Reporte Interno del Área
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Reporte Interno del Área: UTT-AEI-ING-ER-2016
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Resumen
Este trabajo fue realizado con el fin de fomentar la implementación de las energías renovables en diferentes sectores productivos, como es el caso la fábrica de producción de chantillí con la finalidad de abastecer de energía limpia una parte de su consumo eléctrico y con ello reducir los gastos de pago por el consumo de este servicio ante la CFE, así mismo hacer el uso de la fuente de energía renovable como la fotovoltaica que se contribuye a preservar el medio ambiente.
En este trabajo se presenta el diseño y la instalación fotovoltaica que se realizó por la empresa ECOIM para una fábrica de chantilly de La fábrica San Sebastián Tenochtitlan S.P.R. de R.L., se encuentra ubicada en Carretera Saucillo - Nopala km. 6.2 San Sebastián Tenochtitlan, Mpio. Nopala de Villagrán, Hidalgo C.P. 42481. En el dimensionamiento fotovoltaico se consideraron varios factores como el promedio del consumo total de kWh que se encuentra en el recibo de pago ante la CFE, la radiación solar que se hace presente en el lugar, las dimensiones de la zona donde quedará ubicado el sistema fotovoltaico, así como, la orientación e inclinación que son factores muy importantes para la realización del estudio y posicionar los módulos fotovoltaicos. Posteriormente se realizan una serie documentos para tramitar el contrato de interconexión a la red, con la compañía Comisión Federal de Electricidad. Como resultado de este proyecto se estimó el costo beneficio para justificar la viabilidad del sistema interconectado a la red fotovoltaico.
El diseño del sistema interconectado a la red fotovoltaica se inició con el estudio acerca de la energía solar fotovoltaica, después se describió las cuestiones generales de la radiación solar y de los equipos que conforman el sistema. Por otra parte se realizó un diagnóstico sobre la ubicación del sistema con respecto a la radiación solar que se presenta en nuestro país y en el estado ye la región de estudio. Asimismo se comenzó a realizar el desarrollo del proyecto el cual contiene la construcción de las estructura metálicas, la relación e instalación de los materiales y el equipo necesario para el adecuado funcionamiento del sistema.
Para concluir se hace mención de los resultados de los cálculos del dimensionamiento interconectado a la red, y la revisión del funcionamiento del sistema para detectar los posibles problemas que se presenten con el equipo y con ello evitar accidentes. Por otra parte se realizó la cotización del proyecto para determinar el costo total del sistema, establecer el retorno de la inversión de toda la instalación y sus beneficios. Por último considerar el recurso energético disponible al utilizar la energía del sol y compararlo con la vida útil de los módulos fotovoltaicos los cuales tiene una garantía de aproximadamente 30 años
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TABLA DE CONTENIDO
I. Introducción ..........................................................................................................................4
II. OBJETIVOS DEL PROYECTO ...................................................................................................6
Objetivo general .............................................................................................................................6
Objetivos específicos ......................................................................................................................6
Metas .............................................................................................................................................6
III. Desarrollo de la investigaciÓn ...............................................................................................7
3.1 Insolación normal directa en diferentes regiones del país .......................................................8
3.2 Normas oficiales para el sistema fotovoltaico interconectado a la red ..................................11
3.3 Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones Eléctricas ................................12
3.4 Diseño y construcción de las 5 estructuras para la instalación del sistema fotovoltaico........13
Estructura del autolavado ............................................................................................................15
Cálculo de sombras ......................................................................................................................25
3.5 Colocación los paneles fotovoltaicos para la interconexión a la Red......................................33
3.7 Inversores ...............................................................................................................................46
3.8 Instalación del autotransformador 150 KVA tipo seco ...........................................................53
3.8 Ubicación del autotransformador. .........................................................................................54
IV. RESULTADOS .......................................................................................................................59
Datos del sistema interconectado a la Red Fotovoltaica. .............................................................59
4.1 Resultados en el sistema interconectado a la red ..................................................................61
4.2 Cotización del sistema interconectado a la red fotovoltaica de 90 kWp ................................62
V. CONCLUSIONES ...................................................................................................................65
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I. INTRODUCCIÓN
El creciente costo económico y ambiental de los combustibles fósiles, juntado a la
reducción a sus abastos ha promovido el desarrollo de las fuentes renovables como
alternativas energéticas viables. En el caso de la energía solar y en específico de los
sistemas fotovoltaicos y en la vasta mayoría de sus aplicaciones, el usuario se suple la
energía a sí mismo en vez de depender de una compañía de energía. La energía solar es
usada por consumidores residenciales, comerciales e industriales y fomentando tanto por
compañías eléctricas como gobiernos para reducir costos energéticos de los usuarios.
El uso de sistemas fotovoltaicos para grandes generaciones de electricidad es una
práctica cada vez más común en el ámbito internacional. Durante los últimos 30 años el
desarrollo tecnológico en este campo ha permitido una reducción de 95% en el costo de
los módulos fotovoltaicos comerciales a la par de un incremento cercano al 200% en su
eficiencia. Un dato que puede servir como referenciar para dimensionar el nivel de
penetración de esta tecnología en estos últimos años son los más de 1200 MW de
potencia pico instalada a nivel mundial, con un crecimiento anual del orden de 16%.
Manda de electricidad; esto es hoy en día una realidad en algunos países como
Dinamarca, Holanda, Alemania, Japón y España de las grandes potencia sistemas
fotovoltaicos. (SENER 2007)
En términos generales, los generadores fotovoltaicos distribuidores conectados a la red
pueden aportar importantes beneficios a los sistemas de distribución dependiendo de las
características y condiciones operativas a la red de distribución.
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Problemática
El elevado consumo de energía eléctrica por parte de la fábrica está siendo alimentada
actualmente por fuentes no renovables, lo que está ocasionando una derrama económica
considerable para la empresa aunado a ello por el tipo de energía que consume, está
generando gases de efecto invernadero causando un gran impacto negativo al medio
ambiente. Motivo por el cual los directivos de la fábrica están interesados en disminuir
estos impactos a través del uso de una energía más limpia que permita mantener los
niveles de producción y minimizar los por el consumo de la energía convencional.
Justificación
Para disminuir el exceso de consumo de energía se implementará la instalación de un
sistema solar de interconexión para disminuir en un 90% del consumo actual de la fábrica
de chantilly y por consiguiente disminuir en gran medida la factura por el pago de la
energía consumida.
Con la implementación de este sistema solar de interconexión se espera la disminución
en el pago por el exceso de consumo energético, de igual manera se podrá disminuir la
generación de dióxido de carbono CO2, y con ello no seguir contribuyendo a la afectación
del medio ambiente de la región.
Alcance
Reducir el gasto del consumo de energía eléctrica, mismo que se percibe en el recibo de
luz de la fábrica chantillí ubicado en San Sebastián Tenochtitlan municipio de Nopala
Hgo. Con el sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica una vez instalado en la
fábrica, se analizaran la lectura del voltaje que se produce en energía directa y convertirla
en alterna utilizando inversores que se instalaran en el equipo de interconexión, y detectar
las variaciones que se pudieran presentar en el sistema, para ser inmediatamente
ajustadas de tal manera que se logre el objetivo de disminuir el consumo energético
actual.
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II. OBJETIVOS DEL PROYECTO
Objetivo general
Instalar un sistema fotovoltaico interconectado a la Red para la fábrica de chantillí en San
Sebastián municipio de Nopala Hgo. Con la factibilidad de disminuir el gasto del recibo de
luz y contribuyendo a la reducción de gases de efecto invernadero.
Objetivos específicos
Construir cuatro estructuras en el estacionamiento, auto lavado, arriba de las oficinas
de la fábrica y adentro de la fábrica de chantilly, en la cual se llevara la instalación de
los paneles fotovoltaicos.
Armar estructuras de aluminio para la instalación fotovoltaica en la fábrica de San
Sebastián municipio de Nopala Hgo.
Instalar la primera línea de los paneles fotovoltaicos arriba de la fábrica.
Instalar tres líneas más de paneles fotovoltaicos en las estructuras ya terminadas.
