APLICACIÓN DE LOS OBJETIVOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE …

I

TRABAJOFINALDEGRADO

GradoenIngenieríadelaEnergía

APLICACIÓNDELOSOBJETIVOSDEDESARROLLO

SOSTENIBLEENELDISEÑOYGESTIÓNDEPROYECTOS

ENERGÉTICOSENPAÍSESENVÍASDEDESARROLLO

MemoriayAnexos

Autora: MyriamBennisDirectora: MariaElenaMartinCañadasConvocatoria: 012021

Memoria

II

AplicacióndelosODSeneldiseñoygestióndeproyectosenergéticosenpaísesenvíasdedesarrollo

III

RESUMENEnelpresenteestudioseproponeunanálisisdelasdiferentesalternativasparaproporcionarunaenergía limpia,quecumplacon losrequisitosestablecidosatravésde losObjetivosdeDesarrolloSostenible,enumeradosporlaAsambleageneraldeNacionesUnidasen2015.Eltrabajovadestinadoalasfamiliasdeescasosrecursosquevivenenlaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo.Deestemodo,setratadeevaluarlasdiferentesestrategiasdeexposicióndelasenergíasrenovablesaldesarrollosostenibledeesaszonas,quecombinaeldesarrolloeconómicoysocialconlaproteccióndelmedioambiente.Enestamemoriaseincluyeeldimensionadodeunainstalaciónfotovoltaica,concretamenteunsistemasolardoméstico,parauncasodeestudioseleccionadoenMarruecos.Partiendode datos anuales de irradiación y necesidades energéticas de la localización del caso deestudio, se han tomado las decisiones apropiadas en cada etapa del dimensionado paraalcanzarunproyectoviableyasequible.Paraello,elproyectoconllevaunaevaluacióndesufactibilidadeconómica,unestudiodesuimpactoambientalyalgunasrecomendacionesparasuperar problemas con los que se pueden enfrentar las poblaciones rurales pobres o paragarantizarplenamentesuseguridadenergética.

Memoria

IV

RESUMEnelpresentestudiesproposaunaanàlisidelesdiferentsalternativesperaproporcionarunaenergia neta, que compleixi amb els requisits establerts a través dels Objectius deDesenvolupament Sostenible, enumerats per l'Assemblea general de les NacionsUnides el2015.Eltreballvadestinatalesfamíliesd'escassosrecursosqueviuenaleszonesruralsdelspaïsosenviesdedesenvolupament.D'aquestamanera,estractad'avaluarlesdiferentsestratègiesd'exposiciódelesenergiesrenovablesaeldesenvolupamentsostenibled'aquesteszones,quecombinaeldesenvolupamenteconòmicisocialamblaprotecciódeelmediambient.Enaquestamemòrias'incloueldimensionatd'unainstal·laciófotovoltaica,concretamentunsistemasolardomèstic,perauncasd'estudiseleccionatalMarroc.Partintdedadesanualsd'irradiació i necessitats energètiques de la localització de el cas d'estudi, s'han pres lesdecisions apropiades en cada etapa de el dimensionat per arribar a un projecte viable iassequible.Peraaixò,elprojectecomportaunaavaluaciódelseufactibilitateconòmica,unestudi del seu impacteambiental i algunes recomanacionsper superarproblemesambelsquals es poden enfrontar les poblacions rurals pobres o per garantir plenament la sevaseguretatenergètica.


V

ABSTRACTThisstudyproposesananalysisofthedifferentalternativestoprovidecleanenergy,whichmeetstherequirementsestablishedthroughtheSustainableDevelopmentGoals,listedbytheUnitedNationsGeneralAssemblyin2015.Thiswork is intended for low-income families living in rural areasof developing countries.Therefore,thematteristoevaluatethedifferentstrategiesforexposingrenewableenergiesto the sustainable development of these areas, which combines economic and socialdevelopmentwithenvironmentalprotection.Thisreportincludesthedimensioningofaphotovoltaicinstallation,specificallyasolarhomesystem,foraselectedcasestudyinMorocco.Basedontheannualirradiationdataandtheenergyneedsofthelocationofthecasestudy,theappropriatedecisionshavebeenmadeateachstageofthedimensioningtoreachaviableandaffordableproject.Todoso,theprojectinvolvesanevaluationofitseconomicfeasibility,astudyofitsenvironmentalimpactandsomerecommendations to overcome problems that poor rural populationsmay face or to fullyguaranteetheirenergysecurity.

Memoria

VI

AGRADECIMIENTOSEste Trabajo Final deGrado representa el final de una etapamuy importante enmi vida.Representaelcierredemásdecuatroañosdeestudios,loscuáleshanintervenidofuertementeen mi desarrollo intelectual y personal. Quiero agradecer a todos las personas que hancontribuidoenlacreacióndeestetrabajo.En primer lugar, agradezco a mis padres, por ser los primeros en creer en mí y en miscapacidades. A pesar de los miles de kilómetros que nos separan, me han apoyadoincondicionalmente a lo largo de todos estos años de carrera. Gracias Papa yMama porvuestrapreocupaciónyporvuestrasvisitasenlosmomentosmásdifíciles.Amihermanapequeña,portodosucariño.Amihermanagrande,porsudedicación,porsusconsejosyporsutiempo.A mi tutora, María Elena, por haber hecho posible el desarrollo de este trabajo, por sucompromiso,porsuapoyoyporsusconsejosdurantetodalarealización.Atodosmiscompañeros,amigosyprofesoresquemehanacompañado,tantoenmisalegríascomoenmispenasdurantetodosestosaños.


VII

ÍNDICEDEFIGURAS

Figura1:NúmerodehogaressinaccesoenÁfricayAsiaPacífica(enmillones)....................7

Figura2:ElconsumototaldeenergíaporpersonaenAlemania...........................................8

Figura3:Elconsumototaldeenergíaporpersonaenelmundo...........................................8

Figura4:Unalinternasolar.................................................................................................9

Figura5:Sistemasolardoméstico.....................................................................................10

Figura6:Quioscodeenergíasolar.....................................................................................10

Figura7:Conceptodemicro-red.......................................................................................11

Figura8:Flujodepotenciatradicionalenunarednacional................................................11

Figura9:Los17objetivosdeDesarrolloSostenible............................................................17

Figura10:DiagramadebloquesdeunSHS........................................................................21

Figura11:Representacióncélula,móduloyconjunto(array),respectivamente..................22

Figura12:SímbolodeunacélulaPV,móduloPVogeneradorPV.......................................23

Figura13:CurvaIVconirradianciavariable.....................................................................24

Figura14:CurvaIVcontemperaturavariable....................................................................24

Figura15:Símbolodeunabateríaopila............................................................................25

Figura16:Tiposdebateríasrecargables............................................................................27

Figura17:Curvaderendimientotípicadelinversorenfuncióndelfactordepotencia(Cosfi).........................................................................................................................................31

Figura18:Esquemadebarrerasdelprogramadesistemasolardoméstico.........................34

Figura19:Esquemadecriterioseindicadoresdeéxito......................................................36

Figura20:Distribucióngeográficadelosproyectosinstaladosyenconstruccióndemasen42

Figura21:MapageneraldelaregiónalrededordeSmimou...............................................44

Figura22:MapageneralyespecíficodelaciudaddeSmimou............................................45

Figura23:DAUTnecesariosparaelfuncionamientodesistemasPVfrenteaHPSdisponibles48

Figura24:Inclinacióndelcolectorsolar.............................................................................49

Figura25:EsquemadeconectividaddemódulosPVrequeridosparalainstalación............54

Figura26:BloquebateríaAccuForce12V-200Ah,Sunlight..................................................55

Figura27:Esquemadeconectividaddelsubsistemadebateríasrequerido........................55

Figura28:EsquemasimpledelainstalacióndelSHS..........................................................61

Figura29:TasadecoberturadelasmetasdelosODSdelproyecto....................................67

Figura30:Hornosolarococinasolardecaja.....................................................................70

Figura31:Temperaturasdecocciónenunhornosolar......................................................71

Memoria

VIII

Figura32:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHaha.......................79

Figura33:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHaha.......................79

Figura34:Placaeléctricaportátil......................................................................................80


IX

ÍNDICEDETABLAS

Tabla1:Usodeenergíaeninstalacionesdesaludenáreasrurales.....................................12

Tabla2:MetasdelODS7..................................................................................................18

Tabla3:Metodologíaestablecidaparaevaluarlasostenibilidaddeunproyecto.................19

Tabla4:Característicascríticasdeunacélulaymódulosolar.............................................23

Tabla5:CaracterísticasrequeridasdelalmacenamientoSHS.............................................26

Tabla6:Electrolitosenbateríasdeplomo-ácido................................................................27

Tabla7:Electrodosenbateríasdeplomo-ácido.................................................................28

Tabla8:Característicascomparativasdelasbateríasdeion-litioyplomo-ácido.................29

Tabla9:MantenimientodeloscomponentesdeSHS.........................................................33

Tabla10:IndicadoresclavedepotenciainstaladaytasadeenergíaenMarruecos(2018)..41

Tabla11:Consumosenergéticosdeequiposparalainstalaciónconsiderada......................46

Tabla12:Pérdidasconsideradasenlainstalación..............................................................47

Tabla13:RadiaciónglobaldiariamesamesGd(kWh/m2día).............................................50

Tabla14:ValoresalaplicarelcocienteEtotal/Gd.................................................................50

Tabla 15: Valores de radiación solar disponible diariamente y mensualmente para unainclinación30°..................................................................................................................51

Tabla16:CaracterísticasdelmóduloTS150P.....................................................................52

Tabla17:CaracterísticasparcialesdelosmodelosdereguladoresRBL-30y40A................57

Tabla18:AlgunostiposdeinversoresdelamarcaVICTRONENERGY.................................57

Tabla19:Corrientesmáximasadmisiblessegúneltipodecablesegúnnormativa..............59

Tabla20:Dimensionadodelcableadonecesarioparalainstalación...................................60

Tabla21:Análisiseconómicodeloscomponentesfotovoltaicos........................................62

Tabla22:Análisiseconómicodelainstalacióneléctrica.....................................................62

Tabla23:Análisiseconómicototal....................................................................................63

Tabla24:Manodeobra....................................................................................................63

Tabla25:EvaluacióndelacontribucióndecadaODSalproyectoseleccionado..................65

Tabla26:Metasquecontribuyenalproyectoseleccionado...............................................66

Tabla27:Evaluacióndelosfactoresdeéxitoenelprograma.............................................68

Tabla28:ExigenciasdelacomunidaddeSmimou..............................................................71

Tabla29:Principalesventajasydesventajasdelhornosolar..............................................72

Tabla30:ODSquesecumplenintroduciendoelhornosolarenzonacondeforestación.....72

Tabla31:Datoscompletosdelconsumodiariodeelectricidadparaelhogar......................80

Memoria

X

NOMENCLATURAABREVIACIONES

ADEME Agencedel’EnvironnementetdelaMaitrisedel’Energie(Agenciadelmedioambienteydelagestióndeenergía)

AGM AbsorptionGlassMat(Absorbidoenunaesteradevidrio)

AM MasadeAire

AC CorrienteAlterna

BCC BatteryChargeController(Controladordecargadebatería)

C.D.T Caídadetensión

DC CorrienteContinua

ESCO EnergyServiceCompany(Empresadeserviciosenergéticos)

EVA EtilVinilAcetato

FFEM FondsFrançaispourl’EnvironnementMondial(Fondofrancésparaelmedioambientemundial)

HCEFLCD Haut Commissariat aux Eaux et Forêts et à la Lutte contre laDésertification (Alta comisión para el agua y los bosques y la luchacontraladesertificación)

HPS HorasdePicoSolar

IRES Institut Royal des Etudes Stratégiques (Real Instituto de estudiosenergéticos)

MASEN Agencemarocaine pour l'énergie durable (Agenciamarroquí para laenergíasostenible)

MPPT MaximumPowerPointTracking(PuntodeMáximaPotencia)

IEA InternationalEnergyAgency(AgenciaInternacionaldeEnergía)

ITC Internet,Telecomunicaciones,Computadoras

ODS ObjetivosdelDesarrolloSostenible

OGS OffGridSystem(Sistemaaisladodelared)

ONEE OfficeNationaldel’Electricitéetdel’EauPotable(Oficinanacionaldeelectricidadydeaguapotable)

ONG Organizaciónnogubernamental

ONU OrganizacióndelasNacionesUnidas


XI

PERG Programmed’ElectrificationRuraleGlobal(Programadeelectrificaciónruralglobal)

PNAP Plan National d’Actions Prioritaires (Plan nacional de accionesprioritarias)

PV Fotovoltaico

PVGIS PhotovoltaicGeographicalInformationSystem

PWM PulseWidthModulation(Modulaciónporanchodepulsos)

SHS SolarHomeSystem(Sistemasolardoméstico)

SIE Sociétéd’IngénierieÉnergétique(Empresadeingenieríaenergética)

SOC StateOfCharge(Estadodecarga)

STC StandardTestCondition(Condicionesdepruebaestándar)

TVA Taxevaleurajoutée(Impuestovalorañadido)

UV Ultravioleta

VRLA Valve Regulated Lead–Acid (Batería de ácido-plomo regulada porválvula)

XLPE Polietilenoreticulado

Memoria

XII

VARIABLES

Calm Capacidadtotaldealmacenamiento[Ah]

Closs Pérdidasdeconsumo[Ah/día]

Creq Consumorequerido[Ah/día]

C’req Consumototalrequerido[Ah/día]

Ctotal Consumototalneto[Ah/día]

DAUT Díasdeautonomía[días]

"#$% EnergíaproporcionadaporlosmódulosPV[Ah]

"&$&'( Consumodiariomediomensual[Wh/día]

Gd Radiaciónsolarglobal[kWh/m2]

H Irradiación[kWh/m2]

I Intensidadnominal[A]

)*+&,'%' Corrientedeentrada[A]

)- Corrientedeentradadelinversor[A]

). Corrientedesalidadelinversor[A]

).,01 CorrientemáximaadmisibledelcableadoentreelinversorylascargasAC[A]

).,21 CorrientemáximaadmisibledelcableadoentreelreguladorylascargasDC[A]

)#$%-,*4 Corrientemáximaadmisibledelcableadoentreelpanelyelregulador[A]

Impp Corrienteamáximapotencia[A]

)56. Corrientemáximadelregulador[A]

),*4 Corrientemínimadelregulador[A]

),*4-7'& Corrientemáximaadmisibledelcableadoentreelreguladorylabatería[A]

),*4-8+9 Corriente máxima admisible del cableado entre el regulador y elinversor[A]

):'(8%' Corrientedesalida[A]

Isc Corrientedecortocircuito[A]

K Constantedepérdidas


XIII

L Longitud[m]

MCO2e Emisionesasociadasalageneracióndelaelectricidaddisponibleenlaredeléctrica[kgCO2/kWh]

nbp Númerodebateríasenparalelo[baterías]

nbs Númerodebateríasenserie[baterías]

npp Númerodepanelesenparalelo[módulos]

nps Númerodepanelesenserie[módulos]

;01 PotenciacargaAC[W]

PD Profundidaddedescarga[%]

;21 PotenciacargaDC[W]

PD,MAX Profundidaddedescargamáxima[%]

;8+9 Potenciamínimadelinversor[W]

Pmpp Potenciapico[W]

S Sección[mm2]

U Caídadetensión[V]

<.,21 CaídadetensiónenelcableadoparaalimentarlascargasDC[V]

<#$%-,*4 Caídadetensiónenelcableadoentreelpanelyelregulador[V]

<,*4-7'& Caídadetensiónenelcableadoentreelreguladorylabatería[V]

<,*4-8+9 Caídadetensiónenelcableadoentreelreguladoryelinversor[V]

Vbat,nom Tensiónnominaldelabatería[V]

Vmpp Tensiónamáximapotencia[V]

Vnom Tensiónnominal[V]

VOC Tensiónencircuitoabierto[V]

∆V Caídadetensión[%]

= Ángulodeinclinación[°]

> Conductividad[m/(Ω.mm2)]

?8+9 Rendimientodelinversor[%]

?#$% RendimientodelpanelPV[%]


1

CONTENIDO

RESUMEN......................................................................................................IIIRESUM.........................................................................................................IVABSTRACT.....................................................................................................VAGRADECIMIENTOS......................................................................................VI

ÍNDICEDEFIGURAS.....................................................................................VIIÍNDICEDETABLAS.........................................................................................IXNOMENCLATURA...........................................................................................X1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................31.1 Motivación..........................................................................................................31.2 ObjetivosdelTFG................................................................................................4Objetivosgenerales...........................................................................................................4Objetivosespecíficos.........................................................................................................4

1.3 Alcance...............................................................................................................52. SISTEMASELÉCTRICOSAISLADOSDELAREDENPAÍSESENVÍASDEDESARROLLO..................................................................................................62.1 Sistemaenergéticomundial................................................................................62.1.1 Energíaconsumida................................................................................................7

2.2 Propuestasdeelectrificación...............................................................................92.2.1 Linternassolares:...................................................................................................92.2.2 Sistemassolaresdomésticos(SHS)........................................................................92.2.3 Quioscosdeenergía............................................................................................102.2.4 Micro-redes.........................................................................................................102.2.5 Electrificacióndelarednacional.........................................................................11

2.3 Necesidadesenergéticasenzonasrurales.........................................................122.3.1 Energíaparahogares...........................................................................................122.3.2 Energíaparaservicioscomunitarios....................................................................122.3.3 Energíaparausosproductivos............................................................................13

2.4 Consideracionesexternas..................................................................................133. DESARROLLOSOSTENIBLEENPROYECTOSENERGÉTICOS.......................163.1 ObjetivosdelDesarrolloSostenible...................................................................163.2 Aplicación.........................................................................................................183.2.1 Metodología........................................................................................................19

4. SISTEMASSOLARESDOMÉSTICOS(SHS).................................................214.1 Generacióndeenergía......................................................................................224.1.1 Consideracionesprácticas...................................................................................24

4.2 Almacenamientodeenergía..............................................................................254.2.1 BateríasdePlomo-Ácido.....................................................................................274.2.2 Bateríasdeion-litio.............................................................................................28

Memoria

2

4.3 Controladoresdecargadelasbaterías..............................................................294.4 ConvertidoresDC-DC.........................................................................................304.5 Inversores.........................................................................................................304.6 Componentesparaelequilibriodelsistema(BalanceofSystem).......................324.7 Mantenimientodelainstalación.......................................................................324.8 Criteriosdeéxitoysostenibilidad......................................................................334.9 Mecanismosdefinanciación..............................................................................374.9.1 Ventasenefectivo...............................................................................................374.9.2 Subvenciones.......................................................................................................384.9.3 Cobroporservicio...............................................................................................384.9.4 Ventasacrédito..................................................................................................39

5. CASODEESTUDIOENMARRUECOS........................................................415.1 Situaciónenergética..........................................................................................415.2 Estrategiasenergéticas......................................................................................425.3 Insuficienciasenlaszonasrurales.....................................................................435.4 DiseñodeunSHS..............................................................................................445.4.1 DescripcióndelmedioambientedelcasodeestudioenMarruecos..................445.4.2 Determinacióndelademandadeenergía..........................................................465.4.3 Evaluacióndelaspérdidasdelainstalación........................................................475.4.4 Eleccióndelainclinaciónóptimadelospanelesfotovoltaicos...........................495.4.5 Radiaciónsolartotaldiariarecibida....................................................................515.4.6 Seleccióndelmodelodepanelydeterminacióndelapotenciaproporcionada525.4.7 Númerototaldemódulosenparaleloyenserie................................................535.4.8 Dimensionadodelasbateríasdealmacenamiento............................................545.4.9 Dimensionadodelregulador(convertidorDC/DC).............................................565.4.10 Dimensionadodelinversor(convertidorDC/AC)............................................575.4.11 Dimensionadodelcableado............................................................................585.4.12 Protecciones....................................................................................................61

5.5 PresupuestodelSHS..........................................................................................615.6 MecanismodefinanciaciónparaelSHS.............................................................635.7 AplicacióndelosODSenelproyecto.................................................................645.8 Éxitodelprograma............................................................................................675.9 Impactoambiental............................................................................................685.10 Recomendaciones.............................................................................................695.10.1 Loshornossolares...........................................................................................70

6. CONCLUSIONES......................................................................................737. BIBLIOGRAFÍA........................................................................................74ANEXOS........................................................................................................79ANEXO1:Demandadelaviviendacasodeestudio.......................................................79ANEXO2:Radiaciónsolarrecibida...............................................................................81ANEXO3:FichatécnicapanelPV..................................................................................84ANEXO4:Fichatécnicabatería....................................................................................85ANEXO5:Fichatécnicaregulador.................................................................................87ANEXO6:Fichatécnicainversor...................................................................................90


3

1. INTRODUCCIÓN

1.1 MotivaciónElcalentamientoglobal,lapersistentevolatilidaddelospreciosdelpetróleoyelaumentodela demanda global son factores que exigen la aparición de nuevas estrategias energéticasfrentealasfuentesconvencionales.La electricidad es esencial para el desarrollo social, económico y medio ambiental en elmundo.Perohoyendía,haymuchospaísesdondeexisteunagrancantidaddepoblacionesquenotienenaccesoalaredeléctrica.Estarealidadafectaprincipalmentealaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo,enlosquelasituacióneconómicanoessuficienteparasatisfacerlademandaenergéticadesushabitantes.A pesar de conseguir la electrificación en las zonas rurales aisladas, muchas poblacionesruralespobresdependenigualmentedeloscombustiblestradicionales,talescomolaleñaoelcarbónvegetal,parasatisfacersusnecesidadesdevidasinqueimpliqueuncosteelevadopara sus habitantes. Desafortunadamente, los impactos resultantes conducen a unadegradaciónambientalagranescala.MimayormotivaciónpararealizaresteTrabajoFinaldeGradoresultaenimplementartodosmisconocimientosadquiridosdurantelacarreraysobretodoprofundizarloscentrándomeenmipaís,Marruecos.Además,mepareceun retoenriquecedor combinar losobjetivosdeDesarrollo SostenibledictadosporlasNacionesUnidasen2015conlaimplementacióndeproyectosenergéticos.

