durante largos periodos. Si el acumulador no se va a utilizar por largos periodos, se aconseja efectuar una carga completa, retirar la totalidad del electrolito y almacenarlo en ese estado. Debido a que en el proceso de carga se generan gases de hidrógeno y oxígeno, mezcla altamente explosiva, debe evitarse la aproximación de llamas o cigarros en los

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recintos en los que se ubique el acumulador. Por ello es de mucha importancia que estos recintos sean suficientemente ventilados. Manténgase limpio el acumulador a fin de evitar la sulfatación de los bornes. Puede emplearse vaselina industrial como un medio de protección a los mismos. A pesar que la capacidad de la batería aumenta con la temperatura, su vida se acorta. No existe consenso, pero se estima que la vida se acorta a la mitad si su temperatura de trabajo está por encima de 25°C y llega a 43°C. Al exceder esta temperatura óptima de 25°C, disminuye la eficiencia energética. Cuando dos o más acumuladores o baterías, son colocados en paralelo, asegúrese que todos posean la misma tensión nominal; la capacidad total resultante del arreglo será igual a la suma de las capacidades de cada uno de los componentes. En el caso de acumuladores puestos en serie, asegúrese que todos posean la misma capacidad. La capacidad de la batería, así formada, será igual a la capacidad de cualquiera de sus integrantes. En el caso de acumuladores con distinta capacidad puestos en serie, la capacidad del arreglo será igual a la capacidad del menor de sus componentes. Una consideración adicional en el caso de acumuladores puestos en serie: asegúrese que estén con carga completa antes de enseriarlos. Un banco de baterías cuyos acumuladores no estén igualmente cargados funcionará deficientemente y por periodos determinados por el acumulador menos cargado. Tal situación persistirá aún después que se someta al arreglo a un régimen de carga a través del cual los acumuladores cargados llegarán rápidamente al periodo de gasificación mientras que el descargado no habrá recuperado aún su carga. Por lo expuesto anteriormente no conecte circuitos eléctricos que afecten de modo parcial al banco de baterías. Esto originará un desbalance del arreglo con las ya enunciadas consecuencias. En el caso de instalaciones remotas de difícil acceso, es recomendable un sobredimensionamiento del banco de baterías a fin de evitar la posibilidad de situaciones de descarga completa, lo cual maltrataría a los acumuladores a tal punto de requerir servicio y hasta reemplazo de los mismos. Cuando se recargan adecuadamente las baterías de este tipo tienen eficiencias coulómbicas de 90 á 100%. Por ejemplo para recargar una batería de 100 Ah se necesitarían 111 Ah con una eficiencia coulómbica de 91%; pero debido a que el voltaje de carga es mayor que el de descarga, las eficiencias energéticas son menores, típicamente entre 70% y 80%. Teniendo presente esto último, no olvidemos que para extraer una unidad de energía del almacenamiento, los paneles fotovoltaicos deben entregar 1.25 á 1.43 unidades de energía al almacenamiento durante los instantes de carga del mismo. Baterías Níquel-Cadmio Se usan en equipos portátiles que tienen vidas útiles largas y requieren poco o ningún

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mantenimiento. Los electrodos en estas baterías sufren cambios en estado de oxidación sin cambiar su volumen o estado físico. Los materiales activos son insolubles en el electrolito alcalino. Esto confiere dos características favorables a estas celdas: al no haber disolución o cambio de estado, los electrodos tienen larga vida útil y el voltaje de la celda permanece casi constante durante la descarga. La reacción reversible es la siguiente: Cd + 2H2O + 2NiO(OH) ←----→ 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 Estas baterías no ventean gas puesto que estan diseñadas para que el oxígeno generado en la placa positiva migre hacia la negativa, recombinándose con el hidrógeno. Esto permite a la batería ser recargada continuamente sin aumento excesivo de la presión interna. Son casi libres de mantención, funcionan bien a temperaturas de unos 40°C y permiten descarga incluso a baja temperatura. Puede almacenarse cargadas o descargadas. Están disponibles con tamaños hasta 5 kWh con precios de US$ 270 a 320/kWh para tamaños de 1 kWh. 3.3 El sistema fotovoltaico interconectado La aplicación fotovoltaica correcta consiste en aprovechar al maximo la energía solar disponible y alimentar una carga a un voltaje y una corriente definidas. El párrafo anterior contiene un enfoque del sistema fotovoltaico desde una óptica funcional y resalta un compromiso de eficiencia en la transformación de la energía solar y uso posterior de la energía eléctrica transformada; una buena interconexión de las partes que lo conforman garantiza, en principio, esta opción. La interconexión de las partes del sistema FV supone el cumplimiento previo de: a) conocimiento y dominio del circuito de conexión b) compatibilidad física y eléctrica de los puntos de unión, c) práctica en labores de ensamblaje eléctrico, d) dominio del conocimiento básico para la selección adecuada de las partes complementarias del sistema: cables, elementos de conexión y de control, equipos y artefactos de uso que se alimentarán de la energía eléctrica generada, elementos de soporte y sujeción.

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De este modo, la interconexión de las partes conformantes de un sistema FV deberá guardar la debida relación de tamaños y capacidades entre ellas de manera que no se produzcan situaciones que devengan en falta o exceso de energía a consumir o almacenar. De modo general, las alternativas para conformar un sistema FV en cuanto a componentes que intervienen son las siguientes: 1° Conexión directa panel-carga. 2° Conexión panel-acumulador-carga. 3° Conexión panel-control-acumulador-control-carga. De ellas se recomienda la tercera, ya que no sólo garantiza el suministro eléctrico en la forma deseada sino que permite proteger algunas partes del sistema (baterías, lámparas y otros) a través del uso del "control" el mismo que puede involucrar diversos grados de funcionamiento y control. La primera de ellas es la más sencilla y menos recomendada, puede tener efectos exactamente contrarios a las ventajas del caso anterior. Evidentemente la segunda alternativa nos sitúa en una posición entre las otras dos.

Figura 17.Diagrama esquemático de interconexión y funcionamiento de un sistema fotovoltaico.

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En el caso de conectarse directamente un panel a una carga no acondicionada a la variación característica de la respuesta de un panel FV (ver figura 14), la corriente de carga (Ic) resultará constante e igual a Vm/Rc, done Rc es la resistencia de la carga. Siendo Ic constante, ocurrirá que, de un lado, no podremos satisfacer los requerimientos de la carga mientras la corriente que suministra el panel sea menor que Ic. Por otro lado, no aprovecharemos íntegramente la corriente suministrada por el panel mientras esta sea mayor que Ic, tal como es mostrado por el esquema de la figura 18. Acoplamiento de una carga a través de una batería: el acoplamiento de na batería a un panel FV fija el voltaje de trabajo del sistema en 12V (voltaje de la batería). siendo así, al acoplar una carga (aplicación) ude resistencia Rc = 14 Ω, en paralelo con la batería y el panel solar, la corriente de carga (IC) va a quedar automáticamente fija en el valor 12V/14Ω = 0.9A, siempre y cuando se mantenga la carga de la batería más ó menos estable. Se puede considerar en este caso que la función del panel es mantener la batería cargada. La relación de corriente I = IC + IB correspondiente al caso actual (ver figura 19) permite deducir que durante los periodos de baja insolación, la corriente I, podría llegar a ser menor que IC, IB se hace negativo y aparecería un flujo de corriente desde la batería hacia la carga de consumo con lo que esta vería disminuir su carga, sin ningún tipo de control, con riesgo de llegar al estado de descarga total, situación nada recomendada. La carga de la batería empezará a renovarse sólo cuando I > IC, producto de mejores niveles de insolación, consecuentemente IB empieza a tomar valores positivos; la batería se cargará igualmente sin control pudiendo alcanzar el estado de gasificación que también la perjudicaría.

Figura 18. Carga constante conectada a un panel FV

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De esta forma podemos ver claramente la necesidad de introducir al sistema un regulador de carga y descarga (control electrónico de carga) acoplado a la batería y que permita protegerla. Este sistema regulador, señalado yá lineas arriba, consta, esencialmente, de 2 comparadores: el primero que fija un voltaje tope en el rango de 13.9 V a 14.6 V como referencia de carga máxima, y el segundo que fija un voltaje en el rango de 11.45 V a 11.96 V como referencia del nivel de descarga mínimo; en cada caso el controlador desconecta el panel o la carga, respectivamente. Finalmente el sistema fotovoltaico quedará conformado de acuerdo a la disposición mostrada en la figura 10. La eficiencia de los diferentes componentes del sistema no es ideal (100%). Así por ejemplo, una batería trabaja con una eficiencia del 85%, el sistema electrónico de regulación más un convertidor DC/AC rinde en un 85%, el panel es 11% eficiente. Así la eficiencia global del sistema será 8%. En este cálculo no está claramente considerada la pérdida de potencia por efecto del calentamiento de las celdas que, como ya se vio, puede ser significativa. Vemos pues, que la respuesta global y real del sistema, en términos energéticos, puede estar muy distante de la que podría resultar de un cálculo no muy riguroso. En efecto, el panel de 51 Wp de potencia que bajo insolación media diaria de 6 kWh/m2 rendía en energía 300 Wh-día y que nos sirvió para cargar una batería en cinco días y encender seis focos de 50 Watt cada uno, sometido a la rigurosidad del comportamiento de los distintos componentes de un sistema FV disminuiría su potencia en 25%, entregará entonces 300x0.75 = 225 Wh/día, menos un moderado 15% por efecto del calentamiento y orientación del panel (300x0.15 = 45), finalmente tendríamos tan sólo 180 Wh/día de energía, de esta manera la batería de 120 Ah la cargaríamos en 8 días (15 Ah/día) y sólo podría encenderse tres focos de 50 Watt y uno de 25 Watt durante una hora: este rendimiento total

Figura 19.Esquema del acoplamiento de un arreglo FV a una carga a través de una batería. Esta almacena el exceso de energía solar y lo suministra durante los períodos sin sol.