Metas
Conseguir apoyo por parte del equipo de trabajo del proyecto para conocer las
dimensiones de las estructuras para instalar los paneles fotovoltaicos
Investigar los costos de todos los materiales para la interconexión a la red fotovoltaica
para cotizar el precio que se llevó en la instalación del proyecto de la fábrica de San
Sebastián Nopala Hgo.
Investigar la forma de armado de estructuras de aluminio para instalarlas en el techo
de lámina de la fábrica de chantillí, estacionamiento, autolavado y en el de las oficinas.
Investigar la conexión de los paneles fotovoltaicos hacia la red y analizar los pasos
que se llevaron en la instalación.
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III. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
Ubicación del lugar
La fábrica SAN SEBASTIÁN TENOCHTITLAN S.P.R. DE R.L., se encuentra ubicada en Carretera Saucillo - Nopala km. 6.2 San Sebastián Tenochtitlan, Mpio. Nopala de Villagrán, Hidalgo C.P. 42481. En la imagen 1, se muestra el lugar de ubicación de la empresa.
Imagen 1. Ubicación de la fábrica de SAN SEBASTIÁN TENOCHTITLAN S.P.R. DE R.L.
Fuente: Google Earth
Donde sus productos básicamente son cremas batidas, mermeladas, derivados de chocolate etc., principalmente su producción se basa en productos para panadería, repostería y alimentaria.
Hoy en día las fábricas que se preocupan por disminuir el consumo de la energía eléctrica
y cuidar el medio ambiente con ello la fábrica de San Sebastián Tenochtitlan se catalogó
como la segunda empresa del estado de Hidalgo, en recibir la instalación del sistema
fotovoltaico interconectada a la red más grande con una capacidad de instalación de 90
kWhp ya que nuestro estado va creciendo en producción de la energía por medio de los
recursos naturales y desde luego también la fábrica se encuentra uno de los lugares con
más radiación solar. En la imagen 7, se muestra la instalación de la fábrica de chantilly.
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Imagen 1. Instalación fotovoltaica interconectada en la fábrica en San Sebastián Tenochtitlan S.P.R. de R.L.
3.1 Insolación normal directa en diferentes regiones del país
La insolación normal directa es 50% más alta en otras regiones de México como por
ejemplo en el estado de Sonora donde se alcanza de 7 a 8 kWh/m² por día (dependiendo
la época del año) en promedio anual, igual en los estados de Baja California, Chihuahua,
norte de Durango, Coahuila, norte de Zacatecas, el oeste de San Luis Potosí, el suroeste
de Oaxaca, el este de Jalisco, el norte de Guanajuato y el sur de Puebla. Regiones con
insolación normal directa entre 6 y 7 kWh/m² por día (valor muy bueno) se encuentra
Sinaloa, Nayarit, Durango, sur de Zacatecas, Aguascalientes, Guerrero, una parte de
Michoacán, una parte de Jalisco, Colima, Querétaro, el este de Hidalgo. Los estados de la
Costa Caribe tienen un aire más húmedo y la insolación normal directa está entre 3 y 4.5
kWh/m² por día. En la imagen 9, se presenta un mapa de la República Mexicana que
muestra la distribución de la radiación solar. En el Distrito Federal, la contaminación del
automóvil y de la industria es tan alta que impide que pasen una parte de los rayos
solares; la insolación normal directa del D.F. es sólo de 3.5kWh/m² por día (IIE 2012).
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Imagen 2. Mapa que muestra la distribución de la radiación solar máxima en la República Mexicana en el mes de Mayo. Medida en W/m2.
Fuente: Instituto de Investigaciones Eléctricas.
San Sebastián Tenochtitlan se encuentra unas de las regiones con mayor radiación solar
ya que la zona se encuentra en la región en el Valle Mezquital, el clima es semiseco con
una radiación de 5.6 kW/m2/h en otros datos la zona puede superar la radiación hasta 6
kW/m2 en 5 a 6 horas durante los meses de marzo a noviembre
Tabla 1. Resumen de la radiación solar para el lugar de ubicación de la fábrica.
NASA Surface meteorology and Solar Energy: RETScreen Data
Latitud 20.246 / Longitud -99.644
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Unit Climate data
location
Latitud °N 20.246
Longitud °E -99.644
Elevación M 1751
Heating design temperature °C 6.39
Cooling design temperature °C 26.39
Earth temperature amplitude °C 15.26
Frost days at site Dia 0
Meses Temper
atura
de aire
Humeda
d relativa
Radiación
solar
horizontal
Presión
atmosférica
Velocid
ad del
viento
Temperatur
a del suelo
Grados
de
calenta
miento
al día
Grados
de frio
al día
°C % kWh/m2/d kPa m/s °C °C-d °C-d
Enero 12.4 66.7% 4.60 83.0 3.3 13.8 163 96
Febrero 14.1 59.7% 5.60 82.9 3.5 16.2 105 129
Marzo 16.8 49.9% 6.48 82.8 3.9 19.9 54 219
Abril 19.1 50.2% 6.67 82.7 3.8 22.6 19 276
Mayo 20.1 57.1% 6.56 82.7 3.5 23.4 7 317
Junio 19.4 70.1% 6.15 82.8 3.2 21.8 3 290
Julio 18.9 69.5% 5.98 82.9 3.1 21.1 5 282
Agosto 18.9 69.9% 5.95 82.9 2.9 21.1 2 283
Septiembre 17.8 75.8% 5.17 82.8 2.8 19.7 18 243
11
Octubre 16.0 76.7% 4.93 82.9 2.9 17.7 61 195
Noviembre 14.3 73.5% 4.75 83.0 3.1 15.8 103 142
Diciembre 12.6 71.1% 4.31 83.0 3.1 13.9 156 103
Anual
16.7
65.9%
5.60
82.9
3.3
18.9
696
2575
Fuente: NASA (National Aeronautics and Service Adminastration)
3.2 Normas oficiales para el sistema fotovoltaico interconectado a la red Los proyectos de instalación en sistemas fotovoltaicos instalados en industrias para
abastecer las necesidades eléctricas una nueva conexión a la red eléctrica existente,
deben estar basado requisitos de la siguiente norma y el código:
NOM-008-SCFI-2002, Sistema general de unidades de medida.
NMX-J-643/1-ANCE-2011 (IEC 60904-1) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 1:
Medición de la característica corriente-tensión de los dispositivos fotovoltaicos.
NMX-J-643/2-ANCE-2011 (IEC 60904-2) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 2:
Requisitos para dispositivos solares de referencia.
NMX-J-643/3-ANCE-2011 (IEC 60904-3) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 3:
Principios de medición para dispositivos solares fotovoltaicos terrestres (FV) con
datos de referencia para radiación.
NMX-J-643/5-ANCE-2011 (IEC 60904-5) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 5:
Determinación de la temperatura equivalente de la celda (ECT) de dispositivos
fotovoltaicos (FV) por el método de tensión de circuito abierto.
NMX-J-643/7-ANCE-2011 (IEC 60904-7) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 7:
Cálculo de la corrección del desajuste espectral en las mediciones de dispositivos
fotovoltaicos.
NMX-J-643/9-ANCE-2011 (IEC 60904-9) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 9:
Requisitos para la realización del simulador solar.
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NMX-J-643/10-ANCE-2011 (IEC 60904-10) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 10:
Métodos de mediciones lineales.
NMX-J-643/11-ANCE-2011 (IEC 60891) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 11:
Procedimientos para corregir las mediciones de temperatura e Irradiancia de las
características corriente-tensión.
NMX-J-643/12-ANCE-2011 (IEC 61836) - Dispositivos fotovoltaicos-Parte 12:
Términos, definiciones y simbología.
NMX-J-618/1-ANCE-2010 (IEC 61730-1) – Evaluación de la seguridad en módulos
fotovoltaicos (FV)-Parte 1: Requisitos generales para construcción.
NMX-J-618/2-ANCE-2012 (IEC 61730-2) – Evaluación de la seguridad en módulos
fotovoltaicos (FV)-Parte 2: Requisitos para pruebas.
3.3 Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012, Instalaciones Eléctricas El objetivo de esta NOM es establecer las especificaciones y lineamientos de carácter
técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía
eléctrica, a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y
sus propiedades, en lo referente a la protección contra:
Las descargas eléctricas,
Los efectos térmicos,
Las sobrecorriente,
Las corrientes de falla y
Las sobretensiones.