Memoria

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1.2 ObjetivosdelTFGLosobjetivosdeestetrabajosonvarios.Destacanlosobjetivosgeneralesylosmásespecíficosquesecentranenelcasodeestudio.Objetivosgenerales

• Estudiarlostiposdesistemasenergéticosdesconectadosdelaredqueseinstalanenpaíses en vías de desarrollo, teniendo en cuenta diferentes aspectos, que no seantécnicosnieconómicos,parasuimplementaciónenestospaíses.

• Analizar los objetivosdeDesarrollo Sosteniblemarcadospor laONU, y determinar

cuálessondeaplicaciónalaimplantacióndesistemasenergéticos.Objetivosespecíficos

• Determinar cuál es la situación energética en Marruecos, su implicación en eldesarrollosostenibleysusinsuficiencias.

• Diseñarunsistemasolarenunaviviendaruralpobre,deacuerdoconsusnecesidades,teniendoencuentaloscriteriosdesostenibilidadparasuéxito.

• Estudioeconómicodelproyectopropuesto,yrecomendacionesestratégicasparasu

financiación.

• Evaluar otras alternativas de suministro de electricidad para combatir el problemaambientaldelazonacasodeestudio.


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1.3 AlcanceDentrodel alcancedeeste trabajo, se incluye la realizacióndeunanálisis de lasdistintasalternativasparalaelectrificacióndeunaviviendaenunazonarural,quepermitensatisfacerlasnecesidadesenergéticas,incluyendolasdecocciónycalefaccióndeloshabitantes.Serealizaráundiseñopreliminarde losdiferenteselementosquecomponenla instalaciónfotovoltaica(panelessolares,baterías,reguladoreinversor),despuésderealizarelestadodelartedelatecnología.Porotrolado,serealizarátambiénunestudiodeotrastecnologíasrecomendadas,quedandofueradelalcanceelcálculotécnicodelasinstalaciones.Finalmente se realizará una evaluación de losmodelos, relacionándolos con los objetivosdictadosporlaONUyunaestimacióneconómicadelainstalación.

Memoria

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2. SISTEMASELÉCTRICOSAISLADOSDELAREDENPAÍSESENVÍASDEDESARROLLO

Másdemilmillonesdepersonasnotienenaccesoalaelectricidad[2].Lasconsecuenciasdeestaformadepobrezaenergéticasonvarias.Elusodelámparasdequerosenopeligrosasycaras,elairecontaminadoquerespiranlosniños,lafaltadedispositivosmédicoselectrónicosydeluzenelmomentodelpartodelasmujeresembarazadas,lafaltadeaccesoalasnoticiasporradiootelevisión.Conello,lascomunidadesruralessevuelvenaúnmásaisladas.Laelectrificaciónfueradelaredserefierealsuministrodeelectricidadaunapoblaciónsinservicio,por cualquiermedioqueno seaunaconexiónauna redeléctrica centralizadayaexistente.Lascomunidadesruralestiendenaexhibirestascaracterísticascomunes:

• Poblacióndescentralizada.• Aislamientogeográfico.• Desatendidosentérminosdeatenciónmédica,educación,agualimpia,saneamiento,

etc.Elaccesoaunaenergíaasequibleysostenibleesunode losODS(ObjetivosdelDesarrolloSostenible) dictados por la ONU. Ahora, las grandes organizaciones filantrópicas y dedesarrolloestándandoprioridadalaccesoalaelectricidad.Losmejoressistemasaisladosdelaredparalascomunidadesrurales,bajociertascondiciones,son las linternas solares, los sistemas solares domésticos (SHS, Solar home System), y lasmicro-redes.

2.1 SistemaenergéticomundialEl sistema energético mundial está en constante evolución para satisfacer la crecientedemanda y responder a las limitaciones económicas, sociales y medioambientales. Sinembargo, la existencia del sistema energético mundial no satisface adecuadamente lasnecesidadesdetodalapoblación,niessosteniblea largoplazo.Elcuarentaporcientodelmundoviveenpobrezaenergética[1].Desde2010,muchospaíseshanadoptadoplanesdeelectrificaciónparaalcanzarelaccesouniversalpara2030,yestosincluyencadavezmásaspectosfueradelared.Sinembargo,enla mayoría de los países con los mayores déficits de acceso a la energía, la tasa de


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electrificaciónnohaseguidoelritmodelcrecimientodelapoblación,aumentandoelnúmerodepersonasenestospaísessinaccesoalaelectricidad.Enpaísesconpoblacionesdesatendidasdemásde50millonesdepersonas,elaccesoa laelectricidadaumentóenmenosdeunpuntoporcentualcadaañoentre2010y2017.La granmayoría (más del 80%) de las personas sin acceso a la electricidad vive enÁfricasubsahariana(Figura1).Dentrodeestaregión,lospaísesconmayorpoblaciónsinaccesosonNigeria(89millones),laRepúblicaDemocráticadelCongo(68millones)yEtiopía(61millones).En el sur y sudeste de Asia, poblaciones considerables todavía carecen de acceso a laelectricidad,ymuchasenregionesremotasydedifícilaccesoutilizanproductosOGS(Off-gridSolar)comosuprincipalfuentedeelectricidad.

Figura1:NúmerodehogaressinaccesoenÁfricayAsiaPacífica(enmillones)

Fuente:Verbibliografía[1]

2.1.1 EnergíaconsumidaEl consumo de energía por persona ha ido creciendo durante las últimas décadas. Noobstante, la tendencia no es universal. Por ejemplo Alemania, país con una economíadesarrollada, ha alcanzado una estabilización e incluso una disminución del consumo porpersona(Figura2).Algunospaísesconsiguenhacercrecersuseconomíasutilizandomenosenergíadebidoalosaumentosenlaeficienciaasociadosconlaproducción,distribuciónyusofinaldeenergía.

Memoria

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Noobstante,lapoblaciónmundialsiguecreciendo,loqueagravaelcrecimientodelconsumo.La población mundial creció un 1,5% por año desde 1980 hasta 2014, aumentando lapoblaciónenun66%,de4,4milmillonesa7,3milmillonesdehabitantes.Duranteestemismoperiodo, la energía total consumida cada año aumentó un 93%, de 282 quad (1 quad =293.0711.000kWh)a545quad.

Figura2:ElconsumototaldeenergíaporpersonaenAlemania


Figura3:Elconsumototaldeenergíaporpersonaenelmundo

Fuente:Verbibliografía[2]Actualmente,másdel80%de laenergíamundialessuministradaporcombustiblesfósiles,que sonagotables y cuyasemisionesdedióxidode carbonocontribuyenal calentamientoglobal.Losrecursosdecombustiblesfósilestiendenaconcentraseendeterminadasregiones.Porloquelosquenodisponendesuministrosnaturalesdebenimportarlaenergía,hechoque


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enpaísesendesarrollopuedeplantearproblemasde suministro, al disponerdemonedasdébiles,créditodeficienteyfaltadeunainfraestructuraadecuada.Por otro lado, existe una gran desigualdad en cuanto al consumo energético. Este esconsiderablementemásgrandeenpaísesendesarrollo,particularmenteenlosqueelclimanecesitaelusodecalefacciónyaireacondicionado.

2.2 PropuestasdeelectrificaciónExistendostiposdesistemasparaelsuministrodeelectricidad:on-grid(conectadoalared)yoff-grid (aisladode la red). En las zonasurbanas, la conexión a la redeléctrica solamenterequiere establecer una conexión de baja tensión y ciertasmejoras en la infraestructura.Mientrasqueenlaszonasrurales,laconexiónusualmenteimplicalaconstruccióndenuevasinfraestructuras,líneaseléctricas,transformadoresysubestaciones.Elaccesoalaelectricidadfueradelaredsepuedeproporcionardevariasmaneras.

2.2.1 Linternassolares:Las linternas solares están diseñadas para proporcionar iluminación, y quizás, cargas dedispositivos.Dependendecélulasfotovoltaicasparagenerarelectricidadydisponendeunacapacidadpicodemenosde10W.Generalmentecontienenunabateríaintegradadeionlitioodeplomoácido.Laslinternasestándiseñadasparaserportátilesydebajocosto.Básicamentesuministranlomínimo,perosiguesiendoenergíaeléctricabastanteútilparaunacasaounapersonaenunlugarremoto.

Figura4:UnalinternasolarFuente:Verbibliografía[3]

2.2.2 Sistemassolaresdomésticos(SHS)Los sistemas solaresdomésticos se refierena losproductos conmódulos fotovoltaicosderangoentre10y350W.Incluyentambiénuncontroladordecargadelabateríayunabatería.Estos componentes están interconectados por el resto de los componentes del sistema

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(cables, interruptores,enchufesymaterialde instalación).Enalgunoscasos, se incluyeuninversorparapermitirelfuncionamientodeaparatosoequiposAC(corrientealterna).Nosondispositivosportátiles,seinstalandeformasemipermanente.

Figura5:Sistemasolardoméstico


2.2.3 QuioscosdeenergíaLosquioscosdeenergíasuministranunaccesocentralizadodeelectricidadaunacomunidad.Consisteenunaestructuraalimentadaconenergíafotovoltaicaquepermiteofrecerserviciosdeenergíaparabeneficiaralascomunidadesquenoestánconectadasalaredeléctrica.Enlosquioscos, losmiembrosde la comunidadpuedencargar susbaterías, ybeneficiarsedeserviciosparaelectrodomésticosdemayorpotencia,comolarefrigeración.Supotenciadesalidaesmayoraladelossistemasdomésticossolares.Elsistemaeléctricoestátípicamenteinstaladoenunacasitaquerequierepersonalparainteractuarconlosclientes.

Figura6:Quioscodeenergíasolar


2.2.4 Micro-redesLasmicro-redesgeneralmenteconsistenenunsistemaeléctricoautónomoquesuministraavarios clientes a travésde conexionespor cableado. Pueden ser alimentadaspor diversosrecursos,módulosfotovoltaicos,generadoresdecombustiblesfósilesyaerogeneradores.


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Figura7:Conceptodemicro-red


2.2.5 ElectrificacióndelarednacionalAunqueestetrabajoseconcentraenlossistemasaisladosdelared,hablaremosbrevementedelaconfiguracióndelarednacional.AtravésdelaFigura8sepuedeobservarelflujodepotenciatradicionalenlarednacional.Lossistemasdeenergíaeléctricasedividenentressubsistemas:generación,transporteydistribución.La electricidades generadaporplantasdeenergía alimentadaspor fuentes comocarbón,nuclear,gasnatural,hidroeléctrica,eólicaysolar.Aveces, lasplantaspuedenexcederunacapacidadde100MW.Recientemente,lageneracióndistribuida,queconsisteenplantasdeenergíaapequeñaescala situadascercaodentrodeciudadesyalrededores (porejemploenergíasolarenlaazotea),sehavueltopopular.Parasuministrarenergíademaneraconfiableesnecesarioqueunpaístengasuficientecapacidaddegeneración.De locontario,severáobligadoaimportarenergía,aprecioselevados,paraevitarcualquiertipodecorte.

Figura8:Flujodepotenciatradicionalenunarednacional


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2.3 NecesidadesenergéticasenzonasruralesEs esencial comprender completamente las necesidades energéticas de las comunidadesaisladas.Estasnecesidadessedividenentrescategorías:

• Energíaparahogares• Energíaparaservicioscomunitarios• Energíaparausosproductivos

2.3.1 EnergíaparahogaresElconsumodomésticoconstituyelamayoríadelaenergíautilizadaenlaszonasrurales.Estaes esencialmente utilizada para la cocción, el calentamiento de agua, el calentamientogeneral,lailuminaciónylacargadedispositivoselectrónicos.Los hogares rurales tienden a depender de varias fuentes de combustible: leña, carbónvegetal,residuosdecultivo,queroseno,velas,bateríasy,enalgunoscasos,pequeñosgruposelectrógenosquefuncionancondiéselogasolinaysistemasconenergíasolar.

2.3.2 EnergíaparaservicioscomunitariosLos servicios comunitarios incluyen las escuelas, las instalaciones médicas, centroscomunitarios, entre otros. Los usos típicos de energía son la iluminación, ITC (internet,telecomunicaciones,computadoras),equiposanitarioyagualimpiaycaliente.

• Centros de salud: más de mil millones de personas no tienen acceso a serviciossanitariosadecuados,debidoalapobrezaenergética.Tipo Energía

(kWh/día)

Potenciapico

(kW)

Hospital(>120camas) 15–35 9Centrodesalud(60-120camas) 10–20 5Clínicadesalud(<60camas) 4–10 2.4Puestodesalud 0 0

Tabla1:UsodeenergíaeninstalacionesdesaludenáreasruralesFuente:Verbibliografía[8]

• Instalacioneseducativas:másde200millonesdeniñosasistenaunaescuelaqueno

tieneelectricidad.Porlotantosonescuelasincapacesdeproporcionartecnologíasdeestudio,talescomoproyectores,radios,ordenadores,impresoraseInternet.


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Losrequisitosdeelectricidadvaríandependiendodelniveldeserviciosprestadosyeltamaño de la escuela. Esto puede variar desde menos de 1 kWh por día para lailuminaciónbásicadeescuelaspequeñashastamuchomásde10kWhpordíasiseutilizanotrastecnologíasdeenseñanzamejoradas.

2.3.3 EnergíaparausosproductivosLosusosproductivossonlosqueserelacionanconlaagriculturaenelcontextorural.Estosincluyenlapreparaciónycultivodelatierra,riegoporbombeo,recolección,fabricacióndeladrillosycarbón,ypequeñoselectrodomésticos.Losrequisitosdeelectricidadvarían,peroamenudosuperanlosdeloshogaresylasinstalacionesdeserviciossociales.

2.4 ConsideracionesexternasAlahoradeimplementarunsistemaeléctricoaisladodelaredenunpaísendesarrollo,esfundamentaltenerenmenteunaseriedeconsideracionesexternas,quenoseantécnicasnieconómicas.Enocasiones, la implementacióndeestosproyectospuedefracasaryaquesetratadecomunidadesdesatendidasyquesonvulnerablesdemuchasmaneras.• Unodelosproblemasconlosquesepudeenfrentarsonlosrobosdeelectricidad,esdecir,

loqueserefierealas“pérdidasnotécnicas”.Engeneralsonpérdidasdel1al2%delageneración,peroenlospaísesqueluchanporelaccesoalaelectricidadpuedesuperarel15%anual.Una formade robar la electricidades alterarodesviar elmedidor. Existendiferentesmanerasdedificultarlamanipulacióndeunmedidor:

o Colocarelmedidorenunlugardondeseadifíciloimposibleparaelclienteaccedero Instalarmedidoresresistentesalamanipulación

Porotrolado,sepuedesobornaralosempleadosparaquefacturenincorrectamentealcliente.Parasolucionarlo, losoperadoresdebencontarconcontrolesyprocedimientosparadetectarirregularidadesporpartedesusempleadosydesconectarlosclientesqueno pagan o presentan retrasos en los pagos. Otro método para desalentar los pagosatrasadosseríaestablecerlafacturaciónporusoconfuncióndedesconexiónremota.

• Amenudo,losfabricantesdeequiposeléctricosestándispuestosadonarsusproductosa

lasorganizacionessinfinesdelucro,permitiendocompensarmuchodineroencostosdelproyecto.Sinembargo,elusodeequiposdonadosimplicalabuenagestiónylogísticadeenvíoeimportaciónporpartedelaorganizaciónreceptora,loquepuederesultarcostoso

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y provocar incertidumbre al cronograma del proyecto. Por ejemplo, durante todo elproceso,siesteseatrasa,lasbateríasseauto-descargaránloquequizásprovoquedañospermanentes.Además,muchosfabricantesnoproporcionangarantíaspara losequiposdonados. Por lo tanto, si falla el quipo la organización está sola para encontrar unreemplazo.Por estas razones, algunas organizaciones se niegan a utilizar el equipo donadoconsiderándolomásproblemáticoqueútil.

• Algunos componentes pueden ser de calidad inferior o falsificados. En general son

componentes atractivos porque se ofrecen a precios con descuentos. Los de calidadinferior son aquellos que no cumplen con los estándares de calidad y rendimientoaplicablesestablecidosporlosfabricantesylasorganizacioneslocalesointernacionales.Losfalsificadossonaquellosqueparecenhabersidofabricadosporunfabricantedemarcareconocido pero son fabricados por otro, siendo de calidad inferior. En ocasiones, losproductosauténticosperousadosodañadospuedenvendersecomonuevos.Segúnunestudio,seestimóqueaproximadamenteel50%delosSHSylaslinternassolaresentodoelmundosonfalsificados[43].

Existenprecaucionesatomarparaevitaresosengaños:

o Usodedistribuidoresoficialesyreconocidos.o Lainspecciónvisualdetodosloscomponentesparadetectarsignosdefalsificación

ocalidaddeficiente.o Etiquetas y placas de identificación que especifiquen el fabricante, las

calificaciones,elmodeloyelnúmerodeserieentodosloscomponentes.o Asegurarsedequeloscontratosconlosproveedoresindiquenclaramentetodala

informaciónyqueincluyangarantías.o Retenerunapartedelpagohastaqueseverifiquelacalidaddelosmateriales.o Prueba del sistema para garantizar una instalación y un funcionamiento

adecuados.• Existen aplicaciones que requierenmayor confiabilidad, debido a que su pérdida de

energíapuederesultarenpérdidaseconómicasoinclusoenpeligrosparalacomunidad.Porejemplo,elcuidadodelasaludformapartedeestasaplicacionescríticas.Enelcasode las vacunas, existen refrigeradores que funcionan con energía solar que permitenalmacenaryregularlatemperaturadelasvacunaseninstalacionessanitariasfueradelared.Paramejorarsuconfiabilidad,nodebensuministrarotrascargas.

• Losfabricantes,instaladoreseingenierospuedendecidirseguironounestándar.Estees

elqueserefierealdocumentoqueespecificalosdetallestécnicosycaracterísticasdeunproducto, sistema o proceso. Se utiliza para asegurar una consistencia, seguridad,


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compatibilidad y calidad. Por ejemplo, existen estándares internacionales importantesrelacionadosconlossistemasdemicro-redes:

o Series IEC TS 62257: Recomendaciones para la energía renovable y los sistemas

híbridosparalaelectrificaciónrural.o IEEE1546.4:GuíaparaelDiseño, Funcionamientoy la IntegraciónparaunSistema

DistribuidoenIslaconSistemadeEnergíaEléctrica.o IEEE1526eIEEE1013:Métodoparadimensionarsistemasfotovoltaicosautónomos.

Lasnormasactualmentedisponiblesrequierenactualizaciónonormasadicionalesparalospaísesendesarrollo.Serecomiendaqueantesdecomprarunproducto,severifiquesicumpleconelestándarapropiado.

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3. DESARROLLOSOSTENIBLEENPROYECTOSENERGÉTICOSEl desarrollo sostenible es el que satisface las necesidades presentes sin comprometer lacapacidadparasatisfacerlasnecesidadesdelasgeneracionesfuturas.Unfactorclaveeselsuministrodeenergíalimpioyasequible.Gran parte de la energía utilizada y abastecida actualmente se considera insostenible, albasarseenrecursoslimitadosdecombustiblesfósilesquecomportagrandesrepercusionesparalasaludyelmedioambiente.Apartirdetecnologíasdeproduccióndeenergíapuedensurgiremisionesquecontaminanelaireurbanoypromuevenelcambioclimático.Afortunadamente, y gracias al avance tecnológico y la toma de conciencia respecto a losefectose impactosde los sistemasdeenergía,hoyendía lospaísesenvíasdedesarrollopueden llevar a cabo una transición hacia una energía limpia y que minimiza los dañosambientales.Paraello senecesitaunuso reflexivode los recursos, incentivoseconómicosapropiadosyunaplanificacióndemedidasestratégicas.Laprimeraetapaconsisteenconocerlasituaciónenergéticaactualdelpaísenelquesedeseaadoptarlaspolíticasdedesarrollosostenible,quémejorassenecesitanycómoconquistarlas.Ensegundolugaresimportantecomprenderlasimplicaciones,repercusionesyviabilidadyadeterminadasparaconfigurarundesarrollosostenible.Yfinalmentesetienequedisponerdeopcionesreferidasalasinversionesyamedidasdecorrección.Es importantemediryevaluar losefectosactualesyfuturosdelusode laenergíasobre laeconomía, la sociedad y el medio ambiente. Así se determina si se tiene que cambiar lautilizaciónactualdeenergíaparaqueseasostenible.

3.1 ObjetivosdelDesarrolloSostenibleEl25deseptiembrede2015,laAsambleaGeneraldelasNacionesUnidasadoptólaAgenda2030paraelDesarrolloSostenible,queplantea17ObjetivosdeDesarrolloSosteniblequeengloban los puntos económico, social y ambiental. Se trata de un plan de acción quepretendefavoreceralplanetaconlaintencióndefortalecerlapazuniversalyelaccesoalajusticia.Nopuedehaberdesarrollososteniblesinoselograerradicarlapobreza,unodelosmayoresretosdelmundoactual.


