EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN SISTEMA …

XXII Simposio Peruano de Energía Solar y del Ambiente (XXII-SPES), Arequipa, 16 – 21.11.2015

EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

CONECTADO A RED DE 3.3 kW EN LA CIUDAD DE AREQUIPA

Miguel Tinajeros Salcedo – [email protected]

Universidad Católica de Santa María, Vicerrectorado de Investigación

Alberto Montoya Portugal - [email protected]

Universidad Nacional de San Agustín, Escuela de Física

Ernesto Palo Tejada - [email protected]

Universidad Nacional de San Agustín, Escuela de Física

Federico Morante Trigoso – [email protected]

Universidad Federal del ABC - Centro de Ingeniería, Modelamiento y Ciencias Sociales Aplicadas

Resumen. Este trabajo presenta los resultados obtenidos de la evaluación del desempeño de un sistema fotovoltaico

conectado a red de 3.3 kW, instalado en techo del edificio de la escuela profesional de física de la Universidad

Nacional de San Agustín, ubicado en latitud 16.2°S, longitud 71.3°O y elevación 2 374 m. El sistema fue monitoreado

de diciembre 2014 a octubre 2015. El rendimiento global del sistema se vio favorecido por elevados valores de

irradiancia, 70.5% fue absorbida a niveles por encima de 600 W/m2, 26.5% por encima de 200W/m

2 y solamente 3%

por debajo de 199 W/m2. La energía total mensual generada fue 1681.1 kWh/kWp. La eficiencia diaria media mensual

del módulo, inversor y sistema fueron 13.63%, 98.54% y 13.43% respectivamente. El inversor fue dimensionado

correctamente, obteniendo valores cercanos a su pico de eficiencia. El rendimiento global y factor de capacidad diaria

media mensual alcanzó valores de 83.35% y 21.68% respectivamente. Las pérdidas del sistema y captura diaria media

mensual fueron 0.08 kWh/kWp y 0.96 kWh/kWp respectivamente.

Palabras-claves: Energía solar fotovoltaica, Sistemas fotovoltaicos conectados a red, Evaluación de desempeño.

1. INTRODUCCION

El Perú cuenta con una gran diversidad de ecosistemas, así como recursos minerales y energéticos. El petróleo y el

gas desempeñan un importante papel en la matriz energética del país, y representan más del 70% de la oferta total de

energía primaria. Las reservas mundiales de estos combustibles fósiles están rápidamente disminuyendo que conducirá

inevitablemente al aumento de los precios de energía, causando serias preocupaciones del Perú en términos de

competitividad económica y seguridad de suministro. Por lo tanto, es imprescindible que el crecimiento económico se

disocie de la dependencia existente con los combustibles fósiles. En este contexto, el Perú debería reducir su

dependencia de los combustibles fósiles y desempeñar un rol importante en la mitigación del calentamiento global, a

través de la implementación de políticas que viabilicen el suministro de energías renovables y políticas eficientes

sostenibles a largo plazo.

La generación de electricidad mediante sistemas fotovoltaicos (SF) es importante, confiable y puede también

contribuir de manera significativa la reducción de emisiones de CO2 (Nawas y Tiwari, 2006). La Agencia Internacional

de Energía (AIE) ha publicado su informe “2014 Snapshot of Global PV Markets”, donde indica que el mercado

fotovoltaico mundial ha tenido un fuerte crecimiento, multiplicándose por un factor de 100 durante el periodo 2000 –

2014, llegando a 178 GW de capacidad instalada. Esto como consecuencia de las políticas de promoción implementadas

por diversos países desarrollados, que han impulsado la instalación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red (SFcR)

de distribución eléctrica. Alemania continuó siendo el mayor mercado SF al 2014, con 38.2 GW instalados, seguida por

China con 28.1 GW, Japón con 23.3 GW, Italia con 18.5 GW, los EEUU con 18.3 GW, Francia con 57 GW, España

con 5.4 GW, Inglaterra con 5.1 GW, Australia con 4.1 GW y Bélgica con 3.1 GW (SolarPower Europe, 2015).