El cumplimiento de las disposiciones indicadas en esta NOM promueve el uso de la
energía eléctrica en forma segura; asimismo esta NOM no intenta ser una guía de diseño,
ni un manual de instrucciones para personas no calificadas.
Esta norma se aplica a toda instalación eléctrica tanta privada y pública en propiedades
industriales, comerciales, de vivienda.
Las instalaciones eléctricas deben diseñarse de acuerdo con las características de la
fuente de suministro.
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La información específica de la fuente de suministro es necesaria para diseñar una
instalación segura. Las características de la fuente de suministro deben incluirse en la
documentación para demostrar cumplimiento con la presente NOM. Se puede afectar la
seguridad de la instalación si las características del sistema cambian.
Función de conductores:
Para corriente alterna:
Conductores de fase;
Conductor neutro;
Conductor de puesta a tierra (conductor de protección);
Para corriente continua:
Conductor de línea;
Conductor de punto medio;
Conductor de puesta a tierra (conductor de protección).
3.4 Diseño y construcción de las 5 estructuras para la instalación del sistema fotovoltaico.
En esta etapa se dedicó a la construcción de 5 estructuras para la instalación del sistema
fotovoltaico interconectado a la red, ya que no había espacio suficiente para instalarlos en
el techo y consideró los espacios recomendados por la empresa ECOIM para realizar la
instalación de los paneles donde fueron los siguientes.
Estructura del estacionamiento
Fue la primera decisión de la empresa para construir la estructura con una dimensión de
6 m de ancho por 18 m de largo con una altura de 4 m donde se realizó por partes de la
construcción.
En las imágenes 14 y 15, se presentan la vista frontal y trasera de la estructura del
estacionamiento diseño en AutoCAD.
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Imagen 3. Vista frontal de la estructura del estacionamiento diseño en AutoCAD.
Fuente: Propia.
Imagen 4. Vista trasera de la estructura estacionamiento diseño en AutoCAD.
Fuente: Propia.
Donde la primera parte fue en construir los postes esto y esto se llevó a cabo donde se
soldaron los PTR con una altura de 4 m, junto con las placas de acero de 20 cm* 20 cm
esto soldó la parte de abajo como la de arriba. La parte abajo fue para ponerlos en el
suelo donde se introdujeron 4 agujeros de con una broca de ½” pulgada donde se van a
introducir los taquetes de metal uno vez ya hecho este problema se hacia los agujeros
pero con una broca de concreto igual ½” pulgada por otra parte las placas de arriba se
van a utilizar con refuerzo para soldar los otros PTR pero los de arriba. Al término de
15
realizar este procedimiento de construcción de los postes se instalaron 6 postes con una
distancia de separación en 3 m de largo y atornillarlos con los taquetes esto fue la parte
de en frente de la construcción de la estructura.
Una vez ya tener listo los postes se empiezan a soldar los PTR en la parte de arriba, se
soldaron 7 PTR con una distancia de 2.5 m esto se realizó con el fin de reforzar la
estructura pero este aumentaría más ya que el ancho aumento a 8 m. Con dos 2 m más
en la parte de abajo la última parte fue soldar los montenes con distancia de 2.6 m de
largo en forma horizontal.
Una vez ya terminado la construcción de la estructura del estacionamiento se empezaron
a colar los postes pero en la parte del muro con una de 75 cm con lo cual el propósito es
reforzarlo más ya que hay posibilidades que se pueda ir para bajo la estructura y puede
causar serios accidentes, como se puede observar en la imagen 16. Otro detalle que se
realizo fue pintar la estructura de amarrillo pero de aceite, también sirvió como una capa
protectora para no se oxide el metal ya que se de acero carbono.
Imagen 5. Construcción de la primera estructura de la fábrica para los paneles fotovoltaico
Estructura del autolavado
Fue la segunda construcción de la estructura con una dimensión de 18 m de largo, 9.5 m
de ancho y con una altura de 6 m fue una de las estructuras con mayor altura esto se
empezó a construir paso por paso ya que tardo un poco más de tiempo de armarlo la
estructura en la parte de arriba se empezó a soldar con los ángulos de 90° con el fin de
hacer una cadena metálica o zigzag, con una medida de 11 m largo donde se colocaran
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en la parte de los lados, otra cadena de 9 m se colocaría en lo ancho y una vez que se
termina en construir una cadena o zigzag metálica se mandaba a pintar de color amarillo
vinílico. En la imagen siguiente se muestra un esquema del zigzag para ser colocados
arriba de la estructura del autolavado (imagen 17).
Imagen 6. Diseño en AutoCAD de la estructura zigzag para la colocación para la cubierta del autolavado.
Fuente. Propia.
En la imagen 18, se muestra la finalización de las estructuras zigzag para ser soldadas
en la parte de arriba de la estructura.
Imagen 7. Construccion de las cadenas metalicas o zizag para la estructura del autolavado.
Se colocarán los postes una vez finalizado el proceso de soldar las cadenas de metal, en
tanto otros compañeros de trabajo empezaran a construir 8 postes igualmente con las
placas soldadas en los extremos y se empiezan a colocar con una distancia de 4.5 m de
separación tanto en la derecha y en la izquierda donde, la parte de abajo se le empiezan
hacer los agujeros en el metal y concreto.
Una vez colocado los postes con las placas metálicas se empiezan subir las cadenas
metálicas o zigzag para ser soldados en las partes de los dos lados de la estructura y
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también en la parte frontal y trasera de la estructura. En la imagen 19, se muestra la
estructura zigzag ya soldadas en la parte de arriba de la estructura.
Imagen 8. Estructura zigzag soldadas en la parte de arriba de la estructura del autolavado.
Después de soldar las estructuras de zigzag se empieza a soldar otras 7 cadenas más
pero en la parte de medio con una distancia de separación de 2.5 m ya que la estructura
del autolavado tiene una distancia de 18 m de largo. En la imagen 20, se muestra la
colocación de las estructuras de zigzag para ser soldadas en la parte de medió de la
estructura.
Imagen 9. Colocación de las estructuras para ser soldadas en la parte de arriba de la estructura del auto lavado.
En la imagen 21, se muestra el proceso final de la colocación de las estructuras soldada
en zigzag en parte superior de la estructura del autolavado, para empezar a realizar el
siguiente paso es el soldar los montenes para la colocación de las láminas galvanizadas.
18
Imagen 10. Finalización de colocación de las estructuras en zigzag en la parte de arriba de la estructura autolavado.
En el siguiente paso se colocó los montenes en la parte da arriba de las estructuras de
zigzag esto sirvió para reforzar más la estructura del autolavado e igualmente para la
colocación de las láminas galvanizadas. Cada monten tiene una medida de 6 m de largo
con 15 cm de ancho se colocó con una distancia de 1.25 m, se ocupó 24 montenes para
ser colocadas y soldadas. En la imagen 22, se muestra la colocación de los montenes en
la parte de arriba de la estructura de zigzag.
Imagen 11. Colocación de los montenes para ser soldadas en la parte de arriba de las estructuras zigzag de la estructura del autolavado.
En la siguiente imagen 23, se muestra la finalización de la construcción de la estructura
del autolavado la cual estará lista para montar las láminas galvanizadas.
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Imagen 12. Finalización la construcción de la estructura del autolavado.
Estructura por arriba de las oficinas
Arriba de las oficinas con una dimensión de 12 m de ancho por 21 de largo fue una de las
estructuras de metal más grande que se han creado dentro de la fábrica para la
instalación del sistema fotovoltaico. En la imagen 24, se muestra el diseño en AutoCAD
de la estructura de la parte de arriba de las oficinas.
Imagen 13. Diseño en AutoCAD de la estructura de por arriba de las oficinas.
Los materiales las cuales se ocuparon para realizar la construcción fueron PTR de 4” x 4”
pulgadas y montenes de 6 m de largo más 10 cm de ancho. El primer la cual se realizó
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para la construcción de la estructura de la parte de arriba de las oficinas se construyeron
postes con placas de 10 por 10 ya que estas placas para la parte de arriba ya que en la
parte de abajo solo se van a soldar con las varillas de los que sobran en las columnas de
concreto de las oficinas. Una vez soldadas los postes con las placas se suben arriba de
las oficinas para dar el inicio de soldar con las varillas de las columnas. Para que la
columna del PTR quede derecha se utiliza la herramienta que es el nivel para a nivelar
esto se coloca en los lados y en la parte de enfrente la cual el PTR debe quedar a
nivelado. En la imagen 25, se muestra el nivel para que el PTR quede perfectamente
nivelado.