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refleja una eficiencia global del sistema de aproximadamente 6%. CIRCUITO DE CARGA El circuito de carga es el conjunto de cables, conexiones, accesorios y equipos de uso (lámparas, radio, TV, etc.) situados en el otro extremo de la cadena energética que se inició en el sol. Efectivamente, la energía eléctrica que entrega el panel a través del resto de componentes del SF es utilizada por todas las cargas (aplicaciones) que se hayan previsto para el mismo. Lo más frecuente en este nivel son las lámparas: la iluminación es uno de los principales usos de la energía eléctrica en el sector rural, 2tanto privada como pública. El tipo de lámparas recomendado son las de alta eficiencia o para ahorro energético, del tipo fluorescente y compactas. El número de lámparas a usar es función de la capacidad del sistema. Si pensamos en nuestro módulo de 51 Wp para el que acabamos de calcularle una eficiencia total del 6%, dispondríamos de 15 Ah por día ó 180 W-h por día. Tres lámparas de 20 Watt encendidas durante tres horas agotan esta capacidad.

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4. Dimensionamiento y diseño de sistemas fotovoltaicos

4.1 Consideraciones generales de diseño El diseño puede definírselo ampliamente como la aplicación de conocimientos científicos y técnicos a la satisfacción de necesidades humanas. Las necesidades humanas y sociales a satisfacer giran, en este caso, en torno a la disponibilidad de energía eléctrica en un lugar cualquiera, particularmente ubicado en sectores rurales. En los siguientes capítulos trataremos este aspecto. Para el caso de los sistemas fotovoltaicos los conocimientos científicos y técnicos necesarios han sido revisados en los capítulos anteriores con el nivel de detalle adecuado para: a) conocer las características, componentes y funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos, b) tener la idea de conjunto de los sistemas fotovoltaicos, c) conocer la importancia y competitividad de los mismos en términos del rol que les correspondería como eventual alternativa de satisfacción de requerimientos de energía eléctrica a incluirse en planes de electrificación nacional. Con este panorama lo aconsejable es abordar el diseño de un sistema FV en el nivel de selección adecuada de componentes fundamentales cuyo diseño intrínseco no se ubica dentro de nuestra frontera tecnológica porque, a) no es de nuestro dominio (caso de las celdas y componentes electrónicos), o b) no es de nuestra competencia (caso de controles, baterías y conexiones), entendiendo que nuestro interés es el diseño del conjunto. Entonces lo que importa es precisar condiciones de contorno, sugerir formas de cálculo y señalar los parámetros influyentes en la selección de componentes de manera que se obtenga el resultado deseado a nivel del sistema. Este trabajo deberá considerar como requisito el análisis y cálculo de los parámetros involucrados en aspectos tales como los que se detalla en seguida. a) Recurso energético: la radiación solar tendrá que ser conocida en términos de su

variación diaria, mensual, estacional o anual. Interesarán valores globales (suma de componentes difusa y directa) diarios promedio; máximos y mínimos mensuales o estacionales, en todo caso las características temporales del uso que se le dé a la electricidad generada nos sugerirá el uso de uno u otro valor de radiación; es de suma importancia contar con valores de radiación solar sensiblemente representativos del fenómeno de insolación correspondiente al lugar de aplicación. En el anexo A se incluye información relativa a la intensidad de la radiación solar para el Perú; proviene de dos fuentes /5/, /6/ y, en principio, puede ser usada para los fines que perseguimos.

b) Requerimientos de carga: están constituidos por el total de energía que es requerida

por todos y cada uno de los equipos de uso a los cuales deseamos suministrársela para lograr la satisfacción de nuestras necesidades básicas, culturales, de recreación, y otras; su cálculo implica el conocimiento de la potencia, en Watt, y del tiempo de funcionamiento diario, en horas, de cada uno de ellos. La sumatoria posterior del

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producto de estos valores corresponderá, en principio, a la cantidad de energía requerida diariamente por nuestras instalaciones. Será importante también precisar la ubicación de los tiempos de funcionamiento de cada equipo dentro de las 24 horas del día para establecer el modo de consumo diario de energía. Normalmente ocurrirá que el ciclo de requerimientos de energía no coincidirá con el de la energía producida por el panel FV; esta discrepancia puede ser salvada de dos maneras, a) sometiendo el modo de consumo (requerimientos) al suministro y, b) almacenando en baterías la energía no requerida en un instante para ser usada posteriormente cuando el suministro del sistema sea deficitario respecto de los requerimientos de carga.

Este hecho es un ejemplo de la fuerte influencia que puede ejercer el consumo sobre

la selección y diseño de los otros componentes del sistema. c) Condiciones de funcionamiento: es importante considerar las condiciones

circundantes a las instalaciones correspondientes al sistema FV, por ejemplo las climáticas: viento, lluvia, humedad relativa, temperatura, que pueden introducir cambios notables en las partes estructurales y de protección contra envejecimiento del sistema; otras como el polvo, sombras de objetos cercanos (cerros, árboles) asociadas a la disposición del montaje de módulos (serie o paralelo) pueden ocasionar la caída total del sistema; tampoco debería descuidarse el factor seguridad; como se vé, algunos de estos factores pueden ser determinantes para el buen funcionamiento del sistema FV, el caso de la temperatura es algo particular que vale la pena destacarlo.

Dado que el panel está en equilibrio térmico con el ambiente, su temperatura de

funcionamiento será función de la del ambiente, características ópticas del panel, nivel de insolación y condiciones de viento.

Como ya se indicó, la eficiencia media de un panel está determinada en el punto de

máxima potencia y bajo ciertas condiciones estandard de iluminación (usualmente 1000 W/m2) y una temperatura de referencia.

Para paneles bien diseñados esta eficiencia media será casi independendiente de la

intensidad de iluminación; pero podrá variar en forma importante con la temperatura. Por lo tanto será importante saber bajo que condiciones se determinó la eficiencia

media del panel, en particular si la temperatura de referencia es la temperatura de las celdas o la temperatura ambiente, y en el último caso si hay viento o no.

d) Tipo de servicio: individual, comunal o específico; estas tres opciones determinarán

fundamentalmente el tamaño del sistema FV requerido así como el tipo de instalaciones auxiliares (soportes, cableado, pequeñas redes, etc). Un sistema individual satisface los requerimientos de energía de una vivienda o área de características similares (un pequeño negocio, por ej.); un sistema comunal está pensado para satisfacer requerimientos energéticos de más de una vivienda bajo suministro centralizado, por lo que se hace necesario pensar en instalaciones auxiliares para el abastecimiento de energía y control respectivo; un sistema específico es aquel destinado a servir requerimientos unitarios relativamente

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especiales tales como, accionamiento de una bomba para riego, iluminación de la biblioteca comunal, funcionamiento del centro de telecomunicaciones, iluminación del centro religioso, etc.

Es de suponer que el sistema FV para cada una de estas opciones requerirá tanto de

componentes adecuados a la función que cumplirá cuanto de elementos y equipamiento auxiliar complementario con el mismo fin; por ejemplo, el almacenamiento para el servicio comunal será, tal vez, notablemente más grande que el de un servicio individual; la operación y mantenimiento de estos sistemas y de los de tipo comunal requieren de especificaciones especiales referidas al modo y control del suministro, esto puede generar mayores requerimientos de instalaciones.

e) Equipamiento: las consideraciones a tener en cuenta para este rubro están,

fundamentalmente, relacionadas con la disponibilidad, calidad y costo de las partes y componentes del sistema FV diseñado. Cualesquiera de los tres factores señalados podría determinar el sistema FV. Un costo elevado induciría a reducir, por ej., cantidad de paneles, así, la potencia a instalar se vería mermada, y por ende el servicio quedaría restringido; también podría variar la concepción inicial referida al tamaño de baterías con consecuencias finales similares; la calidad de los componentes desde el más importante, las celdas, hasta el, tal vez, más insignificante, como un tornillo, debe considerársela con el peso que le corresponda, un componente de baja calidad puede traer abajo todo el sistema debido a la elevada probabilidad de falla que trae consigo: un panel instalado con simples amarras de alambre o tornillos de baja calidad puede ser desprendido fácilmente por la fuerza del viento. La confiabilidad de toda la instalación debe verse claramente respaldada tanto por la calidad individual de sus partes y componentes cuanto por una labor de montaje excenta de errores.

f) Estructura: el panel fotovoltaico estará, eventualmente, sometido a solicitaciones

mecánicas debidas a su propio peso, lluvia, viento, nieve, granizo y hielo. Estos efectos deben ser cuantificados teniendo en cuenta cual o cuales de ellos serían potencialmente críticos. La ubicación específica del sistema dentro de las instalaciones a servir será otra componente de las quese manejen en el diseño estructural: apoyo sobre un techo, en el tope de un poste cimentado en el suelo, aprovechando instalaciones yá existentes, etc.

