DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA CONECTADO A LA RED PARA UNA VIVIENDA EN LA CIUDAD DEL ALTO

1. INTRODUCCIÓN 1 1.1. PRESENTACIÓN 1 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 2 1.3. JUSTIFICACIÓN 3 1.4. OBJETIVO 4 1.4.1. Objetivo general 4 1.4.2. Objetivos específicos 4 2. MARCO TEÓRICO 5 2.1. Marco Contextual 5 2.1.1. Decreto Supremo Nro. 4477: Generación Distribuida en Bolivia 5 2.1.2. Resultados e Impactos del Decreto Supremo 6 2.1.3. Resolución AETN N 485/2022 de 01 de septiembre de 2022. 6 2.2. Marco Conceptual 8 2.2.1. Radicación solar 9 2.2.1.1. Radiación solar sobre una superficie 10 2.2.1.2. Orientación y posición de la superficie 13 2.2.1.3. Potencia y energía de la radiación. Irradiancia e Irradiación 16 2.2.2. Hora de sol pico (HPS) 17 2.2.3. Efecto fotoeléctrico (fotovoltaico) 18 2.2.4. Tipos de sistemas fotovoltaicos 19 2.2.5. Componentes del Sistema Fotovoltaico 20 2.2.6. Generador fotovoltaico 21 2.2.7. El inversor 23 2.2.8. PVsyst 24 3. METODOLOGÍA 26 3.1. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 26 3.1.1. Cuantitativo 26 3.1.2. Métodos de investigación 26 3.1.2.1. Método bibliográfico 26 3.1.2.2. Método descriptivo 26 3.1.3. Técnicas e instrumentos 27 DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 28 4.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA 28 4.2. RECURSO ENERGÉTICO 29 4.2.1. Radiación solar 29 4.2.2. Horas Solar Pico (HSP) 31 4.2.3. Espacio para la implementación del sistema Fotovoltaico 33 4.2.4. Temperatura ambiente 35 4.3. DEFINICIÓN DEL TIPO DE SISTEMA 35 4.4. DEMANDA 37 4.4.1. Relevamiento de carga horaria 37 4.4.2. Información histórica 42 4.4.3. Definición de la demanda 44 4.5. DIMENSIONAMIENTO DE PANELES FOTOVOLTAICOS 45 4.5.1. Elección del panel fotovoltaico 47 4.6. DIMENSIONAMIENTO DEL INVERSOR 49 4.6.1. Emparejamiento de potencia DC 50 4.6.2. Emparejamiento de Voltajes. 50 4.6.3. Emparejamiento de corriente 52 4.7. CONFIGURACIÓN EN SERIE Y EN PARALELO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO 52 4.7.1. Configuración en serie: 52 4.7.2. Configuración en paralelo: 53 4.8. VERIFICACIÓN DE DISEÑO MEDIANTE PVSYST 53 4.8.1. Ubicación y datos meteorológicos 53 4.8.2. Orientación e Inclinación 54 4.8.3. Verificación del panel fotovoltaico e inversor elegido 55 4.9. SIMULACIÓN 57 4.10. DIAGRAMA UNIFILAR 63 4.11. EVALUACIÓN ECONÓMICA 65 4.12. ANÁLISIS DE RESULTADOS 67 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 70 5.1. Conclusiones 70 5.2. Recomendaciones 71 REFERENCIAS 72   INDICE DE TABLAS Tabla 1: Clasificación de consumidores regulados solicitantes de un sistema de Generación distribuida 7 Tabla 2: Ubicación geo referencial de la vivienda en estudio 28 Tabla 3: Hora solar pico en la ciudad de el alto 32 Tabla 4: Temperatura promedio en la ubicación del proyecto 35 Tabla 5: Relevamiento de cargas de la vivienda en estudio 37 Tabla 6: Consumo diario (kWh) 39 Tabla 7: Consumo Horario de Energía Eléctrica (kWh 41 Tabla 8: Estructura tarifaria categoría D2-PD-BT 43 Tabla 9: Consumo histórico de la vivienda en estudio 43 Tabla 10: Energía Eléctrica Anual y Diario Consumido por el usuario en estudio 44 Tabla 11: Comparación de consumo histórico y consumo determinado en relevamiento 45 Tabla 12: Características del inversor elegido 50 Tabla 13: Balance de resultados 63 Tabla 14: Dimensionamiento de conductores 65 Tabla 15: Costos de inversión 66 Tabla 16: Costos de mantenimiento 66 Tabla 17: Evaluación económica 67 Tabla 18: Matriz de resultados 68 Tabla 19: Excedente y deficiencia de energía eléctrica mensual y anual 69   INDICE DE FIGURAS Figura 1: Generación distribuida de Bolivia 6 Figura 2: Geometría Solar 8 Figura 3: La energía solar 9 Figura 4: Espectro de radiación solar 10 Figura 5: Componentes de la radiación solar 12 Figura 6: Orientación y posición del módulo fotovoltaico 14 Figura 7: Carta solar hemisferio sur 15 Figura 8: Hora pico sol (HPS) 18 Figura 9: Diagrama esquemático para detectar el efecto fotoeléctrico 19 Figura 10: Tipos de sistemas fotovoltaicos 19 Figura 11: Sistema de generación distribuida con almacenamiento conectado a la red 20 Figura 12: Módulo fotovoltaico de silicio monocristalino 21 Figura 13: Módulo