Imagen 14. Nivel herramienta utilizada para nivelar el PTR.
Una vez nivelado el PTR se empieza a soldar con las varillas, de igual manera se reforzó
el poste, se soldó con las columnas de concreto, proceso que se observa en la imagen
26.
21
Imagen 15. Soldando la columna del PTR con las varillas de la columna de concreto.
Se soldaron 6 postes en la parte de frente de la estructura con una altura de 2.40 m
también se hizo el mismo procedimiento en la parte media, pero con una altura de 3.25 m.
en la imagen 27, se muestran los postes de PTR ya soldados, estos están instalados en el
techo de las oficinas.
Imagen 16. Postes del PTR ya soldadas en la parte de arriba de las oficinas.
En la parte de los postes de PTR se soldaron junto con las columnas de metal en la parte
arriba de la fábrica esto lo autorizo el contador de la fábrica la cual solo se utilizó tramos
de ángulos y varillas para soldar los PTR junto con las columnas de metal en la parte de
arriba de la fábrica. En la imagen 28, se muestra la colocación de las columnas del PTR
sobre el techo de la fábrica.
Imagen 17. Colocación de los postes del PTR arriba de la fábrica.
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Después de terminar los últimos postes se empezó a colocar las columnas de PTR para
ser soldadas en la parte frontal, trasera, en los dos lados y en la parte media de la
estructura de las oficinas. En la imagen 29, se muestra las columnas de PTR montadas
en las placas de los postes.
Imagen 18. Columnas de PTR montadas en las placas de los postes para ser soldadas.
En otra parte se soldaron otras columnas de PTR, pero en la parte media, para reforzar
más la estructura por el techo de las oficinas. En la imagen30, se muestra las columnas
en la parte de medio donde son montados para soldar.
Imagen 19. Columnas de PTR montadas por arriba de las otras columnas para ser soldadas
En el último paso para finalizar la construcción de la estructura de las oficinas fue montar
los montenes con una distancia de 1.50 m de separación de cada una de ellas en total de
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montenes que se colocaron fueron de 32 montenes la cual esto sirvieron para montar las
láminas galvanizadas y reforzar más la estructura, y donde después la estructura será
pintada de color blanco. En la imagen 31, se muestra los montenes ya soldadas para que
la estructura se empiece a pintar.
Imagen 20. Estructura finalizada para ser pintada de blanco.
Adentro del patio de la fábrica con una dimensión fue de igual medida como la estructura
anterior de 6X6 m con una cierta inclinación ya que esta va orientada hacia el sur la
cubierta ya que esta la ayuda a la inclinación de los paneles fotovoltaicos para disminuir el
ángulo de inclinación de las estructuras de aluminio este método se utilizó en la estructura
por arriba de la oficinas, arriba de la cisterna. La estructura fue construida con la siguiente
manera, se colocó tres postes en la parte de la losa de la bodega la cual tenía la altura de
4 m, ya que el poste del PTR tiene una altura de 1.50, con la altura de losa y los tres
postes fue de 5.50 m altura eso fue en la parte trasera en la parte frontal se colocó un
poste de lado izquierdo fue de 4.20 m, en lado derecho la barda tiene una altura 3.70 m
la cual aumento con un poste de PTR con 50 para estar parejo con lado derecho y como
la estructura anterior se colocó las columnas de PTR en la parte frontal, trasera y media
para reforzar la estructura y posteriormente montar los montenes, este proceso se
observa en la imagen 32.
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Imagen 32. Colocación de las columnas de PTR por arriba de las placas de los postes.
Una vez montadas las columnas de PTR se instalan los montenes con una distancia de
2.5 m de separación, para ello se montaron seis montenes que servirán para reforzar las
estructuras como las anteriores estructuras, igualmente se pintó la estructura de blanco
para dar el término de la construcción de la última estructura.
Colocación de lámina en las estructuras
Una vez construida las estructuras se empezó a techar con lámina galvanizada con
dimensiones de 6 m x 1.40m y de 4 m x 1.40 con ello es colocar las estructuras de
aluminio y los paneles fotovoltaicos.
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Imagen 21. Colocación de la lámina galvanizada en el estacionamiento.
La segunda colocación de lámina galvanizada con dimensiones de 6 m x 1.40 m de un
sólo lado y en el otro lado con un menor de distancia se colocó con una dimensión de 4
m x 1.40 m fue en el autolavado. En la imagen 38, se muestra como se fija la lámina
galvanizada en la estructura del autolavado.
Imagen 22. Fijación de lámina galvanizada en la estructura del autolavado.
Cálculo de sombras
La situación de las diferentes filas de paneles debe ser tal que en ningún momento se
produzca la proyección de sombras de unos paneles sobre otros. Para ello se considera
utilizar para todo el año o verano, donde el día más desfavorable será el 20 de junio.
β min= (90º-latitud)-23º ………………………….. (2
Dónde:
β min= Altura solar mínima al mediodía solar.
En la imagen 44, se muestra la distancia que se tiene que separar los módulos
fotovoltaicos.
26
Imagen 23. Diagrama de separación entre arreglos de módulos fotovoltaicos.
Fuente: ANCE, 2012.
La distancia mínima entre líneas de captadores para que una fila anterior no proyecte
sombras se determina:
Por lo tanto para una instalación en la latitud de 21 grados norte los cálculos serán los
siguientes:
β min= (90º- latitud) - 23º ………………………..….. (3
Las fórmulas de cálculo serán las siguientes:
C= B x cos S ……………………………………….. (4
Donde la distancia mínima es igual a
Dist. Min. = C+ ((B x sen S)/(tg β min)) ………………….(5
Dónde:
L= distancia Min. – C
Por lo tanto para una instalación en la latitud de 20 grados norte los cálculos serán los
siguientes:
27
β min = (90º- latitud) - 23º
β min = (69º) - 23º
β min = 46º
Las fórmulas de cálculo serán las siguientes:
C= B x cos S
C= 3.35 x cos(21)
C=3.35 x (0.93358042)
C=3.1275
Donde la distancia mínima es igual a:
Dist. Min. = C+ ((B x sen S)/(tg β min))
Dist. Min. = 3.1275 + ((3.35 x sen 20)/(tg 46))
Dist. Min. = 3.1275 + ((1.20)/(1.0355))
Dist. Min. = 3.127 + (1.1593)
Dist. Min. = 4.2868
Dónde:
L= dist. Min. – C
L=4.2868 – 3.1275
L=1.159
En la imagen 36, se observa el diagrama de distancias entre arreglos fotovoltaicos
28
Imagen 36. Diagrama de distancia entre arreglos para evitar sombra.
Fuente: Elaboración propia
Construcción de la estructuras de aluminio
En el siguiente punto se dedicó a la construcción de las estructuras de aluminio donde se
llevará la instalación de los paneles fotovoltaicos. El aluminio es uno de los materiales que
no se oxidan ventaja que posee este metal, por lo que se protege de la oxidación la
instalación del sistema fotovoltaico, existen más materiales antioxidantes o anticorrosivos
como el acero galvanizado o el acero inoxidable en la imagen 46, se presenta el diseño
realizado en AutoCAD.
La estructura debe cumplir con lo siguiente:
a) Ser fijos o con seguimiento solar (uno o dos ejes).
b) La estructura de soporte debe ser capaz de resistir un mínimo de 15 a 25 años
expuesta a la intemperie, sin que la corrosión o fatiga del material sea apreciable.
Debe también soportar vientos de altas velocidades (120 km/h).
29
c) Debe estar orientada hacia la “cara” o superficie activa de los módulos este hacia
el sur verdadero ±5°. Sí por condiciones del sitio de instalación no se puede
cumplir lo anterior, el proveedor debe entregar una memoria de cálculo del perfil
mensual de generación de la energía durante un año.
d) Ser de metal: aluminio anodizado o acero inoxidable, o bien, acero al carbón
galvanizado en caliente o acero al carbón con un recubrimiento anticorrosivo y
pintura acrílica anticorrosiva.
e) En regiones de ambiente salino, la estructura debe de ser de aluminio anodizado o
acero inoxidable.
f) Puede contar con un sistema de ajuste ±15° de acuerdo a la latitud del lugar.