Será importante entonces analizar todos los aspectos mencionados y determinar cuáles de ellos son sensiblemente influyentes para cuantificar su efecto y expresarlo luego como un factor de reducción de rendimiento que se usaría durante los cálculos de diseño correspondientes. 4.2 Metodología y recomendaciones de diseño4 En lo que sigue se reseña una secuencia lógica de actividades orientadas a dimensionar y diseñar un sistema fotovoltaico. Debe tenérsela en cuenta dentro del contexto

4 Adaptada a partir de Román, R., Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos en "Las

energías renovables y el desarrollo de regiones rurales", CER - UNI, Lima, Perú 1990.

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que venimos describiendo y aplicarla de acuerdo al proyecto que se esté desarrollando, es lo suficientemente elástica como para introducir cambios en ella. 1. Definición de cargas a abastecer a. Definir voltajes, potencias, duración y horas de ocurrencia de la carga teniendo en

cuenta los caso de dos ó más aplicaciones que funcionen a la vez. b. Se recomienda estudiar la posibilidad de disminuir la carga cuando resulte elevada y

diversificarla cuando se presentan muchos usos en simultaneo. 2. Definir estrategia de abastecimiento Esta secuencia esta relacionada con las opciones de abastecimiento solar total o compartido con otro tipo de recurso, y también con la opción de requerimiento de energía eléctrica tan sólo estacionalmente. En cualquier caso el parámetro principal que se maneja es el ángulo de inclinación de los paneles que se elegiría de acuerdo con la opción tomada; por ejemplo si el consumo se prevé en solo ciertas épocas del año, se elige un ángulo de inclinación para los paneles que responda a esta particularidad y que permita un funcionamiento óptimo. Para nuestro caso, pequeños sistemas fotovoltaicos para usos rurales, pensamos que no hay alternativa y el ángulo de inclinación podría elegirse entre 0° y el valor del ángulo de la latitud del lugar, orientado hacia el norte. 3. Definir recurso solar e insolación sobre paneles a. Si se dispone de datos de insolación sobre superficie horizontal (en kWh/m2), calcular

la insolación media sobre el panel inclinado. Para esto debe usarse un método descrito en libros sobre energía solar (ver bibliografía).

b. Si no se dispone de esta información puede ser estimada en base a datos conocidos referidos a cantidad diaria de horas de sol. Se puede hacer con fórmulas aproximadas. Esta estimación se encuentra en la bibliografía sobre energía solar.

c. Para cada mes definir los valores de insolación de día claro a esperar bajo el ángulo de inclinación definido.

NOTA: mantenemos esta secuencia en la medida en que nos parece de mucha

importancia que se conozca la forma más correcta de calcular la insolación; más, sabido es que en el Perú carecemos a nivel nacional de información suficiente para soportar esta metodología; por lo contrario, y tal vez naturalmente compensado, gozamos de condiciones naturales de ubicación geográfica y clima (zona tropical) que determinan, entre otros, un margen estrecho de variación de la radiación solar entre la mayoría de localidades de nuestro medio ubicadas en ámbitos geográficos de interés. Este ventajoso hecho nos permite sugerir, alternativamente, se considere como referencia los valores contenidos en cualesquiera de las dos tablas referidas a la RADIACION SOLAR EN EL PERU que se incluyen en el anexo A.

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4. Definir módulos y paneles a emplear a. Elegir el tipo de módulo de acuerdo a literatura comercial y disponibilidad en el

mercado local. Eventualmente hacer análisis con dos tipos. b. Elegir una combinación serie paralelo entre módulos adecuada a los requerimientos a

satisfacer. c. Determinar la temperatura de funcionamiento estimada, tomando como referencia un

día claro, promedio. d. De la información del fabricante y (c), determinar rendimiento medio. e. Estudiar características eléctricas: curvas I-V de panel, problemas seguridad, etc. 5. Calcular energía utilizable media generada por panel a. Para tener idea aproximada, y suponiendo que estamos trabajando siempre cerca del

punto de potencia máxima se hace el producto "insolación media mensual", por "rendimiento medio". Este resultado hay que afectarlo por un coeficiente igual a 0.9, ó próximo a él, para tomar en cuenta efecto de ángulo de incidencia variable y polvo.

b. Con (a) estimar área de paneles. Para hacerlo hay que saber qué fracción de la energía pasa por el almacenamiento, es decir, cuánta energía desea almacenarse para períodos excentos de insolación. De ésta, sólo es utilizable de 0.7 a 0.8 veces, por eficiencia de los acumuladores.

6. Definir detalle de almacenamiento y control sistema a. Una vez determinado los flujos horarios de energía se puede definir el tamaño del

almacenamiento. Recordar que lo más recomendable es que no conviene que el ciclo diario exceda un 20% de la capacidad nominal de baterías, y que sólo rara vez sufran descargas profundas. Definir estrategia de control.

b. Definir respaldo o fuente auxiliar de energía y sistemas de seguridad, según lo proyectado.

7. Hacer evaluación preliminar de costos y evaluar frente a alternativas. a. Continuar si el resultado es favorable. En caso contrario redefinir problema o

detenerse. b. Para hacer este punto definir cuidadosamente todos los costos y beneficios reales del

sistema FV y de la alternativa. Conviene hacer evaluación costo-beneficio o bien comparar costos de ciclo de vida.

8. Finalizar diseño a. En caso que 7 resultó favorable continuar. b. Optimizar tamaño de acuerdo a evaluación. c. Estudiar problemas estructurales y de sombras. d. Definir comportamiento de un día claro, medio y nublado. e. Conviene simular numéricamente comportamiento de sistemas para estudiar

situaciones atípicas y ciclo anual. f. Con resultados volver a 7. Como se aprecia, la metodología de cálculo expuesta excede a la necesidad de un

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procedimiento para el cálculo rápido de un sistema fotovoltaico, sobre todo cuando es pequeño, pero repetimos que es importante contar con un marco de referencia de tal magnitud, y dentro de él hacer las simplificaciones que correspondan; con esta lógica se incluye en el numeral 4.4 una propuesta y ejemplo de cálculo bastante simplificada que permite arribar rápidamente al resultado, sin salirse del marco de la metodología propuesta. 4.3 Aplicaciones y casos típicos5 1. Bombeo de agua Desde un punto de vista teórico, el bombeo de agua se presta particularmente bien como una aplicación fotovoltaica, porque en este caso no se necesita una batería: la bomba trabaja cuando hay sol y el agua bombeada puede ser almacenada fácilmente. Una comparación estrictamente económica demuestra que una bomba fotovoltaica es más rentable que una bomba con motor de petróleo hasta energías hidráulicas de alrededor de 1000 m4/día /16/ (la energía hidráulica es el producto del volumen de agua bombeado y la altura de bombeo), dependiendo del nivel de radiación solar y del precio del petróleo. El alto costo limita esta aplicación al bombeo de agua para consumo humano y para abrevar animales o para irrigar cultivos por goteo. El tipo de bomba más apropiado, AC (frecuencia fija ó variable) ó DC, centrífuga o pistón, depende de la altura y el volumen: en muy pequeños sistemas se conecta una bomba con motor DC directamente al panel solar, pero en sistemas mas grandes es mas conveniente usar una bomba AC sumergida. Un diseño inapropiado puede resultar en eficiencias bajas /17/. A pesar que en muchos casos una bomba solar es más económica que una bomba a petróleo, esta no es usada, debido a la falta de capital para financiarla. Esta misma situación se observa en otras aplicaciones: el usuario está obligado a usar una solución más cara, con costos de operación altos, pero con costos iniciales bajas. 2. Educación rural La disponibilidad de pequeñas cantidades de electricidad permite una mejor enseñanza, sea para experimentar en electricidad o magnetismo, sea para usar computadoras o televisión, videos o otros métodos audiovisuales. Considerando que la educación es la base de un desarrollo social y económico, este aspecto de aplicaciones fotovoltaicas tiene una gran importancia. 3. Postas médicas rurales La confiabilidad de sistemas fotovoltaicas, que funcionan por períodos largos

5 TOMADO DE: "TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA", HORN, M., Universidad Nacional de Ingeniería, Lima-Perú;

Curso sobre sistemas fotovoltaicos de la Universidad Nacional San Antonio de Abad del Cusco, 25 al 27 de noviembre de 1991.

