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INSTALACIÓN DE INSTALACIÓN DE
ENERGÍA SOLAR ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICAFOTOVOLTAICA
Servicio Nacional de Adiestramiento en Trabajo Industrial - SENATIServicio Nacional de Adiestramiento en Trabajo Industrial - SENATI
Expositor:Inst Luis Santa Cruz F.
IIndicendice INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍAINTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA
– ¿Qué es la energía solar?.¿Qué es la energía solar?.Es la energía producida por el sol y es convertida a energía útil por el hombre, ya sea para calentar algo o producir electricidad.
– Historia de los Historia de los sistemassistemas fotovoltaicos (FV) fotovoltaicos (FV) . .Las investigaciones iniciales en este campo se enfocaron al desarrollo de Las investigaciones iniciales en este campo se enfocaron al desarrollo de productos para aplicaciones espaciales, siendo su primera utilización exitosa productos para aplicaciones espaciales, siendo su primera utilización exitosa en la fabricación de satélites artificiales. Sus características principales las en la fabricación de satélites artificiales. Sus características principales las hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior.hicieron ideales para el suministro de energía en el espacio exterior.
– Efecto fotovoltaico. (*)Efecto fotovoltaico. (*)– Precios referenciales de los sistemas FV .Precios referenciales de los sistemas FV .– Aplicaciones de los sistemas FV.Aplicaciones de los sistemas FV.– Posibilidades y limitaciones del FV.Posibilidades y limitaciones del FV.
(*) (*) http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico
EL SOL: EL SOL: FUENTE DE ENERGÍAFUENTE DE ENERGÍA
– Introducción.Introducción.
– Patrones , estacionales y diarios.Patrones , estacionales y diarios.
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Preguntas IntroductoriasPreguntas Introductorias
Efecto fotovoltaico.Efecto fotovoltaico.
Módulo o panel solar.Módulo o panel solar.
Radiación solar.Radiación solar.
Instalación solar.Instalación solar.
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INTRODUCCIÓN A LA INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍATECNOLOGÍA
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¿Qué es la energía solar?¿Qué es la energía solar? Sin Sin SolSol no no habría habría vida en vida en
la tierra.la tierra.
RecursosRecursos energéticos. energéticos. provienen indirectamente provienen indirectamente del sol.del sol.– Combustibles fósiles.Combustibles fósiles.– Energía eólica e hidráulica.Energía eólica e hidráulica.– Leña.Leña.
Energía solar se Energía solar se transforma en transforma en electricidad y calor.electricidad y calor.
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Historia de los sistemas FVHistoria de los sistemas FV
18391839 - Efecto FV descubierto - Efecto FV descubierto por Edmond Becquerel.por Edmond Becquerel.
1954 - 1954 - Bell Telephone Bell Telephone dede New JerseyNew Jersey produce las produce las primerasprimeras celdas celdas solares.solares.
Historia de los Sistemas FVHistoria de los Sistemas FV
1956 - 1956 - Loferski publicó tablas de Loferski publicó tablas de rendimiento FV para todos los rendimiento FV para todos los materiales semiconductores. materiales semiconductores.
Años 60 – Se logró rendimientos Años 60 – Se logró rendimientos del 20 del 20 % con celdas mono-cristalinas de% con celdas mono-cristalinas de arseniuro de galioarseniuro de galio (GaAS). (GaAS).
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Historia de los Sistemas FVHistoria de los Sistemas FV
191950 / 1970 – Desarrollo 50 / 1970 – Desarrollo de la tecnología de la tecnología FV durante los programas de FV durante los programas de investigación espacialinvestigación espacial
Años 90 – Celdas Años 90 – Celdas de silicio amorfo de silicio amorfo y y películas delgadaspelículas delgadas
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Efecto FotovoltaicoEfecto Fotovoltaico Fotones del sol Fotones del sol
inciden en celda inciden en celda solar.solar.
Son absorbidas por el Son absorbidas por el material, pero emiten material, pero emiten un electrón.un electrón.
Son recolectados por Son recolectados por un circuito eléctrico y un circuito eléctrico y generan una generan una corriente eléctrica.corriente eléctrica.
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Precios Referenciales 2005Precios Referenciales 2005
El proceso El proceso de producción de las celdas de producción de las celdas FV requiere de FV requiere de grandes grandes inversiones.inversiones.
Los precios Los precios han ido bajando y la han ido bajando y la eficiencia se ha incrementado eficiencia se ha incrementado gradualmente. gradualmente. TIPO DE CELDA
EFICIENCIA [%](en la práctica)
PRECIO[US$/WP]
Monocristalina 13 – 15 5
Policristalina * 12 – 14 4
Película delgada 8 - 11 2
Si amorfo policristalino
6 – 9 1 - 2
* A utilizar en nuestro caso
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PreciosPrecios
Precio Precio se expresa en “Dólares / Watt se expresa en “Dólares / Watt pico”.pico”.
Watt pico: Ejemplo si un panel de Watt pico: Ejemplo si un panel de 100 W100 Wp p
eléctricos a luz solar plena (1,000 W/meléctricos a luz solar plena (1,000 W/m22, a , a 25°C)25°C),, ésa es su capacidad nominal ésa es su capacidad nominal eléctrica es decir produce 100W a plena eléctrica es decir produce 100W a plena luz solarluz solar
PreciosPrecios reales difieren mucho debido a reales difieren mucho debido a circunstancias locales.circunstancias locales.