Imagen 37. Diseño en AutoCAD estructuras de aluminio.
Los módulos fotovoltaicos con marco deben fijarse a la estructura únicamente mediante
elementos de acero inoxidable. El diseño de la estructuras de soporte debe facilitar la
limpieza de los módulos fotovoltaicos y la inspección de las cajas de conexión. El montaje
de dichas estructuras debe preservar su resistencia a la fatiga, corrosión y efectos del
viento.
Se realizó la construcción de las estructuras de aluminio como soporte de los módulos
fotovoltaicos en la primera colocación fue en la cubierta de la fábrica esto únicamente se
fijó en la lámina galvanizada ya que no se construyeron estructuras de montaje como se
va a colocar en las otras estructuras.
30
Cada columna de aluminio tiene una medida de 6.13 m de largo con un grosor de 1.5”
pulgadas. Antes de cortar el aluminio se tuvo que hacer un análisis para determinar la
dimensiones de la estructura de aluminio el ángulo de la inclinación que la cual tiene que
estar es de 21°grados ya que este ángulo se determinó por el latitud geográfico que se
encontraba en el lugar como se explicó en la inclinación. En este caso para ser fijadas en
la cubierta de la fábrica se cortó 15 cm de para ser fijada con la lámina ósea como la base
del soporte, el ángulo de inclinación para las columnas del soporte del módulo se
cortaron de diferentes medidas ya que van variando por el ángulo de inclinación las
medidas fueron de 65 cm, 46 cm, 38cm, 21cm, estos son los 4 principales medidas para
las columnas para el soporte del módulo, en el soporte del módulo la medida fue de 5 m
de largo.
Las estructuras aluminio se fijaron en la cubierta de la estructura de las oficinas, cisterna
adentro del patio de la fábrica y en la losa de la tienda, en la imagen 49, se observa el
proceso.
Por otro lado se realizó la construcción de las estructuras de montaje de aluminio de la
siguiente manera:
Se elaboró un plano en AutoCAD para diseñar las bases para la estructura de montaje
con sus respectivas medidas, imagen 38.
Imagen 38. Diseño de la base de aluminio en AutoCAD.
Fuente. Propia
31
Se llevaron a cabo cortes para la bases de la estructura de montaje con medidas de 93
cm para la base del soporte de lámina, 87 cm para el soporte de los módulos
fotovoltaicos, 45 cm y 12 cm para las columnas del soporte.
Después de los cortes de la estructura se viene armar las bases de las estructuras donde
los materiales que se van a utilizar son las pinzas de presión para sujetar las bases de
aluminio, se atornillan con un taladro con broca de ¼” para barrenar las bases, tornillos ¼”
pulgada igualmente llaves o dados para ajustar las bases de aluminio, imagen 39.
Imagen 39. Bases de aluminio para realizar la construcción de la estructura del montaje.
En el otro diseño de AutoCAD se mostrará la estructura de montaje de módulos
fotovoltaicos, este diseño es para el estacionamiento de la fábrica de chantilly, en la
imagen 40, se observa el diseño de la estructura de montaje.
Imagen 40. Diseño de la estructura de montaje en AutoCAD
32
Fuente. Propia
En la imagen anterior se armó la estructura del montaje para subirlas a la estructura del
estacionamiento con una distancia de cada base de aluminio fue de 1.80 m, se fijó otra
base de 5.50 m largo que fue colocada en la parte superior del techo y abajo donde se fijó
igualmente con tuercas de ¼”, para realizar el este proceso se utilizó un taladro y broca
de un ¼”, pinzas de presión para sujetarlos y apretar las tuercas con llaves y dados de ¼”.
Se colocó una columna atravesada de aluminio para tener más soporte en la estructura
del montaje. En las imágenes 41 y 42 se muestran la estructura diseñada en AutoCAD y
la construcción de las estructuras de montaje.
Imagen 41. Diseño en AutoCAD vista trasera de la estructura de montaje.
Imagen 24. Estructuras de montaje finalizadas para la estructura del estacionamiento.
Se construyeron 8 estructuras de montaje para la estructura del estacionamiento ya que
estos se van a fijar con montenes y no con la lámina, la cubierta de la estructura
autolavado se encuentra de forma recta y no de modo inclinada.
33
En la parte del autolavado la construcción de las estructuras de montaje se realizó de
igual manera como se llevó a cabo como la estructura aluminio, únicamente cambiando
las distancias de los espacios de las bases.
Son seis bases de aluminio con una distancia de 1.50 m de largo, en este tipo de
estructura le caben 10 módulos fotovoltaicos imagen 43.
Imagen 43. Diseño de las estructuras en AutoCAD para la cubierta del autolavado.
Fuente: propia
3.5 Colocación los paneles fotovoltaicos para la interconexión a la Red.
En el siguiente punto se hablara de la instalación del sistema interconectado a la red CFE
donde se instalarán los 360 paneles fotovoltaicos con una capacidad de 250 W, siendo
acomodadas en cada espacio de la fábrica y en las estructuras que se construyeron.
Después de la colocación de las estructuras de aluminio en cada espacio correspondiente
se viene la colocación de los paneles fotovoltaicos. En el primer espacio donde se
colocaron fue en la nave de la fábrica de chantilly, utilizando un total 80 paneles
34
fotovoltaicos, se acomodaron en cada lugar de 5 paneles con un ángulo de inclinación de
21° grados.
Imagen 44. Colocación de los paneles fotovoltaicos arriba de la fábrica de chantilly.
Se van colocando en cada espacio de las estructuras de aluminio, en otro lado dejan un
pequeño espacio para pasar por si hay una falla puedan dar el mantenimiento al arreglo
fotovoltaico y no tener el problema en subirse por encima de los módulos fotovoltaicos
imagen 45.
Imagen 45. Espacio asignado para el mantenimiento de los módulos fotovoltaicos.
Después de dejar el espacio asignado, se coloca los demás módulos fotovoltaicos donde
se muestra en la imagen anterior, imagen 46.
35
Imagen 425. Colocación de los últimos módulos fotovoltaicos.
Después de terminar en colocar los paneles fotovoltaicos, se empieza a subir 46 paneles
fotovoltaicos para colocarlos en el estacionamiento donde se construyó la primera
estructura de la fábrica, en cada estructura de aluminio lleva módulos fotovoltaicos,
imagen 47.
Imagen 47. Colocación de los paneles fotovoltaicos en la estructura del estacionamiento.
En la segunda estructura del autolavado se subieron y se colocaran 70 módulos
fotovoltaicos, se colocaron 10 paneles fotovoltaicos en cada estructura imagen 48.
36
Imagen 48. Colocación de los módulos fotovoltaicos en la estructura de autolavado.
En la tercera estructura ubicada arriba de las oficinas fue la colocación más grandes en
módulos fotovoltaicos fue de 110 paneles, por otra parte se hace la mención en la que los
paneles fotovoltaicos no se iban a colocar en estructura de montaje si no la colocación
debe hacer en el mismo como en el techo de la cubierta de la fábrica.
Imagen 49. Colocación de los paneles fotovoltaicos arriba de las oficinas.
En esta parte, la colocación de los paneles fotovoltaicos se dividió en partes ya que la
estructura fue muy grande y se instalaron 70 módulos enfrente de la estructura y 40 en la
parte posterior de la estructura, como se observa en la imagen 50.
37
Imagen 50. Módulos fotovoltaicos en la parte de atrás de estructura de las oficinas.
En la parte de la tienda de venta de chantilly se colocaron 10 módulos fotovoltaicos donde
las estructuras de aluminio se fijaron en la losa, igualmente en la parte de la cocina de la
fábrica, se colocaron 14 módulos fotovoltaicos donde armaron estructuras de aluminio
para fijarlos al techo, imagen 51.
Imagen 26. Módulos fotovoltaicos arriba de la tienda y de la cocina.
En la parte final de los 30 últimos módulos fotovoltaicos se colocaron en dos estructuras
mismas que se ubicaron en la parte superior de la cisterna y adentro del patio de la
fábrica, en cada uno de ellos se colocaron 15 paneles, en la imagen 52 se observa el
resultado final.