En Latinoamérica, Chile es un mercado emergente con 597.5 MW de capacidad fotovoltaica instalada.

Actualmente se tienen aprobados 45 proyectos de generación eléctrica a partir de SFcR, de los cuales el 90% son

proyectos de envergadura mayores de 20 MW. La capacidad instalada total alcanzará 2 104.8 MW, con inicio de

operación comercial entre octubre del 2015 y agosto del 2017. Se tienen acuerdos de suministro con industrias y minas,

o asumir el riesgo de venta de energía al mercado comercial (CIFES, 2015).

En México, el 2014, la capacidad total instalada con SFcR alcanzó 131 MW. Actualmente este país posee un

número considerable de proyectos de SF, sin embargo la financiación continua siendo difícil de conseguir hasta que los

parámetros de la reforma energética estén completamente definidos (INEGI, 2015).

En el 2015 el Brasil está experimentando una expansión significativa de SFcR, después de la reglamentación

establecida por la Agencia Nacional de Energía Electrica (ANEEL), la cual reduce las barreras para la instalación de

generación distribuida con SF. Actualmente la capacidad instalada es 21.24 MW y se cuenta con 39 proyectos en el


banco de información de generación de la ANEEL, con una capacidad instalada total de 1 143 MW y previsión para

inicio de operación comercial hasta el 2017.

El Perú viene ganando espacio en este escenario, principalmente después de la publicación del Decreto Legislativo

N° 1002-2008, que declara de interés nacional y necesidad pública la promoción y participación de la energía

procedente de Recursos Energéticos Renovables (RER) en la matriz energética. Conforme al Decreto Supremo N° 012-

2011-EM y sus modificatorias, que reglamentan la generación de electricidad con energías renovables, se llevaron a

cabo las subastas para suministro de energía al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN). Actualmente en el

Perú, la capacidad fotovoltaica instalada es 80 MW y se concentre en cuatro centrales solares: Majes Solar 20T (20

MW, 222.5 US$/MWh), Panamericana Solar 20TS (20 MW, 215 US$/MWh), Repartición Solar 20T (20 MW, 223

US$/MWh) y Tacna Solar 20TS (20 MW, 225 US$/MWh). Actualmente se encuentra en ejecución la central solar

Moquegua FV (16 MW, 119.9 US$/MWh) (OSINERGMIN, 2015).

La Universidad de Jaén, a través del grupo de Investigación y Desarrollo en Energía Solar y Automática (IDEA),

ha instalado tres SFcR en Perú, que servirán para la formación y capacitación sobre esta tecnología en el país. Estas

acciones se enmarcan dentro del proyecto de cooperación sobre “transferencia tecnológica en energía fotovoltaica”

desarrollada conjuntamente con el Centro de Energías Renovables de la Universidad Nacional de Ingeniería (CER-UNI)

de Lima e investigadores de la Universidad Nacional Jorge Basadre Groman de Tacna y la Universidad de San Agustín

de Arequipa. Este proyecto está financiado por la Agencia Andaluza de Cooperación Internacional para el Desarrollo

(AACID).

2. DESCRIPCION DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

El SF fue instalado en noviembre del 2014 y está ubicado en la azotea del edificio de la Escuela de Física de la

Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. El monitoreo se inició el 15 de abril del 2015, con la instalación del

hardware, software y sensores apropiados. El SF está constituido por doce módulos que cubren una superficie total de

20 m2 y capacidad instalada de 3.3 kWp, dentro del típico rango de las instalaciones domésticas. Los módulos de la

marca SolarWorld, modelo SW275, potencia 275 Wp, compuesta por 60 celdas solares hechas de obleas finas de silicio

monocristalino y rodeado por una capa ultrafina de nitrito de silicio. Los módulos tienen una eficiencia de 16.2% en

condiciones estándar de ensayo y están conectados en serie.