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Actualmente, los progresos que se han logrado en muchas áreas de la Agenda 2030permaneceninsuficientes.Conmenosdediezañosparalafechalímitede2030,loslíderesmundialessereunieronenseptiembrede2019ysecomprometieronahacerdelapróximadécadaunadécadadeaccionesyresultadosparaeldesarrollosostenible.Cadaunodelosobjetivosdisponedemetasespecíficasquesedebenalcanzarhastallegara2030.LosODSenumeradosporlaAsambleaGeneraldeNacionesUnidasen2015son:

Figura9:Los17objetivosdeDesarrolloSostenible

Fuente:Verbibliografía[9]Lanuevaperspectivamundialsobrelaenergía,reflejadaenlosODS,consideraestacomounaparteesencialdelaAgenda2030,yaqueimplicarálacreacióndeoportunidadesconsiderablesparaeldesarrolloyprogresosocialenelmundo.Deestemodo,estanuevaagendalededicaalaccesoalaenergíaunodesus17objetivos(ODS7).ElODS7eselquegarantizaelaccesoaunaenergíaasequible,fiable,sostenibleymodernaparatodos.Susmetasespecíficasson:

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7.1 De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles,fiablesymodernos

7.2 Deaquía2030,aumentarconsiderablementelaproporcióndeenergíarenovableenelconjuntodefuentesenergéticas

7.3 Deaquía2030,duplicarlatasamundialdemejoradelaeficienciaenergética7.a Deaquía2030,aumentar lacooperación internacionalparafacilitarelaccesoa la

investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentesrenovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menoscontaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructuraenergéticaytecnologíaslimpias

7.b Deaquía2030,ampliarlainfraestructuraymejorarlatecnologíaparaprestarserviciosenergéticosmodernosysosteniblesparatodosenlospaísesendesarrollo,enparticularlospaísesmenosadelantados,lospequeñosEstadosinsularesendesarrolloylospaísesendesarrollosinlitoral,enconsonanciaconsusrespectivosprogramasdeapoyo

Tabla2:MetasdelODS7Fuente:Verbibliografía[10]

3.2 AplicaciónRealizandounanálisisdecadaunodelosObjetivosdelDesarrolloSostenible,senotaqueunafuerteinterdependenciadebeexistirentreelODS7yotrosparalaimplantacióndesistemasenergéticos.

Ø Laenergíadebevincularseconlaluchacontraelcambioclimático(ODS13).Ø Conelfindereducir lasdesigualdades,enparticularatravésdepuestosdetrabajo

sostenibles(ODS8),esfundamental,porejemplo,quelospaísesdesarrollensupropiaexperienciayfomentenlainnovación.

Ø Losproyectosadesarrollar,handepreservarlavidadelosecosistemasypromoversuusosostenible(ODS15),luchandocontraladegradacióndelmedioambiente.

Ø Losproyectosnecesitaránunirseconasociacionesmundialessólidasycooperativaspara lograr losODS(ODS17).Por lotantoes imprescindibleestablecerasociacionesinclusivas y que los niveles de ayuda aumenten en cuanto a la financiación de unproyecto.

ElODS8consisteenfomentarelcrecimientoeconómicosostenido,inclusivoysostenible,elempleoplenoyproducto,yeltrabajodecenteparatodos.ElODS13consisteentomarmedidasurgentesparacombatirelcambioclimáticoysusefectos.


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El ODS 15 consiste en proteger, restaurar y promover la utilización sostenible de losecosistemas terrestres, gestionar de manera sostenible los bosques, combatir ladesertificación y detener y revertir la degradación de la tierra, y frenar la pérdida debiodiversidadbiológica.ElODS17consisteenfortalecerlosmediosdeejecuciónyreavivarlaalianzamundialparaeldesarrollosostenible.

3.2.1 MetodologíaCon el fin de alcanzar los objetivos para aplicar el desarrollo sostenible a un proyectoenergéticoesnecesario identificar losODSa losquemáscontribuyeelsectore identificarnuevasoportunidadesdeintervencióndelsectorenrelaciónconlosdiferentesODS.Etapa1:Seleccionarelproyectoquesedeseaanalizar.Etapa2:ConstruccióndeunamatrizdeanálisisquenospermiteidentificarlosODSalosquemáscontribuyeelsector:

ObjetivosdeDesarrolloSostenible Proyectoenergético

ODS1 Si/No(contribuye/nocontribuye)ODS2 Si/NoODS3 Si/NoODS4 Si/NoODS5 Si/NoODS6 Si/NoODS7 Si/NoODS8 Si/NoODS9 Si/NoODS10 Si/NoODS11 Si/NoODS12 Si/NoODS13 Si/NoODS14 Si/NoODS15 Si/NoODS16 Si/NoODS17 Si/No

Tabla3:MetodologíaestablecidaparaevaluarlasostenibilidaddeunproyectoFuente:Elaboraciónpropia

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Etapa3:AnalizarlacontribucióndelproyectoalasmetasdecadaunodelosODS:Ø Identificar en el caso del proyecto el elemento de la matriz de resultados que

contribuyaallogrodelasmetasdecadaODS.Ø IdentificarlosODS/metasalosqueestáconectadoelproyecto.


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4. SISTEMASSOLARESDOMÉSTICOS(SHS)Resulta importante para la mejor comprensión del proyecto, definir el concepto de lossistemassolaresdomésticos.Los SHS o Solar Home Systems son aquellas instalaciones compuestas de uno o variosmódulosfotovoltaicosquecarganunabateríaconunreguladorparasuministraracargasDC(lámpara, televisiones, etc.). En algunos casos, se incluye un inversor para permitir elfuncionamiento de aparatos o equipos AC. Se suelen asimilar a las instalacionesindependientesaisladasdelared,queseempleanenlaszonasrurales.Elgeneradoromódulofotovoltaicotransformalairradiaciónsolarenenergíaeléctrica,yestaesconducidapordiversoscomponentes(cableado,interruptores,sistemademontaje,etc.)auncontroladordecarga.Esteaseguralacargacontroladadelabateríayelfuncionamientodelosaparatos.Normalmenteseutilizanaparatosdecorrientecontinuaalatensiónnominaldelabatería.Paraalgunosaparatos, losconvertidoresDC-DCsonnecesariosyaqueelvoltajenominaldelabateríanocoincideconsuvoltajenominal.Enotroscasos,muyocasionalmenteenprogramasdeelectrificaciónruralenpaísesendesarrollo,seutilizanconvertidoresDC-ACparasuministraraaparatosdecorrientealterna.Enlassiguientessecciones,sedescribenloscomponentesindividualesdeunSHS.EnlaFigura10podemosobservarlosdiferenteselementosdelSHS.

Figura10:DiagramadebloquesdeunSHSFuente:Verbibliografía[12]

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4.1 GeneracióndeenergíaEl generador solar fotovoltaico, que consta de uno o más módulos solares, convierte laradiación solar en electricidad. A su vez, los módulos están compuestos de célulasfotovoltaicas,eléctricamenteconectadasentresí.

Figura11:Representacióncélula,móduloyconjunto(array),respectivamente

Fuente:Verbibliografía[63]Lascélulasfotovoltaicasestándiseñadasparaalbergarunefectofotovoltaico.Laluzestácompuestaporfotonesdediferenteslongitudesdeonda,yentoncesdediferenteenergía.Deestemodo,alincidirluzsobrelacélulafotovoltaica,unapartedelosfotonessonreflejadosyotrosabsorbidos.Laenergíadelosfotonesabsorbidosestransferidaaunodeloselectronesdelosátomosdelacélulayseescapandesuposiciónoriginal,generandopareselectrón-hueco.Estemovimientoprovocaunacorrienteeléctricaproporcionalalairradiancia(W/m2).Elmaterialmás adecuado es uno que sea semiconductor (Silicio) debido a que facilita laconductividadalaumentarlaenergía,sinembargoaldisminuirlatemperaturaactúacomoaislanteynoconduce.Losmódulosestánformadosporuncristaloláminatransparentesuperioryuncerramientoinferiorentrelosquequedaencapsuladoelsustratoconversorysusconexioneseléctricas.Parasuconstrucciónseasociancélulasenserieyparalelo,cuyauniónseencapsulaconEtilVinilAcetato(EVA).Losmódulosfotovoltaicosseasocianentresíenseriey/oparaleloparaobtenerlapotenciadeseada en la instalación. La conexión en serie permite aumentar la tensión del sistema,mientrasquelaconexiónenparalelopermiteaumentarlacorrientedetrabajo.Comosecomentóanteriormente,elsilicioeselelementobasedefabricacióndelascélulasfotovoltaicas.Existentrestiposdistintosdesilicio,segúnelprocesodecristalización:


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• Silicio monocristalino: Presenta una estructura completamente simétrica y uncomportamiento uniforme y predecible. Se considera como el mejor tipo pero elprocesodefabricacióneselmáscaro

• Siliciopolicristalino:Poseeunaestructuraconregionesdesiliciomonocristalinoyotrasdondelosenlacessonirregularesyconimperfecciones.Porlotantonosetratadeunmonocristalentodosuvolumen.Elprocesonoestanexigentecomoelanterioryporlotantoesmásbaratoyconrendimientoinferior.

• Silicioamorfo:Noposeeunaestructuraconcristalizado.Sudegradaciónesrápidaperosucosteeselmásbajodetodos.

EnlaFigura12seobservaelsímboloutilizadoparadescribirunacélula,módulooconjuntofotovoltaico.Suscaracterísticascríticas,quevienendadasenlatabla4,sedannormalmenteencondicionesdepruebaestándar(STC),unairradianciade1000W/m2,unatemperaturadelacélulade25°C,masadeaire1,5G(AM)eincidencianormalsobreelpanel.

Figura12:SímbolodeunacélulaPV,móduloPVogeneradorPV


Eficiencia,η

Relaciónentrelapotenciadesalidadelacélulaenelpuntodemáximapotenciaylaentradaradiativa(superficiedelacélula

multiplicadoporlairradianciarecibida)Voltajedecircuitoabierto,

VOCTensióndevacío,elvoltajequelacélulasolarsuministraacargacero

Corrientedecortocircuito,ISC

Laintensidadmáximaqueelcircuitopuedeproporcionar.Sepuedemedirconunamperímetrocortocircuitandoelcircuito.

Voltajedelpuntomáximodepotencia,Vmpp

Tensiónquesuministralacélulasolarensupuntodemáximapotencia

Corrientedelpuntomáximodepotencia,Impp

Corrientequesuministralacélulasolarensupuntodemáximapotencia

Potenciamáxima,Pmpp Lapotenciamáximaalcanzableenunciertopuntodevoltaje/corriente(Vmpp,Impp)delacaracterísticadelacélula

Factordeforma,FF Larelaciónentrelacorrientedecortocircuito(ISC)multiplicadaporlatensióndecircuitoabierto(VOC)sobrelapotenciamáxima(Pmpp)

Tabla4:Característicascríticasdeunacélulaymódulosolar


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A continuación se presentan las figuras que reflejan el cambio en la potencia máximageneradaanteloscambiosenlatemperaturayenlairradiación:

Figura13:CurvaIVconirradianciavariableFigura14:CurvaIVcontemperaturavariable


4.1.1 ConsideracionesprácticasLosconjuntosfotovoltaicosofrecenlassiguientesventajasenaplicacionesfueradelared:• Nohaycostosdecombustible.• A menudo, las comunidades con pobreza energética se encuentran en áreas con

abundanteluzsolar.• LaenergíaproducidaporlosmódulosPVsecorrelacionaconlacargadiaria.• LosmódulosPVsepuedenagregar(oeliminar)fácilmentealconjuntoPVparalograrla

capacidadadecuada.• Reducción del mantenimiento (solo se requieren limpieza e inspección periódicas) y

eliminacióndelruido.• Nohayemisionesdepartículasodióxidodecarbonoasociadasconsuoperación.• En muchos países en desarrollo ya se pueden encontrar instaladores de equipos con

licencia,piezasoriginalesyderepuestoyserviciodegarantía.• Noconsumendirectamenteagua,aunqueesnecesariounlavadoperiódico.Apesardetodasestasventajassehandetenerencuentaciertasconsideraciones:• Laenergíaproducidaesvariableeincierta.Laluzsolarvaríaalolargodeldíayelaño,yla

coberturadenubesesdifícildepronosticar,loquepuedelimitarlaproduccióndurantelastemporadasdelluvias.Estaincertidumbrepuedeconduciraconjuntosfotovoltaicosmásgrandesdelonecesarioyporlotantomáscostosos,oaconjuntosmáspequeñosdelonecesarioyenconsecuenciahacequeelsistemanoseaconfiable.


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• Lanecesidaddealmacenamientodeenergía,controladoresdecargayotroscomponentesaumentaelcostoylacomplejidaddelainstalación.

• Losconjuntosfotovoltaicosnecesitanunagrancantidaddeespacioeneltechooterreno.Porejemplo,unsistemade5kWrequiereaproximadamente40m2desuperficieparaelcampofotovoltaico.

4.2 AlmacenamientodeenergíaLafunciónprincipaldeunsistemadealmacenamientoenelsuministrodeenergíarenovableindependiente(autónomo)espoderabastecerlascargasparapermitirsuoperacióndurantelosperiodosenlosquelaentradadeenergíaporpartedelgeneradorfotovoltaicoesbajaonula.En el contexto de los sistemas solares domésticos, generalmente se utilizan bateríasrecargables (secundarias) y estas se denominan a menudo celdas secundarias. En lassiguienteslecturas,eltérmino“batería”serefiereauna“bateríarecargable”.ElsímbolodeunabateríasemuestraenlaFigura15.Laenergíaenunabateríasealmacenaenformadeenergíaquímicaconreaccionesreversibles.

Figura15:Símbolodeunabateríaopila

Fuente:Verbibliografía[12]Lasprincipalescaracterísticasutilizadasparadescribirunabateríason:• Estadodecarga(SOC)[%]:Capacidaddisponibledelabateríaenrelaciónasucapacidad

máxima,esdecir,cuandoestácompletamentecargada(100%).• Capacidad nominal [Ah]: Cantidad de electricidad que puede suministrar la batería

cuando esta se descarga a una determinada corriente de descarga desde el 100% delestado de carga hasta la tensión de corte. Se obtiene multiplicando la corriente dedescarga(A)poreltiempodedescarga(horas).

• Tensiónnominal[V]:Eslatensióndereferenciadelabatería.Lamayoríadelasveces,lasbateríasenSHStienenunatensiónnominalde12V,yestasecomponedelasumadelastensionesdecadaceldaramificadasenserie.

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• Ciclodevida:Eselnúmerototaldeciclosdecargaydescargaquepuedeexperimentarlabatería.Suvidaútilseveafectadaporlavelocidadylaprofundidaddelosciclosyporlatemperaturayhumedad.CuantomayorsealaPD,menorseráelciclodevida.

• Profundidaddedescarga(PD)[%]:Esunparámetromuyimportanteparamantenerlavidaútil de labatería. Eselporcentajede la capacidadde labateríaque sehadescargadoexpresadocomoporcentajedelacapacidadmáxima.Unadescargaal80%sedenominadescarga profunda. Una PD del 80% significa que la batería con 100Ah es capaz deproporcionarsolo80Ahcomomáximo.

• Rendimiento: Se expresa como la relación entre la energía suministrada durante ladescargaylaenergíanecesariaparavolveralestadodeplenacarga.Unestadodecargabajo favorece un alto rendimiento. La pérdidas se deben a la producción de energíacaloríficaenlosprocesoquímicospresentesdurantelacargaydescarga.

• Días de autonomía: Son los días consecutivos durante los que la batería es capaz degarantizarel consumoenausenciade sol. Esteparámetrodependede las condicionesclimatológicasydeltipode instalación.Generalmente,en laszonasrurales,estefactorpuedeserde4o6días.

Los sistemas de almacenamiento ideales para el SHS se caracterizan por los rasgospresentadosenlaTabla5.

Absorcióndeenergía• Encualquierestadodecarga• Acualquierpotenciadecarga• Conaltaeficiencia

Entregadeenergíaalmacenada

• Encualquierestadodecarga• Acualquierpotenciaentregada• Sin influencia del estado de carga del

almacenamientoPérdidasdecapacidad • Nohaypérdidasreversiblesnipérdidas

irreversiblesPeriodosdebajoSOC • Las baterías deben ser resistentes a

períodosdebajoSOC(durantelanocheoduranteperiodosdebajaradiación)

Influenciasambientales(humedad,golpes

mecánicos,etc.)• Inmunidad

Menorimpactoposiblesobreelmedio

ambiente

• Paralafabricación• Duranteelfuncionamiento• Despuésdelfinaldelavidaútil

Economía • Bajocosto

Tabla5:CaracterísticasrequeridasdelalmacenamientoSHSFuente:Verbibliografía[12]


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Existenvariostiposdebateríasenelmercado, lascualessediferencianporloselectrolitosutilizadosylatecnologíadefabricación.Lasbateríasdeplomo-ácidosehanutilizadodurantemuchotiempoparalossistemassolaresdomésticos. Las baterías de ion-litio son una tecnología nueva y muy prometedora.Trataremosenestasecciónestosdostiposdebaterías.

Figura16:TiposdebateríasrecargablesFuente:Verbibliografía[12]

4.2.1 BateríasdePlomo-ÁcidoLasbateríasdeplomo-ácidoconstandeunelectrodopositivoyunonegativo.Unelectrolitosirveparaintercambiarelectrones.Conel fin deoptimizar las baterías, se handesarrolladodiferentes configuraciones, cuyasdiferencias se relacionan con la composición del electrolito (líquido, gel, AGM) y con losdiferentesdiseñosdeelectrodos(placas).

Diseñodeelectrolitos IdoneidadparaSHS

Líquido,ácidosulfúricodiluido

Ventajas en ambientes cálidos con altoconsumo de agua. Es la solución máseconómica cuando elmantenimiento estáaseguradoabajocosto.

Electrolitogelificado Mayor costo de inversión, pero resultaneconómicas cuando la recargadebateríasconaguadestiladaescostosa.

Esteradevidrioabsorbido(AGM)

Tabla6:Electrolitosenbateríasdeplomo-ácido


Bateríasrecargables

Plomo-ácido

Líquido

Válvularegulada

AGM

Gel

Ionlitio(Li-Ion)

Fosfatodehierro

Níquel,Cobalto,Manganeso

Níquel-cadmio(NiCd)

Níquelehidrurometálico (NiMH)

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Diseñodeelectrodo IdoneidadparaSHS

PlacaderejillaMás baratas pero su vida útil esinsatisfactoria

Placatubular MáximaidoneidadparaSHS.Mayorcosto.Placadegransuperficie NoaptaparaSHS

Tabla7:Electrodosenbateríasdeplomo-ácido

Fuente:Verbibliografía[13]Enelmercadosevendenceldasindividuales(2V)condiferentecapacidad.Variasceldasenserie determinan la tensión nominal de la batería. También se encuentran disponiblesbloquesdemúltiplesceldas,conectadasenserieinternamente.Engeneral,lasbateríasdeplomo-ácidosondealtaconfiabilidadyestabilidad.

4.2.2 Bateríasdeion-litioLas baterías de ion-litio tienen varias ventajas sobre las baterías de plomo-ácido. Puedendescargarsemuylentamente,noproducengashidrógeno,sueficienciadecargaydescargaestámuyporencimadel90%ysobrevivenamuchosmásciclosquelasbateríasdeplomo-ácido.Lagrandesventajadelasbateríasdeion-litioessuprecio,queesdetresacuatrovecesmásalto que el de una batería de plomo-ácido, aunque el costo está disminuyendo másrápidamentedeloesperado.Elreciclajedelasbateríasdeplomo-ácidoesmuyconocidoyserealizaamenudomientrasqueelreciclajedelasbateríasdeion-litiodeúltimageneracióntodavíaestáendesarrollo,aunquelosmaterialesdelitionosontóxicosypuedenreciclarsefácilmente.Delasdiferentestecnologíasdeion-litiodisponibles,lasbateríasdefosfatodehierroylitio(LiFePO) parecen ser lasmás adecuadas para su uso en SHS. Son relativamente seguras yestablesysuprecioesmásbajoqueeldelamayoríadelosotrostiposdebateríasdelitio[40].Otraventajaessu tensiónnominalde3.3V,quepermiteconfiguracionesdentrodelrangode tensiónde labateríaestándarde12Vque seencuentraen los sistemas solaresdomésticosyademás,lacaídadetensiónduranteladescarganoestanaltacomoparalasbateríasdeplomo-ácido.Enlaspruebasdeciclodevida,lasbateríasLiFePOhandemostradosermuyeficientesyconservanel80%delacapacidadinicialdespuésde1600ciclos[41].