38
Imagen 52. Última colocación de los módulos fotovoltaicos.
Después de montar los módulos fotovoltaicos se empezaron a realizar las conexiones de
serie (positivo a negativo) esto fue para aumentar de los “STRINGS” o arreglos
fotovoltaicos. Cada arreglo consta de 20 módulos fotovoltaicos, las dos salidas de los
módulos son para realizar las conexiones en paralelo, se ven en la conexión para las
protecciones termomagneticos, esta protección sirve para evitar cortos circuitos en el
sistema. En la imagen 53, se muestra las conexiones de serie paralelo de los arreglos
fotovoltaicos del sistema.
Imagen 53. Conexiones de serie paralelo de los arreglos fotovoltaicos del sistema.
Colocación de tubería, cableado y gabinetes
Una vez ya finalizada la colocación de los 360 módulos fotovoltaicos, se empieza a
colocar la tubería y gabinetes donde irán las conexiones de los arreglos fotovoltaicos. La
39
tubería conduit de acero galvanizado, codos, conduletas tipo “L y T” coplees y conectores
americanos, materiales que se solicitaron para realizar la colocación de las estructuras y
en los techos de la fábrica, tienda y cocina.
También se solicitó tubo conduit rígido de policloruro de vinilo (PVC) este tipo de tubería
se va enterrar para realizar la entrada y salida del registro. Desde el autolavado hacia el
estacionamiento.
Tubería
El tubo conduit rígido de policloruro de vinilo (PVC), tubo conduit rígido no metálico de
sección transversal circular, con coples, conectores y accesorios asociados o integrales,
para la instalación de conductores y cables eléctricos. El cual se colocó por debajo de la
tierra por la razón de meter el cable hacia el registro del autolavado y por el propósito de
no usar demasiada cantidad de cable ya que la salida hacia el otro registro era muy larga,
por esta razón se metió este tubo para realizar la salida hacia el otro registro del
autolavado. En la norma NOM-001-SEDE del artículo 300-6 se puede colocar en lugares
sometidos a influencias corrosivas fuertes, y donde esté sujeto a sustancias químicas
para las cuales el tubo conduit está aprobado.
Tubería conduit “EMT”
Este tubo, sin rosca, de pared delgada y sección transversal circular es diseñado para la
protección física y el enrutamiento de conductores y cables, y para su uso como
conductor de puesta a tierra del equipo, cuando se instala usando los accesorios
adecuados. En general, este tipo de tubería EMT está hecha de acero (ferroso) con
revestimientos de protección o de aluminio (no ferroso).
Las medidas de diámetro que se utilizaron fueron de ½”, ¾” y de 1 ½” para realizar la
colocación de la tubería conduit en la instalación (imagen 72). En los arreglos
fotovoltaicos cada salida de los “Strings” con las cajas condulet se utilizó tubería de ½” y
¾”.
40
Imagen 54. Tubería conduit ½” para colocación en los arreglos fotovoltaicos “strings”.
Para realizar la bajada de los cables y llevarlos a los registros se utilizó 1 ½” para meter
los conductores y llevarlos hacia los registros, como se observa en la imagen 55.
Imagen 55. Tubo conduit 1 ½” EMT dirigida hacia los registros.
Cableado
El cableado debe realizarse de acuerdo a lo especificado en la Norma Internacional IEC
60364-4-41, IEC 60364-7-712 y cumplir con lo requerido en el Art. 690 y 705 de la Norma
NOM 001-SEDE 2012 dentro del cual se destaca lo siguiente.
El cable conductor debe tener aislante certificado para 600V o superior y contar
con certificación NOM-063-SCFI vigente.
Todo cable conductor expuesto a la intemperie, además de satisfacer la Norma
NOM-063-SCFI, debe estar certificado para ser expuesto a la radiación solar
(resistentes a la luz solar como del tipo USE, UF, TWD-UV, grado solar o
equivalente).
41
El cable conductor para los circuitos de la fuente fotovoltaica como de salida
fotovoltaica en corriente directa preferentemente debe tener doble aislamiento
para garantizar un aislamiento Clase II. (Vulcanel EP antillama Tipo RHH ò RHW-
2; Vinanel THHN, THWN-2).
Para cables de sección transversal de 13 mm2 o mayor (desde cable calibre ·6
hacia secciones transversales más gruesas 4, 2, 1/0, etc.), se puede usar cable de
aluminio grado eléctrico de la serie AA 8000 según el Art 310.14 de la NOM 001
SEDE 2012, siempre que los conectores para la interconexión de los circuitos
eléctricos sean del tipo CO/ALR; o bien, que tengan un recubierto metálico que
permita la compatibilidad con conectores tradicionales de cobre tipo tornillo. Deben
ser del tipo USE-2, RHH. RHHW-2 con aislamiento XLPE para intemperie.
No se acepta cable uso rudo en los circuitos del sistema fotovoltaico para el caso
de estructuras para el AFV sin seguimiento solar, Para el caso de estructuras con
seguimiento solar sólo se acepta cable del tipo uso rudo en el circuito de salida de
la fuente fotovoltaica hasta la caja de control, si, está certificado para intemperie y
con protección UV (cable tipo grado solar).
En los circuitos de la fuente y de salida fotovoltaica la capacidad o capacidad de
conducción de los conductores debe seleccionarse con un valor de 1.56 veces la
corriente de corto circuito, Isc, del módulo, panel o arreglo fotovoltaico (NOM-001
SEDE 2012, Art.690-8).
En el circuito de salida del inversor, la capacidad de conducción de los
conductores debe seleccionarse con un valor de 1.25 veces la corriente a la
potencia nominal del inversor.
Todo cable conductor que no sea para intemperie y que no sea resistente a la luz
solar debe estar contenido en tubería conduit adecuada al tipo de instalación
(interior o exterior) y a las condiciones ambientales. Puede ser del tipo flexible de
aluminio con recubrimiento de PVC para intemperie del conocido como liquidtight
(para longitudes máximas de 3 m) o rígida de PVC o metálica galvanizada para
más de 3 m.
42
El tipo de cable conductor para el cableado en general, no expuesto a la
intemperie, debe ser seleccionado con aislante a 90°C, por ejemplo del tipoTHW-
2, THWN-2, THHW-LS o equivalente.
El calibre del cable conductor la cual se ocupo fue de 12 THW para las instalaciones
de serie paralelo en los módulos fotovoltaicos “strings”. En la imagen 756, se muestra
el calibre que se ocupó en la conexión de los módulos fotovoltaicos.
Imagen 27.Cable conductor THW calibre 12 para realizar las conexiones en los módulos fotovoltaicos.
A continuación se utilizó el cable conductor de calibre 10 para la conexión del gabinete
de los arreglos fotovoltaicos hacia los inversores. Por otro lado este calibre sirve para
evitar retornos de corriente ya que la conexión es paralelo y el amperaje es muy
grande, se utiliza un conductor de calibre pequeño el cable se calentaría demasiado e
incluso podría derretir el aislante, provocar corto circuitos y quemar el sistema
fotovoltaico por lo tanto es preferible utilizar un calibre más alto.
Por otra parte el cable calibre 10, se metió en el tubo galvanizado 1 ½” ya que este
diámetro de tubo puede meter una cierta cantidad de cables conductores de cada
estructura y en cada edificio las salidas de los conductores bajan hacia los registros de
los conductores. En la imagen 57, se muestra los conductores de calibre 10 para
meter en los registros.
43
Imagen 57. Cable conductor de calibre 10 para las salidas de los módulos fotovoltaicos en los registros.
Gabinetes con protecciones termomagneticos para energía directa (DC)
La posición en la pared, en paredes de concreto, loza u otro material no combustible, los
gabinetes se deben instalar de manera que el borde frontal del gabinete no quede a más
de 6 milímetros hacia adentro de la superficie terminada. En paredes construidas de
madera u otro material combustible, los gabinetes deben quedar a nivel con la superficie
terminada o deben sobresalir de la misma (NOM-001-SEDE).
En esta etapa de instalación fotovoltaica se coloca un gabinete para un arreglo
fotovoltaico de 20 módulos, con sus protecciones termomagneticos para corriente directa.