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prácticamente sin mantenimiento, y su independencia del suministro regular de un combustible, hace estos sistemas particularmente apropiados para suministrar electricidad para refrigeradoras (para vacunas, etc.), iluminación de tópicos, comunicaciones, etc./18/. 4. Iluminación (y otros usos domésticos) Gran parte de la población rural usa velas y mecheros o lamparines de kerosene para fines de iluminación en sus casas. Pequeños sistemas fotovoltaicos, consistentes de un panel de 50 Wp, una batería de 100 Ah, un controlador de carga y descarga de la batería y 2 - 4 fluorescentes de 20 W representan hoy una alternativa, que no solamente proporciona una iluminación de mucho mejor calidad, sino que es también más barato. Hay cientos de miles de estos sistemas instalados en el mundo, p. ej. 20000 en México y 200 - 300 en el Perú (ver anexo E). En la siguiente tabla se ve no solamente la ventaja de la luz eléctrica en comparación con lamparines y velas, sino también la superioridad de lámparas fluorescentes sobre focos incandescentes. tipo de luz intensidad eficiencia (lumen) (lumen/Watt) vela 10 0.2 lamparín de kerosene 40 0.1 lámpara de gas 400-1000 1 lámparas eléctricas: foco normal 40 W 400 10 foco halógeno 20 W 500 25 fluorescente normal 20 W 1000 50 fluorescente PL 20 W 1600 80 lámpara "ideal" max: 680 Considerando el alto costo de la electricidad fotovoltaica, es particularmente importante usar lámparas de alta eficiencia, es decir que transforman eficientemente la energía en luz visible. Esto descarta normalmente el uso de focos incandescentes normales y recomienda usar fluorescentes de alto rendimiento, a pesar que estos equipos son más caros que los fluorescentes usuales. ( La lámpara "ideal" transforma el 100% de la energía eléctrica en luz amarilla, correspondiente a la maxima sensibilidad del ojo humano.) Para poder usar un fluorescente con una batería de 12 V, se necesita una lámpara fluorescente "transistorizada", es decir una lámpara que tiene incorporado un circuito electrónico que transforma los 12 V DC en las tensiones alternas y más altas que requiere un fluorescente para arrancar y mantenerse encendido. Estos equipos son fabricados en el país, cuestan $ 15 - 20, con una potencia de 15 - 20 W, pero representan actualmente el punto más débil en todo el sistema: estudios comparativos demostraron que los diferentes equipos fluorescentes para 12 V DC obtenibles en el mercado local difieren mucho en su eficiencia y vida útil y algunos deben ser calificados claramente como deficientes /11/ /12/. Es de esperar que la calidad de los fluorescentes, como de los controladores de baterías, aumente en el futuro, en la medida que el mercado crezca y sea más competitivo.

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La rentabilidad de un sistema fotovoltaico para iluminación aumenta más, si es usado también, eventualmente con un convertidor en otras tensiones DC, como 6 V, para reemplazar pilas usadas en radios, tal como están usadas por toda la población rural. Estas pilas son muy costosas. Algunos campesinos también usan televisores blanco y negro con una batería de automóvil, que tienen que recargar periódicamente en un lugar que tiene un motor o electricidad. Estas recargas son caras y su reemplazo por cargas fotovoltaicas reduce costos/11/. En la medida que crecen las necesidades (y posibilidades económicas) del usuario, se pueden conectar más paneles, más fluorescentes y, eventualmente un inversor a 220 V AC. Esto permite el uso de otros equipos eléctricos usuales, tales como un ventilador, una licuadora, un taladro eléctrico de mano, un televisor a color, una refrigeradora pequeña, etc. 5. Telecomunicaciones Medida en potencia instalada, telecomunicaciones representa hoy la mayor aplicación fotovoltaica en el Perú. Así, Entel-Perú usa en lugares aislados paneles fotovoltaicos para todas sus estaciones de retransmisión. Telefonía rural es otra buena opción, como muestran las experiencias de otros países, como Colombia. 6. Electrificación rural La electrificación rural representa uno de los grandes retos para el desarrollo equilibrado del país. Solamente en la medida que el habitante de regiones rurales disponga de electricidad será posible mejorar su calidad de vida y reducir la presión de migrar hacia una ciudad. En miles y miles de pequeños pueblos y caseríos la electricidad fotovoltaica representa la única posibilidad realista para suministrar un mínimo de electricidad en un futuro cercano. Una opción son pequeños sistemas fotovoltaicos aislados, tal como fueron descritos anteriormente /13/. Pero en la medida que bajan los precios de paneles fotovoltaicos, también se puede pensar en sistemas de generación centralizados, con potencias de 1 - 20 kWp y consumos de 10 - 200 kWh/día. Esto permitirá suministrar electricidad para iluminación pública o fines productivos. Con los costos actuales, solamente para demandas menores de 3 kWh/día un sistema fotovoltaico produce electricidad más barata que un motor de petróleo o una extensión de una red eléctrica por pocos kilómetros. Pero con paneles a 1.2 $/Wp, como está previsto en pocos años, estos sistemas producirán electricidad a 0.20 $/kWh, mientras que las otras alternativas consideradas serán más caras. 4.4 Ejemplo de cálculo El ejemplo de cálculo que continúa representa la aplicación práctica de la metodología expuesta en el punto 4.2, el caso escogido corresponde a un típico requerimiento pequeño, diríamos de requerimientos mínimos para una familia, que le permita gozar de mayor comodidad, contar con una posibilidad de progreso y alternar obligaciones con recreación. El procedimiento utilizado se basa en una secuencia de operaciones construida exprofésamente para simplificar el cálculo de la capacidad de un sistema FV (potencia total a

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instalar, en Watt, capacidad de las baterías, en Watt-h/día) dados ciertos requerimientos de uso con sus propias características. En base a las características de los usos determinar la energía eléctrica requerida diariamente, usando la ficha incluida en el anexo B y con el resultado se construye el diagrama de distribución de carga correspondiente, tal como es mostrado en la figura 20 para el ejemplo presentado. En seguida se aplica el procedimiento contenido en la "HOJA DE TRABAJO PARA DETERMINAR LA CARGA DE UN SISTEMA FV", también incluida en el anexo B. Aplicación: Se trata de suministrar corriente eléctrica a una vivienda rural a través de un sistema fotovoltaico de modo que le permita usar dos lámparas, un radio y un televisor en blanco y negro. Requerimientos: Los requerimientos de energía (corriente eléctrica continua) se manifiestan a través de los usos: a) una lámpara de 15 Watt, b) una lámpara de 10 Watt, c) un radio portátil de 10 Watt y, d) un televisor de 15 Watt. Las lámparas son usadas durante dos horas al día cada una, el radio cuatro horas (dos en la mañana y dos en la tarde) y el TV dos horas en la noche, bajo la distribución que muestra la figura siguiente. NOTA: La hoja de trabajo sugerida en el anexo B para el calculo considera la opción de corriente alterna (a través de la operación del paso B. de la hoja de trabajo), si el requerimiento de energía es de corriente continua, se obvia el paso B en el siguiente cálculo.

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A. Listado de todas las cargas a satisfacer.

DESCRIPCION WATT X HORAS/SEM. = Wh/SEMANA Una lámpara fluorescente 15 14 210 Una lámpara fluorescente 10 14 140 Una radio grabadora 10 28 280 Un televisor b/n 15 14 210 TOTAL A : 840 Wh/semana

B. Multiplicar el resultado A por 1.05 (*), Wh/semana 882 C. Dividir el resultado B por 7, Wh/día 126 D. Estimar el número de días de almacenamiento requerido, días 02 E. Multiplicar C por 1.25, Wh/día 157.5 F. Multiplicar E por D, Wh = requerimiento de batería, Wh 315 De acuerdo al cuadro precedente se requiere un panel fotovoltaico con capacidad de entregar 157.5 Wh/día y una batería con capacidad de almacenamiento de, al menos, 315 Wh. El paso siguiente es relacionar el requerimiento anterior con la potencia de salida de paneles fotovoltaicos y la radiación solar disponible en el sitio. De la tabla de radiación solar para el Perú anexa podríamos escoger un lugar determinado, pero creemos que será más ilustrativo trabajar dentro de un rango de radiación que contenga valores de muchos lugares, de

Figura 20.Diagrama de distribución de carga construido en base a las características de los usos y la matriz de uso eléctrico diario.