fotovoltáico de silicio policristalino 22 Figura 14: Módulo fotovoltaico de silicio amorfo 23 Figura 15: Presentación del sistema PVsyst 24 Figura 16: Ubicación geo referencial de la vivienda en estudio 28 Figura 17: Promedio anual a largo plazo de irradiación horizontal global (GHI) 30 Figura 18: Irradiación en la ciudad de El Alto en fecha 04 de junio de 2023 31 Figura 19: Fotografía de espacio para implementación de módulos fotovoltaicos 33 Figura 20: Imagen satelital de la vivienda en estudio 34 Figura 21: Medidas del área disponible para implementación de panel fotovoltaicos 34 Figura 22: Demanda horaria actual 41 Figura 23: Factura emitida de la distribuidora de electricidad LA PAZ S.A. DELAPAZ para el periodo abril 2022 42 Figura 24: Panel fotovoltaico elegido para el presente proyecto 48 Figura 25: Características constructivas del panel fotovoltaico elegido 48 Figura 26: Configuración de sistema fotovoltaico 53 Figura 27: Parámetros meteorológicos Meteonorm 54 Figura 28: Orientación e inclinación optima de paneles solares 55 Figura 29: Elección de panel fotovoltaico e inversor en PVsyst 56 Figura 30: Dimensionamiento del sistema fotovoltaico 57 Figura 31: Elección de panel fotovoltaico e inversor en PVsyst 58 Figura 32: Energía disponible a la salida del inversor 59 Figura 33: Energía inyectada a la red de energía eléctrica 60 Figura 34: Energía proveniente de la Red de distribución 61 Figura 35: Curvas de energía generada, inyectada, consumo y retiro de la red. 62 Figura 36: Sistema fotovoltaico simplificado 64 Figura 37: Sistema fotovoltaico simplificado 64   ÍNDICE ANEXOS Anexo 1: Consumos típicos de carga en baja tensión 74 Anexo 2: Cuadro resume de determinación de la demanda para un día de uso de energía en vivienda en estudio 76 Anexo 3: Especificaciones técnicas de componentes del sistema fotovoltaico proporcionado por Desmart LTDA. 77 Anexo 4: Características del Inversor elegido en el proyecto 78 Anexo 5: Esquema de generación distribuida a implementar 79 Anexo 6: Informe de SIMULACIÓN PVsyst 80 Anexo 7: Características técnicas mínimas de la Nanogeneración, Microgeneración y Minigeneración distribuida. 92

Los combustibles fósiles son recursos no renovables que en algún momento se agotarán; Siendo que el sol es la fuente más importante de energía en nuestro planeta y se considera inagotable; en ese sentido, en la actualidad se están empleando nuevas tecnologías para generar energía eléctrica a partir de fuentes renovables, y una de ellas es el aprovechamiento de la radiación solar mediante sistemas fotovoltaicos, en Bolivia y especialmente en la zona altiplánica el recurso solar es importante y por ello se ha convertido en una de las tecnologías de mayor impacto; el gobierno nacional en marzo de 2021 ha lanzado el Decreto Supremo N° 4477 que introduce la regulación de la Generación Distribuida “GD”. La presente investigación tiene como objetivo el de Diseñar y simular un sistema de generación distribuida fotovoltaica con conexión a la red eléctrica para el autoabastecimiento de una vivienda ubicada en la ciudad de El Alto Bolivia, considerando la normativa vigente en Bolivia y la factibilidad para su implementación. Proporciona un enfoque práctico y aplicativo, considerando los principios fundamentales de la tecnología fotovoltaica. El presente trabajo cuenta con una Introducción, donde se desarrolla la fundamentación, formulación del problema, justificación y objetivos. Así mismo se presenta el marco teórico donde se muestra los conceptos fundamentales, desde que el sol entrega la energía en forma de fotones hasta la alimentación con energía eléctrica al usuario. Aplica una metodología cuantitativa y métodos de investigación, con los cuales se desarrolla el estudio para la implementación de generación distribuida en la categoría domiciliaria para un usuario de la ciudad de El Alto Bolivia, finalmente se presenta las conclusiones, llegando a un resultado positivo y mostrando la recuperación de la inversión en 15 años; además, siendo que la vida útil del sistema fotovoltaico es de 25 años, el usuario gozará de 10 años de autoabastecimiento con un costo mínimo anual de mantenimiento únicamente. Finalmente las recomendaciones y anexos.