Modelo De Articulo Cientifico

EVALUACIÓN ENERGÉTICA COMPARATIVA DE UN SISTEMA HÍBRIDO EÓLICO-FOTOVOLTAICO DE BAJA POTENCIA PARA LA ELECTRIFICACIÓN DE UNA VIVIENDA RURAL

COMPARATIVE ENERGETIC EVALUATION

A WIND-PHOTOVOLTAIC HYBRID SYSTEM

LOW POWER FOR ELECTRIFICATION A RURAL HOUSING

Lic. Karina Lucy del Pilar Pacco Ramírez

Universidad Nacional Jorge Basadre Grohman de Tacna, Centro de Energías Renovables de Tacna; Av. Miraflores s/n

Cleophatra_Bvza@yahoo.es

RESUMEN

La presente tesis se realizó durante el periodo Febrero-Marzo 2010, tiene por finalidad evaluar los recursos eólico y solar del Distrito de Tacna y evaluar comparativamente un sistema eólico-fotovoltaico con sus sub-sistemas para la electrificación de una vivienda rural ubicada en la Provincia de Tacna. La Región Tacna por su posición geoespacial se encuentra dentro del desierto de Atacama, haciendo que la costa tacneña sea una de las zonas más áridas del mundo. En la investigación se construyeron instrumentos como el divisor de voltaje y el circuito fotoeléctrico; así también se muestra los detalles de la tecnología del sistema híbrido eólico-fotovoltaico de forma que el sistema híbrido para una vivienda que se proyecte en el futuro inmediato sea más eficiente y económica.

Se analizó la viabilidad técnico-económica de la producción de cada subsistema y se utilizó un método basado en evaluar la fiabilidad de un sistema autónomo mediante el concepto de Probabilidad de Pérdida de Carga, denominada LLP (Loss of Load Probability).

Palabras-clave: Sistema híbrido, energía eólica, energías solar, vivienda rural, evaluación energética.

SUMMARY

The present thesis was conducted during the period February-March 2010, aims to evaluate wind and solar resources of the District of Tacna and benchmark wind-photovoltaic system with its sub-systems for rural electrification in a home located in the province of Tacna. The Region Tacna by geospatial position is within the Atacama desert, making the Tacna coast is one of the world's arid zones. In the research instruments were built and the voltage divider and the photoelectric circuit, and also shows details of the technology of hybrid system wind-photovoltaic so that the hybrid system for housing planned in the near future more efficiently and economically.

It was analyzed technical and economic viability of production of each subsystem and used a method based on evaluating the reliability of an autonomous system using the concept of Loss of Load Probability, called LLP.

Keywords: Hybrid system, eolic energy, solar energy, rural housing, energy evaluation.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, a escala mundial, la energía consumida por el hombre proviene de los combustibles fósiles cuya utilización masiva conduce al agotamiento de las reservas y supone a la vez un real peligro para el medio ambiente, lo que se manifiesta principalmente a través del calentamiento global de la tierra y la acidificación del ciclo del agua. En nuestro país existen 6 millones 400 mil 131 viviendas particulares con ocupantes presentes de los cuales; 4 millones 741 mil 730 disponen de alumbrado eléctrico conectado a la red pública, mientras que un millón 658 mil 401 viviendas aún no disponen de este servicio (INEI - Censos Nacionales de Población y Vivienda 2007).

En la presente investigación se realiza el estudio de los recursos eólico y solar del Distrito de Tacna, así también muestra los detalles de la tecnología del sistema híbrido eólico-fotovoltaico de forma que el sistema híbrido para una vivienda proyectado para un futuro inmediato sea más eficiente y económico.

El objetivo de la presente investigación es realizar la evaluación comparativa de un sistema híbrido eólico-fotovoltaico de baja potencia para la electrificación de una vivienda rural" ubicada en la provincia de Tacna, para ello es necesario analizar los parámetros meteorológicos de la intensidad del viento y la radiación solar local. A lo largo de la recolección de datos y elaboración del informe de tesis, se desarrolló un software para el estudio detallado de los recursos solar y eólico, los sistemas energéticos y los datos meteorológicos.

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Material

Unidades de Análisis: En el estudio se utilizaron 1 aerogenerador Rutland 910, 1 Panel Fotovoltaico Siemens, 1 Estación Meteorológica Davis/Consola Vantage Pro, 1 Datalogger Squirrel Grant 1200, 1 Divisor de voltaje de 12V a 1V, 1 Circuito Fotoeléctrico: Relé activado por Luz.