Los módulos están fijados sin sombreamiento, inclinados a 16.3° igual a la latitud de Arequipa, orientación norte y

ángulo azimut de 180°. La azotea se encuentra a 12 m de altura y la estructura metálica que soporta los módulos está a

0.3 m del nivel del piso.

El inversor monofásico Steca, modelo Colcept-x 3010x, fue utilizado para transformar corriente continua (DC) en

corriente alterna (AC) y directamente inyectado en el edificio. El inversor tiene una eficiencia nominal máxima de

98.6% y potencia máxima de salida CA de 3 000 W. El sensor de irradiancia tiene una precisión de ± 5% y tensión de

55.4 mV/1000Wm-2

.

La medición de temperatura en la superficie del módulo FV, es realizada por el sensor PT 100, montado sobre una

lámina adhesiva para la medida en hojas y tiene una precisión de ± 0.8 °C. La temperatura ambiente fue medida por el

sensor PT 100 con una precisión de ± 0.8 °C. La Fig. 1 muestra las fotos de los módulos fotovoltaicos y la instalación

del inversor. Las especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico e inversor son mostradas en la Tab. 1 y Tab. 2

respectivamente.

Figura - 1 Sistema Fotovoltaico implementado.

El suministro e instalación del SFcR tiene un costo de US$ 12 080 y está constituido por módulos fotovoltaicos,

inversor, equipos de monitoreo, instalación del sistema de monitoreo, accesorios de interconexion, estructura de soporte

y servicios de transporte e instalación. La Fig. 2 muestra un desglose de los costos de instalación del SF.


Módulo FV

Inversor

Monitoreo

Instal. M

onitoreo

Accesorios

Estructura FV

Servicios

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

21%

11%

6%

27%

5%

21%

Cost

o(U

S$)

10%

Figura 2 - Costos de instalación del sistema fotovoltaico

Tabla 1. Especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico

Módulo Fotovoltaico

Unidad

Valor

Tipo

Eficiencia de módulo

Potencia máxima (Pmax)

Voltaje en la máxima potencia (Vmp)

Corriente en la máxima potencia (Imp)

Voltaje en circuito abierto (Voc)

Corriente en corto circuito (Isc)

Tolerancia

Tensión máxima del sistema (Vdc)

Coeficiente de temperatura Pm

Área del módulo

Número de módulos

TONC

-

%

Wp

V

A

V

A

%

V

(%)°C

m2

-

°C

Monocristalino

16.40

275

31.0

8.94

36.1

7.75

±2

1000

-0.45

0.95

12

46

Tabla 2. Especificaciones técnicas del inversor

Inversor

Unidad

Valor

Entrada

Potencia máxima de entrada CC

Tensión máxima de entrada CC

Tensión MPP para potencia nominal

Salida

Potencia máxima de salida CA

Potencia nominal CA

Tensión nominal de red CA

Frecuencia de red

Factor de potencia (cosφ)

Eficiencia

Eficiencia máxima

Eficiencia californiana

Euro-eficiencia

Datos Generales

Peso

Grado de protección

W

V

V

W

W

V

Hz

-

%

%

%

Kg

-

3070

600

270 - 500

3160

3000

230

45- 65

0.95

98.6

97.8

97.7

9.5

IP21


3. MONITOREO Y ADQUISICION DE DATOS

El sistema de control y adquisición de datos del SFcR está constituido por: 1) módulo Eos-Array, tiene funciones

de medida y control divididas en tres módulos: a) VMU-M módulo maestro y registro de datos, b) VMU-S unidad de

medición de string, mide la intensidad de CC, tensión, potencia y energía del SF y c) VMU-P unidad de variables

ambientales, mide temperatura de módulos fotovoltaicos, temperatura de aire e irradiancia solar, 2) inversor StecaGrid

3010 que mide y graba datos de rendimiento energético, 3) contador y analizador de energía que mide la energía activa

y reactiva, 4) convertidores de comunicación y 5) un computador. Los módulos son de la marca Carlo Gavazzi.