PreciosPrecios
Los preciosLos precios reales difieren mucho reales difieren mucho debido a circunstancias locales.debido a circunstancias locales.
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ELEMENTOACTUALMENTE
(2005) (US$/Wp)
CORTO PLAZO(2005-2015)
(US$/Wp)
Módulos 1 – 2 0,5 – 1,0
Sistemas 1 – 2 0,5 – 1,0
Sistemas llave en mano 2 – 4 1 – 2
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AplicacionesAplicaciones
CalculadorasCalculadoras . . Juguetes .Juguetes . Luces de señalización .Luces de señalización . Cercos eléctricos .Cercos eléctricos . Bombas para agua potable o irrigación. Bombas para agua potable o irrigación.
AplicacionesAplicaciones
Lámparas portátiles .Lámparas portátiles . Luces de emergencia .Luces de emergencia . Sistemas Sistemas solares solares domésticosdomésticos (SSD). (SSD). Refrigeradores para vacunas, etc. Refrigeradores para vacunas, etc.
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EjemplosEjemplos
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EjemplosEjemplos
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EjemplosEjemplos
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SECTOR POTENCIAL LIMITACIÓN RESULTADOS
Equipo e Inversión
Flexibilidad: facilidad de aumentar de pocos a más watts pico (Wp)
Gastos elevados de inversión por unidad (Wp)
Competitivos en el rango de poco consumo de energía en zonas alejadas sin electricidad.Necesidad de sistemas de financiación (bajos ingresos en zonas rurales)
Operación y mantenimiento
Fiabilidad: pocos gastos y necesidad de manteni-miento y supervisión
Necesidad de almacenar energía para la noche y en días nublados.Batería: punto débil
Los sistemas FV a menudo son competitivos por la relación de su costo y duración
POSIBILIDADES Y LIMITACIONES
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SECTOR POTENCIAL LIMITACIÓN RESULTADOS
Organización
Integración fácil en “paquetes” de consumo adaptados a necesidades del usuario
Mayor participación del usuario en proyectos FV que en los de extensión de la red eléctrica
Necesidad de introducir cambios institucionales en el sector eléctrico para proyectos de electrificación rural con sistemas FV
Consecuen-cias ambientales
Amigables al ambiente: poco CO2 y otros gases en compara-ción con combusti-bles fósiles
La eliminación de baterías es un aspecto ambiental importante
Posible financiación conjunta de los programas interesados en el cambio climático
POSIBILIDADES Y LIMITACIONES
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Lecciones aprendidasLecciones aprendidas
Mercado Mercado generalmente en lugares generalmente en lugares alejados, con mala infraestructura y alejados, con mala infraestructura y bajos ingresos.bajos ingresos.
Fabricantes Fabricantes trabajan trabajan porpor proyecto proyecto,, implica poco compromiso por parte de implica poco compromiso por parte de los fabricantes.los fabricantes.
Mercado Mercado no desarrollado, no desarrollado, entonces entonces no es no es
viable crear una red de serviciosviable crear una red de servicios . .
Lecciones aprendidasLecciones aprendidas
Algunas aplicaciones estaban o están en Algunas aplicaciones estaban o están en un estado experimental y no maduro.un estado experimental y no maduro.
Precios Precios estaban o están altosestaban o están altos.. Pero Pero gracias al desarrollo tecnológico, gracias al desarrollo tecnológico, producción y las ventas en aumento la producción y las ventas en aumento la eficiencia eficiencia creció creció y los precios fueron y los precios fueron bajando.bajando.
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¿Qué pasa en el Perú?¿Qué pasa en el Perú?
Barreras:Barreras:
– Política gubernamental no apoya el mercado.Política gubernamental no apoya el mercado.
– Marco legal y normativo aún incipiente.Marco legal y normativo aún incipiente.
– Falta de institucionalidad representativa.Falta de institucionalidad representativa.
– Información y documentación diseminada.Información y documentación diseminada.
¿Qué pasa en el Perú?¿Qué pasa en el Perú?
– Baja capacidad adquisitiva de población rural.Baja capacidad adquisitiva de población rural.
– Escasez de RR. HH. en zonas de aplicación.Escasez de RR. HH. en zonas de aplicación.
– Aún hay desconocimiento de la tecnología.Aún hay desconocimiento de la tecnología.
– No hay PyMEs para producir componentes.No hay PyMEs para producir componentes.
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EL SOL: FUENTE DE ENERGÍAEL SOL: FUENTE DE ENERGÍA
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IntroducciónIntroducción
Energía del Sol: Energía del Sol: 10,000 10,000 veces la actual veces la actual demanda de energía del demanda de energía del mundo.mundo.
Consumo actual: Se Consumo actual: Se puede satisfacer con puede satisfacer con una una superficie superficie solar solar de de aproxaprox.. 25 25 000 000 Ha.000 000 Ha. (500 x 500 km).(500 x 500 km).
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IntroducciónIntroducción Fuera de la atmósferaFuera de la atmósfera::
RRadiaciónadiación sol solarar eses de de
1 350 W/m1 350 W/m2.2.
Atmósfera Atmósfera (nubes, (nubes, polvo, vapor de agua) polvo, vapor de agua) absorbe, refleja y absorbe, refleja y dispersa la radiación.dispersa la radiación.
En la En la Tierra: Aprox.Tierra: Aprox.
1 000 W/m1 000 W/m22 . .
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IntroducciónIntroducción
La regiones ecuatorialesLa regiones ecuatoriales reciben más reciben más energía solar que otras partes.energía solar que otras partes.