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Unidad Plomo-Ácido Ion-Litio

Tensiónnominal V 2.0 3.3-4.0Tensiónmínimade

descargaV 1.75 2.5-3.0

Tensiónmáximadedescarga

V 2.4 4.2

Densidaddeenergía Wh/l 90 320Nodeciclos(@80%PD) - 200-300 500-1000

Tiempodecarga h 8-16 1-2Toleranciadesobrecarga - Alto BajoCorrientedecargamáxima C 5 2-30

Autodescarga %mes 5 <5(+3%paracircuitodeprotección)

Rangodetemperaturadefuncionamiento

°C -20to+50 0-45(rangomásamplioparadescarga)

Mantenimiento - Requeridoparaalgunastecnologías

Ninguno

Problemasdeseguridad -

Térmicamenteestable

Circuitodeprotecciónobligatorio

Toxicidad - Alto BajoReciclaje - Alto MuybajoCosto - Bajo Alto

Tabla8:Característicascomparativasdelasbateríasdeion-litioyplomo-ácido


4.3 ControladoresdecargadelasbateríasLoscontroladoresdecargaseutilizanparalaproteccióndelasbateríasantesobretensionesy subtensiones peligrosas y descargas accidentales del módulo fotovoltaico. Además, loscontroladoresdecargapermitenproporcionaralusuariolainformaciónsobreelestadodelSHS,enparticular,elestadodecargadelabatería.Elcostoadicionalpuedeonojustificarsuimplementacióndependiendodelasregionesenlasque se desea realizar la instalación del SHS. Se implementan en regiones en las que losusuarioseinstaladorespuedenasimilarlasindicacionesproporcionadasporelcontroladordecarga.Porotrolado,enlasviviendasruralespobressedesaconsejafijarcontroladoresdecarga,yaqueestospuedendañarsuscomponentesestructurales,quesuelenserdebajacalidad.

Memoria

30

4.4 ConvertidoresDC-DCLoscircuitosDC-DCseutilizanenmuchosconvertidores,incluidosloscontroladoresdecargade la batería, los seguidores del punto demáxima potencia (MPPT) y los inversores. LosseguidoresMPPTseencargandeajustar la tensióndesalidadelmodulo fotovoltaicoparaobtenerlamáximapotenciadisponible.ElconvertidorDC-DC,oregulador,eselquecontrolaelprocesodecargadelsubsistemadealmacenamiento(baterías)desdeelconjuntofotovoltaico,yladescargadelasmismashacialacarga.Seutilizanparacambiarlosnivelesdetensión,yevitarelriesgodequelatensiónproporcionadaporel generadornocoincidacon lademandadaporelaparato,hechoquepuede dañar el aparato. También se encarga de proteger la batería frente a descargasprofundasosobrecargas.LosconvertidoresDC-DCenlosSHSdebenoptimizarseparalograrunaaltaeficienciaenelfuncionamientoyunconsumoceroenelmodostandby.LascaracterísticasdefuncionamientoquedefinenaunreguladoroconvertidorDC-DCson:• LatensiónnominaldesalidaenDC[V]• Lacorrientenominaldeentradaalreguladordesdeelgenerador[A]:eslacorriente

máximaentregadaporelconjuntodemódulosfotovoltaicosalaentradadelregulador.• Lacorrientenominaldesalidahacialacarga[A]:eslacorrientetotalconsumida.• Elrendimientoapotencianominal[%]

Porlotanto,paralaseleccióndelreguladoradecuado,esimprescindibletenerencuentalatensión del sistema y la corriente de cortocircuito del generador PV, considerando uncoeficientedeseguridadde1,2.

4.5 InversoresLosinversorespermitenalosusuariosaplicarunagamamásampliadedispositivos,aparatosAC. En algunos casos, los inversores son inevitables ya que no hay ningún aparato DCadecuado disponible en el mercado local. Sin embargo, en los SHS, la conexión deelectrodomésticos a un inversor puede conducir a una sobrecarga del sistema, y comoconsecuencia,provocarcortesdeenergía.Porlotantoesrecomendablelimitarsuutilizaciónausosinfrecuentes.


31

Por lo tanto, un inversor, o convertidor DC-AC, se encarga de transformar la corrientecontinua,generadaporlospanelesfotovoltaicos,encorrientealternaparaserconsumidaporlascargasAC.Lascaracterísticasdefuncionamientoquedefinenauninversorson:• Diferentesformasdeondadesalidasuministradas:

o Rectangular: Inversormás simpleyeconómico.Debajapotencia,por loque seempleaconpequeñascargas.

o Trapezoidal: Se puede emplear para la electrificación rural con loselectrodomésticosmásusuales.

o Sinusoidal:Salidamásdeseable,muysimilaralaredeléctrica.Sepuedeemplearentodoaparatodeconsumoysepuedeconectaralared.

• Lapotencianominal[kW]:debeserligeramentesuperioralamáximademandadaporlacarga.

• LatensiónnominaldeentradaenDC[V]:noserásiempreconstante,entonceselinversordebesercapazdeconvertirdiferentestensionesenDCdentrodeundeterminadorango.

• LatensiónnominaldesalidaenAC[V]• Elrendimientoapotencianominal[%]: influenciadoporel tipodecargaa laqueestá

conectadoelinversor.Lacurvaderendimientodeun inversornoes lineal,comosemuestraen laFigura17.Sincarga, los inversores consumen energía de reserva, por lo que el rendimiento es bajo. Laenergía en espera se consume incluso cuando no hay carga. A medida que aumenta lapotenciadesalida,laeficienciadelinversoraumentayluegosereducelentamente.Porotrolado,elrendimientodelinversortambiénvaríaconelfactordepotenciadelacarga.Alcrecerlascargasinductivas(fluorescentes,motores)másrápidodecaeelrendimiento.AldimensionarunSHS,esnecesariodeterminareltipodecargasquesealimentanparafijarelpuntodelacurvaenelqueoperaelinversor,buscarsufactordepotenciatípicoydecidirdelrendimientoautilizarsegúnlaestimacióndelaenergíademandada.

Figura17:Curvaderendimientotípica

delinversorenfuncióndelfactordepotencia(Cosfi)


Memoria

32

EnlosSHS,esmuyimportanteoptarporinversoresindependientes,yaquelosconectadosalareddependendelafrecuenciaylatensióndelaredpública.Por otro lado, hay que tener en cuenta que las pérdidas de los inversores deben sercompensadasporelgeneradorfotovoltaico,loqueaumentaelcostodelsistema.

4.6 Componentesparaelequilibriodelsistema(BalanceofSystem)ParaelfuncionamientocorrectoyóptimodelSHS,esnecesarioseleccionarcorrectamenteloscomponentesysuinstalaciónhadeserprofesional.EnlasinstalacionesdeSHS,lassiguientesprecaucionessonnecesarias[44].

• Laelecciónde los interruptoresapropiadosquedeben indicaronandoff (encendidoyapagado)medianteunainscripción.

• Loscablesdebenestarcodificadosporcolores,paraevitarlainversióndepolaridad.• La baja tensión suministrada por los SHS implica altas corrientes para suministrar una

carga. Por lo tanto, las secciones de los cables deben cumplir con las corrientesconducidas. Los enchufes e interruptores deben cumplir con las corrientes que seproducen.

• Las pérdidas en el cableado, reducen la eficiencia general del SHS, por lo que debenmantenersebajas.

• Lasconexionesdeloscablesdebenrealizarsedemaneraprofesionalparaevitarunacaídadetensiónexcesivaounaumentodelatemperaturaenelcableado.

• Los roedores sonunagranamenazapara instalaciones SHS,por loquealgunos cablesdeben instalarse en un cableado aislante e independiente para los polos positivo ynegativo(porejemplo,elcableadodelabatería).

• Todosloscablesdebenestarbienfijadosalapared.• Los cables que conectan el módulo fotovoltaico al controlador de carga están

parcialmenteexpuestosalaluzsolar.PorloquedebenserresistentesalosrayosUV.4.7 Mantenimientodelainstalación

LosproblemasquesepuedenencontrarenelfuncionamientodelossistemasPVrequierenunaguíademantenimientodeloscomponentes,quesedanenlaTabla9.Ademásdeestaguíaesnecesariocomplementar laspropuestasdemantenimientoconlasquecontienenlosfolletosinformativosdelosfabricantesdecomponentes.


33

Esimprescindiblerealizarelmantenimientoconunaperiodicidadrigurosaconelfindealargaralmáximolavidaútildelainstalación.

Componente MantenimientoyFuncionamiento

PanelesPV

• Limpiezaregular,conaguayjabonesnoabrasivos,paraevitarquelasuciedaddelmódulofotovoltaicoreduzcalatransmisióndelaluzsolaralascélulassolares(Semanal-mensual)

• Comprobacióndelcorrectofuncionamiento.(Semestral)Baterías • Unasuperficielimpiaparaevitarcorrientesdefugaentre

lospolosde labatería. Loque requiereuna inspecciónvisual y una limpieza de polvo y otros restos en lasuperficiedelabatería.(Semanal-mensual)

• Cargacompletaregular.Cableado • Inspección visual regular para revelar destrucción por

roedoresodegradaciónporluzsolarultravioleta.• Pruebadetraccióncuidadosa(Semestral)

Aparatosdecontrol • Vigilancia del comportamiento con regularidad.ComprobarelVeIdelregulador.(Semanal-mensual)

Mantenimientodeloselectrodomésticos

• Protección contra el polvo mientras no están en uso.Cubrir aparatos relacionados con la información y elentretenimiento(radios,televisores…)

Funcionamientodeloselectrodomésticos

• Funcionamientosolocuandosenecesiten.• Desconectarlosaparatoscuandonoseutilicen

Tabla9:MantenimientodeloscomponentesdeSHS

Fuente:Verbibliografías[15][16]

4.8 CriteriosdeéxitoysostenibilidadMuchosgobiernosnoconfíanenlacapacidaddeunSHSparagarantizarelectricidadfiableyasequible,perocontinúanpercibiendolageneracióneléctricaapartirdecombustiblesfósilesylaextensióndelaredcomolaúnicasoluciónfactible.Conelfindecambiarestapercepción,esimprescindibleasegurareléxitodelosSHS.Además,mejorarlaeficaciadeestosprogramasesesencialparaobtenerunmayorapoyopolíticoyburocráticoalainversión.Elobjetivodeesteapartadoesdesarrollarydescribirunmodeloquesepuedeutilizarparaevaluareléxitodelprogramateniendoencuentaunnúmerodecriteriose indicadoresdeéxito.

Memoria

34

Antes de todo hay que enfocarse en identificar las principales barreras a la adopción desistemasdeenergíarenovable.Estaspuedenserlosaltoscostosinicialesdelsistemajuntoconlosbajosingresosdeloshabitantesquevivenenlaszonasruralesdelospaísesenvíasdedesarrollo.Estosproblemasrequierenlacapacidaddeadoptarmodelosdenegocioflexibles.Otras barreras que influencian la tasa de adopción de tecnologías de energía renovablesincluyenlapobreespecificacióndelsistema,lamalainstalaciónymantenimiento,lafaltadeconocimientoencuantoalafiabilidadyfuncionamientodelsistemayladependenciaexcesivadelafinanciacióndeorganizacionesdonantes.Enbasealainformaciónobtenida,podemosobservarenlaFigura18unesquemaqueclasificalas diferentes barreras a los programas rurales de energía renovable en países en vías dedesarrollo.

Figura18:Esquemadebarrerasdelprogramadesistemasolardoméstico


• Faltadeconocimientotécnico• Faltadecapacidadinstitucional• Faltadeintervención• Mercadoslimitados

• Faltadecapital• Faltadefinanciamientodelprograma• Faltadecréditodeusuarios• Nogeneracióndeingresos

• Pobremantenimiento• Malainstalación• Disponibilidadlimitadadeproductos• Infraestructuralogísticainsuficiente• Insuficienciatécnica(capacidad,eficiencia)

• Faltademarconormativoylegal• Usoindebidodesubsidios• Dependenciadeldonante

• Percepcioneserróneassobrelatecnología• Falta de vínculo con las estructuras y valores

socialesexistentes

Implementación

Financiación

Técnica

Normativa

Social


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En2003,laAgenciaInternacionaldelaEnergía(IEA)desarrollóunaguíaparadiseñaromejorarunprogramafotovoltaico[18].Suprocesosedivideenlassiguientesfases:• Fasedepreparación:Necesitaevaluaciones,laconsultadelosinteresados,unaevaluación

técnicadesuministroydelosrequisitosdecapacidad.• Fase de diseño: Establecer las metas y objetivos, el marco institucional y legal, el

calendario de eventos, logística, la formación y desarrollo de capacidad, la gestiónfinancieraylaevaluacióndelsistematécnico.

• Fasedeimplementación:Requiereuncontroldecalidadyevaluacióndelagestiónyunsistemadegestióndeinformación.

• Vigilanciayevaluación:Requiereunavigilanciaregular.Otros temas importantes deben ser considerados al diseñar e implementar programas deelectrificación a partir de energía renovable en países en vías de desarrollo. Los másimportantesdesdeelpuntodevistadelosconsumidoresson:• Idoneidad:Sielsistemasediseñaparasatisfacersusnecesidadesreales• Asequibilidad:Sielsistemaesasequible• Fiabilidad:Lacalidaddelsistema• Financiación:LadisponibilidaddeunafinanciaciónapropiadayflexibleAcontinuación,sepresentaunalistadefactoresquecontribuyenaloscriteriosdeéxito.Cadafactorsehaasociadoconunconjuntodeindicadores,apartirdelcualsepuedejuzgareléxitodel programa, teniendo en cuenta que la selección final de indicadores debe reflejar elcontextolocalylosobjetivosdelproyectoyopinionesdetodaslaspartesinteresadas.Todoslosfactoresserelacionanfuertementeconlasostenibilidaddeunprogramadeelectrificaciónruraldeenergíarenovable.

Memoria

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Figura19:EsquemadecriterioseindicadoresdeéxitoFuente:Verbibliografía[12]

• Accesoaunaluzmáslimpia• Cambiardeloscombustibletradicionales• Accesomásfacilalainformacion• Aumento delashorasdetrabajoyestudio

Accesoyusosdeenergía

• Mejora delacalidaddevida• Aumentoderelajación• Aumentodeescucharradio/vertelevisión• Aumentodeactividadessociales

Sociedad

• Disminución delgastomensualenenergía• Cambiarelestadofinancierodelosusuarios• Creacióndeoportunidades deempleo

Economía

• Reduccióndela emisióndegases• Disponibilidaddelreciclajedebaterías• Conservacióndelosecosistemas

Medioambiente

• Reduccióndelacargalaboraldelasmujeres• FamiliarizarseconnuevastecnologíasGénero

• Sistemafácildeoperar• Formacióndeusuariossobreelfuncionamiento, mantenimientoyvigilancia

• Sistemasdiseñadosparareflejarlasnecesidadesdelosusuarios

Gestióndelproyecto

• Préstamoflexibleparalosusuarios• Préstamoflexibleparalacompañíademantenimiento

• Creacióndenuevos negocioslocales

Financiamiento

• Informadasacercadelproyecto• Involucradaseneldiseño• Tienen clarosupartedetrabajo

Partesinteresadasidentificadasenlaetapade

diseño


37

4.9 MecanismosdefinanciaciónAunquelalaenergíasolaresgratuita,elequiponecesarioparaconvertirlaenelectricidadnolo es. El costo de capital inicial de un sistema solar doméstico representa una grandeproporcióndelcostototaldelciclodevidadelsistema,yaquíradicaelproblema.EsfundamentalencontrarunaformaeficazdequeloshogaresruralesdeingresosbajosymediosenpaísesenvíasdedesarrollopuedanfinanciarlaadquisicióndeunSHS.UnrequisitoimportanteparaunprogramadeelectrificaciónruralPVeslamovilizacióndelosmediosfinancierosparapermitirlaadquisicióndelsistema.Desafortunadamente,losbancoseinstitucionesfinancieraslocalestiendenacategorizaralosSHScomounainversióndealtoriesgo.Unadelasrazonesesdebidoalcostedelospanelessolares,queseinstalanfueradelaviviendayporlotantoestánexpuestosalriesgoderoboodaño.Porlotantoesosignificaqueserequierenotrosmecanismosdefinanciación.Hasta hoy en día, se han utilizado 4 tipos de mecanismos financieros en programas deelectrificaciónrenovableyrural.Estossonlossiguientes.

4.9.1 VentasenefectivoAlgunaspersonasquevivenenzonasruralessoncapacesdepagarloscostosinicialesdeunSHS.Estemecanismoeselmodelomássimplepara implementarelprograma.Laventaserealizadirectamenteatravésdeundistribuidordesistemasfotovoltaicosalusuariofinalenpagosenefectivo.EstemodelonorequiereapoyodelgobiernoGeneralmente, los clientes pueden decidir si desean instalar el sistema ellosmismos o sicontactaralproveedorparainstalarlo.Lainstalación,elmantenimientoyelserviciopostventanosuelenformarpartedelcontratodeventa,exceptosilosusuariosfinalesdecidenpagarunacantidadadicionalparaesosservicios.Las siguientes condicionesprevias sonnecesariaspara implementarunmodeloexitosodeventasenefectivo:

• Viabilidaddeunnegociofotovoltaicorural• Situacióneconómicadelosusuariosfinales

Lasdesventajasdeestemodeloson,porunlado,queelmercadoestarestringido,debidoaquelamayorpartedelapoblaciónruralnopuedepagarenefectivoyporadelantadounSHS.Porotrolado,esdifícilcontrolarlacalidad.

Memoria

38

4.9.2 SubvencionesParaquelossistemassolaresdomésticosseanasequiblesparaloshogaresdebajosingresos,serequierealgúntipodesubvención.Existenlassubvencionesdirectas,enlasqueeldonante/gobiernoproporcionaúnicamenteelsistemadeformagratuitaocasigratuita.ElSHSesdonadoalosusuariosquenopuedenpagarelcostodelsistema.Sinembargo,elproblemadelasubvencióndirectaesqueenmuchoscasos,losusuariosnosesientenresponsablesdelmantenimientodelossistemas.Otrotipodesubvencióneselqueapoyalacreacióndeunmercadocomercial.ConsisteenproporcionarpréstamosaunpequeñonegocioparaquecomprecomponentesdelSHSparasu posterior venta a quienes viven en comunidades rurales. La pequeña empresa puederealizarlainstalacióndelsistemadeformagratuitaoexigirpagosadicionales.Elobjetivodeeste tipo de subvención es crear un mercado comercial de SHS a través de procesoscomercialesgeneralesenvezdecrearlomediantedecretosgubernamentales.Otrotipodesubvencióninteresanteeselqueimplicaelconceptodealmacén.Gobiernosy/oONGscreanvariosalmacenesa travésdelpaísdondecolocan losequiposdeSHS.Así, losempresarioslocalespuedencomprarloscomponentesdelSHSdesdelosalmacenesalmismocosto que si se adquieren en la ciudad capital. La donación permite cubrir el coste defuncionamientodelosalmacenesyloscostesdetransportedelosequiposalosalmacenes.

4.9.3 CobroporservicioConestemodelodeservicio,elsistemadeenergíarenovableestáinstaladoyespropiedaddeunaempresadeserviciosenergéticos(ESCO),elgobierno,unaempresadeserviciospúblicosounaorganizaciónprivada.ProporcionanSHScompletosalosusuariosysonresponsablesdelainstalación,mantenimientoyreparacióndecualquierpartedelSHS.Las ESCO -quepueden ser unaempresade electricidad, una cooperativa, unaONGounaempresaprivada-instalanelsistemaenlaviviendaunavezquelosusuariosfinalespaguenunacuotadeconexión.Posteriormentea la instalación,elusuariodelSHSdebepagarunatarifamensual.Sinembargo,lasESCOtardanañosenrecuperarsusinversiones,porloqueserequiereunaperspectivayuncompromisoalargoplazo.Elriesgodeinversiónsetienequeasumir,perotambiénsepuedecompartirconunbancooundonante.Las tarifas mensuales cubren los costos operativos, y en algunos programas, también elremplazodelabateríayloscostosdemantenimientodelsistema.LaprincipalventajadeestemecanismoesqueelusuariofinalnotienequeinvertirenloscomponentesdelSHS.


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4.9.4 VentasacréditoEldesarrollodeloscréditosalconsumidoresunavancemuyrecienteenlosprogramasdeelectrificaciónrural.Existen4diferentestiposdeestemecanismodefinanciación.CréditodeldistribuidorLosdistribuidores, talescomo lasempresas fotovoltaicas, suministranelSHSa losclientesrurales.Estospagansusistemaatravésdecuotasmensualesosegúnlafechaacordadaenfuncióndesusciclosdeingresos.Unavezrealizadoelpagototal,losusuariosfinalessonlospropietariosdelsistema.Porlogeneral,losdistribuidorestomanprestadoelcapitaldefuentesdefinanciamiento,quesuelenserinstitucionesdecrédito,paracomprarlossistemasfotovoltaicos.El gobierno establece las diferentes regulaciones necesarias para la instalación,funcionamientoypagodelsistema.La desventaja de estemodelo, es la reluctancia de los proveedores en ofrecer créditos aclientesruralesconbajosingresos.CréditodelusuariofinalEstetiposeparecealmodelodescritoanteriormente,conladiferenciadequeeldistribuidorno está involucrado en el desembolso del crédito pero lo está una organizaciónindependiente.Estaofrecepréstamosdirectamentealosusuariosfinales,cubriendoelcostetotal del sistema al distribuidor. El préstamo otorgado sigue siendo responsabilidad de lainstituciónhastaquelosusuariosseconviertanenpropietariosdelossistemas.Lasinstitucionesdecréditosuelenserbancosdedesarrollorural,cooperativasdeahorroycréditoyotrasorganizacionesdedesarrollorural.CompraaplazosEste modelo es similar al de crédito del usuario final. No obstante, aquí, la empresadistribuidoraolainstituciónfinancieraofrecenelsistemaalclienteenrégimendecompraaplazos.Laempresaseocupadelainstalaciónydelosserviciospostventa.Micro-finanzasEstetipodemodeloesunacombinaciónentrelosdosúltimostiposdescritosanteriormente.Ladiferenciaesquenoserequieregarantía,debidoaqueestosserviciosactúanparaayudaralaspersonasconbajosingresos,financiandolacompradedispositivosdeenergíalimpiaquepuedanmejorarsuaccesoaserviciosenergéticosmodernosydecalidad.