Para recibir las señales de los sensores y equipos se utilizó la interface RS485, para su conexión con el computador

se usó los convertidores de comunicación SIU-TCP2 (RS485 a TCP/IP) y SIU-PC2 (RS485 a RS232). Los datos son

registrados cada 15 segundos, al mismo tiempo que son almacenados y visualizados en tiempo real en el computador, a

través de una interface diseñada en LabVIEW. También se realiza el almacenamiento de datos basado en redes de

computadoras, la cual se accede por el servicio Web. La Fig. 3 muestra un diagrama esquemático con las variables de

entrada y salida monitoreada por el sistema, así como todos los equipos utilizados para la adquisición y visualización de

las variables medidas.

INVERSOR

CONTADOR kWh

MODULOS FV

EOS-ARRAY

VMU-P

INTERNET - WEB

Temperatura Módulo

Piranómetro Fotovoltaico

VMU-M VMU-S

Temperatura Ambiente

COMPUTADOR

SIU-TCP2 (RS485 a TCP/IP)

SIU-PC2 (RS485 a RS232)

RS485

TCP/IPRS232

SENSORES

Figura 3 - Variables de entrada-salida del sistema y sus dispositivos de adquisición de datos

4. RESULTADOS DEL MONITOREO

4.1 Datos meteorológicos

La producción de electricidad fotovoltaica depende de la irradiación y temperatura ambiente del lugar. La Fig. 4

muestra la irradiación diaria media mensual en el plano inclinado de 16.3° y orientado al norte, medidos a partir de

mayo a octubre de 2015. Los valores de irradiación varían entre 5.10 y 7.60 kWh/m2-día. La irradiación diaria media

estacional de invierno y total de los seis meses fueron 6.62 kWh/m2 y 1482,2 kWh/m

2 respectivamente.

La Fig. 5 muestra la temperatura diaria media mensual del ambiente y la temperatura en la parte posterior de uno

de los módulos fotovoltaicos en el período monitoreado. La temperatura ambiente varía de 16.58 °C en julio y 19.40 °C

en octubre, mientras que la temperatura del módulo FV varió entre 18.56 °C en julio y 22.07 °C en octubre.


Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Irra

dia

ción

(k

Wh

/m2-d

ía)

Meses

Fig. 4 Irradiación diaria media mensual en el plano


0

5

10

15

20

25 Módulo FV

Aire Ambiente

Tem

per

atu

ra (

°C)

Meses

Fig. 5 Temperatura diaria media mensual del ambiente y módulo FV del periodo evaluado

La Tab. 3 muestra la fracción de irradiancia, la temperatura media del ambiente y módulo FV, para diferentes

niveles de irradiancia entre mayo y octubre de 2015. La temperatura ambiente varió entre 24.5°C a 600-699 W/m2 y

26.6°C a 1000-1099 W/m2. La temperatura del módulo PV varió entre 12.8°C a 0- 99 W/m

2 y 39.1°C a 600-699 W/m

2.

Tabla 3. Promedios de temperatura ambiente y módulo FV a diferentes niveles de irradiancia

Irradiancia

en el plano

(Wm-2

)

Fracción de

irradiancia

(%)

Temperatura

Ambiente

(°C)

Temperatura

Módulo FV

(°C)

0 - 900

100 - 199

200 - 299

300 - 399

400 - 499

500 - 599

600 - 699

700 - 799

800 - 899

900 - 999

1000 - 1099

0.5

2.5

4.0

5.8

7.5

9.2

10.9

12.5

14.2

15.8

17.1

16.0

20.0

18.9

21.4

22.7

23.3

24.5

25.1

25.4

25.8

26.6

12.8

21.0

22.5

28.2

32.0

35.8

39.1

41.0

42.5

43.6

45.2


El 70.5% de irradiancia total en el plano está por encima de 600 W/m2, con una temperatura media máxima de

módulo FV de 42.3°C en este rango de irradiancia. Esto indica la influencia de la temperatura del módulo FV en el

desempeño de la instalación fotovoltaica. La temperatura ambiente media baja y la posibilidad de velocidades altas de

viento, ayudan a mejorar las condiciones de funcionamiento de la instalación fotovoltaica, manteniendo la temperatura

media de operación del módulo FV más baja que la temperatura en condición de operación estándar.