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esta manera trabajaremos con los valores: 3, 4, 5, y 6 kWh/m2-día. En cuanto al panel FV, trataremos con uno de 51 Wp, para el que se cumple que de los 1000 W/m2 de radiación que inciden sobre él, transforma y entrega 51 Watt eléctricos si las celdas están a 25 °C. Los promedios diarios anuales de radiación solar iguales a 3, 4, 5, y 6 kWh/m2 pueden considerarse equivalentes a una intensidad de radiación solar de 1000 W/m2 constante durante 3, 4, 5, y 6 horas respectivamente para cada caso, con lo que podremos calcular aproximadamente la energía nominal diaria del panel FV. La tabla a continuación contiene los resultados de los cálculos hechos. P O T E N C I A TIEMPO DE CARGADO(*) OPCION ESD D E L P A N E L CARGA DIF. 100% 50% REFERENCIA DE NOMINAL REAL CLIMA HS/día Wh/día Wh/día Wh/día Wh/día días días I 3 153 99.5 157.5 (58) (14) (7) nublado completo II 4 20 132.6 157.5 (25) (33) (17) nublado predominante III 5 255 165.8 157.5 8.3 100 50 medio soleado IV 6 306 198.9 157.5 41.4 20 10 sol predominante ESD: : Energia Solar Diaria en kWh/m2-día, expresada como horas de sol al día, HS/día, con intensidad igual a 1000 W/m2. (*): El tiempo necesario para reponer toda la carga, si la batería era 100%, o sólamente 50% descargada.. DIF: es la diferencia entre la carga diaria requerida y la carga diaria proporcionado por el panel solar. Consideraciones tomadas en cuenta: Usaremos una batería de 70 A-h de 12 V. Capacidad de almacenamiento total: 840 Wh Capacidad de almacenamiento "útil" (descargada 50%) 420 Wh Número de días de respaldo: 420/157.5 = 2.7 días Eficiencia funcional del panel: 65 % Aclaraciones: La eficiencia funcional representa la fracción de energía eléctrica disponible en los bornes de salida del panel, ó sea, la fracción 0.35 representa las pérdidas por calentamiento y orientación del panel.

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Comentarios: 1. Si se presenta una temporada de nublado predominante, al cabo de veinte (20) días ya no

debe usarse el sistema. 2. Con un día de soleado completo se recupera tres días-batería de nublado predominante (I). 3. Si el nublado es total, la batería le suministrará energía durante cuatro días. 4. Un día y medio de soleado completo es suficiente para que la batería recupere lo "perdido"

(consumido) en dos días de nublado total. 5. Si "en promedio" se tiene un día de nublado total por uno de soleado total, el sistema no

falla.

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Parte II: ECTRIFICACION RURAL CON SISTEMAS FOTOVOLTAICOS 5. Marco de referencia El abastecimiento eléctrico por extension de la red pública no prevé llegar en lo inmediato y mediato a los cientos de localidades rurales diseminadas por todo el Perú, el PLAN NACIONAL DE ENERGIA (PNE) 1990 - 2010 dice respecto al desarrollo energético rural lo siguiente. "Esta primera fase del PNE, tiene su enfoque principal en políticas energéticas

a nivel nacional en favor del suministro del sistema energético existente. Por lo tanto, comprende principalmente, energías comerciales altamente abastecidas en el pasado y presente dentro de la actividad económica del estado.

Sin embargo, estas actividades sólo cubren marginalmente el subsistema

energético del área rural del país, que muestra diferencias en sus patrones de fuentes y usos de energia en comparación con el sector urbano-industrial.

Estas diferencias, corresponden en parte a sus diferentes requerimientoas de

energía. Sin embargo, estan determinadas también significativamente por limitaciones de acceso al uso de energía, que en el caso de la electricidad está representado por un bajo grado de electrificación y en el caso de hidrocarburos por una baja densidad de redes de comercialización e insuficiencias en la oferta de energía.

Este aspecto requiere de un profundo estudio, particularmente para poder

corresponder a las necesidades de una mayor descentralización de actividades en el país y una mayor justicia social en lo que se refiere al uso de los recursos naturales. Para tal estudio, la base de información es todavía escasa y dispersa, y no satisface los requerimientos específicos de una política energética rural.

Por ello se incluye en este PNE la recomendación a favor de un Plan Nacional

de Desarrollo Energético Rural con primera prioridad, dentro de la lista de trabajos de seguimiento incluídas en el numeral 4.4 del Capítulo IV" (*)

Es decir, no sólo no se considera de inmediato la opción de electrificación rural, sino que se afirma que no existen siquiera las bases para elaborar un estudio que conduzca a una política energetica rural; se interpretaría entónces que por el momento no es posible emprender ningún plan de desarrollo energético rural (electricidad incluída) con alguna esperanza de éxito. Pensamos seriamente que no es así, creemos que es posible avanzar yá. El estudio de los SISTEMAS FOTOVOLTAICOS hecho en la primera parte, nos permite afirmar que son una alternativa viable, no para la solución total, pero, sí son opciones reales, prácticas y actuales que pueden transformar yá una esperanza en realidad. En esta segunda parte se trata aspectos referidos a la problemática general de la

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electrificación fotovoltaica del sector rural; empezamos con un breve diagnóstico de su situación energética para enfocar luego aspectos directamente relacionados con aquella opción analizando los requerimientos principales para su eventual implementación.

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6. Estructura energética del sector rural nacional

6.1 Situación energética rural Aún cuando nuestro tema central es la electrificación, es importante tener algún conocimiento del escenario energético rural desde que en este medio las diferentes fuentes de energía que sostienen su consumo tienen un marcado dinamismo en cuanto se refiere a la penetracion de nuevas fuentes, o nuevas formas de usar la misma fuente, tanto como las sustituciones de unas por otras. La informacion revisada, /4/, cuenta que durante el periodo 1972/87 se produjeron los siguientes cambios en el patrón de consumo de combustibles en el área rural: a) la población consumidora de bosta y yareta ha disminuida fuertemente durante el periodo, fenómeno que estuvo precedido de un comportamiento lento y casi estacionario durante el periodo intercensal 61/72; b) los consumidores de bosta y yareta desplazaron su consumo hacia la leña y el kerosene o también acrecentaron la mezcla de leña con estos combustibles; c) la población rural consumidora de leña aumentó en 1.2 millones de nuevos consumidores; d) la población rural consumidora de kerosene aumentó en 290 mil nuevos consumidores. Las variaciones que se produjeron en las estructuras de penetración de fuentes energéticas para cocinar en el área rural durante el periodo 1972/87 se muestran a continuación:

POBLACION RURAL POR FUENTE DE ENERGIA PARA COCINAR (%)

Combustible 1972 1981 1987(*) Kerosene 8.0 10.4 11.0 Leña 75.3 78.2 80.0 Bosta + Yareta 16.0 8.0 7.0 Gas Licuado 0.4 0.6 0.7 Electricidad 0.1 0.2 0.3 No usa 0.2 2.6 1.0 En % 100.0 100.0 100.0 En 103 Hab 5433.6 5976.5 6590.0 Fuente: INE y MEN/PNUD. Proyecto PER/82

(*): Estimaciones MEM/CONERG Por otro lado, durante el mismo periodo, las estructuras de penetración de combustibles y energía eléctrica dentro de la población rural presentan las siguientes características: a) es particularmente notable el fuerte crecimiento de la población rural que usa kerosene como combustible para iluminación; b) la fuerte penetración del kerosene en el uso iluminación ha sustituido el uso de velas; c) se han incorporado aproximadamente 152 mil nuevos usuarios a los servicios eléctricos, lo

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que significa que la población servida continúa aún siendo una minoría. Las variaciones resultantes en las estructuras de penetración de combustibles y electricidad para iluminación se muestran a continuación:

POBLACION RURAL POR FUENTE DE ENERGIA

PARA ILUMINACION (%) FUENTE 1972 1981 1987(*) Electricidad 2.9 4.3 4.7 Kerosene 82.4 91.1 92.0 Velas 12.9 2.7 1.3 Otros 1.8 1.9 2.0 En % 100.0 100.0 100.0 En 103 Hab 5433.6 5976.5 6590.0 Fuente: INE y MEN/PNUD. Proyecto PER/82

(*): Estimaciones MEM/CONERG La importancia que adquieren estos consumos en el Perú, puede ser apreciada en el contexto de los consumos finales de energía registrados dentro de los Balances Energéticos Nacionales. La evolución de los consumos de leña y carbón vegetal dentro del consumo final total de energéticos es mostrado a continuación:

CONSUMO FINAL TOTAL DE ENERGIA En 1000 TEP Fuente 1970 1975 1980 1986 __________________________________________________________________ Leña 2467 (31.2%) 2616 (28.5) 2800 (29.0) 303 (31.7)

Carbón Vegetal 136 (1.7%) 116 (1.3) 115 (1.2) 119 (1.2)

Otras 5306 (67.1%) 6459 (70.3) 6743 (69.8) 6844 (67.0)

Total 7908 (100.0%) 9191 (100.0) 9658 (100.0) 10000 (100.0)