Memoria

40

Lasituaciónfinancieradelapoblaciónruralconmuybajosingreso,lesimpideelpagoinicialdeunsistemacompletodeenergíarenovable.Losserviciosdemicro-finanzasproporcionanunmedioparapagarloscostosinicialesdeunSHS.Sinembargo,unadelasprincipaleslimitacioneseslaausenciadeunareddeorganizacionesdemicrocréditoen lasáreas rurales,por loqueesdifícil recolectareldineroyofrecerunsoportepostventaenestasáreas.


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5. CASODEESTUDIOENMARRUECOS

5.1 SituaciónenergéticaMarruecosesunpaísquetieneungranpotencialenenergíasrenovables.Sinembargo,siguedependiendo en más del 88% de los recursos energéticos del exterior, según el informeeconómico y financieropublicado recientemente, en2018, por elMinisterio de EconomíaHaciendayReformaAdministrativa [19].Ycabeseñalarque la fuente reportauna tasadedependenciadelosproductospetrolíferosdealrededordel70%en2020.Desde2009,bajo lasorientacionesdesumajestadMohamedVI ,elpaíshaadoptadounaestrategiaenergéticacuyoobjetivoeselaugedelasenergíasrenovables,elfortalecimientodelaeficienciaenergéticaylaintegraciónregional.Entre2009y2013selanzóelPlanNacionaldeAccionesPrioritarias(PNAP)pararestablecerelequilibrioentreofertaydemandaeléctricaactuando,porunlado,enelfortalecimientodelascapacidadesdeproduccióny,porotrolado,sobrelaracionalizacióndelusodeenergía.Elobjetivofijadopara2020eraincrementarlacuotadeenergíasrenovableshastael42%delapotenciaeléctricainstalada.Paraellosepusieronenmarchaprogramasintegradosdestinadosainstalar6000MWdefuentesrenovable,delosque2000MWeranparaenergíaeólica,2000MWparaenergíasolary2000MWparaenergíahidroeléctrica.Elobjetivoestaráaseguradopronto,comosepuedeobservarenlasiguientetabla:

3700MW

Potenciainstaladadeenergíasrenovables

1220MW

Potenciainstaladadeenergíaeólica

1770MW

Potenciainstaladadeenergía

hidroeléctrica

711MW

Potenciainstaladadeenergíasolar

34%

tasadeenergíasrenovablesenlapotenciaeléctricatotalinstalada

11%

tasadeenergíaeólicaenla

capacidadeléctrica

16%

tasadeenergíahidroeléctricaenlacapacidadeléctrica

7%

tasadeenergíasolarenlacapacidad

eléctrica

Tabla10:IndicadoresclavedepotenciainstaladaytasadeenergíaenMarruecos(2018)

Fuente:Verbibliografía[19]LosprogramasquecontribuyenaeseaugesonelPlanSolarMarroquíoPlanNoor(Masen),elProgramaMarroquí Integrado de Energía Eólica en Tánger ymuchos otros programas deenergíahidroeléctricaybiomasa.

Memoria

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Otroprogramaadoptado,eselProgramadeElectrificaciónRuralGlobal(PERG).Sinembargo,laelectrificaciónruralnotuvolosefectossecundariosdeseadosparamejorar lacalidaddevidaycrearnuevasoportunidadesdeempleo[21].

Figura20:Distribucióngeográficadelosproyectosinstaladosyenconstruccióndemasen


5.2 EstrategiasenergéticasEldeseodeMarruecospara2030,enelmarcodelaestrategiaestablecidapara2020,eslaparticipacióndelasenergíasrenovableenlacapacidadinstaladaal52%.Este despliegue masivo de energías renovables no se limita necesariamente a laimplementacióndegrandesproyectoslideradosporelEstadooporempresaspúblicas.Con el fin de acelerar la transición energética al servicio de los objetivos de desarrollosostenibleserecomienda,ademásdemaximizarlaparticipacióndelasenergíasrenovablesenelmixenergéticototal:• Fomentar el despliegue de la descentralización de la producción: optimizar los

rendimientosdeproducción,minimizar laspérdidasenlared,evitar laconstruccióndenuevaslíneas,etc.

• Generalizarelincrementodelaeficienciaenergética.• Implementar una transición hacia la movilidad sostenible, especialmente la movilidad

eléctrica.

PotenciaenMW Fechadecomienzodelproyecto

Fechadepuestaenmarcha EmisionesdeCO2evitadas(t)

ProyectospuestosProyectosenvías enmarchadedesarrollo oenconstrucción


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• Mejorar los costes de producción de desalinización para cumplir con los requisitos deseguridadalimentariaydelagua.

Estas estrategias establecidas, son de primera importancia para el país, en términos decontribución al desarrollo sostenible. Esta primera importancia incluye la reducción delvolumendelafacturaenergética,laseguridaddesuministroyladisponibilidaddelaenergía,elaccesogeneralizadoalaenergía,ladiversificacióndelasfuentesdeenergía,etc.No obstante, existe un segundo nivel de prioridad que no se puede omitir. Esta tiene unimpactodirectosobreeldesarrollosocio-económicodelapoblación,talcomolacreacióndeoportunidadesdeempleo,ladescentralizacióndelospueblosaislados,lamejoradelacalidaddevidadelaspoblacionesrurales,etc.EstetrabajosecentramásenlasegundaimportanciaencuantoalaimplementacióndelasenergíasrenovablesenMarruecos.

5.3 InsuficienciasenlaszonasruralesLos métodos actuales de producción y consumo de energías no sostenibles amenazan elmedioambienteanivellocalymundialademásdepesarsobrelaeconomíadelestado.Enlaszonas rurales la problemática energética está relacionada no solo con la economía y elmedioambiente,sinoquetambiénconlacalidaddevidadelaspoblaciones,quedependendelabiomasatradicional.Eldesajusteexistenteentreelsuministrodeelectricidadyelpoderadquisitivoenlaszonasrurales hace que los hogares más vulnerables utilicen leña para la calefacción y cocina,contribuyendo así a la aceleración de la deforestación y a graves problemas de salud(respiratoriosdadalainhalacióndehumoconlacombustión).Así,antelafaltadeunaccesoadecuadoalaenergía,lasconsecuenciassondesastrosas,principalmenteparalasmujeresyniños,siendoelloslosqueseencargandetraerlaleñaparalasnecesidadesdelhogar.SegúnelIRES,lacantidaddeleñaconsumidaanualmenteesde11,3millonesdetoneladas,delascualesel53%esdeorigenforestal[22].Lademandanacionaldeleñarepresentael30%delademandaenergéticatotaldeMarruecos.Casiel88%deestademandadeleñaprovienedeáreasruralesdondelapobrezaestáaumentando[23].Apesardelamagnituddelaproblemática,sehanrealizadomuypocosestudiosrelacionadoscon laexplotaciónde la leña, suconsumo,así comosu impacto sobre ladeforestación.Elconsumonacionaldeleñasiemprehasidoobjetodediversasestimaciones.

Memoria

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AunqueMarruecoshalogradounprogresoextraordinarioenlaelectrificaciónruraldetodoelpaís,aumentandodel18%amediadosdeladécadade1990acasiel100%enlaactualidad,lapuestaenmarchadegrandesproyectosenergéticosrenovablesnotieneningúnimpactosobreelusode la leña,noasegura totalmente la seguridadenergéticade laspoblacionesrurales. Por eso, esnecesario instalar sistemasdeenergía limpia y sostenibledepequeñadimensiónydestinadosalospueblosenzonasconaltadeforestación,conelfindeeliminarprogresivamenteelusodelaleña,transfiriendoelusodelgasalaproduccióndeelectricidad.

5.4 DiseñodeunSHSEnesteapartadosepresentaeldiseñodeunsistemasolardoméstico,tecnologíaquevienedescrita anteriormente, aplicado a un pueblo situado en Marruecos. Se realizará eldimensionadodelainstalacióndeenergíasolarfotovoltaica,sinconexiónalaredeléctrica,enunapequeñaviviendaruralaislada.

5.4.1 DescripcióndelmedioambientedelcasodeestudioenMarruecosLastribusdelosHahaoIhahanseencuentranenelAltoAtlasOccidentalenMarruecos.SuregiónseextiendealolargodelaciudaddeEssaouira,haciaelsurhastaelvalledeSous.Laviviendacasodeestudiose localizaexactamenteenlaciudaddeSmimou,situadaenlaregióndeMarrakech-TensiftElHaouz.

Latitud31,2098 Longitud -9,7032

Figura21:MapageneraldelaregiónalrededordeSmimou



45

Lapoblacióndelacomunidadconstade8026personasyelnúmerodefamiliasllegaa1750segúnelcensodepoblacióngeneralde2014.ElclimadeSmimousecaracterizaporlasequedadyaltastemperaturasenelverano,mientrasque el periodo de invierno se caracteriza por bajas temperaturas e importantesprecipitaciones.Elpueblotambiénseveafectadoporlosvientosdelesteendiferentesépocasdelaño,sinembargolatasadeprecipitaciónanualsiguesiendodébil.

Figura22:MapageneralyespecíficodelaciudaddeSmimou

Fuente:Verbibliografía[26]LacomunidadaldeanadeSmimouseextiendesobreunáreade79km2dentrodeunentornonaturaldiversodemontañasydepresiones,ademásdeun importanteespacio forestal. Laagricultura, la ganadería y el comercio son las principales actividades económicas de lacomunidadyatraenalamayorproporcióndelapoblación.LaconfederacióndelosHahaesunaregióndeMarruecosquehasufridomuchoenlasúltimasdécadas,atravésdelascrisisnaturales(sequía)ylascrisiseconómicasdelosaños80y90.Estohareforzadolapobrezaenestaregión.Ante esta situación de extrema pobreza, las poblaciones han desarrollado estrategias desupervivenciaqueincluyen,entreotrascosas,elusodeleñaparaelabastecimientodeloshogares.Deestamanera,yapesarde la fragilidaddesuecosistema, lagentepermaneceatacando lacubierta leñosaparacocinarycalentar.Esteproductoes la fuentedeenergíapredominanteenlaregión,demandadoporfamiliasquenopuedenobtenergasdomésticoniaccederalaelectricidad,debidoasusbajosingresos.SegúnelDepartamentodeAguayBosquesdeEssaouira,trescuartaspartesdelconsumodemaderaycarbónvegetalparalasnecesidadesenergéticasprovienendelárboldeargányunaquintapartedelathuya.

Memoria

46

Esteusointensivoforestalconducedehechoaunadegradaciónsignificativadelecosistema,cuyapreservaciónsepresentacomounadelasprincipalesapuestasparaasegurareléxitodelosODS.Porestarazón,seproponeacontinuacióneldiseñodeunsistemasolardoméstico,quegenereenergía a partir de paneles fotovoltaicos, para abastecer las necesidades mínimas de loshabitantesdelaviviendacasodeestudio,ypermitirlareduccióndelusodeleñaalbascularhaciaunusodeloscomponentesyaparatosapartirdeenergíaeléctricaymoderna.

5.4.2 DeterminacióndelademandadeenergíaLa demanda energética de la vivienda se orienta principalmente a cocinar y calentar eninverno.ComolosSHSsuministranpocaenergía,ysetratadeunainstalacióndepequeñasdimensionesybajapotencia,sepropone12Vcomotensiónnominal.Lademandaestimadade consumo (enWh/día) semuestraen laTabla11, tantopara loselectrodomésticos o aparatos alimentados directamente en DC, como aquellos otrosalimentadosenAC.EldetalleylajustificacióndelademandaestimadaseencuentranenelAnexo1.Laenergíaconsumidaesigualalproductodesupotencia(enW)poreltiempoestimadodefuncionamiento(enh).DescripcióndelEquipo Potencia(W) NºdeEquipos Horas/día Energía(Wh/día)

Iluminación 10 4 3 120Televisor 15 1 3 45Radio 10 1 4 40

Teléfonomóvil 5 1 5Placaeléctrica 300 1 2 500

TOTAL 710

Tabla11:Consumosenergéticosdeequiposparalainstalaciónconsiderada.Fuente:Elaboraciónpropia

Teniendoencuentalasnecesidadesbásicasenunaviviendaruralsituadaenlazonacasodeestudio,seestimaunconsumodiariodeaproximadamente710Wh.


47

Elconsumototalnetoexpresadoen[Ah/día]necesariodelainstalación:

@ABACD ="FGFHIJKGL

= 710Pℎ/SíH12J

= VWXY/ZíC (1)

Comoprimeraaproximación, seconsideranunaspérdidasdeenergíaporconexionadodel10%:

@DB[[ =\]

\]]^_&$&'( = V, WXY/ZíC (2)

Teniendounconsumototalnecesarioorequeridode:

_,*a = _&$&'( + _($:: (3)

@cde = 59 + 5,9 ≅ iVXY/ZíC

5.4.3 EvaluacióndelaspérdidasdelainstalaciónEsimportantecalcularyrealizarunabuenaestimacióndelaspérdidasdelainstalaciónyaquede ello depende el dimensionado de otros componentes de lamisma. Estas pérdidas sepuedenhallarmediantelaecuación(4).

(4)Siendo:

KA Autodescargabaterías.CaracterísticasfabricantebateríaKB Energíaquelabateríadisipaenformadecaloracausadelosprocesosquímicos

decargaydescarga.CorrespondealrendimientobateríaKC RendimientodelconvertidorDC/ACKR RendimientodelreguladorDC/DCKX Otraspérdidasdedimensionado.DAUT Díasdeautonomía.Zonaconsolregular:3díasPD,MAX Profundidadmáximadedescarga.Dependedelatecnologíadelabatería

Tabla12:Pérdidasconsideradasenlainstalación


Memoria

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• KA:vieneenlashojasdecaracterísticasdadasporelfabricantedelabatería.Suvalores0,5%.

• KB:tieneunvalordel5%.• KC:paralainstalaciónconsiderada,ydeacuerdoconelconvertidorescogidoquepresenta

unaeficienciadel85%,laspérdidassondel15%.• KR:elreguladorpresentaunaeficienciadel90%.Porlotantolaspérdidassondel10%.• KX:Pordefectoescogemosunvalordel10%.Para el número de días de autonomía que requerirá la instalación, así como para laprofundidaddedescargadelasbaterías,tomamoslosvaloresadecuados.• DAUT: Una aproximación lineal a los datos de la Figura 23, da lugar a las siguientes

ecuacionesparaestimarlosdíasdealmacenamientonecesarios,basadosenelpromediomínimodehoraspicodesolduranteelaño,HPS:

j0kl = −1,9^no; + 18,3 → sHtHHsIuvHvuGKwxvtíFuvHx (5)

j0kl = −0,48^no; + 4,53 → sHtHHsIuvHvuGKwxKGvtíFuvHx (6)

Figura23:DAUTnecesariosparaelfuncionamientodesistemasPVfrenteaHPSdisponibles

Fuente:Verbibliografía[27]Se considera una aplicación no crítica. El detalle del cálculo deHPS para la instalación seexplicaposteriormente.

j0kl = −0,48^5,45 + 4,58 < 3 (6)Comonormageneral,laautonomíamínimadeinstalacionesfotovoltaicasesde3días,porlotantoseescogeestevalor.


49

• PD,MAX:Labateríaescogidaparalainstalaciónesdeplomoácido.AltratarsedeunabateríaAGM(esteradevidrioabsorbido),laprofundidaddedescargaesdel75%[28].

TodosestosvaloresnosconducenaunvalordeKTde:

{| = [1 − 0,05 + 0,15 + 0,10 + 0,10 1 −],]]~�Ä%í':

],Å~= Ç, VW (4)

Loquellevaaobtenerelconsumototalrequerido,considerandotodaslaspérdidastotales:

@cdeÉ =_twÑÖÜ

= 65àℎ/SuH0,59

= ââÇ, äXY/ZíC (7)

5.4.4 EleccióndelainclinaciónóptimadelospanelesfotovoltaicosExistendistintasalternativasparalaeleccióndelángulodeinclinaciónóptimodelospaneles:

1. Sepuedeescogerunainclinación“empírica”fija,garantizandounabuenainsolacióndelospaneles;porejemplo,60º.

2. Realizarelmétododel“criteriodelmescrítico”,esdecirdemesmás favorable: seintentaoptimizarlarelaciónconsumo/radiaciónencadames,yquedarseconlosdatosdelmesmásfavorable.

3. Realizarelmétododel“criteriodemáximacaptaciónenergéticaanual”:optimizarlarelaciónconsumo/radiaciónalolargodetodoelaño,teniendoencuentalaradiaciónsolarglobalmediaanual.

Figura24:Inclinacióndelcolectorsolar


4. EscogerunainclinaciónigualalalatitudLa inclinaciónóptima seobtienemedianteel softwarePVGISquepermiteproporcionar lainclinaciónóptimadelmóduloPV.Éstaesde30°,ycoincidemásomenosconlalatitud.

Memoria

50

ã = åÇ°

Paracomprobarque,enefecto,estainclinacióneslamásóptima,serealizaelmétododel“criteriodemáximacaptaciónenergéticaanual”.ParautilizarestemétodosepartedelaTabla13 quecontiene losvaloresde la radiaciónsolarglobal recibidaencadames (medidaenkWh/m2),yparadiferentesinclinaciones.

Inclinación 0° 10° 20° 30° 31° 40° 50°Enero 3,863 4,656 5,341 5,894 5,941 6,295 6,529Febrero 4,350 4,938 5,412 5,755 5,782 5,956 6,005Marzo 5,809 6,313 6,667 6,858 6,868 6,876 6,719Abril 6,976 7,212 7,280 7,174 7,153 6,892 6,441Mayo 6,843 6,830 6,673 6,365 6,326 5,914 5,334Junio 7,603 7,498 7,238 6,813 6,761 6,231 5,522Julio 6,815 6,790 6,625 6,318 6,279 5,872 5,297Agosto 6,405 6,517 6,491 6,319 6,294 6,003 5,550

Septiembre 5,775 6,128 6,343 6,411 6,410 6,326 6,088Octubre 4,196 4,614 4,930 5,133 5,146 5,214 5,169

Noviembre 3,492 4,097 4,608 5,006 5,039 5,278 5,414Diciembre 3,093 3,765 4,348 4,823 4,864 5,175 5,390

MediaAnual 5,435 5,780 5,996 6,072 6,072 6,003 5,788

Tabla13:RadiaciónglobaldiariamesamesGd(kWh/m2día)FuenteVerbibliografía[29]

Apartirdelatablaanterior,secalculaelcocienteconsumomediomensual/radiaciónsolarglobalmedia,esdecir,sedividiráelconsumomediodiarioporcadamediadelosdocevaloresmensualesdelatablaanterior.Calculadoanteriormente,nuestroconsumomediodiarioesdeEtotal=710Wh/día.AlrealizarelcocienteseobtienenlosvaloresmostradosenlaTabla14.Inclinación 0° 10° 20° 30° 31° 40° 50°MediaAnual 130,636 122,841 118,404 116,922 116,929 118,282 122,663

Tabla14:ValoresalaplicarelcocienteEtotal/Gd

Fuente:ElaboraciónpropiaElvaloróptimoeselmenor,porlotantolainclinaciónóptimaesde30°,quecoincideconladeterminadaporelsoftwarePVGIS.Se decide instalar los paneles fotovoltaicos en el techo de la vivienda, para condicionesóptimasdeirradiaciónycontrolderobos.


51

5.4.5 RadiaciónsolartotaldiariarecibidaEsnecesariodeterminarel recursosolar,esdecir,encontrar losvaloresde radiaciónsolarincidentes en el emplazamiento de nuestra instalación fotovoltaica. Para el cálculo de laradiación solar total diaria recibida mes a mes para dicho ángulo de inclinación (30°)utilizamoslaconocidaherramientaonline,PVGIS,contaldeobtenerlosdatosdeirradiaciónglobal(Anexo2).

MES kWh/m2/día kWh/m2/mes

Enero 5,66 175,58Febrero 6,17 178,95Marzo 7,28 225,86Abril 7,62 228,69Mayo 7,61 235,78Junio 7,43 223,60Julio 7,25 224,75

Agosto 7,24 224,53Septiembre 6,66 199,75Octubre 7,00 217,24

Noviembre 5,78 173,43Diciembre 5,45 168,85PROMEDIO 6,77 206,42

Tabla15:Valoresderadiaciónsolardisponiblediariamenteymensualmenteparaunainclinación30°Fuente:Elaboraciónpropia

Estosvaloressehanobtenidoapartirdelairradiancia,lapotenciainstantáneadelaradiaciónsolarrecibidaporunidaddesuperficie(W/m2).Considerandoestaconstante,seobtienelairradiación(H)mediantelasiguientefórmula:

n = )ttHSuHKvuH^F (8)Dondetcorrespondealtiempoenhoras.Deestaenergíaincidentesobreelplanodecaptadoressolares,seconsideraqueexisteunaparte no aprovechable, estimando esta pérdida en un 6%. Esta parte no aprovechablecorrespondealasprimerasyúltimashorasdeldíadurantelascualeslapotenciaincidenteesinsuficienteparasertransformadaenenergíatérmicaútil.

