DIMESIONAMIENTO DE BATERIAS PARA SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA SALONES DE ESCUELA

 RESUMEN: Se presenta el cálculo de un banco de baterías para un sistema fotovoltaico aislado y abastecer dos salones del edificio “J” del Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango, realizando el calculo de la carga total y el arreglo de baterías.

I.                INTRODUCCION

 

 La generación de energía eléctrica en regiones apartadas, distribución y mantenimiento tienen como consecuencia costos muy elevados que en ocasiones limita a estos usuarios el uso de este vital servicio. El Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango tiene presente el cuidado del ambiente y la falta de servicio de energía eléctrica en algunas poblaciones, por lo tanto, se ha tomado la decisión de diseñar un sistema fotovoltaico que suministre energía a dos salones que se encuentran dentro del instituto. La electrificación en escuelas es una prioridad ya que esto permite que se tenga una educación integral de calidad y calidez, mejorando la vida de toda la comunidad.

I.                ANTECEDENTES

 

A lo largo de la historia la energía que nos proporciona el sol ha sido una de las fuentes de energía más utilizadas, además de brindad calor, luz y vida a diferentes especies, ha contribuido con el desarrollo y generación de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos. Se trata de un tipo de energía no contaminante, inagotable y sobre todo renovable

La radiación solar que llega al planeta se puede utilizar por medio del calor que produce, también mediante la absorción de la radiación y en instalaciones que aprovechan este fenómeno pueden generar energía que no produce gases de efecto invernadero y no contamina el agua.

La generación de energía eléctrica en un sistema fotovoltaico es que puede conectarse en lugares aislados, una vez instalado puede funcionar de manera autónoma y no requiere ningún flujo de combustible para asegurar que el sistema opere correctamente. Esto ha beneficiado a la población rural e instituciones educativas, que han integrado paneles fotovoltaicos como fuente de generación eléctrica y debe ser prioridad para los proyectos de suministro eléctrico ya que permite el desarrollo integral del país.

La energía fotovoltaica es más estable, segura y el beneficio es para escuelas, usuarios y el medio ambiente, esto tiene una relación directa con las tres dimensiones de desarrollo sustentable: economía, ambiente y estabilidad para las instituciones educativas. El uso de un sistema fotovoltaico permite a estudiantes a concientizar sobre el cuidado del medio ambiente y mitigar los costos de consumo de luz. [1]

I.                OBJETIVOS

 

Objetivo general.

·        Diseñar y calcular un banco de baterías de un sistema fotovoltaico aislado para la alimentación de Energía Eléctrica en las aulas “J11” y “J18” del Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango, con el fin de contribuir al uso eficiente de la energía, el desarrollo cognitivo y social de la comunidad estudiantil.

Objetivos específicos:

·        Desarrollar cuadro de cargas para conocer la demanda total o la potencia consumida.

·        Diseño de banco de baterías para sistema fotovoltaico aislado que permita el suministro de energía eléctrica capaz de abastecer el consumo de las aulas “J11” y “J18”.

·        Construir el arreglo de baterías correspondiente para el sistema fotovoltaico aislado.

I.                LOCALIZACIÓN

 

El Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango (ver Fig. 1) se encuentra ubicado en la Avenida Tecnologico No. 80, 5 de octubre, Huauchinango, Puebla. La avenida se encuentra pavimentada y es el acceso principal al Instituto, colinda con las calles “10 de mayo” y “14 de febrero”. Las coordenadas de ubicación son 20°09'41.2"N 98°02'32.2"W. 

Fig. 1. Imagen satelital del Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango. [2]

Fig. 2. Ubicación del Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango y sus colindancias. [2]

I.                POLÍTICAS Y LINEAMIENTOS

 

Se presentan las seis normas y estándares más importantes para la instalación de paneles fotovoltaicos, permitiendo que estos funcionen de manera segura, optima y económica.

·        NOM-001-SEDE-2012.

o   Instalaciones Eléctricas. Establecer especificaciones y lineamientos con el objetico técnico de satisfacer instalaciones destinadas al uso de la energía eléctrica, de esta manera ofrecer condiciones adecuadas de seguridad para el usuario y sus propiedades. [3]

 

 

·        Especificación CFE G0100-04

o   Interconexión eléctrica de baja tensión de sistemas fotovoltaicos. Esta norma perteneciente a la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y define los requerimientos para el diseño e instalación de sistemas fotovoltaicos interconectados, por lo tanto, se garantiza la seguridad del personal, la calidad de la energía en la red, la integridad física y operacional de la red eléctrica. [4]

 

 

·        NOM-009-STPS-2011

o   Condiciones de seguridad para realizar trabajos en altura. Esta Norma Oficial Mexicana (NOM) establece los requerimientos mínimos de seguridad para prever riesgos laborales por realizar trabajos en altura. [5]

 

 

·        NOM-017-STPS-2008

o   Equipo de protección personal. Esta Norma Oficial Mexicana (NOM) establece los requisitos mínimos para la selección, adquisición y proporción del equipo de protección personal a los trabajadores. [6]

 

 

·        NOM-029-STPS-2011

o   Mantenimiento de las instalaciones eléctricas en los centros de trabajo. Esta Norma Oficial Mexicana (NOM) establece las condiciones de seguridad durante el mantenimiento de las instalaciones eléctricas para evitar accidentes. [7]

 

 

·        Acuerdo CENACE DOF: 15/12/2016

o   El Centro Nacional de Control de Energía (CENACE) establece los lineamientos administrativos de infraestructurales para interconectar centrales eléctricas con una capacidad menor a 0.5 MW; esto, para garantizar las condiciones de eficiencia, calidad, confiabilidad, continuidad, seguridad y sustentabilidad del Sistema Eléctrico Nacional (SEN). [8]

