Tesis de Pregrado Acceso Abierto
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Browsing Tesis de Pregrado Acceso Abierto by Author "Abdelhamid, Mohamed"
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Thesis Diseño de un sistema fotovoltaico para ahorrar el consumo energético de un hogar inteligente con un vehículo eléctrico(Universidad Técnica Federico Santa María, 2021-12) Salles Mardones, Javier Ignacio; Abdelhamid, Mohamed; Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Mecánica; Flores Maradiaga, AlexLa presente tesis de memoria nos entrega, en primera instancia, una perspectiva general sobre la aplicación de sistemas de generación local fotovoltaica a nivel residencial, los cuales han ido ganando terreno con el paso de los años. Entre las causas, podemos nombrar por un lado, al aumento de la demanda energética que presenta la carga de los vehículos eléctricos a nivel residencial, y que se traduce en un gran problema cuando se genera un sobreconsumo a nivel de la red eléctrica, lo cual podría provocar grandes daños a la infraestructura eléctrica. De esta forma, una manera de mitigar este impacto es a través de sistemas inteligentes de gestión energética, junto con la generación distribuida fotovoltaica, lo cual además, presenta beneficios económicos para los residentes. Otro factor clave ha sido el aumento de su rentabilidad, lo cual se debe principalmente a la baja en los precios de los componentes fotovoltaicos, como paneles, baterías de almacenamiento, inversores y controladores de carga, y junto a que se han ido desarrollando nuevos productos gracias al fuerte incentivo a la investigación y desarrollo por parte de los fabricantes, lo que ha permitido la entrada de componentes con mejores parámetros al mercado, como lo son al aumento de las eficiencias, capacidades, entre otros aspectos claves. Por otro lado, se dimensionan dos sistemas fotovoltaicos, tanto con y sin sistema de almacenamiento en baterías, para un caso de estudio en Viña del Mar, en donde se recolectaron datos reales del consumo energético de un hogar inteligente, y además, se simula la demanda energética que presenta la carga domiciliaria de un vehículo eléctrico Nissan Leaf e+. El dimensionamiento, tanto del arreglo fotovoltaico de paneles como del sistema de almacenamiento en baterías, se realiza en base al mayor consumo diario promedio durante el año, y el cual corresponde al mes más crítico de Julio, debido a que se presentan los mayores niveles de consumo por el uso de sistemas de calefacción. De esta forma, se considera que el sistema fotovoltaico debe ser capaz de generar como mínimo la energía consumida en el hogar, mientras que el banco de baterías debe tener la capacidad de almacenar como mínimo la energía consumida en el hogar, mientras que el banco de baterías debe tener la capacidad de almacenar como mínimo la energía requerida para suplir el consumo diario durante un día de autonomía. Para comparar los distintos escenarios, se asume un perfil constante de consumo diario en ambos casos, y el cual se obtiene a partir de la recopilación de registros históricos sobre el consumo energético indicado por la empresa distribuidora en las tarifas mensuales de electricidad en el hogar, desde Octubre de 2018 hasta Junio de 2021. Luego, para cada sistema fotovoltaico dimensionado, se simula la generación promedio tanto horaria, diaria, mensual y anual, durante los 25 años de vida útil del proyecto, a partir de los datos de radiación global local en el plano inclinado, con un ángulo sobre la horizontal equivalente a la latitud del lugar escogido, obtenidos desde el Explorador Solar del Ministerio de Energía, y los cuales se encuentran abiertos al público y de forma gratuita. Consiguientemente, se asume que la gestión energética en el hogar consiste por un lado, en priorizar el autoconsumo de la energía fotovoltaica para suplir oportunamente la demanda energética del hogar, y utilizar la energía proveniente desde la red eléctrica en el caso de que exista un déficit energético que el sistema fotovoltaico no es capaz de cubrir. Para sistemas con almacenamiento, el controlador de carga o inversor híbrido, tiene la función de almacenar los excedentes fotovoltaicos en el banco de baterías cuando el consumo energético del hogar es menor a la generación fotovoltaica, para un posterior autoconsumo cuando la demanda energética es mayor a lo generado. De esta manera, se obtienen los resultados económicos para cada dimensionamiento, respectivamente, como el valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) y tiempo de retorno de la inversión o Payback, los cuales nos permiten realizar una comparación entre los distintos escenarios, analizando aspectos como las inversiones requeridas, rentabilidades obtenidas, definir el escenario más óptimo económicamente dependiendo de las expectativas de los residentes, entre otros aspectos. El análisis económico se llevó a cabo considerando un precio de 165 y 88 CLP/kWh de la energía proveniente desde la red y la inyectada a esta última, respectivamente, una tasa de descuento del inversionista del 10%, un impuesto al valor agregado (IVA) del 19%, un horizonte de 25 años, y sin la consideración de gastos relacionados a la operación y mantenimiento del sistema fotovoltaico. Posteriormente, se utiliza el mismo procedimiento anterior para dimensionar seis diferentes escenarios, tanto con y sin almacenamiento, a partir de distintos rangos de superficie disponible en el tejado del hogar para la instalación de los paneles fotovoltaicos, en donde, posteriormente estos se comparan, observando que los casos sin almacenamiento de energía presentan mejores resultados económicos, debido a que se requiere de una menor inversión, y por lo tanto, el período de recuperación de estos es menor. Finalmente, se concluye que el dimensionamiento más óptimo corresponde a una potencia instalada menor a la necesaria para cubrir la demanda energética durante el mes más crítico, debido a que de esta forma existe un mayor autoconsumo, se producen menores excedentes en los períodos de verano y se requiere de una menor inversión, mientras que el déficit energético puede ser suministrado desde la red eléctrica. Luego, se simulan los dos escenarios dimensionados inicialmente, tanto con y sin almacenamiento en baterías, mediante el software PVsyst, en donde además, se explica el uso de este, los parámetros y consideraciones que se requieren para llevar a cabo la simulación, los resultados obtenidos, proyección durante la vida útil del proyecto, y el análisis de los resultados económicos obtenidos. Finalmente, en la última sección se detalla el trabajo realizado durante la fase de implementación llevada a cabo dentro de la Universidad Técnica Federico Santa María, Sede Casa Central, Valparaíso, en donde se crea un manual de instalación, desmontaje y medición de parámetros, con el fin de servir para futuros fines académicos dentro del laboratorio B110.