4.2 Temperatura del módulo FV

En la medición de la temperatura de la parte posterior de un módulo FV se utilizó el sensor de temperatura PT 100.

La Fig. 6 muestra la variación de la temperatura media del ambiente y módulo FV, en función de los diferentes niveles

de irradiancia. Se puede observar que estas temperaturas generalmente se incrementan a medida que la irradiancia

aumenta. La temperatura del módulo FV experimenta un constante incremento en los niveles de irradiancia entre 600 y

1099 W/m2, como resultado de posibles bajas velocidades de viento a estos niveles de irradiancia.

0-99

100-

199

200-

299

300-

399

400-

499

500-

599

600-

699

700-

799

800-

899

900-

999

1000

-109

9

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Tem

per

atu

ra (

°C)

Irradiancia (W/m2)

Aire ambiente

Módulo FV

Fig. 6 Temperatura ambiente y del módulo FV para diferentes niveles de irradiancia

5. EVALUACION DEL DESEMPEÑO DEL SISTEMA

5.1 Rendimiento energético

El rendimiento energético instantáneo fue obtenido midiendo la energía generada por el sistema FV después del

inversor DC/AC, en intervalos de 15 segundos. En la Fig. 7 se muestra la energía total mensual generada durante el

período monitoreado, el cual varío entre 107.1 kWh/kWp en julio y 200.1 kWh/kWp en agosto. La energía total

generada entre diciembre y octubre, alcanzó 1 686.1 kWh/kWp. La Fig. 8 muestra la relación lineal entre la potencia

generada CA y la irradiancia, con un coeficiente de correlación R2 de 0.98718.

Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

En

erg

ía G

ener

ad

a (

kW

h/k

Wp

)

Meses Fig. 7 Energía total mensual generada durante el período monitoreado


0 200 400 600 800 1000 1200

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Po

ten

cia

gen

erad

a C

A (

W)

Irradiancia (W/m2)

Equation y = a + b*x

Weight No Weighting

Residual S 1,99473E7

Pearson's r 0,99357

Adj. R-Squ 0,98718

Value Standard E

Potencia g Intercept -4,2738E- 4,27576

Potencia g Slope 2,71232 0,00701

Fig. 8 Potencia generada AC versus irradiancia

5.2 Productividad del generador (Array Yield)

La productividad del generador (YA), es definida como la energía generada por el sistema FV [kWh] durante un

periodo de tiempo (días, meses o años) dividida por su potencia nominal [kWp], es calculada por la Ec. (1).

nominal FV,P

DCE

AY (1)

5.3 Productividad final del sistema (Final Yield)

La productividad final del sistema (YF), se define como la energía generada AC [kWh] anual, mensual o diaria,

dividido por la potencia nominal del generador FV [kWp] instalado a condiciones estándar de prueba de 1 kW/m2 de

irradiancia y 25°C de temperatura de la celda. Esta figura de mérito nos permite realizar una comparación con sistemas

FV similares en una región geográfica específica. Depende del tipo de montaje y ubicación (Cucumo, 2006). La Ec. (2)

calcula la productividad final:

nominal FV,P

ACE

AY (2)

5.4 Productividad de referencia (Reference Yield)

La productividad de referencia (YR), es la irradiación total (It) [kWh/m2] en el plano dividida por la irradiancia

global estándar. Representa un número equivalente de horas a la irradiancia estándar de medida (1000 W/m²). Es una

función de la localización, orientación del módulo fotovoltaico y la variabilidad de las condiciones meteorológicas. Está

representada en la Ec. (3):

2mkW1

mkWht

I

RY

2

(3)

La Fig. 9 muestra todas las productividades diaria media mensual del sistema FV durante el período monitoreado.