Depende de: HumedadDepende de: Humedad, nubosidad, nubosidad.. Hay Hay variaciones de país a paísvariaciones de país a país aún si se aún si se encuentran en la misma latitud.encuentran en la misma latitud.
IntroducciónIntroducción
Áreas Áreas desérticas reciben mayor desérticas reciben mayor radiación que áreas tropicalesradiación que áreas tropicales . .
Fluctuaciones Fluctuaciones debido a la rotación de la debido a la rotación de la tierra (diaria) y alrededor del sol tierra (diaria) y alrededor del sol (estacionaria)(estacionaria) . .
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IntroducciónIntroducción
Energía Energía solar está solar está distribuida a lo distribuida a lo largo del día en largo del día en una distribución una distribución de Gauss (forma de Gauss (forma de campana). de campana).
IntroducciónIntroducción
Áreas Áreas desérticas desérticas reciben mayor reciben mayor radiación que radiación que áreas tropicalesáreas tropicales
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Mapa mundial solarMapa mundial solar
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Patrones Estaciónales Patrones Estaciónales y diarios – Movimiento Aparente y diarios – Movimiento Aparente SolSol Recorrido del sol y las estacionesRecorrido del sol y las estaciones
Patrones Estaciónales Patrones Estaciónales y diarios – Movimiento Aparente Soly diarios – Movimiento Aparente Sol
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Patrones estacionales Patrones estacionales y diarios - Movimiento Aparente y diarios - Movimiento Aparente SolSol Inclinación eje de rotaciónInclinación eje de rotación: 23°27’: 23°27’
TIERRA
TIERRA
SOL Y TIERRA
21 DE JUN
21 MAR/ SET
23°27´
23°27´
TIERRA
TIERRA
SOL Y TIERRA
21 DE JUN
21 MAR/ SET
23°27´
23°27´
Fuente
: El
abor
ació
n pr
opia
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Patrones estaciónales Patrones estaciónales y diarios - Movimiento Aparente y diarios - Movimiento Aparente SolSol Método práctico: Paso 1 (Lima: Latitud Método práctico: Paso 1 (Lima: Latitud
12° S)12° S)
S N
C 21 Mar/Sep
12°
12°90°
O
Fuente
: El
abor
ació
n pr
opia
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Patrones estacionales Patrones estacionales y diarios - Movimiento Aparente y diarios - Movimiento Aparente SolSol Método práctico: Paso 2 (Lima: Latitud Método práctico: Paso 2 (Lima: Latitud
12° S)12° S)
S N
C
12°
23°27’
21 Mar/Sep
21 Jun12°
90°
O
Fuente
: El
abor
ació
n pr
opia
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Patrones estacionales Patrones estacionales y diarios - Movimiento Aparente y diarios - Movimiento Aparente SolSol Método práctico: Paso 3 (Lima: Latitud Método práctico: Paso 3 (Lima: Latitud
12° S)12° S)
S N
C
12°
23°27’23°27’
21 Mar/Sep
21 Jun
21 Dic
12°
O
90°
Fuente
: El
abor
ació
n pr
opia
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Patrones Estaciónales Patrones Estaciónales y Diariosy Diarios Fuente intermitente: NecesarioFuente intermitente: Necesario usar algún usar algún
tipo de capacidad para almacenamiento.tipo de capacidad para almacenamiento.
Almacenar electricidad por un corto tiempo Almacenar electricidad por un corto tiempo es posible utilizando las baterías.es posible utilizando las baterías.
SeSe diseña diseña parapara que unos cuantos días sin que unos cuantos días sin sol puedan ser cubiertos sin problema.sol puedan ser cubiertos sin problema.
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EL SOL: EL SOL: FUENTE DE ENERGÍAFUENTE DE ENERGÍA
– Radiación solar en el Perú.Radiación solar en el Perú.
– Radiación solar en un lugar específico Radiación solar en un lugar específico (inclinación orientación).(inclinación orientación).
– Sombras y reflejosSombras y reflejos..
– Mediciones.Mediciones.
– Conclusiones.Conclusiones.
¿CÓMO OPERAN LOS SISTEMAS FV?¿CÓMO OPERAN LOS SISTEMAS FV?
– Distribución del sistema. Distribución del sistema.
– Celdas FV, proceso de producción. Celdas FV, proceso de producción.
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¿CÓMO OPERAN LOS SISTEMAS FV?¿CÓMO OPERAN LOS SISTEMAS FV?
– Paneles o módulos FV.Paneles o módulos FV.
– Componentes eléctricos y electrónicos.Componentes eléctricos y electrónicos.
– Acumuladores (baterías).Acumuladores (baterías).
– Estructuras de soporte.Estructuras de soporte.
DISEÑO DEL SISTEMA E INSTALACIÓN DISEÑO DEL SISTEMA E INSTALACIÓN
– Diseño del sistema, requerimientos del Diseño del sistema, requerimientos del usuario.usuario.
– Dimensiones del módulo FV. Dimensiones del módulo FV.
– Dimensiones de la batería .Dimensiones de la batería .
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DISEÑO DEL SISTEMA E INSTALACIÓNDISEÑO DEL SISTEMA E INSTALACIÓN
– Dimensiones de la unidad de control. Dimensiones de la unidad de control.
– Selección del lugar de ubicación.Selección del lugar de ubicación.
– Mantenimiento y extensión al usuario. Mantenimiento y extensión al usuario.
– Observaciones. Observaciones.