2.2 Metodología

Para la fase experimental se trabajó con los dos sistemas con conexión en paralelo, conectados al datalogger (previamente ambos sistemas estaban conectados a un divisor de voltaje), para realizar la evaluación se midió el voltaje de los sistemas en paralelo y los datos meteorológicos (eólico y solar) las 24 horas del día de lunes a domingo. Para la obtención de los datos del squirrel se uso el programa de Análisis de Squirrel y de la estación meteorológica Vantage Pro2 el programa Weatherlink 5.5.1.

Figura 1. Esquema de instalación de los diversos equipos

Se procesaron los datos haciendo uso de los programas como Statgraphics Centurión, SPSS, WrPlot View y Shefv Studio (Beta), obteniendo las curvas respectivas las cuales fueron utilizadas para la evaluación energética comparativa y dimensionamiento del sistema híbrido eólico fotovoltaico para una vivienda rural. Se calculó la eficiencia del sistema para conocer su rentabilidad en una vivienda rural.

2.3 Criterios de inclusión de los valores energéticos

Los valores energéticos obtenidos para los sistemas eólico y fotovoltaico, tuvieron que ser restringidos, debido a las primeras horas de la mañana (5a.m.-6a.m.) y las últimas horas de la tarde (5p.m.-6p.m.), se registraban valores muy bajos, no significativos. Estos valores han sido elegidos considerando que la evaluación se realizó en la estación de verano, periodo Febrero-Marzo 2010; se consideró:

Tipo de Energía Especificaciones

Solar directa Brillo solar efectivo variable entre 120 y 210 W/m², se optó por 120W/m².

Eólica Velocidad media de viento que no afecte la producción >=2m/s.

RESULTADOS

3.1 Resultados del sistema monovalente eólico

Figura №01. Gráfico de Weibull para el periodo de Febrero-Marzo 2010

Comentario

La excelente aptitud de la distribución de Weibull (Figura №01) permite hacer una descripción probabilística del viento esperado y para el diseño de turbinas eólicas. Los datos obtenidos para el tiempo de muestreo (periodo Febrero-Marzo) indican que el lugar es muy pobre en términos de su potencial energético (el Distrito de Tacna, no es un lugar apto para el aprovechamiento eólico).

Figura №02

Rosa de los vientos para el periodo Febrero-Marzo 2010

Estación Meteorológica: Centro de Energías Renovables de Tacna-CERT

Comentario

La figura №02 presenta la rosa de los vientos para el periodo Febrero-Marzo para el Distrito de Tacna. Muestra máximo en la dirección Noreste (39.7%), en el intervalo 2.1m/s-3.6m/s intrínsecamente está la velocidad promedio del periodo: 2.23m/s y la velocidad máxima del mes: 2.88m/s.

Figura №03. Comparación de Curvas de potencia de los Aerogeneradores IT-PE-100 y Rutland WG-910

Comentario

IT-PE-100 versus Rutland WG-910 (Figura №03). Los aerogeneradores comparados de aproximación polinómica de orden cuatro de la relación experimental entre potencia y velocidad del viento válida en el intervalo v Є [0, … 19].

∑_(i=0)^4▒〖a_i x_i 〗

De la representación de las funciones P(v)IT-PE-100 y P(v)WG-910 en un gráfico conjunto se obtienen las siguientes conclusiones:

El aerogenerador IT-PE-100 trabaja con velocidades del viento bajas, en el intervalo v Є [1.9, … 7.6]. Y el aerogenerador Rutland WG-910 trabaja con velocidades del viento altas, en el intervalo v Є [2, … 20]. Por lo tanto el aerogenerador IT-PE-100 trabaja en un rango de velocidades menor que el aerogenerador Rutland WG-910.

3.2 Resultados del sistema monovalente fotovoltaico

Figura №04. Relación potencia eléctrica de salida del panel fotovoltaico siemens SM-50-Radiación solar para el periodo Febrero-Marzo 2010

Estación Meteorológica: Centro de Energías Renovables de Tacna-CERT

Comentario

La figura №04 muestra los valores de irradiancia y potencia eléctrica de salida del SMFV Siemens SM-50 obtenidas para el periodo de Febrero-Marzo del 2010 para el Distrito de Tacna. El valor de la irradiancia máxima es 7.11kWh/m²•día, su potencia eléctrica fotovoltaica es 15.84kW y la irradiancia mínima es 2.41kWh/m²•día, su potencia eléctrica fotovoltaica es 2.15kW. La figura №04, muestra la línea de tendencia (o regresión) de la potencia eléctrica de salida del panel fotovoltaico Siemmens SM-50 y la irradiancia

...