 

 

·        Resolución CRE RES/142/2017

o   Resolución de la Comisión Reguladora de Energía (CRE) por la que expide las disposiciones administrativas de carácter general que tienen como objetivo:

§  Establecer los lineamientos generales en materia de Generación Distribuida

§  Establecer las especificaciones técnicas generales requeridas en materia de Generación Distribuida

§  Definir el modelo de contrato para el distribuidor y el solicitante para la interconexión de Centrales Eléctricas con capacidad menor a 0.5 Mega watts a las Redes Generales de Distribución [9]

 

 

II.              CARACTERÍSTICAS DE LA INSTALACIÓN

 

Los salones J18 y J11 (ver Fig. 5 y Fig. 6) en el edificio “J” del Instituto Tecnológico Superior de Huauchinango (ver Fig. 3) son diariamente utilizados por estudiantes y docentes, el uso de los salones es solamente de carácter académico por lo tanto  generan una carga total diaria de 18352 Wh/día, esto se debe al uso de luminarias (ver Fig. 8), contactos (ver Fig. 8) y la pantalla (ver Fig. 10) que es utilizada de apoyo audiovisual.

Se busca calcular un banco de baterías para un sistema fotovoltaico aislado que cubra la demanda de las aulas durante un lapso de 48 horas, por lo tanto, se utilizaran baterías solares SCL de ciclo profundo.

                                                                                                                     Fig. 3. Edificio J

Fig. 4. Acceso y aulas del edificio J

Fig. 5. Aula J11

Fig. 6. Aula J18

Fig. 7. Luminarias

Fig. 8. Contactos

Fig. 9. Contacto para pantalla

Fig. 10. Pantalla

I.                CÁLCULO Y DISEÑO

 

Para realizar el cuadro de cargas (TABLA I) se estudió y analizo el uso de las diferentes cargas, obteniendo los siguientes valores:

·        Bajo la NOM-001-SEDE la carga nominal de un contacto es de 180 W y se contempla el uso de 3 de ellos durante un lapso de 4 horas.

·        Las luminarias son de 2x32 W y se aumentan 10 W por el uso de la balastra conectada a ellas lo que nos da un total de 72W durante un lapso de 7 horas.

·        La pantalla con una potencia consumida de 200 W tiene un uso diario de 4 horas

 

 

TABLA I

Cuadro de cargas.

		Cuadro de cargas para aula "J18"
	Carga	Potencia Indicada (W)	Cantidad	Potencia ó carga total (W)	Horas de uso	Carga o enérgia utilizada durante el dia (Wh/dia)
	Luminarias	74	12	888	7	6216
	Contactos	180	3	540	4	2160
	Pantalla	200	1	200	4	800
		Total=		1628		9176
		Cuadro de cargas para aula "J11"
	Carga	Potencia Indicada (W)	Cantidad	Potencia ó carga total (W)	Horas de uso	Carga o enérgia utilizada durante el dia (Wh/dia)
	Luminarias	74	12	888	7	6216
	Contactos	180	3	540	4	2160
	Pantalla	200	1	200	4	800
		Total=		1628		9176
				Carga total de ambos salones (W/dia) =		18352

Nota. Se asientan los valores obtenidos por las diferentes cargas dentro de los salones J18 y J11.

 

Teniendo en cuenta este resultado se consideran:    b= 16 baterías conectadas en paralelo

 

REFERENCIAS.

[1]	F. M, «dspace.istvidanueva.edu.ec,» 2022. [En línea]. Available: http://dspace.istvidanueva.edu.ec/handle/123456789/215. [Último acceso: 03 14 2023].
[2]	«Google Maps.,» Google, 2023. [En línea]. Available: https://www.google.com.mx/maps/place/20%C2%B009'42.9%22N+98%C2%B002'32.1%22W/@20.1619085,-98.0428048,19z/data=!3m1!4b1!4m4!3m3!8m2!3d20.1619072!4d-98.0422576. [Último acceso: 12 03 2023].
[3]	«dof.gob.mx,» 2012. [En línea]. Available: http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5280623&fecha=29/11/2012. [Último acceso: 14 Marzo 2023].
[4]	«lapem.cef.gob.mx,» Agosto 2008. [En línea]. Available: https://lapem.cfe.gob.mx/normas/pdfs/f/G0100-04.pdf. [Último acceso: 2023 Marzo 2023].
[5]	«dof.gob.mx,» 24 Marzo 2011. [En línea]. Available: https://dof.gob.mx/normasOficiales/4377/stps/stps.htm. [Último acceso: 14 Marzo 2023].
[6]	«vertic.org,» 2008. [En línea]. Available: http://www.vertic.org/media/National%20Legislation/Mexico/MX_NOM-017-STPS-2008.pdf. [Último acceso: 14 Marzo 2023].
[7]	«NORMA Oficial Mexicana NOM-029-STPS-201,» 29 Diciembre 2011. [En línea]. Available: https://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5227363&fecha=29/12/2011#gsc.tab=0. [Último acceso: 29 Marzo 2023].
[8]	Secretarioa de Gobernacion, «ACUERDO por el que se emite el Manual de Interconexión de Centrales de Generación con Capacidad menor a 0.5 MW.,» Diario Oficial de la Federacion, 15 Diciembre 2016.
[9]	Secretaria de Gobernación, «RESOLUCIÓN de la Comisión Reguladora de Energía por la que expide las disposiciones administrativas de carácter general, los modelos de contrato, la metodología de cálculo de contraprestación y las especificaciones técnicas generales, aplicables a las cen,» Diario Oficial de la Federación, 07 Marzo 2017.