En la imagen 58, se muestra el arreglo fotovoltaico conectado hacia el gabinete.
44
Imagen 528. Diagrama del arreglo fotovoltaico conectado hacia las protecciones termomagneticos.
Arreglo: Ensamble mecánicamente integrado de módulos o paneles con una estructura y
bases de soporte, sistema de orientación y otros componentes, según se necesite para
formar una unidad de generación de energía eléctrica de corriente continua. En el imagen
79, se muestran las protecciones termomagneticos de 16 Ampers y bornes de conexión
dentro del gabinete para corriente directa (CD).
Imagen 29. Protecciones y bornes dentro del gabinete.
45
Después de conectarlas a las protecciones se manda la corriente directa hacia a los
inversores. En la imagen 60, se muestra el gabinete colocado con el arreglo fotovoltaico
de 20 módulos y se realiza las conexiones serie-paralelo.
Imagen 60. Gabinete con sus protecciones termomagneticos para energía directa.
En el siguiente diagrama de la imagen 61, se muestra como se conectaron la instalación
de los módulos fotovoltaicos en corriente directa (CD).
Imagen 61. Conexiones en el gabinete en corriente directa (CD).
46
1. Cable conductor utilizado para las conexiones series paralelos del arreglo
fotovoltaico la cual consta de 20 paneles en corriente directa.
2. Bornes de conexión donde se conectan los arreglos fotovoltaicos para que la
corriente vaya a las protecciones termomagneticos.
3. Cable calibre #10 THW conectados desde los bornes hacia a las protecciones
termomagnéticos.
4. Protecciones termomagnéticos se utilizan para evitar la sobre-corriente y
corrientes de corto circuito.
5. Puentes son utilizados para juntar las líneas de los arreglos fotovoltaicos y sacar 2
conductores hacia los otros bornes.
6. Cable conductor de calibre #10 THW la cuales utilizado como salidas de la
corriente directa de los paneles fotovoltaicos la cual la corriente viaja hacia los
inversores par transfórmalo en corriente alterna.
7. Bornes para la puesta tierra. Los sistemas eléctricos que son puestos a tierra se
deben conectar a tierra de manera que limiten la tensión impuesta por descargas
atmosféricas, sobretensiones en la línea, o contacto no intencional con líneas de
tensión mayor y que estabilicen la tensión a tierra durante la operación normal.
8. Tubería conduit tipo EMT es utilizado para proteger el cable conductor, evitar
problemas por parte de la intemperie y evitar los cortos circuitos.
3.7 Inversores
Inversor: Equipo que se utiliza para cambiar el nivel de tensión o la forma de onda, o
ambas, de la energía eléctrica. En general un inversor es un dispositivo que cambia una
entrada de corriente continua en una salida de corriente alterna. Los inversores también
pueden funcionar como cargadores de baterías que emplean la corriente alterna de otra
fuente y la convierten en corriente continua para cargar las baterías.
En esta etapa se dedicó a la colocación de los 9 inversores de 10 kW. Los datos técnicos
se encuentran en el Anexo 2. Donde después se fijó en la pared el lugar donde se escogió
para colocar los equipos, a un lado del tablero eléctrico la cual se distribuye a varias
zonas de la fábrica, por lo cual la producción de electricidad del sistema fotovoltaica se
va conectar dentro del tablero principal después de conectar la energía alterna hacia el
47
transformador. En la imagen 62, se muestra la colocación de los inversores a un lado del
tablero principal.
Imagen 62. Colocación de los inversores.
Después de colocar los 9 inversores, a un lado del tablero principal eléctrico se dedicó a
realizar la conexión de la energía directa hacia al inversor donde este lo transforma a
energía alterna para ser llevado al transformador.
Al término se colocan los inversores se empezó a fijar los gabinetes con sus protecciones
termomagnéticos de energía directa (DC) y de energía alterna (AC) para realizar las
conexiones en energía alterna los gabinetes se colocaron por debajo de los inversores.
En la imagen 63, se muestra la colocación de los gabinetes con sus protecciones.
Imagen 63. Colocación de los gabinetes por debajo de los inversores.
48
Después de colocarlos los gabinetes se empieza a poner la tubería conduit “EMT” para
meter el cable conductor de calibre #10 que pertenece a la bajada de los arreglos
fotovoltaicos que se encuentra en la parte superior de la cubierta.
La tubería la cual se va poner es de 1 ½” para meter el cable de los arreglos fotovoltaicos
donde se encuentra en el registro por debajo del tablero eléctrico principal. Antes de
poner la tubería conduit por debajo y arriba de los gabinetes se perforó en la pared, el
material que se ocupó para la perforación fue un taladro eléctrico con una broca de
concreto de 3/8” para meter 3 tubos “EMT” 1 ½”, el tamaño del agujero fue de 5”. En la
imagen 64, se muestra la perforación de la pared.
Imagen 64. Perforación en la pared para meter los 3 tubos conduit “EMT”
Una vez realizado el agujero se colocaran los dos tubos de arreglos fotovoltaicos donde
se encuentran los cables conductores en el registro y el otro tubo conduit es para el
transformador donde llevara el cable conductor hacia el tablero principal de la fábrica.
En el siguiente paso fue introducir el cable conductor de corriente directa (DC)
perteneciente a los arreglos fotovoltaicos en la tubería conduit donde salen los cables en
el gabinete. El gabinete que se colocó aparte de los otros gabinetes que ya están
colocados por debajo de los inversores fue ocupado para realizar la conexiones de las
tierras físicas de los inversores y de igual manera de los arreglos por otra parte tuvo la
utilidad en dividir los cables conductores de los arreglos fotovoltaicos la cual se van a
conectar en los inversores. En la imagen 65, se muestra el gabinete para realizar las
conexiones de tierras físicas.
49
Imagen 65. Gabinete para realizar las conexiones de las tierras físicas de los inversores y de los arreglos.
En siguiente paso fue conectar en las entradas de la corriente directa para convertirla en
corriente alterna. En la siguiente imagen se muestra las entradas para ser conectadas con
los arreglos fotovoltaicos, imagen 66.
Imagen 66. Entradas para la corriente directa (DC).
El cable de calibre #10 en los inversores la cual recibirá 2 arreglos fotovoltaicos con
capacidad de 5,000 W de cada arreglo, ya que los 9 inversores tiene la capacidad de 10
kW de potencia. En la imagen 67, se muestra la conexión del cable en la entrada del
inversor para que después sean conectadas en las protecciones termomagnéticos.
50
Imagen 67. Conexión del cable para la corriente directa.
Se empieza a poner la tubería conduit “EMT” 1 ½” por debajo y arriba de los gabinetes
para meter el cable conductor de la corriente directa de los arreglos fotovoltaicos, imagen
68.
Imagen 68. Colocación de la tubería conduit en los gabinetes.
Para meter el cable en el tubo para ser conectado hacia el gabinete con las protecciones
termomagnéticos se utilizó tubería con una medida de ¾” con las conduletas ovaladas de
tipo “L” la cual se pone a un lado del gabinete los conectores de tipo americano y
conectado en el tubo de 1 ½” con condulet de tipo “T” el tamaño de tubo para unir con la
conduleta T y L fue de 10 cm. En la imagen 69, se muestra la fijación del tubo en el
gabinete.
51
Imagen 69. Colocación de la conduletas para meter los cables conductores en los gabinetes.
En el siguiente paso fue conectar las tres fases de salida en el inversor para la corriente
alterna la cual se conectaran al transformador de 150 KVA.
Imagen 70. Diagrama de conexiones para energía directa y alterna.
1. Conexiones de las salidas de los conductores de los arreglos fotovoltaicos la cual
se conectaran 2 arreglos fotovoltaicos a los bornes ya que cada arreglo
52
fotovoltaico de 20 módulos de 250 w son en total de 5,000 W ya que el inversor
tiene la capacidad en instalación de 10 kW.
2. Bornes de conexiones para la instalación de corriente directa (DC).
3. Cable conductor de calibre #10 para realizar la conexión de los bornes hacia las
protecciones.
4. Protecciones termomagnéticos para la corriente directa.
5. Cable conductor de calibre #10 para realizar las conexiones de los arreglos
fotovoltaicos desde las protecciones termomagnéticos hacia los inversores.