– Contratos de servicio. Contratos de servicio.
TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
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EL SOL: FUENTE DE ENERGÍAEL SOL: FUENTE DE ENERGÍA
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Radiación en el PerúRadiación en el Perú
La radiación La radiación promediopromedio,, una de las más una de las más altas del mundo.altas del mundo.
La fluctuación estacional La fluctuación estacional mucho menor mucho menor que que enen regiones nórdicas. regiones nórdicas.
Existe un Atlas de Energía Solar del Perú.Existe un Atlas de Energía Solar del Perú.
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Radiación solar en un lugarRadiación solar en un lugarespecíficoespecífico
Cifras Cifras utilizadas dan cantidades de energía por utilizadas dan cantidades de energía por mm22 en una en una superficie horizontal.superficie horizontal.
Cantidad Cantidad óptima de energíaóptima de energía:: Módulo Módulo inclinado inclinado en el mismo ángulo que el ángulo de latitud.en el mismo ángulo que el ángulo de latitud.
Radiación solar en un lugarRadiación solar en un lugarespecíficoespecífico
Ángulo mínimo:Ángulo mínimo: 15 15oo ((para para drenardrenar agua agua y y lavalavarr polvo polvo).).
A latitudes > 30A latitudes > 30oo NN óó S:S: MódulosMódulos a veces a veces más más inclinados sobre ángulo de latitud inclinados sobre ángulo de latitud para nivelar fluctuaciones para nivelar fluctuaciones estacionalesestacionales . .
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Radiación solar en un lugarRadiación solar en un lugarespecíficoespecífico Factores de inclinación (dirección Factores de inclinación (dirección
Norte): Corrección si no puedo inclinar Norte): Corrección si no puedo inclinar mi módulo en el ángulo óptimo.mi módulo en el ángulo óptimo.
Factores de inclinación (dirección Norte) Latitud
15°
20°
25°
30°
35°
40°
0-5°
0.99
0.97
0.94
0.92
0.88
0.84
5-10°
1.01
1.00
0.98
0.96
0.93
0.89
10-15°
1.03
1.02
1.02
1.00
0.98
0.96
15-20°
1.06
1.07
1.06
1.05
1.04
1.02
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Sombras y reflejosSombras y reflejos
Deben Deben evitarse las sombras evitarse las sombras en en lo posible.lo posible.
LaLa celda que está en la sombra celda que está en la sombra actúaactúa
como una como una gran resistencia.gran resistencia.
MaloMalo parapara el rendimiento de el rendimiento dell sistema sistema
solar. solar.
Sombras y reflejosSombras y reflejos
Cuidado con los árboles pequeños !!.Cuidado con los árboles pequeños !!.
Regla: AnguloRegla: Angulo de la línea de la línea ddel panel FV el panel FV
hasta la cima del objeto con la horizontalhasta la cima del objeto con la horizontal,,
menor a 20menor a 20oo.. No hay problema con la No hay problema con la
sombra.sombra.
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Sombras y reflejosSombras y reflejos
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Sombras y reflejosSombras y reflejos
Reflejos: Por materialesReflejos: Por materiales
concon distintos coeficien distintos coeficien--
tes de reflexión. tes de reflexión.
Ejemplos: Edificio Ejemplos: Edificio
blanco refleja casi blanco refleja casi todo, todo,
edificio oscuro absorbe edificio oscuro absorbe
mucho, mucho, césped o césped o
árboles reflejan parte, árboles reflejan parte,
tierra oscura absorbe tierra oscura absorbe
mucho más. mucho más.
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MedicionesMediciones Para determinar tamaño Para determinar tamaño
del sistema, para estudios del sistema, para estudios de factibilidad.de factibilidad.
Mediciones propiasMediciones propias cuando cuando se trata de se trata de sistemas muy sistemas muy grandes grandes y costosos.y costosos.
Instrumento Instrumento para medir la para medir la energía solarenergía solar: : Piranómetro, Solarímetro.Piranómetro, Solarímetro.
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MedicionesMediciones
Instrumento Instrumento para medir para medir la energía solarla energía solar: : Medidor FV.Medidor FV.
¿Cuál debo usar?.¿Cuál debo usar?. Inspección: Medidor FV.Inspección: Medidor FV. Mediciones a largo Mediciones a largo
plazo: Piranómetro.plazo: Piranómetro. Para monitoreo de un Para monitoreo de un
sistema , medir un año.sistema , medir un año.
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MedicionesMediciones
Data loggers (acumuladores de datos), Data loggers (acumuladores de datos), para automatizar la toma de datos.para automatizar la toma de datos.
Nota: En Nota: En monitoreomonitoreoss, la radiación debe , la radiación debe medirse bajo el medirse bajo el mismo ángulomismo ángulo en que en que están colocados los paneles están colocados los paneles !!!.!.
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Temperatura, Temperatura, Curva I-V Curva I-V
Eficiencia Eficiencia del del sistemasistema FV está FV está influenciada influenciada por la por la temperatura de temperatura de llaas s celdas.celdas.
¡¡ ¡¡ A más baja A más baja temperatura, temperatura, mayor mayor eficiencia eficiencia !!!.!.
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ConclusionesConclusiones
Calcular el promedio diario de radiación en Calcular el promedio diario de radiación en el lugarel lugar. . Para sistemas solares costosos o a Para sistemas solares costosos o a gran escala, la radiación debería medirse gran escala, la radiación debería medirse por años.por años.
Determine ángulo de inclinación óptimo y Determine ángulo de inclinación óptimo y orientación para el lugar.orientación para el lugar.