Memoria

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5.4.6 SeleccióndelmodelodepanelydeterminacióndelapotenciaproporcionadaParalaeleccióndelpanelfotovoltaico,sehaintentadoseleccionarelproductoquepresentalamejorrelacióncalidad/precio.Alinstalarseenunazonaruralpobre,tienequegarantizarunaltorendimiento,unagarantíaencasodefallo,unabuenacalidadysostenibilidadypresentarunpreciorazonable.ElmodelodelpanelseleccionadoyasecomercializaenMarruecos,porloqueelgastodeentregaserámínimoyeltransportemásseguro.SeseleccionaelmodeloTS150PdelamarcaTESLASOLAR.Segúnelfabricante,elpanelPVsigueunrigurosoprocesoconcontroldecalidaddelproductoencadaetapadefabricación.Se prueba en condiciones estándar para garantizar un funcionamiento estable y unrendimientodelasinstalaciones.SuscaracterísticasprincipalessemuestranenlaTabla16ysufichatécnicaenelAnexo3.

PotenciamáximaenSTC 150W±3%TensiónMpp(Vmpp) 17,57V[dc]CorrienteMpp(Impp) 8,54ATensióncircuitoabierto(Voc) 22,09V[dc]Corrientecortocircuito(Isc) 9,55ACoeficientedetemperatura(Pmpp) -0,4%/°_Coeficientedetemperatura(Voc) -0,35%/°_Coeficientedetemperatura(Isc) 0,06%/°_TensiónmáximadelsistemaDC 1000VCélulaspolicristalinas 36Dimensionesdelascélulas 156x156mmCélulas PolicristalinasDimensionesdelmóduloLxlxh 1482X670X35mmPeso 13kgRendimientodelmódulo 15,75%

Tabla16:CaracterísticasdelmóduloTS150P

Fuente:Verbibliografía[30]Latensiónmáximadelsistemadeterminaqueelpanelestádiseñadoparainstalarsejuntoaotrosperoqueensuconjuntonotienenquesuperarelvalorindicado(1000V). La energía (indirectamente expresada en Ah) proporcionada por el conjunto demódulosfotovoltaicosvienedadaporlaecuación(9).

"#$% = ?#$%^)#ëë^no;(=) (9)


53

Donde?#$% representa el factor global de pérdidas para nuestro panel fotovoltaico, ennuestrocaso85%,)#ëëcorrespondealacorrienteenelpuntodemáximapotenciadelpanelyn;o = alashorassolarespicoparalainclinaciónde30°.La“horasolarpico”esunaunidadquemidelairradiaciónsolar,ysedefinecomoeltiempoenhorasdeunahipotéticairradianciasolarconstantede1000W/m2.ParaelcálculodelvalorHPS(30°)seemplealaecuación(10),basadaenlosvaloresobtenidosenPVGIS,queaparecenenlaTabla15.Ennuestrocasovamosaconsiderarelvalormediodeirradiacióndelosmesesdelaño.

n;o = =n = íì/L2

SíH

3600 íìL2

=n 30° P/L

2

SíH1000P/L2 → îïñ åÇ° = i, ääYBcC[ (10)

Disponiendodetodoslosvaloresnecesarios,volvemosalaecuación(9)paradeterminarlaenergíaproporcionadaporlospaneles:

óòBZ = 0,85^8,54à^6,77ℎ ≅ ôWXY (9)

5.4.7 NúmerototaldemódulosenparaleloyenserieParaaveriguarelnúmerodepanelesfotovoltaicosenparalelo(npp)seemplealaexpresión(10). Corresponde al cociente entre el consumo de energía necesaria para cubrir lasnecesidades(_,*aÉ )divididoporlaenergíaproporcionadaporelconjunto(Emod).

npp=_twÑ′

"LGS= 110,7àℎ

49àℎ= 2,2 ≅ õòóZùDB[ (11)

Porotrolado,elnúmerodepanelesenserie(nps)vendrádadoporlaexpresión(11).Secalculaen funciónde la tensiónnominal del sistema (Vnom) y de la tensióndel puntodemáximapotencia(Vmpp)delmóduloescogido.

nps=JKGLJLs

= 12J17,57J

= 0,68 ≅ âòóZùDB (12)

Despuésdecalcularelnúmerodemódulosenparaleloyenserie,procedemosalcálculodelnúmero total demódulos (ntotal), que será simplemente el producto del nº de paneles enparaleloporelnºdepanelesenserie:

ûABACD = Këë^Kë: = 2^1 = õüCûdDd[ (13)

Memoria

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Por lo tanto, el esquemade conectividadde losmódulos fotovoltaicos requeridospara lainstalacióndelSHSquedacomomuestralaFigura25.

Figura25:EsquemadeconectividaddemódulosPVrequeridosparalainstalaciónFuente:Elaboraciónpropia

5.4.8 DimensionadodelasbateríasdealmacenamientoLacapacidadtotaldelasbateríasdealmacenamiento(Calm)sedeterminaenfuncióndelasnecesidades del sistema, teniendo en cuenta los días de autonomía. Se calcula según laexpresión(13).

_'(# =_twÑ′ ^jH†F;j,Lá^

^100 (14)

Durante losdíasde autonomía (sehanestablecido3días) labateríapodrá abastecer a lavivienda,aunquenohayaradiaciónsolar.Dadoqueelconsumomediodela instalaciónes110,7 Ah/día, la batería tendrá que ser capaz de suministrar en los días de autonomíaaproximadamente 330,1 Ah. Todos los parámetros de la expresión (13) se obtuvieronpreviamente,yatravésdelasespecificacionesdadasenlafichatécnicadelabatería.Porlotanto,obtenemosunacapacidadtotaldealmacenamientode:

@CDò =110,7^3

75^100 = ôôõ, äôXY

Enelcasoquenosocupa,debemosbuscarunsistemadeacumuladoresquepermitaobtener12Vnominales,yunacapacidadtotaldeaproximadamenteunos440Ah.ElmodelocomercialdebateríaescogidoeselAccuForce12V-200AhdelaempresaSUNLIGHT(Anexo4).Esunabateríadeplomotipogel,quenorequieremantenimiento,contecnologíaVRLA.Ofreceimportantesventajasentérminosdecostesporciclo,yademás,tieneunalargavidaútilyunrendimientoidealparaaplicacionesdealmacenamientodeenergíarenovable.Se ha seleccionado esta batería ya que, tal como el modelo de panel PV escogido, secomercializaenMarruecosyentonceselgastodeentregaserámínimoyeltransportemásseguro.Esunmodelodebateríacon210Ah@20h,ytensiónde12Vpara6celdas,esdecir,2Vporcelda.


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Figura26:BloquebateríaAccuForce12V-200Ah,SunlightFuente:Anexo4

Se conoceel númerodebateríasnecesarias en serie según la siguienteexpresión, que seplanteaenfuncióndelatensiónnominaldelsistemaydelaqueproporcionaunasolabatería.

û¢[ =JKGL

J£HF,KGL= 12J

12J= â¢CAdcíC (15)

Elnúmerodebateríasenparalelo,nbp,sedeterminanenfunciónde lacapacidadtotaldelsistemadeacumulación,ydelacapacidadproporcionadaporunasolabatería.

û¢ü =_HIL

_£HF,KGL= 442,74àℎ

210àℎ= 2,1 ≅ õ¢CAdcíC[ (16)

Porlotanto,elsistemarequeridoparalainstalaciónestáformadopor2baterías(de6celdascadauna).

Figura27:Esquemadeconectividaddelsubsistemadebateríasrequerido

Fuente:ElaboraciónpropiaSe tieneque tener en cuentaqueestas baterías sonestacionarias deplomo-ácido. Por lotanto,cadaunadelasbateríassecomponedevasos(oceldas)de2Vcadauno.Las6celdassedispondránenserieparacompletarlatensiónde12V.

12V210Ah

12V210Ah

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5.4.9 Dimensionadodelregulador(convertidorDC/DC)Elreguladorcontrolaelprocesodecargadelasbateríasdesdeelconjuntofotovoltaico,ylasdescargadelasmismashacialacarga.Porlotanto,esimprescindibleconocerunascuantascaracterísticasdefuncionamientoquepermitendimensionarelregulador.EstasincluyenlatensiónnominaldesalidaDC,lacorrientenominaldeentradaalreguladordesdeelgenerador,lacorrientenominaldesalidahacialacargayelrendimientoapotencianominal.El reguladortendráquesoportar lacorrientemáxima,paraellosecalcula lacorrientequeproduce los paneles solares y la corrienteque consume la carga, es decir, la corrientedeentradayladesalidadelregulador.Lacorrientemáximaproporcionadaporlospanelessolares(considerandounincrementodeseguridaddel20%)seobtieneapartirdelaexpresión(16),siendoImpplacorrienteenelpuntodemáximapotenciaproporcionadaporelpanel(seobtieneapartirde lafichatécnicadelfabricante),ynppelnúmerodepanelesconectadosenparaleloparacubrirlasnecesidades.La corriente de salida del inversor es la que consume la carga y se obtiene a partir de laexpresión(17).Habráquetenerencuentalacorrientetotalconsumidaporlacarga,apartirdelaspotenciasconocidasdelascargasDCyAC(Anexo1).Tambiénsetienequeconocerelrendimientodelinversor.

§dûAcCZC = )- = 1,2^Këë^)#ëë = 1,2^2^8,54 = õÇ, VX (17)

§[CD•ZC = ). =;j_JKGL

+ ;à_?uK¶JKGL

= 7012+ 300

12^0,89= åô, VX (18)

Por lotanto, lamáximacorrientequedebesoportarel reguladorserá lamáximaentre lascalculadasanteriormenteylaquecumplalasiguienteigualdad:

§cdß = òá® §©, §™ (19)

Lá^ 20,5à, 34,5à = åô, V, VXà),*4 ≥ 34,5àElreguladorescogidoesenviadodesdeelextranjero.Paraseleccionarlo,serealizaunanálisisdelosdiferentesreguladorespropuestosporlamarca.LosmodelossondelaserieRBLPWMSolarPanelBatteryChargeController,quesoportandesde10Ahasta60A(Anexo5).Puedesatisfacercompletamentelosrequisitosdeunsistemafotovoltaicodomésticoyreconocelasbateríasdeplomoácidogel,de12Vy24V,automáticamente.LosreguladoresqueseanalizansonelRBL-30AyelRBL-40A.


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Modelo Corrientemáxima Tensiónbatería Entradamáx.delpanelsolarRBL-30A 30A 12V 25V360WRBL-40A 40A 12V 25V520W

Tabla17:CaracterísticasparcialesdelosmodelosdereguladoresRBL-30y40AFuente:Verbibliografía[31]

Elprimerodeellos,soportaunacorrientecasiigualalaobtenidaanteriormente,mientrasqueelsegundosoportaunacorrientemáselevadaalamínimanecesaria.AlcompararlacorrientemínimadelreguladorconladecadatipodereguladorseobtienequeelRBL-30Aeselmásóptimo,yentonces,elmásviableparaserempleado.

¨≠ÆØ¨∞±≤≥¥µ∂

=Ä∑,~0

Ä]0= 1,15

¨≠ÆØ¨∞±≤≥∏µ∂

=Ä∑,~0

∑]0= 0,86 (20,21)

5.4.10 Dimensionadodelinversor(convertidorDC/AC)Paraeldimensionadodelinversoresimprescindibletenerencuentaquelatensióndeentradano siempre es constante, por lo que el inversor debe ser capaz de convertir diferentestensionesenDCdentrodeundeterminadorango.Porlotanto,lapotencianominaldebeserligeramentemásgrandealapotenciamáximadeconsumo,peronoenexcesoparaevitarqueelrendimientoseamuybajo.Lapotenciamínimarequeridaparaelinversorsepuedeobtenerapartirdelaecuación(21)obienapartirdelaecuación(22).Laúltimarequiereescogeruninversorcuyapotencianominalseaun20%superioralacargademandada.

ï•ûπ =;à_?uK¶

= 3000,89

= 344,8P (22)

ï•ûπõ = 1,2^;01 = 360P (23)

PodríamosutilizarelmodelodeinversorPurSinus500VA-12VdelamarcaVICTRONENERGY.Esteinversoresidealparaalimentartodoslosaparatosconpotenciainferiora500W.Estádiseñado para producir corriente sinusoidal pura de alta calidad. Las características másdestacadas de este inversor semuestran en la Tabla 18. Las características completas seencuentranenlafichatécnica(Anexo6).

Modelo Tensiónmáxima Potenciadesalida12/250 12V[dc]/230V[ac] 200W24/375 24V[dc]/230V[ac] 300W12/500 12V[dc]/230V[ac] 400W

Tabla18:AlgunostiposdeinversoresdelamarcaVICTRONENERGYFuente:Verbibliografía[32]

Memoria

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5.4.11 Dimensionadodelcableado

El dimensionado del cableado de la instalación es indispensable para evitar una caída detensión(c.d.t)excesivaounaumentodelatemperaturaenelcableado.Loprimeropuedeaumentarlaspérdidasenlainstalación,mientrasquelosegundo,puedeprovocarunincendiooundeteriorodelosmaterialesaislantesqueconllevaráunpeligrodecortocircuitos.Porello,esimportanteescogerunasecciónadecuadadelconductorydespuéscomprobarlacorrienteadmisiblesegúnesasección.

Ennuestrocaso,hayquetenerencuentadostiposdecableadodiferentes,elcableadoparalacircuiteríaenDCyunoparalacircuiteríaenAC:

• Tramo1:Módulosfotovoltaicos–Regulador• Tramo2:Regulador–Batería• Tramo3:Regulador–Inversor• Tramo4:Regulador–CargasDC• Tramo5:Inversor–CargasAC

Cabe destacar que la interconexión de los diferentes equipos se realiza contratando unprofesional.AlnoteneraccesoaunreglamentopropiodeMarruecos,eldimensionadoserealizadeacuerdoconelREBT.Esimportantequelaseleccióndelcableadoseafiable,quenosedeterioresucapaaislante,niporefectodelaluzsolar,temperaturaohumedad.

Paraevaluaryestimarlasseccionesrequeridasdeloscablesdelainstalación,utilizaremoslaecuación(23).

o =2^∫^)>^<

(24)

Donde S corresponde a la sección (mm2), L representa la longitud del conductor (m), Irepresentalacorrientequecirculaporelconductor(A),>correspondealaconductividaddelmaterialeléctrico(m/(Ω.mm2))yUrepresentalacaídadetensióntotaldelalínea(V).

Todos loscablesserándeCobre,quetieneunaconductividada20ºCde55,6m/Ω.mm2.ApartirdelanormativaITC-BT-19yelPliegodeCondicionesTécnicasdeinstalacionesaisladasdelared,seseleccionaeltipodecableado.EsteseráunipolarconconductoresaisladosentubosempotradosenparedesaislantesyconaislamientoXLPE(Polietilenoreticulado).


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Tabla19:CorrientesmáximasadmisiblessegúneltipodecablesegúnnormativaITC-BT-19


Porotrolado,paraevitarsuperarlacapacidaddelcableadoyasuposiblecalentamiento,seconsideraunfactordeseguridaddel25%enelcálculodelascorrientes[27].

Lamáximac.d.testálimitadaporelREBT.Noobstante,enunainstalaciónsolarfotovoltaicaaislada,noesaplicable,yaquelospanelesPVautolimitansucorrientemáximaalvalordeIsc.Porlotanto,seempleanotrosvaloresrecomendadosparalac.d.t[45].

)#$%ª,*4 = 1,25^Këë^)#ëë = 1,25 ∗ 2sHKwIwx ∗ 8,54à/sHKwI = 21,4à (25)

),*4ª7'& = )#$%ª,*4 = 21,4à (26)

).,21 =;j_JKGL

^1,25 =7012^1,25 = 7,3à (27)

),*4ª8+9 =;à_

JKGL^?uK¶^1,25 =

30012^0,89

^1,25 = 35,11à (28)

).,01 =;à_230J

∗ 1,25 = 1,63à (29)

Memoria

60

Teniendoen cuenta los cálculos anteriores, la ecuación (23) y laTabla 19, obtenemos lasseccionesnormalizadasqueseencuentranenlaTabla20.

CircuitoVnom

(V)∆V(%)

Umáx(V)

Longitud(m)

Corriente(A)

Sección

obtenida(mm2)Sección

normalizada(mm2)Panel-Regulador 12 5 0,6 2 21,4 2,6 4

Regulador-Batería

12 0,5 0,06 1 21,4 12,8 16

Regulador-Inversor

12 0,5 0,06 1 35,1 21 25

AlimentaciónDC 12 3 0,36 5 7,3 3,6 4

AlimentaciónAC 230 5 11,5 - 0,54 0,03 1,5

Tabla20:DimensionadodelcableadonecesarioparalainstalaciónFuente:Elaboraciónpropia

Lasseccionesnormalizadasdeloscablesdebensertalquelascaídasdetensiónentreellosesténpordebajodelos límitesrecomendados.Por lotanto,comparamoslaUmáx,caídadetensiónmáximaadmisible,queapareceen laTabla20 para cada circuito, con la caídadetensiónquesecalculadeacuerdoconlasseccionesnormalizadasobtenidas.

<#$%ª,*4 = 2^2^21,456^4

= 0,38J < 0,6V (30)

<,*4ª7'& = 2^1^21,4

56^16= 0,05J<0,06V (31)

<,*4ª8+9 = 2^1^35,1

56^25= 0,05J<0,06V (32)

<.,21 = 2^5^7,3

56^4= 0,3J<0,36V (33)

Apartirdelasecuacionesanterioresobservamosqueelcableadodelosdiferentescircuitossuponeunacaídadetensióninferioralarecomendadaparacadauno.Porloquepodemosconcluirqueestábiendimensionado. EnelcircuitodelaalimentaciónAC,alconvertirselaseñalaalterna,contensión230V,laspérdidassondespreciables,sobretododentrodeunapequeñavivienda.

Hasta aquí, se da por terminado el dimensionado teórico del sistema solar domésticopropuesto.


61

5.4.12 Protecciones Lasproteccionesque se recomienda incluirenel cuadrodemandoyprotecciones sonunfusibleporcadacircuito,correspondientesalaparteDC,uninterruptorgeneralautomático(IGA)yuninterruptordiferencial(ID)paraelcircuitoAC.A continuación se presenta un esquema simple correspondiente a nuestra instalaciónfotovoltaicaysusprotecciones.

Figura28:EsquemasimpledelainstalacióndelSHS

Fuente:Elaboraciónpropia

5.5 PresupuestodelSHS ElanálisiseconómicodelsistemahaimplicadoelusodediferentesrecursosquenosbrindaInternetytambiénelcontactodirectoconunascuantasentidadeseconómicas.Los costes indicados en la Tabla 21 representan la inversión inicial, que comprende loscomponentes necesarios de la instalación fotovoltaica. Cabe destacar que todos estoscomponentesseencuentranactualmenteenelmercadoyenelpaísdelcasodeestudio,loquepermitereducirloscostesrelacionadosconeltransporteylosriesgosderoboodañoquepodríanexperimentar.

Memoria

62

COMPONENTESFOTOVOLTAICOSComponente Medición Unidad Preciounitario

(DHS)

Importetotal

(DHS)

Equivalencia

(euros)

MóduloPVTS150P 2 ud 1130 2260 207,8BateríaAccuForce

12V-200Ah2 ud 2300 4600 423

ReguladorRBL-30A 1 ud 400 400 36,8InversorPurSinus

500VA-12V1 ud 1900 1900 174,5

PlacaeléctricaBeper 1 ud 400 400 36,8TOTAL 9560 878,9

Tabla21:AnálisiseconómicodeloscomponentesfotovoltaicosFuente:Verbibliografías[30][46][49][50][51][53]

El alcance del proyecto abarca sólo una estimación de los componentes de la instalacióneléctrica. En Marruecos, los electricistas que se ocupan de las instalaciones de loscomponentes también se encargan de comprar los cables y protecciones necesarios paradichainstalación.Elpreciorelacionadoconsutrabajonodependedelashorasrealizadas,esunatarifafijaparacualquierinstalacióndecableadoenlazonacasodeestudio[54].Laestimacióntendráencuentaloscablesyproteccionesnecesariosdelainstalaciónmáslamanodeobradelelectricista,ygastosadicionalesrelacionadosconeltransporte.

INSTALACIÓNELÉCTRICAConcepto Importetotal(DHS) Equivalencia(euros)

Cablesdedistintosgrosores 143,4 13,2Protecciones 239 22

Manodeobraelectricista 200 18,4Gastosadicionales 764,8 70,5TOTALsinTVA 1347,2 124,1TOTALconTVA 1616,6 149,3

Tabla22:AnálisiseconómicodelainstalacióneléctricaFuente:Verbibliografía[54]

Elgastodelcableadoydelasproteccionessehaestimadoal1,5%y2,5%respectivamente,respectoaltotalde la instalaciónfotovoltaica.Estosvaloressehanelegidosegúnestudiossimilaresysegúnelcableadodimensionadoanteriormenteylasproteccionesestablecidas.Eltransportenosuponeuncostemuyelevadodebidoaqueloscomponentesseleccionadosnoseránimportadosdesdeelextranjero.Lomásrentableserácontratarunaempresamarroquídetransportesrápidos.Elcosteseestimaal8%delcostetotaldelainstalaciónfotovoltaica[55].


63

Respectoaltotaldelainstalacióneléctrica,seañadeelimpuestosobreelvalorañadido.EnMarruecosestecorrespondealaTVA(Taxesurlavaleurajoutée)yestásujetoal20%[66].Acontinuaciónsepresentaelpresupuestototaldelproyecto.Estenoincluyelamanodeobradeingeniería,quehacereferenciaalashorasinvertidasenlarealizacióndelTFG,debidoaquesetratadeunproyectolucrativo.