Fuente: MEM/CONERG. Balance Nacional de Energía

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6.2 Aspectos de electrificación rural La generación de energía eléctrica para el sector rural dentro de los métodos tradicionales resulta muy onerosa, su transporte y distribución cuesta muchas veces más que su producción misma. Entonces cuando estamos hablando de regiones rurales, cuando estamos hablando de la selva o la sierra, hablamos de inversiones absolutamente imposibles para todos los países latinoamericanos. La magnitud de las inversiones para hacer llegar la extensión de la red de electrificación al medio rural, a todos los campesinos, es gigantesca. Sin embargo, si hay programas de electrificación rural hay que continuarlos, pero sin perder de vista que esos no van a solucionar el problema, incluso ni en el largo plazo. En el Perú tan sólamente el 40% tenemos el privilegio de gozar de los beneficios del acceso a la electricidad. Aún así encontramos otra realidad más cruda todavía y es que si a la población rural peruana se le añade la de pequeños centros urbanos, estamos hablando de unos once o doce millones de peruanos; de ellos, aproximadamente 1/5 tiene acceso a la electricidad. De acuerdo al Plan Maestro de Electricidad del año 1988 la opción de electrificación rural en el Perú se enmarca dentro del siguiente cuadro. - La demanda a nivel Integrable o Interconectable es la que comprende sólo a aquéllas cargas que están o son factibles de ser conectadas a un Centro de Carga adyacente en el horizonte de planeamiento. - La demanda a nivel Interconectado es aquella que considera la expansión física de los sistemas interconectados, que resulta adicionando las demandas a nivel interconectable de los Centros de Carga de acuerdo a la oportunidad de su incorporación técnica y económicamente definitiva, a los sistemas interconectados. - Se denominan Pequeños Centros Poblados a aquellas localidades que a la fecha del estudio cuentan con una población urbana menor a los 20,000 habitantes. Para fines del presente análisis fueron agrupados en cuatro categorías: Pequeños Centros I: Actualmente integrados a sistemas o

subsistemas eléctricos. Pequeños Centros II: Integrables a sistemas en plazos relativamente cortos. Pequeños Centros III: Integrables a sistemas en el largo plazo. Pequeños Centros IV: No integrables a sistemas durante el periodo de proyección. Pequeños Centros Poblados La demanda eléctrica por este concepto en términos relativos es poco significativa; sin embargo, el aspecto social que conlleva el contar con un servicio eléctrico eficiente ha motivado a hacer un estudio pormenorizado de las localidades factibles de ser atendidas desde sistemas eléctricos interconectados y/o desde sistemas eléctricos aislados a ser constituídos progresivamente. En forma resumida se muestra a continuación algunas cifras que permiten dar una idea de las metas que ELECTROPERU S.A. estima puedan alcanzarse dentro del plan de expansión de Frontera Eléctrica que estipula la Ley General de

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Electricidad. METAS DE ELECTRIFICACION PARA PEQUEÑOS CENTROS POBLADOS AÑO RUBRO I II III IV TOTAL F.C. ________________________________________________________________________ MW 59.3 71.0 16.2 47.5 194.0 1988 0.263 GWH 170.7 165.2 29.5 81.7 447.1 _________________________________________________________________________ MW 65.9 80.0 17.8 52.4 216.1 1990 0.267 GWH 192.4 188.0 32.9 92.9 506.2 ___________________________________________________________________________ MW 82.8 104.7 22.8 67.0 277.3 1995 0.278 GWH 251.9 254.3 43.6 124.3 674.1 ___________________________________________________________________________ MW 102.7 130.9 28.5 82.0 344.1 2000 0.290 GWH 324.7 330.4 56.8 161.2 872.1 __________________________________________________________________________ MW 177.0 215.0 48.6 133.1 573.7 2013 0.319 GWH 602.2 594.3 108.5 297.3 1,602.3 ____________________________________________________________________________

El número total de pequeños centros poblados considerados alcanza a 4,278 localidades, de acuerdo a la siguiente composición:

Categoría Cantidad % I 329 8 II 1,668 39 III 637 15 IV 1,644 38 Total 4,278 100

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Este panorama nos permite afirmar lo siguiente: 1° Las proyecciones de mejora en términos de Electrificación Rural son referidas a

poblados relativamente grandes (20,000 ó menos habitantes), según la definición del Instituto Nacional de Estadística (INE), área rural es "el conjunto de centros poblados que tienen menos de cien viviendas agrupadas contiguamente ó (más viviendas, pero) distribuídas en forma dispersa"

2° De acuerdo a las cifras contenidas en el cuadro anterior referido a los Pequeños

Centros Poblados, si tenemos en cuenta que en 1987 fueron 11'901,000 (58%) de peruanos que los habitaban diríamos que a 1988 el consumo eléctrico por cabeza y por año fué de tan sólo 37 kW-h; al 2013 (año horizonte de proyección) este consumo podría triplicarse solamente6 (optimistamente).

3° Ahora, si tenemos en cuenta la clasificación hecha y lo que se menciona sobre la

misma "...se muestra a continuación algunas cifras que permiten dar una idea de las metas que ELECCTROPERU S.A. estima puedan alcanzarse dentro del plan de expansión de Frontera Eléctrica que estipula la Ley General de Electricidad", la esperanza de un incremento del consumo eléctrico, aún pequeño, empieza a esfumarse.

Tal vez sea lo más importante tomar conciencia que actualmente resulta imprescindible aceptar la realidad de tener que adoptar todas las formas posibles de electrificar, y más ampliamente energizar, sectores nacionales totalmente imposibilitados de contar con fuerza eléctrica en el corto y mediano plazo; aunque verdaderamente lo deseen las Empresas de Electricidad (públicas o privadas), sólas no van a avanzar lo que se necesita hacerlo. En el anexo F se incluyen cuadros que reflejan la situación de la electrificación rural en el país en 1987 y la proyección hecha para 1991; encontrándonos ahora en 1992, estaríamos en condiciones de contrastar lo proyectado con lo realizado. Creo que lo fundamental es lo siguiente, más allá de lo interesante e importante de dicha informacíon: 1° Entre 1987 y 1991 se esperaba servir a 1'301,785 peruanos más que habitaban en

pequeños centros poblados, es decir 325,446 en promedio cada año. La evidencia es que en los últimos 2 ó 3 años no se han registrado cifras que reflejen progreso, muy por el contrario, todas las grandes obras de electrificación quedaron prácticamente paralizadas.

2° Lo anterior se corrobora con la información "En conjunto, el Plan de Expansión de la

Frontera Eléctrica en el año 1991 ha beneficiado aproximadamente a 100,000 habitantes"7; 100,000 peruanos más gozaron de este beneficio en un año, rurales y no rurales. Podríamos afirmar sin temor a incurrir en grandes errores que el estado de electrificación rural de hoy es el mismo que el de 1987.

6 EL CONSUMO DE ELECTRICIDAD EN EL PERU ES CERCANO A 600 kWh POR CABEZA Y

POR AÑO, LA MEDIA LATINOAMERICANA PARA ESTE MISMO INDICE BORDEA LOS 1000 kWh.

7 TOMADO DE RESULTADOS DE GESTION AÑO 1991, GERENCIA DE OBRAS ELECTROPERU, ED. PRECOM, LIMA FEBRERO DE 1992.

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7. Caracterización de la electrificación rural con sistemas FV

Hemos visto que el denominado sector rural es basto y complejo y que sus necesidades de electrificación van mucho más allá de lo previsto. Ahora haremos un estudio de los principales aspectos relacionados con un eventual proceso de electrificación rural con sistemas fotovoltaicos. 7.1 Problemas asociados a la electrificación rural El grado de electrificación rural varía en función de un conjunto de factores, tales como: la distancia de la comunidad a la red eléctrica; el tamaño de la comunidad; el grado de dispersión de sus viviendas; la existencia de caminos de acceso; el grado de compromiso de la comunidad para contribuir financieramente al proyecto; el potencial de la electricidad para usos productivos; y la disponibilidad de fondos gubernamentales para los programas de electrificación rural. En consecuencia, entre más pequeña, más dispersa y más pobre es una comunidad, menos oportunidades tiene de ser electrificada mediante extensiones de la red. El problema de electrificar los distintos lugares del Perú identificados como rurales, o en general, todas las areas geográficas habitadas, con poca o nula probabilidad de contar antes que finalice el presente siglo con fuerza eléctrica es inmenso. Solucionarlo requerirá del concurso de varios sectores de la economía nacional, con mayor o menor grado de participación. La movilización de ingentes cantidades de recursos financieros será imprescindible y su disponibilidad demandará un gran esfuerzo, además del que se necesita para conseguir la participación mencionada arriba. Podemos imaginar con facilidad que la inversión global de recursos tendría un costo sumamente elevado. Imaginamos también que, en la mayoría de casos, los sistemas instalados no tendrán rentabilidad positiva. En suma el saldo sería negativo. Esta diferencia en contra sería el costo social que tiene que ser asumido por la economía y sector productivo nacionales (público y privado) considerándola como una inversión a largo plazo, redituable no precisamente en términos económicos sino, y es lo más importante, en términos de desarrollo sostenido y progreso, de fuentes potencialmente generadoras de riqueza en aquellos mismos lugares que hoy son, quizá, sólamente consumidores de recursos naturales; a pesar que experiencias similares en otros lugares /4/ nos dicen que "una vez que la electricidad se introduce, poca gente la usa para actividades productivas,... la disponibilidad de electricidad ha probado no ser una condición suficiente para promover el desarrollo", efectivamente no es suficiente, como no lo sería cualquier otro factor de desarrollo introducido en solitario; un mínimo de organizacion y planificación con mucho de compromiso, recursos y trabajo, y un horizonte de desarrollo integral configuran un escenario para una opción de esta naturaleza. Cualquier programa de electrificación de las características del que aquí estamos tratando tendrá un carácter marcadamente social, las inversiones iniciales no serían con fines