La productividad del generador, final y de referencia entre junio y agosto variaron entre 4.10-6.68 kWh/kWp/día, 4.05-

6.57 kWh/kWp/día y 5.11-7.73 kWh/kWp/día respectivamente. La productividad diaria media mensual para estos seis

primero meses fue: YA = 5.37 kWh/kWp/día, YF = 5.33 kWh/kWp/día y YR = 6.37 kWh/kWp/día.



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Pro

du

ctiv

idad

GF

V,

Fin

al,

Ref

eren

cial

(kW

h/k

Wp

-día

)

Meses

Productividad Generador FV

Productividad de Referencia

Productividad Final

Fig. 9 Productividades diarias medias mensuales

5.5 Eficiencia del módulo FV

La eficiencia del módulo FV es definida por la relación entre la energía generada por el dispositivo FV [kWh] y la

cantidad de irradiación incidente [kWh/m2] en el área total del módulo [m

2], incluyendo células, espacio intercelular,

contactos y marco del mismo. La Ec. (4) representa esta relación:

100

mod

At

I

DCE

FV (4)

5.6 Eficiencia del sistema

La eficiencia mensual del sistema está definida la relación entre la energía generada en AC [kWh] y la cantidad de

irradiación incidente [kWh/m2] en el área total del módulo [m

2], es calculado con la Ec. (5):

100

mod

At

I

ACE

Sist (5)

5.7 Eficiencia del inversor

La eficiencia mensual del inversor está definida como la relación entre la energía generada en AC [kWh] y la

energía generada en DC [kWh]. La Ec. (6) muestra esta relación:

100

CCE

CAE

Inv (6)

La Fig. 10 muestra la eficiencia diaria media mensual del sistema, inversor y módulo FV durante el período

evaluado. La eficiencia del sistema varió entre 12.85% en junio y 13.88% en agosto, mientras que la eficiencia del

módulo FV alcanza valores de 13.04% en junio y 14.11% en agosto. Finalmente la eficiencia del inversor tuvo valores

de 98.3% en julio y 98.7% en octubre. Las eficiencias diarias medias mensuales del sistema, inversor y módulo FV para

este periodo de monitoreo fueron 13.43%, 98.54% y 13.63% respectivamente.



10

11

12

13

14

15

16

Eficiencia Módulo FV

Eficiencia Sistema

Meses

Efi

cien

cia

del

Mód

ulo

FV

y S

iste

ma (

%)

90

92

94

96

98

100

Efi

cien

cia

In

ver

sor (

%)

Fig. 10 Eficiencia diaria media mensual del inversor, sistema y módulo FV

5.8 Rendimiento global (Performance Ratio)

El performance ratio (PR) indica el efecto global de las pérdidas en la potencia de salida del generador FV

dependiendo de la temperatura del módulo FV, captura incompleta de irradiación, componentes ineficientes del sistema

o fallas.

El PR de un sistema FV indica lo cerca que se está a un rendimiento ideal durante el funcionamiento real,

permitiendo la comparación de los sistemas FV independientemente de la ubicación, el ángulo de inclinación,

orientación y su potencia nominal. El PR se define por la relación entre la productividad final del sistema y la

productividad de referencia, representando las pérdidas totales del sistema FV en la conversión de DC a AC (Sidrach-

de-Cardona y Mora, 1999). La Ec. (7) muestra esta relación:

R

F

Y

YPR (7)

5.9 Factor de capacidad (Capacity Factor)

El factor de capacidad (CF) es un método utilizado para presentar la energía suministrada por un sistema de

generación de energía eléctrica. Si el sistema ofrece una potencia nominal de forma continua, el CF sería la unidad. El

CF es la relación entre la energía de corriente alterna entregada a la red en un año y la cantidad de energía que el

sistema fotovoltaico generaría si hubiera operado a la potencia pico durante las 24 horas del día todo el año (Kymakis,

2009), es calculado con la Ec. (8):

8760

FVP

ACECF (8)

La Fig. 11 muestra la variación diaria media mensual de PR y CF durante el periodo de evaluación. El rendimiento

global obtuvo valores de 79.02% en junio, 86.74% en octubre y promedio total de 83.35%. El factor de capacidad tiene

valores de 14.56% en junio y 27.33% en agosto, con un promedio total de 21.68%.