Importetotal(DHS) Equivalencia(euros)

Componentesfotovoltaicos 9560 878,9Instalacióneléctrica 1616,6 149,3

TOTAL 11176,6 1028,2

Tabla23:AnálisiseconómicototalFuente:Elaboraciónpropia

Medición Unidad Preciounitario

(DHS)

Importe

total(DHS)

Equivalencia

(euros)

Manodeobradeingeniería 420 h 50 21000 1931,1

Tabla24:ManodeobraFuente:Elaboraciónpropia

Elpresupuestonoincluyeelcosterelacionadoconlaobracivil,esdecir,laconstruccióndeunespacioparaalmacenarloscomponentes,quedebenestarprotegidosderobosyfenómenosmeteorológicos.

5.6 MecanismodefinanciaciónparaelSHS Antesdetodo,es importantemencionarquelafinalidaddeesteproyectoseríaaplicarloatodosloshogaresdeldouar.Primeramente, se tendría que crear un programa de lucha contra la deforestación, ladesertificaciónyelcambioclimático,garantizandolaseguridadenergéticadelaspoblacionesrurales pobres. Para ello se tendría que lograr una colaboración entre la ONEE (OficinaNacionaldeElectricidadydeAguaPotable)[56]ylaHCEFLCD(AltaComisiónparaelAguaylosBosquesylaLuchacontralaDesertificación)[57].

Memoria

64

Elprogramamencionadodebebeneficiardeunapoyonacionaleinternacionalconelfindeobtenersubvencionesparagarantizarinstalacionesgratuitasyadaptarloscostosmensualesalosmedioseconómicosdeloshogares.El apoyo financiero nacional puede ser proporcionado por la SIE (Empresa de IngenieríaEléctrica)[58]olaONEE.Encuantoalapoyo internacional,elbancoalemánKfW[59]puedeprovisionarcréditosdeinversión y financiar proyectos de técnicas que permitan ahorrar energía y ayudar aldesarrollo.TambiénelFFEM[60](FondoFrancésparaelMedioAmbienteMundial)puedeserunaalternativaperfecta.Consisteenfinanciarproyectosinnovadoresparaelmedioambienteenpaísesenvíasdedesarrolloyapoyariniciativascapacesdegenerarbeneficiosambientales,socialesyeconómicoslocales.Tienecomoobjetivo,entreotros,preservarlabiodiversidad,elclimaylatierra.Porotrolado,sepuederecurriraHorizonEurope(2021-2027)[61].EsteeselprogramadeinvestigacióneinnovaciónmásgrandedelaUniónEuropeaqueofrecealasuniversidades,institutosdeinvestigación,empresasyorganismospúblicoslaposibilidaddetrabajarjuntosenproyectosinternacionalesyayudaragestionarlosconéxito

5.7 AplicacióndelosODSenelproyectoEn este apartado se analiza el proyecto del SHS diseñado a partir de la metodologíaestablecidaenelcapítulo:DESARROLLOSOSTENIBLEENPROYECTOSENERGÉTICOS.Se obtendrá una vista general de la contribución del proyecto a los ODS y a sus metas,identificandolosODSalosquemáscontribuyeelsector.Laprimeraetapadelametodologíaconsisteenseleccionarelproyecto.EsteobviamenteeselSHSdiseñadoparaelcasodeestudio.Lasegundaetapaserealizautilizandolatabla3yaplicandolametodologíamencionada.Asíobtenemoslossiguientesresultados:

ObjetivosdeDesarrollo

Sostenible

SHSenelcasodeestudio

ODS1 SiODS2 SiODS3 SiODS4 NoODS5 NoODS6 No


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ODS7 SiODS8 SiODS9 SiODS10 NoODS11 NoODS12 SiODS13 SiODS14 NoODS15 SiODS16 NoODS17 Si

Tabla25:EvaluacióndelacontribucióndecadaODSalproyectoseleccionado

Fuente:ElaboraciónpropiaElproyectocontribuye,demaneradiferente,a10ODSsobre17entotal.Apartirdeesteresultado,seharealizadounanálisismásprofundo,enelquesehaevaluadocadametadecadaODSeidentificado,enelcasodelproyecto,loselementosquecontribuyenallogrodeesosODS.Básicamente,laterceraetapaconsisteenidentificarlasmetasalosqueestáconectadoelproyecto.Así,cabedestacarqueesteproyectoestáespecialmentealineadoconlassiguientesmetas:

ODS Metas Descripción

ODS1

1.4 Igualdadencuantoalosserviciosbásicos,losrecursosnaturales,lasnuevastecnologíasylosservicioseconómicos

1.5 Reducir la exposición de los más vulnerables a los fenómenosextremos relacionados con el clima y a los posibles desastreseconómicos,socialesyambientales

ODS2

2.4 Asegurar la sostenibilidad de los sistemas de producción dealimentos, contribuir al mantenimiento de los ecosistemas,mejorarlacalidaddelsueloydelatierra

ODS3 3.9 Reducir el número de enfermedades producidos por productosquímicosyporlacontaminacióndelsuelo

ODS7

7.1 Accesoaserviciosenergéticosasequibles,fiablesymodernos

7.2 Aumentarlaproporcióndeenergíarenovable

7.3 Aumentarlaeficaciaenergética

7.a Promover la cooperación internacional para facilitar la energíalimpia

7.b Servicios energéticosmodernos y sostenibles para todos en lospaísesendesarrolloconsusprogramasdeapoyo

Memoria

66

ODS8

8.2 Niveles más elevados de producción económica con un usointensivodelamanodeobra

8.3 Promover políticas que apoyen actividades productivas y lacreacióndeunempleodecente

8.7 Ponerfinaltrabajoforzoso,ponerfinaltrabajoinfantil

8.10 Instituciones financieras nacionales que fomenten y amplíen elaccesoalosserviciosparatodos

ODS9

9.1 Desarrollodeinfraestructurasfiables,sosteniblesregionales,conaccesoasequibleyequitativoparatodos

9.a Desarrollodeinfraestructurassosteniblesenpaísesendesarrollomedianteunapoyofinancieroytécnico

ODS12 12.2 Gestiónsostenibleyusoeficientedelosrecursosnaturales

ODS13 13.2 Medidasrelativasalcambioclimáticoenplanesnacionales

13.3 Sensibilizaciónrespectoalcambioclimático

ODS15

15.2 Gestiónsostenibledelosbosques,findeladeforestación

15.3 Lucharcontraladesertificaciónylossuelosdegradados

15.9 Integrarlosvaloresdelosecosistemasenlaplanificaciónnacionalylocal

ODS17

17.3 Movilizarrecursosfinancierosdemúltiplesfuentesparalospaísesendesarrollo

17.5 Aplicarsistemasdepromocióndelasinversiones

17.16 Mejorar la alianza mundial para el desarrollo sostenible,intercambiando conocimientos, especialización , tecnología yrecursosfinancieros

17.17 Fomentar y promover la constitución de alianzas en todas lasesferas

Tabla26:Metasquecontribuyenalproyectoseleccionado

Fuente:Elaboraciónpropiay[9]Comosepuedeobservar,secubrentodaslasmetasdelODS7(accesoalaenergía).OtrosODSrelacionadostambiénseconectanalproyecto.PorejemploelODS8,elquepromueveuntrabajodecenteyuncrecimientoeconómico,actúaenelproyectoporqueunadesusfinalidades,másalládelainstalacióndelSHS,esencontrarmano de obra local. Puede ser una oportunidad inestimable para los electricistas que seencargaríanporejemplode llevaracaboelproyectodemayorenvergaduraypodríanseracudidospararealizarelmantenimientodelainstalación.Laluzeléctrica,losmediosdecomunicaciónmodernosyelaccesoalasnuevastecnologíasmejora las oportunidades de formación (ODS 13). Cocinar y calentar con combustiblesmodernosoelectricidadesmássano(ODS3)yreducelascargasdetrabajo,especialmenteparamujeresyniños.


67

Laenergíamodernapuedemejorarsignificativamente lascondicionesdevidaen laszonasruralesyayudaralimitareléxodorural(ODS9).El acceso a servicios energéticosmodernos es una herramienta esencial paramejorar lashabilidadesdelosdesfavorecidos,asícomoparapromoverlaigualdad.Elaccesoalaenergíasostenibledebeformularsecomounderechohumanofundamental(ODS1).

Figura29:TasadecoberturadelasmetasdelosODSdelproyecto

Fuente:Elaboraciónpropiay[62]

EsteanálisisconfirmaladiversidaddelproyectoenrelaciónalostemasdelosODS.ElgráficorepresentadoenlaFigura29estableceeltotaldemetasdecadaODS(figuradoenazul)yelnúmerodemetasqueseaplicanenelproyecto(figuradoennaranja).

5.8 Éxitodelprograma Acontinuación,enlaTabla27,sepresentalaevaluacióndelSHSdimensionado,deacuerdoconlosdiferentesfactoresparagarantizareléxitodeunprograma.Sehaevaluadoelniveldeimpactodeesosfactores(alto,medio,bajoonoaplica),enfuncióndesuaplicaciónenelcasodeestudio.

Memoria

68

Factoresdeéxito Alto Med Bajo N/AIdentificacióndelaspartesinteresadasdelprograma X Accesoaunaenergíamáslimpia X Cambiodecombustiblestradicionales X Mejoradelascondicionesdevida X Previsióndeunmecanismodefinanciaciónenelprograma X Disponibilidaddelreciclajedebaterías X Formacióndelosusuariosencuantoalautilizacióndelsistema X Disponibilidadderepuestosenelárealocal X Formacióndelaspersonaslocalesparaelmantenimientodelsistema X Generacióndeoportunidadesdeempleoenelárealocal X Construccióndeunserviciopostventa XDiseñodelsistemaenfuncióndelasnecesidadesdelosusuarios X

Tabla27:EvaluacióndelosfactoresdeéxitoenelprogramaFuente:Elaboraciónpropia

SegúnlosresultadosmostradosenlaTabla27, lamejoranecesariaparagarantizareléxitocompletodelprogramaseríalaformacióndelapoblaciónlocalsobreelmantenimientodesistemasyelserviciopostventa.Paraelloseránecesariofacilitarpiezasderepuestoenlazonalocal.Ladisponibilidaddelreciclajedebateríaesposibleperonosehatenidoencuentaalahoradediseñarel sistema,así como la formaciónde losusuariosencuantoa lautilizacióndelsistema.

5.9 Impactoambiental Larealizacióndeesteproyectocontribuyeaunosefectosmedioambientalesmuypositivos.Estosserelacionanconlareduccióndelosgasesdeefectoinvernadero,seevitalapolucióndeCO2,limitandolautilizacióndeloscombustiblesfósiles.Lasemisionesdiariasevitadasseobtienenmediantelaecuación(33).

óò•[•Bûd[Z•Cc•C[CYBccCZC[ = "&$&'(^æ_ø¿w(34)LaEtotal correspondea laenergíaconsumidadiariamenteenelcasodeestudio.Estevalor,calculadoanteriormente,esde710Whpordía.ElvalorMCO2ecorrespondealvalormediodelasemisionesasociadasalageneracióndelaelectricidaddisponibleenlaredeléctrica.LaADEME (Agencia del Medio Ambiente y la gestión de la Energía ) estima un valor, en


69

Marruecos,del0,718kgdeCO2/1kWh[65].Porlotantoobtenemoselsiguienteahorrodeemisiones:

"LuxuGKwxSuHtuHxHℎGttHSHx = 0,710íPℎ^0,718í¡_ø¿íPℎ

= 0,51í¡_ø¿/SíH

óò•[•Bûd[CûùCDd[CYBccCZC[ = 0,51í¡_ø¿SíH

^365SíHxHñG

= 186,15í¡_ø¿/HñG

= Ç, â√iA@ƒõ/CñBAlolargodetodalavidaútildelproyecto,seahorraránunvalorde0,186tCO2cadaaño.Además, el proyecto permitirá la reducción del uso de leña y de la vulnerabilidad de lapoblaciónalcambioclimático,sindejardegarantizarlaseguridadenergéticaalaspoblacionesruralesmáspobres.Así,elpaísestarámenosexpuestoaladeforestación,loquetienecomoconsecuencia grave, además de la pérdida de biodiversidad, la disminución de ladisponibilidadderecursoshídricos.El cumplimiento de los ODS contribuirá a los resultados deseados, descritos entre lasdiferentesmetasdecadaobjetivo.Esecumplimientogeneraráunimpactomedioambientalpositivo,comosepuedeobservarenelapartadoanteriorAplicacióndelosODSenelproyecto.

5.10 RecomendacionesElsistemasolardomésticodiseñadoanteriormente,comosecomentóalprincipiodelcasodeestudio,poneenevidencialatransferenciadesubsidiosdedicadosalgasalaproduccióndeelectricidadparasuposible instalaciónyparaeliminargradualmenteelusode leñaen lasáreas con alta deforestación. Sin embargo, este proyecto sólo puede realizarsemediantegrandesayudasexterioresoatravésdeasociacionescapacesdefinanciarlo.Apesardesusventajas,laimplementacióndelSHSnotieneimpactoenelusodeleñasinose orienta hacia el uso de una placa eléctrica como la propuesta en elAnexo 1. En otraspalabras,laimplementacióndeproyectosdeenergíarenovablenogarantizaplenamentelaseguridadenergéticadelaspoblacionesruralespobresy,porlotanto,lashacevulnerablesalcambio climático y al no cumplimiento de los ODS. Para superar este problema, se hadesarrolladounarecomendación.Consisteenelestudiodeloshornossolares,delacualsehablarábrevemente.

Memoria

70

5.10.1 LoshornossolaresElestablecimientoyeléxitodehornossolarespuedecontribuiramejorarlascondicionesdevidadevarioshogaresmarroquíes.Elobjetivoprincipalesdesarrollarypromoverunamayorcantidaddehornossolaresqueseaneficientes,fiables,adaptablesalasnecesidadesdelosbeneficiariosydeunpreciobajo.Estoshornos,sisondealtorendimiento,puedenpermitiralosresidentesdejardeutilizarmaderadelosbosquesparasusnecesidadesdiariasencocinas(platoscocinados)yenbaños(aguacaliente).Suusopodríaserunaalternativamuyinteresanteyunasoluciónviablequepuedaaumentarelpoderadquisitivode loshogares,disminuirconsiderablemente laemisióndedióxidodecarbono,ladeforestación,ylaerosióndelsuelo,disminuirlasmortalidadescausadasporlasenfermedadesrespiratoriasyparticiparalacreacióndeempleos.Lazonacasodeestudio,localizadaenlaregióndeSmimou,estámuyafectadaporlagravedadde la deforestación. La implementación de hornos solares sería una gran ventaja para lacomunidadrural,sinembargo,hadeiracompañadadeseminariosquepermitansensibilizarloshabitantessobrelosproblemasenergéticosylapolucióndelmedioambiente.Tambiénesimportante organizar sesiones de formación de utilización de los hornos, para que lasatisfaccióndeloshabitantesencuantoasufuncionamientoseamáxima.Elhornosolarconsisteentransformarlaenergíaprovenientedelsolenpodercaloríficoparacalentarlosalimentos.Tambiénseconocecomococinasolardecaja,formadaporunvolumenaislado térmicamente del exterior. La radiación solar pasa a través de una superficietransparente(generalmentedecristal)queevitalasalidadelcaloralexterior.Elnegromatedelinteriordelacajapermitelaformacióndeenergíacalorífica.Elcalorsetransmitehacialaollamedianteconvecciónyconduccióninterior.

Figura30:Hornosolarococinasolardecaja



71

Enelmercadoactualexistenhornossolarescomerciales,defabricaciónartesanalycaseros,quevaríanenfuncióndelapotencia,diseño,tamaño,materiales,etc.Lacoccióndelosalimentosenelhornosolarpermitemantenersusabornatural.Sepuedenprepararlasmismasrecetasquesehacenenunhornoconvencional.Latemperaturamáximaquesepuedealcanzarenunhornosolardependedesuseficienciaydel lugar de la zona y las condiciones meteorológicas. En general, y en condicionesatmosféricas favorables, sepuedenalcanzar temperaturasmáximasentre180y200C .Acontinuaciónobservamosungráficoqueilustralastemperaturasadecuadasdecocciónenunhornosolar.

Figura31:TemperaturasdecocciónenunhornosolarFuente:Verbibliografía[37]

Los aspectosmás importantes a considerar en el caso de implantar esta tecnología en laviviendacasodeestudio,despuésdepreguntaraunascuantaspersonasenlosalrededoresdelazonasobrelasexigenciasquesepiden,semuestranenlaTabla28.

Exigencias

1 Eltiempodefuncionamientoydededicaciónespoco2 Norequiereespecialmantenimiento,ylalimpiezaesfácil3 Elaccesoalacomidaesfácil,ylautilizacióndelhornoescómoda4 Elespacioesmínimo5 Sepuedecocinarvariosalimentosalavez

Tabla28:ExigenciasdelacomunidaddeSmimou

Fuente:Elaboraciónpropiaatravésdelamini-encuestarealizadaDeacuerdoconlasexigenciasdescritasyconlasventajasydesventajasdelhornosolarqueaparecenenlaTabla29,seharealizadounanálisisparaevaluarlacompatibilidadentrelazonacasodeestudioylaimplantacióndelhornosolar,ysicumplelosrequisitosdelosODS.

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Ventajas

FuncionasinestarconectadoagasoelectricidadFuncionaúnicamentegraciasalaradiaciónsolar,energíagratuitaeinagotableMejorpreservacióndelosnutrientesycalidaddelosalimentosFácilmantenimiento

Desventajas

ExtiendelostiemposdecocciónNecesitaserorientadoNofuncionacuandonohaysolAccesibilidadpococómoda,sedebelevantarelvidrio

Tabla29:Principalesventajasydesventajasdelhornosolar

Fuente:Verbibliografías[37][38]Comosecomentópreviamenteeneltrabajo,Smimouesunazonaconmuchosol,porloqueelfuncionamientodelhornosolaresmuyconvenienteeneselugar.Porotraparte,elhornofunciona en cualquier lugar, sin conexión al gas ni a la electricidad, y en caso de falta deinfraestructuraoposibleapagón,comopuedeocurrirennuestrocaso,permitecocinardetodosmodos.Esunmétododecocciónmuyadecuadoenlospaísesendesarrollo.Al no consumir ni gas ni electricidad, este dispositivo, si se usa regularmente, permite unimportanteahorroenergéticoyeconómico.Esteequipoayudaalimitarelcalentamientoglobalalreducirlasemisionesdegasesdeefectoinvernadero.Elusodelhornosolarpuedeayudarclaramentealimitarladeforestaciónydejardedependermuchodelaleñaparacocinar.Cumpleentoncesconalgunosdelosobjetivosdeldesarrollosostenible:

ODS07 EnergíaasequibleynocontaminanteODS13 AcciónporelclimaODS15 Vidadeecosistemasterrestres

Tabla30:ODSquesecumplenintroduciendoelhornosolarenzonacondeforestación

Fuente:ElaboraciónpropiaRespectoa lasdesventajascomentadasya lasexigencias requeridaspor loshabitantes, laúnica solución recomendada sería diseñar un nuevo prototipo que resulte atractivo a lacomunidad: un horno de tamaño reducido que se puede orientar hacia la radiación solardirectaautomáticamente,quemaximizaentonceslaenergíadeentradayminimizaeltiempodedicadoacocinar.


73

6. CONCLUSIONESAraízdeltrabajorealizadoobtenemoslassiguientesconclusiones:Enestetrabajosehanidentificadolosdiferentestiposdesistemasenergéticosaisladosdelared que se suelen instalar en los países en vías de desarrollo. Estos sistemas incluyen laslinternas solares, los SHS, los quioscos de energía y las micro-redes, y se seleccionandependiendodelasnecesidadesdelapoblaciónydellugardeaplicación.Paraevitarcualquiertipodefracasosehandeterminadounasconsideracionesexternasquesetienenquetenerencuentaalahoradeimplementarelsistema,comoporejemplo,losarriesgadosrobosdeelectricidad,lacalidaddeloscomponentes,elusoylacalidaddeequipos,etc.Porotraparte,alanalizarlosobjetivosdeDesarrolloSosteniblemarcadosporlaONUen2015parasatisfacerelplandeaccióndeseadopara2030,sehanotadoquemuchosdeellospuedenaplicarse a sistemas energéticos en países en desarrollo. Se ha notado una fuerteinterdependenciaentreelODS7,elODS8,elODS13yelODS17.Pararealizarunanálisismásprofundo, se ha facilitado una metodología de aplicación a un proyecto específico, quepermiteevaluarlosobjetivos,ysusmetas,quecontribuyenmásaldesarrollosostenible.Determinarelcasodeestudionohasidomuysencillo,debidoalalimitaciónencuantoalosdatosnecesarios,perofinalmentesehaoptadoporcentrarseenMarruecos.Alanalizarsusituación actual, hemos observado que este país en desarrollo tiene un gran potencialenergético y ha establecido varias estrategias para contribuir al Desarrollo Sostenible. Sinembargotodavíaencontramosmétodosdeproducciónyconsumodeenergíasnososteniblesenlaszonasmáspobres.Entreellosdestacaelusodelaleñaparacocinarycalentar,loqueconllevaaladeforestaciónydesertificacióndelaszonasmásvulnerables.Paralimitarelusodeleña,sehapropuestounSHS,elcualsehaexaminadoconunenfoqueparticularconrespectoalosotrossistemasidentificados,enunazonadeMarruecosconaltadeforestación.Eldiseñoydimensionadodelainstalaciónsolarfotovoltaicaseharealizadoconunconsiderablemargendeseguridady,paracumplirlosrequisitosdesostenibilidad,sehaescogidounoscomponentesasequibles,fiablesyquetenganencuentalasconsideracionesexternasmencionadasanteriormente.Alaplicarlametodologíadeldesarrollosostenible,hemosobservadoqueefectivamente,elproyectocumplediversasmetasdelosODSygarantizalasostenibilidadambiental.Realizandoesteproyecto,sebuscaprincipalmentesuexpansiónamásviviendasdelmismotipo y con las mismas insuficiencias. Al realizar el análisis económico de la instalación,observamosqueesunainversiónimportantequesólosepuedefinanciarmedianteapoyosnacionales e internacionales. Se han propuesto unas cuantas instituciones y bancos quepodríanayudaralahoradeimplementarelproyecto.Para finalizar el trabajo, se ha propuesto una recomendación que puede ser una buenaalternativaparacombatirladeforestaciónenlazonacasodeestudio.Porejemplo,loshornossolaressuponenuncostemenor,ysisediseñanrespetandolasnecesidadesdelapoblaciónruralyaplicandolosrequisitosdesostenibilidad,puedenlimitarfuertementedichoproblemaambiental.