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utilitarios. El programa integral de desarrollo que lo contendría sí tendría que demostrar factibilidad, viabilidad y rentabilidad, bajo puntos de vista de orden técnico, social y económico, según corresponda. Pero también podemos afirmar que resulta más barato iluminar unos cuantos focos con "electricidad fotovoltaica" que con la que pueda tenerse como producto de extensiones de la red en comunidades pequeñas y alejadas; el mismo esquema puede cumplirse, dentro de ciertos límites, para el abastecimiento local de electricidad destinada a usos productivos, considerando en este caso la posibilidad de una mezcla de recursos energéticos locales. Desde otro punto de vista, hay que tener presente que el eventual uso comunitario de sistemas centralizados puede generar situaciones con características de conflicto cuyo tratamiento demandaría, a su vez, la presencia o existencia de elementos o pautas de referencia para tomar decisiones que beneficien al conjunto de usuarios; por ejemplo, señalar quién usa más ó menos energía, en que horas del día se la tendría disponible, quien responde por el conjunto de instalaciones comunes, como se organizará y administrará el servicio, y algunas otras consideraciones similares, requieren tanto de la existencia y respaldo de reglamentaciones claras al respecto, cuanto de una buena dósis de disciplina y espiritu comunitario; de lo contrario se puede generar desconfianza y tensiones sociales. Este mismo final puede tener el efecto de la gran espectativa creada cuando se habla de introducir la electricidad en la comunidad y el desencanto que se produce al experimentar que sólo se trata de tres pequeñas lámparas o algo similar. Si no se prevé esta situación, en el mejor de los casos deja un saldo negativo, que puede tener efectos posteriores contrarios a los programas de diseminación tecnológica emprendidos. De otro lado, es verdad que la tecnología FV no es todavía una tecnología con madurez comercial, la confiabilidad de los módulos esta probada, no asi la del resto de componentes, a pesar que su comportamiento individual es bueno, en el conjunto integrado yá no lo es. Los más problemáticos son los inversores y las baterías (a nivel mundial); "los inversores tienden a ser complejos y por lo tanto los de pequeño tamaño son costosos y pueden ser poco eficientes con cargas parciales. El escalamiento directo hacia abajo de los grandes inversores industriales diseñados para operar a plena carga en condiciones estables, ha resultado hasta ahora poco redituable en aplicaciones FV". /4/ Las baterías han sido tradicionalmente la componente más débil en cualquier sistema FV. En parte relacionado con la operación confiable del controlador de carga. Lo cierto es que parece ser que se conoce muy poco del comportamiento de las baterías fabricadas exprofesamente para vehículos automotores cuando estas son usadas para aplicaciones FV. "Todo parece indicar que aún se requiere mayor desarrollo y experiencia con algunos de los componentes" /4/. El punto de vista ingenieril es otro de los componentes de la problematica que venimos tratando. Por ejemplo, el dimensionamiento de los sitemas FV debe guardar concordancia con el consumo (modos) y el perfil de carga de la unidad de consumo en consideración (de una casa por ej.); así, el tamaño de paneles y la capacidad del almacenamiento de baterías tiene que ser trabajado cuidadosamente respetando el vínculo existente entre paneles (energía generada) y perfil de carga (energía demandada). Es recomendable optimizar caso por caso. La alternativa de elegir entre un sistema centralizado o muchos sistemas dispersos

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para los casos de grupos de viviendas, comunidades o localidades pequeñas se basará en estudios sociales, técnicos y económicos (estudios de ingeniería completos) hechos con toda la objetividad que este tipo de casos requiere. No debe olvidarse que, en algún modo, estamos sembrando las semillas de lo que podría ser un floreciente desarrollo. La aplicación de las diferentes técnicas de diseño existentes no debe ignorar que esta práctica implica aplicar conocimientos científicos y técnicos a la satisfacción de necesidades humanas. Estas necesidades humanas, eminentemente sociales, exigen la realización de actividades dentro del contexto específico de la realidad sociocultural y física en al que los sistemas FV estan operando, lo que demanda del diseñador ademas de sus conocimientos técnicos, sensibilidad para involucrar estos factores en sus diseños. A la apreciación hecha (sobre recursos humanos, materiales o físicos y económicos) faltaría agregar un aspecto más para configurar una imagen de infraestructura de un programa de electrificación rural con sistemas fotovoltaicos. "Tratándose de un programa de implantación masiva de sistemas FV sobre todo para el medio rural, con los altos requerimientos de confiabilidad que ello implica, la existencia de normas y reglamentos aplicables en el pais es un elemento indispensable para garantizar la mantenibilidad de los sistemas, la intercambiabilidad de los componentes, y una operación adecuada que garantice la operación contínua y confiable del sistema FV por tiempos adecuados". "La experiencia indica que para que los sistemas de fuentes renovables de energía tengan éxito en cualquier ámbito (incluso en el medio urbano de mayor cultura) el usuario debe conocer sus alcances y limitaciones y debe desear poseerlos" /4/. El usuario no debe ser ignorado y no se debe olvidar que estos sistemas son individuales. 7.2 Requerimientos principales para la electrificación rural, con sistemas fotovoltaicos El desarrollo de un gran programa de electrificación rural demanda una infraestructura adecuada. Es casi indispensable contar con una industria local fuerte para suministro de sistemas, equipos, componentes, repuestos, servicios de consultoría, ingeniería, instalación y mantenimiento. Este es el gran requerimiento cuya formación será gradual y progresiva, en todo caso algunos de sus componentes pueden ser abordados como primeras acciones en favor de la electrificación rural con sistemas FV; inclusive en algunas localidades podremos comprobar que ya se cuenta con varios de ellos destinados ahora a satisfacer necesidades distintas o la mismo en escala reducida. Se necesita contar con especialistas bien formados en este campo, capacidad para realizar la transferencia de conocimientos y de tecnología correspondientes así como para el desarrollo de normas, guías de diseño y especificaciones técnicas. Se requiere contar con un "tipo de usuario" que reuna ciertas cualidades cuya asimilación demandará, a su vez, la implementación de programas de difusión y capacitación

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en los que participen instituciones, entidades y personas con experiencia en tales actividades: colegios, institutos tecnológicos, universidaes, "el principal requerimiento para hacer las cosas correctamente es proporcionar información y capacitación al usuario". Por ejemplo, de la experiencia ganada en otros países /4/, obtenemos las siguientes observaciones y recomendaciones, todas muy acertadas e igualmente importantes, indispensables de tenerse en cuenta. "El ususario no cuidará del sistema a menos que la electricidad obtenida satisfaga sus

propios deseos y espectativas." "Es importante que se dé la interacción tecnología-usuario. "El usuario debe jugar un papel activo en la definición de los usos que se deberán dar

a la electricidad generada". "El usuario debe jugar un papel activo operando y dando mantenimiento básico al

sistema FV". "Si el usuario es involucrado en el proceso de electrificación a través del traslado físico

de los equipos a la comunidad, del auxilio en las actividades de instalación, y de parte de los costos de los sistemas en la medida de sus posibilidades, el proyecto puede tener más éxito".

"El papel más importante que juega el usuario es como consumidor de electricidad", no perder de vista que los SFV tienen capacidad limitada, tiene que tomar decisiones por el mismo sobre cuál de todos los equipos de uso involucrados activará; el otro aspecto en esta misma dirección es el tipo de corriente y rango de voltage disponible.

"Un requerimiento normativo es que los procedimientos de operación y mantenimiento de los sistemas con tecnología de energía renovable sean simples y mínimos, para asegurar que el usuario los pueda ejecutar correctamente".

Desde el punto de vista de la existencia de un marco global o escenario de realizaciones, se menciona la necesidad de contar con políticas específicas que permitan un accionar firme y contínuo de tal manera que podamos esperar resultados exitosos. Hacen falta políticas para el abastecimiento eléctrico en zonas rurales hasta ahora no necesarias para los casos de extensión de la red. En el caso de sistemas centralizados, se requiere políticas referidas a la propiedad de los sistemas, responsabilidad de mantenimiento y de la operación. Igualmente en lo referido al costo de la electricidad, cobranzas por consumo, subsidios etc., en términos más globales se menciona la necesidad de políticas integradas a los planes de desarrollo de las localidades involucradas. Finalmente mencionamos que la electrificación rural con tecnología fotovoltaica, introduciéndose recien, debe verse como un proceso de innovación, del cual el usuario es el último eslabón, y el más débil. "Corresponde a los gobiernos tomar la decisión de llevar a cabo los programas y

respaldarlos con financiamiento; corresponde a las compañías privadas diseñar y fabricar los equipos e integrar los sistemas involucrados; corresponde a un ente nacional desarrollar y aplicar la normatividad para que dichos equipos y sistemas respondan a la necesidad que se plantea resolver, con los mejores estándares de calidad; pero es el usuario quien determina el éxito o el fracaso del proyecto, tanto por la forma como interactúa con el sistema para operarlo y mantenerlo, como por el grado de satisfacción que obtiene de los beneficios que le brinda la tecnología", /4/.