ConclusionesConclusiones
Cuando Cuando la inclinación u orientación difieren la inclinación u orientación difieren de la óptimade la óptima,, corregir con factores de corregir con factores de inclinación y orientación.inclinación y orientación.
Calcule la influencia de sombras y reflejos.Calcule la influencia de sombras y reflejos.
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¿CÓMO OPERAN ¿CÓMO OPERAN LOS SISTEMAS LOS SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS?FOTOVOLTAICOS?
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trib
uci
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del
sis
tem
aD
istr
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ció
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el s
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Celdas FV: producciónCeldas FV: producción
Producción costosa.Producción costosa.
Obleas de Si se cortan Obleas de Si se cortan de un bloque sólido.de un bloque sólido.
Policristalino y Policristalino y monocristalino.monocristalino.
Celdas FV: producciónCeldas FV: producción
Amorfo y películas Amorfo y películas delgadas.delgadas.
Medida: Aprox. 100 Medida: Aprox. 100 cmcm2.2.
Tensión: Tensión:
aproximadamente aproximadamente
0.5 Vcd/celda.0.5 Vcd/celda.74
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Módulos o paneles FVMódulos o paneles FV
Para obtener 12 ó Para obtener 12 ó 24V, celdas se 24V, celdas se conectan en serie y conectan en serie y paralelo.paralelo.
NOTA: La tensión NOTA: La tensión de de salida del módulo salida del módulo siempre siempre es es más alta más alta que la que la tensióntensión de la de la batería.batería.
Módulos o paneles FVMódulos o paneles FV
Batería: 12V Batería: 12V
Módulo: 16 – Módulo: 16 – 18V.18V.
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Módulos o paneles FVMódulos o paneles FV
CaracterísticasCaracterísticas básicas de un panel FV bajo básicas de un panel FV bajo condiciones estándar (1,000 W/mcondiciones estándar (1,000 W/m22, 25 °C), 25 °C)
VoltajeVoltaje de panel es constante de panel es constante, pero , pero corriente escorriente es
La La salida de potencia es salida de potencia es directamente directamente proporcionalproporcional a la radiación a la radiación
Potencia Pico [ Wp ] = Máxima salida de potencia en Watts pico ( por ejem. 36 Wp )
Corriente de cortocircuito [A] = Corriente entre los polos conectados de un módulo ( por ejem. 2.31 A para un módulo de 36 Wp )
Voltaje abierto [V] = Voltaje entre los polos de un módulo sin carga ( por ejem. 20.5 V para un módulo de 36 Wp )
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Módulos o paneles FVMódulos o paneles FV
Ejemplo: Ejemplo: Salida de un panel típico de 60 WSalida de un panel típico de 60 Wp.p.
A altas temperaturas, la salida de un panel A altas temperaturas, la salida de un panel disminuye. En promedio 0.5% por cada grado disminuye. En promedio 0.5% por cada grado Celsius por encima de la temperatura estándar. Celsius por encima de la temperatura estándar.
Radiación [W/ m2]
Condiciones climáticas
Voltaje en circuito abierto
[V]
Corriente de cortocircuito
[A]
Salida de Potencia
[W]
100 500 1000
Nublado Pocas nubes Despejado
15 19 20
0.5 2.5 5
6 30 60
80
EjemploEjemplo
A 50A 50°C°C, la salida de un panel de 60 Wp, la salida de un panel de 60 Wp ¿cuánto¿cuánto disminuirá disminuirá??
60 x 0.005 x (50-25) = ________ W 60 x 0.005 x (50-25) = ________ W
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Módulos o paneles FVMódulos o paneles FV
A mayor densidad de celdas, mayor A mayor densidad de celdas, mayor ganancia de energía.ganancia de energía.
A altas temperaturas, la salida de un panel A altas temperaturas, la salida de un panel disminuye. En promedio 0.5% por cada disminuye. En promedio 0.5% por cada grado Celsius por encima de la temperatura grado Celsius por encima de la temperatura estándar. estándar.
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Unidad de controlUnidad de control
Funciones:Funciones:
– Dirigir la electricidad Dirigir la electricidad dede los paneles hacia el uso final. los paneles hacia el uso final.
– Dirigir la electricidad Dirigir la electricidad dede los paneles hacia la batería. los paneles hacia la batería.
– Dirigir la electricidad de la batería al uso final. Dirigir la electricidad de la batería al uso final.
Unidad de controlUnidad de control
Funciones:Funciones:
– Impedir que la batería se sobrecargue y Impedir que la batería se sobrecargue y descargue.descargue.
– Impedir daños en los cables Impedir daños en los cables porpor cortocircuitos. cortocircuitos.
– Indicar el funcionamiento del sistema FV y el Indicar el funcionamiento del sistema FV y el estado de carga. estado de carga.
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Unidad de controlUnidad de control
Características principales:Características principales:– Máxima corriente de los módulos (5 A).Máxima corriente de los módulos (5 A).
– Máxima corriente de la batería (5 A).Máxima corriente de la batería (5 A).
– Indicador de bajo voltaje de la batería (LED).Indicador de bajo voltaje de la batería (LED).
– Indicador de carga solar (LED).Indicador de carga solar (LED).
– Voltaje de entrada de carga de batería (13.3 - 14.0 V).Voltaje de entrada de carga de batería (13.3 - 14.0 V).