Memoria

74

7. BIBLIOGRAFÍA[1]VividEconomicsandOpenCapitalAdvisorsanalysisofInternationalEnergyAgencyetal.,TrackingSDG7[2]WorldBank:Worldbankopendata(2017)[3]LinternaSolar.AccesedSeptember30,2020fromhttps://bit.ly/2JoQpUm[4]SolarHomeSystems-anoverview|ScienceDirectTopics.AccesedSeptember30,2020fromhttps://www.sciencedirect.com/topics/engineering/solar-home-systems[5] Procurement for Energy Kiosks under the Sustainable Energy for Rural Communities(SE4RC) Progamme at Nsanje and Chilrwawa, Malawi (1670) | Tendersontime. AccesedOctober2,2020fromhttps://cutt.ly/2jaa5UX[6] Cooperation in microgrids through power exchange: An optimal sizing and operationapproach – ScienceDirect. Accesed October 1, 2020 fromhttps://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261917309832[7]Louie,H.(2018).Off-GridElectricalSystemsinDevelopingCountries.InOff-GridElectricalSystems in Developing Countries. Springer International Publishing. Accesed September 2,2020fromhttps://doi.org/10.1007/978-3-319-91890-7[8]Franco,A.,Shaker,M.,Kalubi,D.,&Hostettler,S.(2017).Areviewofsustainableenergyaccess and technologies for healthcare facilities in the Global South. Sustainable EnergyTechnologiesandAssessmentsfromhttps://doi.org/10.1016/j.seta.2017.02.022[9]Objetivosymetasdedesarrollosostenible–DesarrolloSostenible.AccesedOctober7,2020fromhttps://www.un.org/sustainabledevelopment/es/objetivos-de-desarrollo-sostenible/[10] Energía – Desarrollo Sostenible . Accesed October 7, 2020 fromhttps://www.un.org/sustainabledevelopment/es/energy/[11]Würfel P (2005) Physics of solar cells, from principles to new concepts. Wiley-VCH,Weinheim[12]Urmee,T.,Harries,D.,&Holtorf,H.-G.(2016).PhotovoltaicsforRuralElectrificationinDevelopingCountries.SpringerInternationalPublishing.AccesedSeptember2,2020fromhttps://doi.org/10.1007/978-3-319-03789-9[13]FischerW(1996)Stationarylead-acidbatteries—anintroductoryhandbook.Hoppeckke,Brilon,Germany[14]VRLA-BATTERY,.VRLA-BATTERIEStechnicalspecification.AccesedOctober13,2020


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[19]ÉNERGIESRENOUVELABLES.AccesedNovember30,2020fromhttps://bit.ly/36zkPvK

[20]Masen|L’AgenceMarocainepourl’EnergieDurable.AccesedNovember28,2020fromhttp://www.masen.ma/

[21] Avis du Conseil Economique, Social et Environnemental Accélérer la transitionénergétiquepourinstallerleMarocdanslacroissanceverte.AccesedNovember15,2020fromwww.cese.ma

[22]IRES.AccesedNovember16,2020fromhttps://ires.ma/index.php/fr/ires

[23]Faouzi,H. L’exploitation dubois-énergie dans les arganeraies: entre soutenabilité etdégradation$régiondesHaha,Haut-AtlasOccidental,Maroc$.AccesedNovember27,2020fromhttps://bit.ly/3ojOLSM

[24] Douar Graouna - La Région de Haha à vélo. Accesed November 30, 2020 fromhttps://bit.ly/2Vt3PAY

[25]Smimou(Morocco)map-nona.net.AccesedNovember4,2020[26]Smimou-GoogleMaps.AccesedNovember4,2020[27]DepartamentodeIngenieríaElectrónica,IEEEN(UPC):BloqueI,SistemasdeESF[28]Ventajas yaplicacionesde lasbateríasAGMyGel.AccesedNovember27,2020 fromhttps://bit.ly/2JE93XV[29] JRC Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) - European Commission.AccesedNovember15,2020fromhttps://ec.europa.eu/jrc/en/pvgis[30]PanneauphotovoltaïqueTESLASOLARPolycristallingradeA150WcMarrakech,Maroc.AccesedNovember11,2020fromhttps://bit.ly/2VvMYNZ[31]30APWMSolarPanelBatteryChargeController12V24VAutoLCDDisplaySolarRegulatorwithDualUSB5VOutputRBL-30A.AccesedNovember11,2020fromhttps://bit.ly/3ojP4Nq

Memoria

76

[32]Convertisseurpursinus500VA12VoltsPhoenixNEMA5-15RVictronEnergy.AccesedNovember12,2020fromhttps://bit.ly/36yX2vM[36]SolarCooking|Fandom.AccesedOctober27,2020fromhttps://bit.ly/33HoC8y[37]Hornosolar.Funcionamiento,temperatura,informaciónAccesedDecember3,2020fromhttps://bit.ly/2VxhcA4[38]Lesavantageset les inconvénientsdelacuissonaufoursolaire.AccesedDecember3,2020fromhttps://www.cuiseur-solaire.com/avantages-four-solaire/[39]Comas:intervienendosfabricasporrobodeelectricidad–YouTube.AccesedNovember5,2020[40]JossenA,WeydanzW(2006)ModerneAkkumulatorenrichtigeinsetzen.IngeReichardtVerlag[41]TurnerC(2008)Ironphosphatebuildsabetterbattery:lithium-ironphosphateisoneofthe safest cathode materials available and is changing the way designers should look atbatteries.[42] Battery University (2003) Learn about batteries. Accesed October 13, 2020 fromhttps://bit.ly/2VveqeD[43]Sturm,R.,Njagi,A.,Blyth,L.,Bruck,N.,Slaibi,A.,Alstone,P.,Jacobson,A.,Murphy,D.,Elahi,R.,Hasselsten,J.,Melnyk,M.,Peters,K.,Appleyard,E.,Orlandi,I.,Tyabji,N.,Chase,J.,Wilshire,M.,Vickers,B.:Off-gridsolarmarkettrends(2016).fromhttps://bit.ly/3mBnT01[44]BiermannERK,CorvinusF,HerbergT,HöflingH(1996)Basicelectrificationforruralhouseholds,experiencewiththedisseminationofsmall-scalephotovoltaicsystemsEschborn.GTZ,Germany

[45]Censolar.AccesedNovember28,2020fromhttps://www.censolar.org/

[46]PLAQUECHAUFFANTEELECTRIQUEBEPER1FEU–BLANC.AccesedNovember18,2020fromhttps://bit.ly/2VsNsEu

[47]Luttecontrel’effetdeserreetleschangementsclimatiques.AccesedOctober31,2020fromhttps://bit.ly/37sQWMQ

[48]DépendanceénergétiqueduMaroc :Letauxchuteà88%en2020.AccesedNovember18,2020fromhttps://bit.ly/2KUW192

[49] Batteries solaires | Jardin et outils de bricolage à Marrakech | Avito.ma. AccesedNovember28,2020

[50]VentedeRegulateurSolaire|SoloStocksMaroc.AccesedNovember30,2020


77

[51]OnduleurPhoenixVictronEnergy12Volts180/350/800Wattsortie220Volts.AccesedNovember30,2020fromhttps://bit.ly/2VveQld

[52]Marochorizon2020,Oùestcequ’onest? :ParcéoliendeTAZA.–MrElec.ma.AccesedNovember27,2020

[53]Onduleur12Vpoursiteisoléduréseauélectrique :VictronPhoenixDeltaSinusASPetCristecSolo.|SOLARIS-STORE.AccesedDecember2,2020

[54]PrixdeElectriciendansToutleMarocdansAUTRES|AvitoAccesedDecember2,2020

[55]Carré-Smtr(Transports)(StémarocainedestransportsrapidesCarré)|Kerix,l’annuairedesprofessionnelsduMaroc.AccesedDecember2,2020

[56]ONEE.AccesedDecember2,2020fromhttp://www.one.org.ma/

[57]HCEFLCDArchives–AgriMaroc.ma.AccesedDecember2,2020

[58]SIE.AccesedDecember3,2020fromhttps://www.sie.co.ma/

[59]KfWGroup.AccesedDecember2,2020fromhttps://www.kfw.de/kfw.de-2.html

[60]Home|FFEM-FondsFrançaispourl’EnvironnementMondial.AccesedDecember2,2020fromhttps://www.ffem.fr/fr

[61] Horizon Europe | European Commission. Accesed November 27, 2020 fromhttps://ec.europa.eu/info/horizon-europe_en

[62]Contribution auxObjectifs deDéveloppementdurabledu Secteur EnergieGizMaroc.AccesedNovember8,2020

[63]InformationonSolarPhotovoltaicEnergy,PVEffect,PhotovoltaicCellsModules.AccesedDecember22,2020fromhttps://cutt.ly/ujhKhZm

[64] YUBASOLAR: INVERSORES. Accesed December 23, 2020 fromhttp://www.yubasolar.net/2015/02/inversores.html

[65]RapportBilanCarbone®(2018).AccesedJanuary7,2021,fromhttps://cutt.ly/9jhKgdQ

[66]Fiscalité-Taxesurlavaleurajoutée(TVA) :Lesprincipauxapportsduprojetdelaloidefinances2020auMaroc–Tax-news.AccesedJanuary7,2021,fromhttps://cutt.ly/Gjh57S6

[67]Fourssolairesinnovantspourlemonderuraletleszonesforestières-InitiativesClimat.AccesedOctober28,2020

[68]Senghor-OIF-IFDD,U.Développementdurable:comprendreetanalyserdesenjeuxetdesactionsdudéveloppementdurable-Moduel6

Memoria

78

[69]ENERGIESRENOUVELABLEETDÉVELOPPEMENTDURABLEAUMAROC|ZOUIRI|Revued’Etudes en Management et Finance d’Organisation. Accesed January 3, 2021 fromhttps://bit.ly/36wjQMN

[70] Del, M., & Ortiz Quijano, R. (2013). Accesed November 10, 2020 fromhttps://bit.ly/3mB3cRS

[71]Moreno,A.(2016).Dimensionadodeunainstalaciónfotovoltaicaparaunaviviendaruralaislada.

[72]Alternativasparalaelectrificacióndezonasrurales(2016).

[73]Lara,J.(2014).SistemaFotovoltaicoAutónomoparaCasaRural

[74]NoelMárquez,M.,Tomás,R.,Navarro,G.,Ángel,J.,&Jiménez,S.(2016).PROYECTODEINSTALACIÓNDEENERGÍASOLARTÉRMICAYSOLARFOTOVOLTAICAPARALAPOBLACIÓNDEARBOLLÉ(BURKINAFASO)

[75]MesaLozano,M.(2017).ElectrificacióndezonasruralesaisladasenÁfrica(Nikki)

[76] (2017). ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR “INSTALACION SOLAR FOTOVOLTAICA PARAVIVIENDARURAL”

[77] Carrillo Fernández, O. F. (2013). La cocina solar, su conceptualización, diseño yconstrucciónabajocostoparalazonaruraldelvalledeToluca


79

ANEXOSANEXO1:DemandadelaviviendacasodeestudioLazonaaelectrificarconstadeunadelasviviendasdeundouar.Esteconsisteenunconjuntodeviviendasruralesquecomprendede50a400hogares.Actualmenteconstituyelaunidadbásicadelacomunidadrural,perolosdouarsnoestánintegradosenlacodificacióngeográficaoficial.

Figura32:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHaha

Figuras32y33:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHahaFuente:Verbibliografía[24]

Figura33:ConjuntodeviviendasruralesdeundouarenlaregióndeHahaSe estima una superficie de 35 m2 y una familia de 4 personas [24]. El alcance de estaelectrificación abarca la iluminación interior, una radio, un televisor, un teléfonomóvil yequiposdebajapotenciaparalacocina.ElcálculodelademandaestimadaseharealizadomediantelaherramientadecalculoExcel.EnlaTabla31semuestraelresultadodelestudio.Para la iluminación se propone bombillas tipo led, ya que su bajo consumo permite unimportante ahorro energético. También se incluye una radio y televisor, que les permitedisponerdemásconocimientosyseguirlaactualidad.Yfinalmente,paralacocinasepropone

Memoria

80

elusodeunaplacaeléctricaportátildebajapotencia,alimentadaenAC[46].Estapermiteelcalentamientodealimentosypuedeserunabuenaalternativaalusodeleñaparacocinar.

Figura34:Placaeléctricaportátil


Descripción

delEquipo

Corriente Potencia(W) Nºde

Equipos

Horas/día Energía

(Wh/día)

Iluminación DC 10 4 3 120Televisor DC 15 1 3 45Radio DC 10 1 4 40

Teléfonomóvil

DC 5 1 5

Placaeléctrica AC 300 1 2 510

Tabla31:DatoscompletosdelconsumodiariodeelectricidadparaelhogarFuente:Verbibliografía[47]


81

ANEXO2:Radiaciónsolarrecibida

-200

0

200

400

600

800

1000

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Enero

-200

0

200

400

600

800

1000

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Febrero

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Marzo

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Abril

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Mayo

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Junio

Memoria

82

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Julio

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Agosto

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Septiembre

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Octubre

-200

0

200

400

600

800

1000

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Noviembre

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

00:00 12:00 00:00 12:00

W/m

2

Tiempo

Diciembre


83

Estas gráficas corresponden a la irradiancia de cada mes, la potencia instantánea de laradiaciónsolarrecibidaporunidaddesuperficie(W/m2).SehanrealizadoenlaherramientaExcelapartirdelosdatosrecibidosmediantePVGIS,quecorrespondenalairradiaciónglobalparaelánguloóptimo,30°.Apartirdeestosdatossehanobtenidolosvaloresderadiaciónsolardisponiblediariamenteymensualmente,queseencuentranenlaTabla15.

Memoria

84

ANEXO3:FichatécnicapanelPV


85

ANEXO4:Fichatécnicabatería

SpecificationsNominal Voltage 12 VNumber of cells 6Design Life 10 years Length 522 mm

Dimensions Width 238 mm

Height 218 mm Total Height 221 mmApprox. Weight 0.75 kg 20 hours rate (10.5 A, 10.8 V) 210 Ah 10 hours rate (20.0 A, 10.8 V) 200 AhNominal Capacity (25ºC)

5 hours rate (35.0 A, 10.5 V) 175 Ah 1 hour rate (124.0 A, 9.6 V) 124 AhMax. Discharge Current (25ºC) 1600 A (5s)Internal Resistance

3.0 mOhmsFully Charged battery (25ºC)Self-Discharge 3% of capacity declined per month at 20ºC (average) Discharge : -15ºC~50ºCOperating Temperature Range Charge : -10ºC~50ºC Storage : -20ºC~50ºCShort Circuit Current 5420 A Cycle use 2.40-2.45 Vpc

Charge Methods: Maximum charging current 60 A

Constant Voltage Charge (25ºC) Temperature compensation -30 mV/ºC

Standby use 2.23-2.27 Vpc Temperature compensation -18 mV/ºC

Dimensions

Battery Construction Component Positive Plate Negative Plate Container Cover Safety Valve Terminal Separator Electrolyte Raw material Lead dioxide Lead ABS ABS Rubber Copper Fiberglass Sulfuric acid

Applications

• Uninterruptible Power Supplies (UPS)

• Electric Power Systems (EPS)

• Emergency backup power supplies

• Electronic apparatus and equipment

• Communication power supplies

• DC power supplies

• Auto control system

AccuForce 12V - 200Ah | VRLA Battery

www.systems-sunlight.com

Constant Current Discharge (Amperes) at 25ºCEnd Voltage (Volts/Cell) 10min 15min 30min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 8h 10h 20h1.60 V 394 330 200 124 73.1 51.0 41.8 35.7 31.2 24.5 20.4 10.71.65 V 382 322 196 122 72.6 50.7 41.6 35.5 31.0 24.3 20.3 10.71.70 V 366 310 190 119 72.0 50.4 41.3 35.2 30.8 24.2 20.3 10.61.75 V 350 300 185 117 70.9 50.0 41.0 35.0 30.6 24.0 20.1 10.61.80 V 331 284 179 113 69.1 48.5 39.8 34.0 29.7 23.3 20.0 10.5

Constant Power Discharge (Watts) at 25ºCEnd Voltage (Volts/Cell) 10min 15min 30min 1h 2h 3h 4h 5h 6h 8h 10h 20h1.60 V 4253 3623 2244 1414 846 600 492 422 369 291 243 1281.65 V 4125 3536 2199 1392 841 596 489 419 367 289 243 1281.70 V 3955 3406 2132 1357 834 592 486 417 364 287 242 1281.75 V 3785 3290 2080 1330 821 588 482 414 362 285 240 1271.80 V 3573 3116 2004 1289 800 570 468 401 351 277 239 126(Note) The above characteristics data are average values obtained within three charge/discharge cycles not the mimimum values.

522±2 238±2

218±

222

1±2

Memoria

86


87

ANEXO5:Fichatécnicaregulador

RBL Series10A 20A 30A 40A 50A 60A

12V 24V Auto recognition

Brief Instruction24V 12V Auto Solar Panel Battery Charge Controller 60A 50A 40A 30A 20A 10A LCD Solar CollectorRegulator with Dual USB Output 5V. This is New Solar Controller ,It can fully meet your home Photovoltaicsystem(including home lighting system )requirements .It can recognize 12V and 24V Lead acid ,Gel batteryautomatically .

There are optional 10A 20A 30A 40A 50A 60A models

Features:1.Build-in industrial micro controller.2.Big LCD display,all adjustable parameter.3.Fully 4-stage PWM charge management.4.Build-in short-circuit protection,open-circuit protection,reverse protection,over-load protection.5. Dual mosfet Reverse current protection ,low heat production.

Memoria

88


89

Memoria

90

ANEXO6:Fichatécnicainversor

www.victronenergy.com

Port de communication VE.Direct Le port VE.Direct peut être raccordé à : • Un ordinateur (Câble d'interface VE.Direct-USB nécessaire). • Smartphones Apple et Android, tablettes, macbooks et autres dispositifs

(une clé électronique Bluetooth Smart communicant avec VE.Direct est nécessaire).

Entièrement configurable : • Niveaux de réinitialisation et déclenchement de l'alarme en cas de tension de batterie faible • Niveaux de redémarrage et coupure en cas de tension de batterie faible • Coupure dynamique : niveau de coupure en fonction de la charge • Tension de sortie 210 - 245 V • Fréquence de sortie 50 Hz ou 60 Hz • Niveau de détection du mode ECO et Allumage/arrêt du mode ECO

Surveillance : • Tension d’entrée et de sortie, % de charge et alarmes Fiabilité reconnue La topologie de pont complet avec un transformateur toroïdal a démontré sa fiabilité depuis des années. Les convertisseurs sont protégés contre les courts-circuits et la surchauffe, que ce soit en cas de surcharge ou de température ambiante élevée. Forte puissance de démarrage Nécessaire pour démarrer des charges telles que des convertisseurs de puissance pour des ampoules LED, halogènes ou des outils électriques. Mode ECO En mode ECO, le convertisseur commutera sur pause si la charge chute en dessous d'une valeur prédéterminée (charge minimale : 15 W). Une fois sur pause, le convertisseur s'allumera une courte période de temps (réglable ; par défaut : toutes les 2,5 secondes). Si la charge dépasse un niveau préconfiguré, le convertisseur restera allumé. On/off à distance. Un interrupteur à distance d'allumage/arrêt peut être connecté à un connecteur à deux pôles ou entre le pôle positif de la batterie et le contact gauche du connecteur à deux pôles. LED de diagnostic Veuillez consulter le manuel pour une description. Pour transférer la charge vers une autre source CA : le commutateur de transfert automatique Pour nos convertisseurs de faible puissance, nous recommandons l'utilisation de notre commutateur de transfert automatique Filax. Le Filax bénéficie d'un temps de transfert très rapide (inférieur à 20 millisecondes) afin que les ordinateurs et les autres équipements électroniques puissent continuer de fonctionner sans interruption. Disponible avec différentes prises de sortie Schuko UK AU/NZ IEC-320 Nema 5-15R

(prise mâle incluse) Bornes à vis Aucun outil spécifique n'est nécessaire à l'installation.

Convertisseurs Phoenix 250 VA – 1200 VA 230 V et 120 V, 50 Hz ou 60 Hz

Phoenix 12/375 VE.Direct

Phoenix 12/375 VE.Direct


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