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7.3 Estructuras típicas de electrificación con sistemas FV La electrificación rural puede ser llevada a cabo de más de una forma dependiendo del marco real que se identifique en el lugar de interés, relacionado con los diferentes factores que se han citado y comentado en el punto anterior, principalmente tamaño de la localidad y potencia a instalar. Así tenemos: Sistemas dispersos, destinados a satisfacer las necesidades de una sóla vivienda. La potencia mínima para iluminación sería de 30 á 40 W, de 80 á 100W serviría además para un radio, una grabadora o un televisor. Existen los Sistemas de servicio integral que proporcionan electricidad con calidad similar a la de la red, son de 500 y 1500 w y salida CA si se instala un inversor CA. Existen aparatos domésticos CD, los de iluminación básica empiezan a ser competitivos cuando la red se encuentra a más de un km. Sistemas centralizados, destinados a suministrar electricidad a conjuntos de casas o granjas en regiones remotas. Su potencia va de varios kW a varias decenas de kW y formado por: paneles FV, banco de baterías, subsistema de acondicionamiento y control de cargas, pequeña red de distribución eléctrica que alimenta a todas las casas, y un inversor CD/AC, según los diseños. Sistemas de aplicación específica, para equipos o aplicaciones específicas: bombeo y purificación de agua, preservación de productos perecibles, operación de motores en actividades agroindustriales. También servicios comunitarios como: clínicas rurales, televisión educativa y recreativa en algún centro cultural, centro religioso y alumbrado público. Sistemas energéticos integrados, significan la satisfacción de todas las necesidades energéticas de una comunidad aislada en la forma más económica desarrollando técnicamente todos los recursos energéticos renovables disponibles localmente. En este contexto la economía incluye dinero, factores sociales, medioambientales y otros que deben ser balanceados contra los beneficios del sistema energético integrado para la comunidad en su totalidad. El cuadro de la siguiente página muestra en síntesis la clasificación y uso principal de los sistemas FV. Este cuadro ha sido obtenido de la información usada por el Dr. Jorge Huacuz en sus exposiciones durante el curso de "Electrificación Rural" que motiva esta publicación; mucho del material expuesto en la segunda parte de este libro así como en los anexos proviene también de la misma fuente, todo cedido muy gentilmente por su persona para ser usado con el fin que lo estamos haciendo, actitud que reconocemos y agradecemos, al Dr. Hacuz y a la institución a la que pertenece: INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELECTRICAS, CUERNAVACA, MEXICO.

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CLASIFICACION Y USOS PRINCIPALES DE SISTEMAS FV Servicio doméstico integral Dispersos Iluminación y entretenimiento Iluminación básica Autónomo (sólo FV) Diesel FV-Motogenerador Gasolina Gas Centralizados Híbridos Biogas FV-Generador eólico Gas butano Otro gas FV-Generador microhidráulico TV educativa Clínicas rurales Servicis comunitarios Centro cultural Centro religioso Alumbrado público De aplicación Purificación de agua específica |Vacunas Preservación de productos Alimentos Agroindustria8 Comercio y talleres

8 Luego de comprobar viabilidad técnica y económica.

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BIBLIOGRAFIA /1/ Valera, A. (1986) Electricidad solar UNI, Lima, Peru /2/ Wider, Sol. (1982) An Introduction to Solar Energy for Scientists and Engineers John Wiley & Sons /3/ Roman, R. (1990) Aplicaciones de Sistemas Fotovoltaicos en "Las Energíaas Renovables y el desarrollo de regiones rurales" CER - UNI, Lima, Perú. /4/ Huacuz, J., Martinez, A. (1982) PV for Rural Electrification: Early Mexican Experience en "ATAS Bulletin" /5/ Huacuz, J., Martinez, A., Gonzales, C. (1982) Electrificacion Rural con fuentes renovables de energía en "BOLETIN IIE", VOL. 16. NUM. 3, Mexico /6/ Coz, F. (1983) La Energía Solar en el Perú en "Intillamkachiy", AÑO 1 - N° 1 APES, Lima - Perú /7/ Vásquez, J., LLoyd, P. (1987) Estimación de energía solar en el Perú en "Revista Energética", AÑO 11 N° 1, abril 1987 OLADE, Quito-Ecuador /8/ McNelis, B. (1989) Photovoltaics for developing countries in Applications of photovoltaics, Adam Hilger, Bristol /9/ Lehner, G. (1986) The typical problems of solar systems and their economic consequences Int. Seminar on appropriate technology, Amman, publ. by The Royal Scientific Society,

Jordan /10/ Bunge, Ch. (1988) Utilization of solar refrigerators in a peruvian primery health care project: current

experiences 6th International Solar Forum, Berlin, Alemania /11/ Zeitinger, C., Müller, W. (1987)

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Experiencias y perspectivas en el uso de pequeños sistemas solares - pruebas en terreno en Puno/Peru

IPC, Frankfurt, Alemania /12/ Sun, G., Degregori, L., Figueroa, M. (1991) Evaluación de un pequeño sistema fotovoltáico Tesis, UNI, Lima, Peru /13/ de Bakker, P. (1987) Economics of PV in remote and rural settings of the Philippines Workshop, ERDC, Manila, Filipinas /14/ Huacuz, J., Agredano, J., Flores, R., Munguía, G. (1992) Guia para la selección de sistemas fotovoltaicos para electrificación rural Instituto de Investigaciones Eléctricas, Mexico /15/ Huacuz, J. et al (1992) Especificación Técnica para Sistemas Fotovoltaicos de Iluminación Doméstica Rural PRONASOL/CFE, Mexico /16/ Huaroto, C., Nuñez, M. (1989) La problemática Energética Global en "Agua, Energía y desarrollo rural" ITDG, Lima - Perú /17/ Marticorena B. (1989) Patrón actual de consumo de energía en el medio rural en "Agua, Energía y desarrollo rural" ITDG, Lima - Perú /18/ ELECTROPERU (1989) La electrificación rural en el país en "Agua, Energía y desarrollo rural" ITDG, Lima - Perú /19/ MEM (1992) Plan Nacional de energía /20/ ELECTROPERU (1988) Plan Maestro de electricidad /21/ Duffie, J. & Beckman, W. (1991) Solar Engineering of Thermal Processes, 2nd. edition, 991 pp, Wiley /22/ Kreith & Kreider (1978) Principles of Solar Engineering, Mc Graw Hill /23/ Garg, H.P. (1982) Treatise on solar energy

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Vol. 1, Fundamentals of Solar Energy Wiley, New York /24/ Iqbal, M. (1983) An introduction to solar radiation, Academic Press

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ANEXO A

Datos Referenciales sobre radiación solar en el Perú

RADIACION SOLAR EN EL PERU LUGAR DEPARTAMENTO ALTITUD RAD. SOLAR (m) (kWh/m²-dia) ----------------------------------------------- --------------------------------------------------------------- Zorritos Tumbes 005 4.931 Guayabamba Iquitos 122 4.466 Tablazo Piura 0147 5.129 Tarapoto San Martín 0356 4.431 Lambayeque Lambayeque 018 5.001 Cajamarca Cajamarca 2750 4.582 Cartavio La Libertad 051 4.861 Huaraz Ancash 3207 5.792 Huánuco Huánuco 1800 5.152 Atacocha Cerro de Pasco 4023 5.455 Fdo. Iberia Madre de Dios 180 4.524 Huancayo Junín 3350 6.780 La Molina Lima 251 4.094 Tunel Cerro Huancavelica 4600 5.873 Kayra Cusco 3219 5.280 Abancay Apurimac 2398 5.210 Ica Ica 398 5.280 Cechapampa Ayacucho 2450 6.629 Puno Puno 3825 6.804 Characato Arequipa 2461 7.094 Moquegua Moquegua 1420 6.141 Calana Tacna 590 5.431

Fuente original: Kadono N. Cesar, "La Radiación Solar en el Perú", Tesis de competencia profesional, PAIME-DEM-UNI, Lima, 1971.Tomada de: Coz P., Andrés F., "La Energía Solar

en el Perú", Informe publicado en la revista INTILLAMKACHIY, de la APES, Lima, 1983. Datos calculados en base a datos experimentales de radiacion solar y horas de sol medidos

por el SENAMHI entre los años 1964 y 1967