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Fa

ctor d

e cap

aci

dad

& R

end

imie

nto

glo

ba

l (%

)

Meses

Factor de capacidad

Rendimiento global

Fig. 11 Factor de capacidad y rendimiento global diario media mensual

5.10 Pérdidas de energía

Existen muchas fuentes que originan pérdidas de energía en los sistemas FV. Estas pérdidas afectan su desempeño,

lo cual nos lleva necesariamente a evaluarlas, a través de un análisis detallado de los datos del monitoreo. Las pérdidas

que se pueden destacar son: captura, sistema, temperatura de la celda, suciedad y degradación.

5.10.1 Pérdidas de captura, debido a las pérdidas en los paneles fotovoltaicos y es presentada por la Ec. 10:

AY

RY

CL (10)

5.10.2 Pérdidas del sistema, debidos al inversor y es presentada en la Ec. 11:

FY

AY

SL (11)

La Fig. 12 muestra las pérdidas diarias medias mensuales durante el período monitoreado. Las pérdidas del

sistema variaron entre 0.06 kWh/kWp en junio y 0.11 kWh/kWp en septiembre. Mientras que las pérdidas de captura

varían de 0.06 kWh/kWp en octubre y 0.11 kWh/kWp en septiembre.


0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

Pér

did

as

de

cap

tura

y d

el s

iste

ma

(k

Wh

/kW

p)

Meses

Pérdidas de captura

Pérdidas del sistema

Fig. 11 Pérdidas del sistema y de captura


En la Tab. 4 y Tab. 5 se muestran los valores diarios medios mensuales de los parámetros climatológicos, eficiencia y

de performance del sistema fotovoltaico conectado a red, durante el período de monitoreo.

Tabla 4. Parámetros climatológicos y eficiencia

Mes

Irradiación (kWh/m2-día)

Temperatura

Ambiente (°C)

Temperatura

Módulo FV (°C)

Eficiencia

Módulo FV (%)

Eficiencia

Sistema (%)

Eficiencia

Inversor (%)

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

5.80

5.10

5.80

7.60

7.00

6.80

17.76

17.83

16.58

17.87

18.78

19.40

20.16

19.69

18.55

20.40

21.56

22.07

13.44

13.04

13.08

14.11

14.05

14.03

13.26

12.85

12.87

13.88

13.85

13.85

98.65

98.53

98.37

98.39

98.56

98.73

Tabla 5. Parámetros de performance

Mes

Energía

Generada (kWh/KWp)

Productividad

Final (kWh/kWp/día)

Productividad

Referencia (kWh/kWp/día)

Productividad

Generador (kWh/kWp/día )

Pérdidas

Captura (kWh/kWp/día)

Pérdidas

Sistema (kWh/kWp/día)

Factor

Capacidad (%)

Rendimiento

Global (%)

May

Jun

Jul

Ago

Sep

Oct

144.4

107.1

141.0

200.1

176.8

178.8

4.74

4.05

4.60

6.57

6.13

5.87

5.80

5.10

5.80

7.60

7.00

6.80

4.81

4.10

4.70

6.68

6.09

5.82

0.95

1.01

1.09

0.94

0.88

0.88

0.07

0.06

0.08

0.11

0.09

0.08

19.68

14.56

19.26

27.33

24.91

24.34

82.43

79.02

79.73

86.74

86.13

86.65

6. COMENTARIOS FINALES

El sistema fotovoltaico conectado a red de 3.3 kW, instalado en el techo del edificio de la Escuela de Física de

Universidad Nacional de San Agustín, fue monitoreado de mayo a octubre de 2015. Los parámetros climatológicos y

desempeño del sistema fueron evaluados mensualmente. La diaria media mensual de irradiación, temperatura ambiente

y del módulo FV fueron 6.34 kWh/m2/día, 18.04°C y 20.41°C respectivamente. El generador FV, la eficiencia del

inversor y el rendimiento global del sistema fueron afectados positivamente por altos valores de irradiancia. Se encontró

que 70.5% de irradiancia incidente total fue absorbida a niveles por encima de 600 W/m2, 26.5% por encima de

200W/m2

y solamente 3% por debajo de 199 W/m2. La temperatura ambiente y velocidad de viento presentes en techo

del edificio son ventajosas para el rendimiento del sistema FV.