– Voltaje de entrada de descarga (11.4 y 11.9 Voltaje de entrada de descarga (11.4 y 11.9 VV) )
Unidad de controlUnidad de control
Características principales:Características principales:
– Tipo de regulación (estado sólido y con un Tipo de regulación (estado sólido y con un relay).relay).
– Dispositivo de reseteo (automático o manual).Dispositivo de reseteo (automático o manual).
– Protección eléctrica (fusibles).Protección eléctrica (fusibles).
– Protección contra polaridad inversa (fusible o Protección contra polaridad inversa (fusible o diodo). diodo).
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Unidad de controlUnidad de control
DeterminaDetermina el el comportamiento y comportamiento y tiempo de vida del tiempo de vida del sistema.sistema.
RecomendableRecomendable usar usar sólo diseños sólo diseños probados. probados.
Evitar Evitar el recalentael recalenta--miento de los miento de los componentes. componentes.
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Unidad de ControlUnidad de Control
CajaCaja debe también ser a prueba de agua. debe también ser a prueba de agua.
MPPT o MPPT o Máxima Potencia del Punto de Máxima Potencia del Punto de TracciónTracción. Esto significa que el controlador . Esto significa que el controlador determina el punto óptimo de trabajo de determina el punto óptimo de trabajo de la curva FV. la curva FV.
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CablesCables
Voltaje Voltaje CC bajoCC bajo Corriente Corriente mucho mucho másmás alta alta
Potencia producida por batería o módulo FV:Potencia producida por batería o módulo FV:
P = U * I P = U * I
Potencia generada [W] Tamaño del cable, corte de área
seccional [mm2]
Corriente máxima [A] 12 V 24 V 220 V
1.0 1.5 2.5 4.0 6.0 10.0 16.0 25.0
10 15 20 30 35 50 70 90
120 180 240 360 420 600 840 1080
240 360 480 720 840 1200 1680 2160
2200 3300 4400 6600 7700 11000 15400 19800
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EjercicioEjercicio
¿Qué tipo de cables usaría para los ¿Qué tipo de cables usaría para los siguientes sistemassiguientes sistemas?.?.
50 W, 12 V.50 W, 12 V.
10000 W, 220 V.10000 W, 220 V.
2000 W, 12 V 2000 W, 12 V
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Adaptadores, convertidoresAdaptadores, convertidores
SeSe usanusan para graduar el voltaje de un para graduar el voltaje de un sistema solar. sistema solar.
Por ejemploPor ejemplo:: SalidaSalida 24V y aplicación de 12V 24V y aplicación de 12V ó 6Vó 6V.. ElEl voltaje debe disminuir. voltaje debe disminuir.
Esto puede hacerse con un adaptador Esto puede hacerse con un adaptador cualquiera.cualquiera.
¡ Tenga cuidado de que el adaptador sea lo ¡ Tenga cuidado de que el adaptador sea lo suficientemente grande para la aplicación !.suficientemente grande para la aplicación !.
Es recomendable evitarlos.Es recomendable evitarlos.
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BateríaBatería Capacidad (Ah):Capacidad (Ah): CantidadCantidad de energía que una batería de energía que una batería
puede almacenar puede almacenar
Corriente Corriente de carga (A)de carga (A):: CorrienteCorriente eléctrica de la que está eléctrica de la que está provista una bateríaprovista una batería
Q (Q (cantidad de cantidad de carga Ah) = I (Intensidad de carga A) . T carga Ah) = I (Intensidad de carga A) . T (tiempo h) (tiempo h)
Q (Ah) = I (A) . T ( h)Q (Ah) = I (A) . T ( h)
E (Wh) = U (V) . Q (Ah) E (Wh) = U (V) . Q (Ah)
¡ No se debe cargar baterías a una corriente mayor del ¡ No se debe cargar baterías a una corriente mayor del 10% de su capacidad estimada ! 10% de su capacidad estimada !
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BateríaBatería Descarga: Descarga: EnergíaEnergía
está usada por una está usada por una carga. carga.
Corriente Corriente de de DesDescargacarga:: VelocidadVelocidad a la que se a la que se sustrae corriente de la sustrae corriente de la batería.batería.
Estado Estado de Cargade Carga:: CantidadCantidad de energía de energía restante.restante.
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EjemploEjemplo
Una lámpara que consume 1.2 amperios Una lámpara que consume 1.2 amperios utiliza, para cuatro horas, 4.8utiliza, para cuatro horas, 4.8 Ah de Ah de energía de una batería (1.2 amperios x 4 energía de una batería (1.2 amperios x 4 horas = 4.8 amperios–horas). horas = 4.8 amperios–horas).
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BateríaBatería
CicloCiclo:: Periodo Periodo de carga junto con su de carga junto con su correspondiente periodo de descarga.correspondiente periodo de descarga.
CicloCiclo de vida de vida:: Número Número estimado de ciclos de estimado de ciclos de duración de una batería.duración de una batería.
Ciclo Ciclo de vida real se acorta debido a descargas de vida real se acorta debido a descargas profundas, alta temperatura, falta de profundas, alta temperatura, falta de mantenimiento, y demasiadas descargas a alta mantenimiento, y demasiadas descargas a alta velocidad. velocidad.
Auto-descarga:Auto-descarga: Descarga propia de la batería. Descarga propia de la batería.
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Tipos de bateríaTipos de batería Baterías para autosBaterías para autos, plomo-ácido porcentaje , plomo-ácido porcentaje
de descarga de 1% al 4% si son nuevas se de descarga de 1% al 4% si son nuevas se usan solo en arranque.usan solo en arranque.
