Diseño, simulación y análisis, de sistema solar FV para suministro eléctrico en zonas rurales

Design, simulation and analysis of PV solar system for electricity supply in rural zones

Se evidenció cómo un sistema solar fotovoltaico autónomo puede aprovechar el recurso solar disponible en una zona de estudio, sitio de la escuela rural El Cardonal en Tibaná-Boyacá, Colombia, para el suministro de electricidad en atención a la necesidad especial de refrigeración de alimentos en soporte a plan nutricional para escolares pobres. Tomando los datos de radiación en el sitio, se diseñó el sistema y se modeló mediante el software TRNSYS, demostrando su buen funcionamiento de acuerdo a las características de operación de la carga, las condiciones climáticas y el recurso solar disponible en el lugar.

1. Introducción

La escuela El Cardonal (la Escuela de ahora en adelante), está ubicada en la vereda Ruche del municipio de Tibaná, y aunque cuenta con acceso a la red eléctrica, presenta fallas en la continuidad del servicio. El daño se prolonga hasta por 10 días, en los cuales no solamente se afecta la continuidad de las actividades académicas, sino también está poniendo en grave riesgo la salud de los estudiantes, a quienes se les suministra una alimentación complementaria, debido a que la gran mayoría de los niños no reciben en sus hogares una adecuada nutrición.

Muchos de los alimentos necesitan refrigeración y durante el tiempo en que la Escuela no tiene servicio eléctrico, los víveres perecederos expiran. Motivo por el cual en el proyecto desarrollado se consideró primordial la conservación de los alimentos, debido a que afecta el bienestar de los niños.

Se desarrolló un modelado mediante el software TRNSYS en el cual, se generó un perfil de simulación que recreó las condiciones de funcionamiento del sistema y de la carga eléctrica de acuerdo a la radiación solar incidente. Exhibió el comportamiento que presentaría el modelo solar fotovoltaico proyectado, demostrando la bondad del sistema para satisfacer las necesidades eléctricas básicas de la institución y proyectándose en un prototipo que puede ser empleando para escuelas con situaciones similares.

2. Metodología

Inicialmente se realizó el registro de condiciones atmosféricas en la escuela mediante una estación meteorológica Marca Davis, Modelo Vantage pro 2 plus y se obtuvo los siguientes promedios diarios de radiación solar para cada mes (Figura 1).

Los cálculos empleados a continuación para el diseño  del  sistema  solar  fotovoltaico,  se   basan principalmente en (Nina, 2011), (Ortega, 2001) y (Alonso, 2014).

2.1 Estimación del consumo

La carga eléctrica definida para el sistema solar fotovoltaico, está compuesta por el refrigerador de 0,86 kW/24 h y 2 bombillas de 20 W, estas últimas están destinadas a usarse entre las 8 am y las 2 pm (horario en que los niños asisten a la escuela).

La energía consumida por las bombillas (Ecuación 1) se determinó por la potencia de las lámparas durante las 6 horas diarias de actividad escolar.