La energía total mensual generada fue 1681,1 kWh/kWp. Las productividades diarias medias mensuales finales del

generador, final y de referencia fueron 5.37 kWh/kWp/día, 5.33 kWh/kWp/día y 6.34 kWh/kWp/día respectivamente.

Los altos niveles de irradiación en agosto originaron una alta productividad final.

Las eficiencias diarias medias mensuales del módulo, sistema y del inversor fueron 13.63%, 13.43% y 98.54%

respectivamente. El rendimiento global y factor de capacidad diario medio mensual alcanzó valores de 83.35% y

21.68% respectivamente. Estos últimos valores son muy aceptables, debido a que el sistema FV funciona en altas

condiciones de irradiación y el inversor está correctamente dimensionado. No fue posible comparar los resultados con

otros estudios en el país.

Agradecimientos

Este trabajo fue posible gracias al apoyo del Departamento de Física de la Universidad Nacional de San Agustín

de Arequipa, la Universidad de Jaén, a través del grupo de Investigación y Desarrollo en Energía Solar y Automática

(IDEA), CER-UNI y la Agencia Andaluza de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AACID).

REFERENCIAS

CIFES, 2015 Reporte Energías Renovables en el Mercado Eléctrico Chileno. Reporte ERNC, Septiembre, pp. 7

Cucumo M et al., 2006 Performance analysis of a 3 kW grid-connected photovoltaic plant. Renew Energy Vol 31 n 8,

pp 1129–1138.


Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), 2015 El sector energético en México 2014. INEGI, pp. 304

Kymakis E, Kalykakis S., 2009 Performance analysis of a grid connected photovoltaic park on the island of Crete.

Energy Convers Manage Vol 50 n 3, pp 433-4338

Nawaz I, Tiwari GN. 2006 Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro- and micro-level.

Energy Policy Vol 17 n 17, pp. 3144–3152.

OSINERGMIN, 2014 Información Proyecto RER. Disponible en <https://srvgart.osinergmin.gob.pe/sisrer-

web/proyectoController/rer_subasta>. Acceso en 15 ago. 2015.

SolarPower Europe, 2015 Global Market Outlook For Solar Power / 2015 – 2019, pp. 32

Sidrach-de-Cardona M, Mora López L., 1999 Performance analysis of a grid connected photovoltaic system. Energy

1999 Vol 24 n 2, pp 93–102.

PERFORMANCE EVALUATION OF A 3.3 kW GRID CONNECTED PHOTOVOLTAIC SYSTEM IN THE

CITY OF AREQUIPA

Abstract. This paper presents results from performance evaluation of a 3.3 kw grid connected photovoltaic system,

installed on a flat roof of the building of the professional School of Physics of the National University of San Agustín,

located in latitude 16.2°S, longitude 71.3°O and elevation 2 374 m.. The system was monitored between December

2014 to October 2015. The overall system performance was favored by high levels of irradiance, 70.5% was absorbed at

levels above 600 W/m2, 26.5% above 200W/m2 and only 3 % below 199 W/m2. The total monthly energy generated

was 1681.1 kWh/kWp. The monthly averages daily of the module, inverter and system efficiency were 13.63%, 98.54%

and 13.43% respectively. The inverter was sized properly, obtaining values near to its peak of efficiency. The monthly

average daily performance ratio and capacity factor reached values of 83.35% and 21.68% respectively. The monthly

average daily system losses and array capture losses were 0.08 kWh/kWp and 0.96 kWh/kWp respectively

Key words: Photovoltaic solar energy, grid connected photovoltaic system, performance evaluation.

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EVALUACION DEL DESEMPEÑO DE UN SISTEMA …