Baterías de plomo antimonio Baterías de plomo antimonio (motriz), 50-80% (motriz), 50-80% de descarga. de descarga.
Baterías Baterías selladasselladas (Gel) (Gel), 50-70% de descarga., 50-70% de descarga. Baterías solares.Baterías solares.
– EntreEntre 1000 y 2000 ciclos (3 y 6 años). 1000 y 2000 ciclos (3 y 6 años).
– Bajo Bajo porcentaje de auto-descarga, porcentaje de auto-descarga, dede 2 2-- 4% al mes . 4% al mes .
– Gran Gran depósito de electrolito para evitar gasificación.depósito de electrolito para evitar gasificación.
– Ciclos profundos: 40% de descargaCiclos profundos: 40% de descarga
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SoportesSoportes
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DISEÑO DEL SISTEMADISEÑO DEL SISTEMA
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DISEÑO DEL SISTEMA DISEÑO DEL SISTEMA – Diseño del sistema, requerimientos del Diseño del sistema, requerimientos del
usuario. usuario. – Dimensiones del módulo FV. Dimensiones del módulo FV. – Dimensiones de la batería.Dimensiones de la batería.– Dimensiones de la unidad de control. Dimensiones de la unidad de control. – Selección del lugar de ubicaciónSelección del lugar de ubicación
100
LA EXPERIENCIA ADQUIRIDALA EXPERIENCIA ADQUIRIDA– Usos de la energía solar FV en el Perú. Usos de la energía solar FV en el Perú. – Perspectivas de desarrollo. Perspectivas de desarrollo.
101
Requerimientos del usuarioRequerimientos del usuario
Necesidades Necesidades dedell cliente cliente:: Punto Punto de partidade partida !!.!!. Informar al cliente de las ventajas y Informar al cliente de las ventajas y
limitaciones de los sistemas FV.limitaciones de los sistemas FV. Establecer una buena relación con el cliente. Establecer una buena relación con el cliente.
Conocer sus necesidades y deseos.Conocer sus necesidades y deseos. Involucrar Involucrar al cliente durante al cliente durante lala instalación y instalación y
el servicio técnico o de reparación. el servicio técnico o de reparación. Un usuario capacitado es de gran ayuda para Un usuario capacitado es de gran ayuda para
mantener el sistema en buenas condiciones. mantener el sistema en buenas condiciones.
102
Consumo de energía: Tablas y EquivalenciasConsumo de energía: Tablas y Equivalencias
103
Consumo de energía: Tablas y EquivalenciasConsumo de energía: Tablas y Equivalencias
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Selección del lugar de ubicaciónSelección del lugar de ubicación
Ubicación de los paneles. Ubicación de los paneles.
AnguloAngulo de inclinación y orientación. de inclinación y orientación.
EstructuraEstructura del techo o marco de soporte. del techo o marco de soporte.
Facilidad para limpieza y mantenimiento.Facilidad para limpieza y mantenimiento.
Cerca Cerca de los lugares donde se ubican la. de los lugares donde se ubican la.
unidad de control, la batería y el uso final.unidad de control, la batería y el uso final.
ProtegidoProtegido contra robos o daño. contra robos o daño.
105
Selección del lugar de ubicaciónSelección del lugar de ubicación
NoNo deben colocarse cerca de fuentes deben colocarse cerca de fuentes
contaminantes. contaminantes.
La Unidad de ControlLa Unidad de Control y batería deben y batería deben
instalarse instalarse enen unas cajas unas cajas adecuadas.adecuadas.
BateríaBatería a temperatura moderada. a temperatura moderada.
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Dimensiones del módulo FVDimensiones del módulo FV
Presentaremos un cálculo:Presentaremos un cálculo:
El diseño se realiza en base a la El diseño se realiza en base a la radiación más baja del año ó con el radiación más baja del año ó con el promedio anual.promedio anual.
Los métodos para determinar el tamaño Los métodos para determinar el tamaño son fáciles de usar pero tienen sus son fáciles de usar pero tienen sus limitaciones.limitaciones.
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108
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110
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IE
1200A dr Fórmula:Fórmula:
Donde:Donde:
– Ar : Tamaño del panel [WAr : Tamaño del panel [Wpp]]
– Ed : Demanda de electricidad [KWh/día]Ed : Demanda de electricidad [KWh/día]
– I : Irradiación [KWh/mI : Irradiación [KWh/m22/día]/día]
20% de pérdidas del sistema20% de pérdidas del sistema
112
113
114
115
Cinco paneles modelo 51106
5 PANELES * 75 Wp / PANEL = 375 Wp
360Wp + 15 Wp = 375 Wp
Se sobre dimensiono por 15 Wp por seguridad.
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117
118
ARTEFACTO POTENCIA
[W] TIEMPO [hrs/ d]
ENERGÍA [Wh/ d]
Tubo flourescente para el comedor Tubo flourescente para la cocina Lámpara ahorradora para la lavandería Lámpara ahorradora para el dormitorio Televisión a color Tocacassette Refrigerador
15 15
15
20 50 5
100
4 2 1 1 4 4 12
60 30
15
20 200 20
1200 TOTAL 1545
EJEMPLO DE CALCULO
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Ejercicio.....Ejercicio.....
La demanda de electricidad de la casa La demanda de electricidad de la casa es : es :
- 3 luces de 13 W;- 3 luces de 13 W; 4 horas 4 horas al díaal día
- un televisor, 15 W;- un televisor, 15 W; 4 horas al día4 horas al día
- una radio de 10 W;- una radio de 10 W; 3 horas al día3 horas al día Aconseje al Sr. Pajuelo acerca de la Aconseje al Sr. Pajuelo acerca de la
compra de un sistema FVcompra de un sistema FV
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Dimensiones de la bateríaDimensiones de la batería
Periodo de independencia: 2 – 3 días.Periodo de independencia: 2 – 3 días.
Eficiencia de carga: Aprox. 80%.Eficiencia de carga: Aprox. 80%.
Descarga no mayor Descarga no mayor del 50%del 50%,, de lo de lo contrario su tiempo de vida disminuirá contrario su tiempo de vida disminuirá demasiado. demasiado.
121
EjemploEjemplo
Para cubrir un período de 3 días sin sol se requiere una Para cubrir un período de 3 días sin sol se requiere una batería de la siguiente capacidad:batería de la siguiente capacidad:
- eficiencia de batería = 80%- eficiencia de batería = 80%
- profundidad de descarga de batería = 50%- profundidad de descarga de batería = 50%
- consumo eléctrico = 5 K W h/díaconsumo eléctrico = 5 K W h/día
Tamaño de la batería: Tamaño de la batería:
Tamaño = (AUTONOMIA . Ed )/ ( Rendimiento %. Tamaño = (AUTONOMIA . Ed )/ ( Rendimiento %. Descarga %)Descarga %)
El N° de El N° de BateríasBaterías es de es de 31 de 12 Vcd de 100 Ah c 31 de 12 Vcd de 100 Ah c/u/u
N° de Baterias = Tamaño / (Ah) (Vcd)N° de Baterias = Tamaño / (Ah) (Vcd)
KWhdiaKWhdias
5.3750.080.0
/53
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Dimensiones de la Unidad de Dimensiones de la Unidad de Control (UC)Control (UC)
El tamaño de la El tamaño de la UCUC s see determina por la determina por la máxima corriente sistema FV. máxima corriente sistema FV.
Puede Puede ser la corriente de los paneles a la ser la corriente de los paneles a la batería o uso final, o de la batería batería o uso final, o de la batería aal uso l uso final. final.
Ambas corrientes máximas deben Ambas corrientes máximas deben calcularse para determinar la capacidad calcularse para determinar la capacidad de la unidad de control.de la unidad de control.
La corriente más alta determina la La corriente más alta determina la capacidad. capacidad.
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EjemploEjemplo
Un panel de 12V y 50 WUn panel de 12V y 50 Wpp suministra una suministra una
corriente máxima de 4.2corriente máxima de 4.2 A. A. 4 luces de 11W y una radio de 15W, alum4 luces de 11W y una radio de 15W, alum--
brando y funcionando simultáneamente, brando y funcionando simultáneamente, extraen más o menos 5extraen más o menos 5 A.A.
No se espera que la corriente máxima en No se espera que la corriente máxima en el sistema exceda estos 5el sistema exceda estos 5 A.A.
Entonces, Entonces, la UC y fusibles deben la UC y fusibles deben dimensionarse a este valordimensionarse a este valor: 5 A.: 5 A.
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Medir corriente Isc (corriente en ckto cerrado del Medir corriente Isc (corriente en ckto cerrado del modulo);empleando amperímetro.modulo);empleando amperímetro.
Isc proporcional a radiación. Isc proporcional a radiación.
Corriente medida = Isc (condiciones normales) Corriente medida = Isc (condiciones normales)
Radiación medida en (K w/mRadiación medida en (K w/m22))
Medir Voc (Voltaje de Ckto Abierto del modulo): Medir Voc (Voltaje de Ckto Abierto del modulo): Emplear voltímetro. Emplear voltímetro.
Voc disminuye con Temp. Medir radiación y Temp Voc disminuye con Temp. Medir radiación y Temp ambiente. Estimar TOC. Calcular Voc ambiente. Estimar TOC. Calcular Voc correspondiente y comparar con ficha del módulocorrespondiente y comparar con ficha del módulo
ASPECTOS ELÉCTRICOSASPECTOS ELÉCTRICOS
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MantenimientoMantenimiento de las de las bateríasbateríasASPECTOS FÍSICOSASPECTOS FÍSICOS Inspeccionar nivel de electrolito y llenarInspeccionar nivel de electrolito y llenar Limpiar las bateríasLimpiar las baterías Inspeccionar terminales: Ajustar y engrasarInspeccionar terminales: Ajustar y engrasar Inspeccionar películas de agua en la Inspeccionar películas de agua en la
superficie de la bateríasuperficie de la batería Verificar buena ventilaciónVerificar buena ventilación En el caso nuestro cuando sea aplicable, En el caso nuestro cuando sea aplicable,
toda vez que son baterías de cero toda vez que son baterías de cero mantenimientomantenimiento
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MantenimientoMantenimiento de las de las bateríasbateríasASPECTOS ELÉCTRICOSASPECTOS ELÉCTRICOS En baterías no selladas, medir la En baterías no selladas, medir la
gravedad específica (método del gravedad específica (método del higrómetro)higrómetro)
En baterías selladas, medir Voc (Voltaje En baterías selladas, medir Voc (Voltaje de ckto abierto del modulo de Tensión y de ckto abierto del modulo de Tensión y comparar con ficha técnica)comparar con ficha técnica)
Medir corriente de carga y descarga. Medir corriente de carga y descarga. Usar información del proveedor para Usar información del proveedor para estimar la cargaestimar la carga