6. Fases de las salidas de corriente alterna del inversor la cual se conectará en las
protecciones termomagnéticos de corriente alterna.
7. Protecciones en para la corriente alterna (AC).
8. Bornes de conexión para las salidas de las fases en corriente alterna.
9. Salidas de los conductores de calibre #10 para ser conectadas hacia el
transformador trifásico de 150 KVA para mantener la tensión de la corriente
alterna.
10. Tierra física para la sobre descargas de corriente.
En la imagen 71, se muestra las conexiones de los bornes y protecciones
termomagnéticos de 32 amperes dentro gabinete, mismo que se conectará en los 9
gabinetes e inversores.
Imagen 71. Conexiones de conductores en las protecciones termomagnéticos (DC, AC).
En la imagen 72, se muestra el diagrama la cual la conexión de los arreglos fotovoltaicos
hacia a los inversores la cual se llevó a cabo la instalación del sistema interconectado a la
red.
53
Imagen 72. Diagrama de conexiones desde los arreglos hacia el inversor.
3.8 Instalación del autotransformador 150 KVA tipo seco
Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de
transmisión de tensiones diferentes frecuentemente con un devanado terciario en
triangulo. De manera parecida, son adecuados como transformadores elevadores de
centrales cuando desea alimentarla dos sistemas de transportes diferentes en este caso
el devanado terciario el triángulo es un devanado de plena capacidad conectado al
generador y los dos sistemas de transporte diferentes. El transformador no sólo presenta
menores perdidas que el transformador normal, sino que su menor tamaño y peso
permiten el transporte de superiores. En la imagen 73, se muestra el autotransformador el
cual se utilizó en el sistema interconectado a la Red.
54
Imagen 30. Autotransformador para el sistema interconectado a la red con capacidad de 150 KVA.
3.8 Ubicación del autotransformador.
Siempre que sea posible, las bóvedas para transformadores deben estar ventiladas al aire
exterior sin necesidad de utilizar ductos o canales.
Las paredes y techos de las bóvedas se deben construir con materiales que tengan una
resistencia estructural adecuada para las condiciones, y con una resistencia mínima al
fuego de tres horas. Los pisos de las bóvedas que estén en contacto con la tierra deben
ser de concreto con un espesor mínimo de 10 centímetros, pero si la bóveda está
construida con un espacio vacío u otras plantas del edificio por debajo de ella, el piso
debe tener una resistencia estructural adecuada para soportar la carga impuesta sobre él
y debe tener una resistencia mínima al fuego de tres horas. Para los propósitos de esta
sección, no son aceptables construcciones atornilladas ni paredes de paneles. (NOM-001-
SEDE)
Se utilizó sólo para mantener la tensión del sistema la cual si el sistema produce menos
energía lo que hace es mantenerla o sea que no baje o suba de más.
En siguiente paso fue en construir una base de concreto para asentar el
autotransformador con una medida de 1 x 1 m. en el siguiente imagen se muestra la base
de concreto la cual el transformador se sentó, imagen 74.
55
Imagen 74. Base de concreto para asentar el autotransformador.
Después de la construcción de la base de concreto y dejar dos días más para que se
seque, se lleva el autotransformador para ser colocado en la base en las partes extremas
de las paredes, comenzándose a realizar la conexión desde los inversores hacia el
autotransformador. En la imagen 75, se muestra en autotransformador sentado en la base
de concreto.
Imagen 75. Autotransformador sentado en la base de concreto.
Se colocó la tubería conduit 1 ½” en la parte de enfrente del transformador la cual se
utilizó para las salidas de las fases del cable conductor para la energía alterna la cual se
conectaran en las terminales del transformador. En la imagen 76, se muestra la
instalación de la tubería conduit enfrente del transformador.
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Imagen 76. Instalación de tubería conduit para las salidas de las fases.
Terminado de instalar la tubería conduit se empezó a introducir el cable dentro la tubería,
comenzándose a realizar la conexión de la corriente alterna hacia el autotransformador.
En la imagen 77, se muestra el diagrama de conexión las fases en el transformador.
Imagen 77. Diagrama de conexión autotransformador.
1. Cable conductor de calibre #10 conectado hacia las terminales del
autotransformador.
2. Placas de terminales de acero galvanizado para las conexiones de la corriente
alterna producida de los inversores.
3. Placas terminales para la conexión hacia el tablero de la red.
57
4. Cable conductor de calibre #2/0 por norma este cable debe hacer utilizado para la
conexiones del tablero hacia la red eléctrica ya que es trifásica.
5. Tablero de la red eléctrica que inyectará la corriente alterna producida del sistema
fotovoltaico de 90 kW.
Imagen 78. Conexiones del autotransformador hacia el tablero de la Red eléctrica.
A continuación en la imagen 79, se muestra un ejemplo de diagrama la cual se llevaría a
cabo la conexión de todo el sistema interconectado a la red de 90 kWp.
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Imagen 79. Diagrama de conexiones del sistema interconectado a la Red fotovoltaico.
Las pruebas finales se mencionan en el apartado de resultados donde se da a conocer el
buen funcionamiento del sistema fotovoltaico interconectado a la red. Por otra parte el
último paso final fue aislarlos los inversores y el autotransformador del intemperie y evitar
accidentes del sistema.
El material que se utilizó para aislar el equipo para aislarlo fue el Durock. El Durock es
parecido a la tabla roca pero su construcción es como tipo asbesto la cual se utilizara
como muro en la parte de frontal del equipo para las columnas y sostener el Durock se
requirieron canaletas de aluminio como soporte de muro, para fijarlas se introdujo pijas,
en la imagen 80, se muestra la colocación del muro en la parte frontal del equipo.
Imagen 80. Colocación y fijación del muro para el aislamiento del equipo.
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IV. RESULTADOS
Datos del sistema interconectado a la Red Fotovoltaica.
A continuación se tomaron los siguientes datos la cual se llegó un aproximado de cálculos
para dimensionar el sistema fotovoltaico interconectado a la Red eléctrica (CFE).
Para sacar la potencia del consumo total de corriente eléctrica de la fábrica de chantilly,
se tomaron los datos del recibo de luz del cual se obtuvo el promedio, especificado en la
parte del consumo total de kWh. En la tabla 7, se muestran los datos del consumo total
kWh para sacar el promedio.
Tabla 2. Datos de consumo total de cada mes del año.
Para sacar el promedio se sumó las cantidades del consumo total y también se dividirá
entre el número de cantidades que se encuentra la tabla 7.
Mes Demanda máxima kW
Mar 14 108
Abr 14 106
May 14 101
Jun 14 95
Jul 14 93
Ago 14 95
Sep 14 97
Oct 14 93
Nov 14 97
Dic 14 102
Ene 14 96
Feb 15 96
Mar 15 102
Consumo total kWh
13,760
16,320
15,520
14,240
13,920
12,480
11,360
11,840
11,840
13,280
10,400
11,680
13,920
60
La suma fue de 170,560, este valor se divide el número de cantidades que son 13. La cual
se realiza utilizando la ecuación siguiente:
Ecuación 1.
La cual se dividirá entre los 30 días de cada mes del año. En la siguiente ecuación se
realizan los cálculos siguientes.
Ecuación 2.
En la siguiente ecuación se divide el consumo de kWh/d entre la radiación de la zona.
Ecuación 3.
Dado el porcentaje total a cubrir que es el 90% la potencia necesaria es de:
Ecuación 4.
Sin embargo estas ecuaciones son un aproximado de la potencia requerida en la fábrica
de chantilly.
Se hace la elección de los módulos fotovoltaicos la cual la empresa ECOIM recomendó
los paneles fotovoltaicos de 250 W de potencia. En la siguiente ecuación se realizó el
cálculo del número de paneles fotovoltaicos requeridos para la instalación del sistema
interconectado a la red.
Ecuación 5.
61
Estos datos solamente es un aproximado de los cálculos del sistema ya que la empresa
ECOIM utilizó diferentes ecuaciones para llegar los cálculos reales del sistema
fotovoltaico interconectado a la red.
4.1 Resultados en el sistema interconectado a la red
Después de la instalación de la estructuras (metal y aluminio), materiales y equipos que
conforman el sistema interconectado a la red fotovoltaico, se verifica el buen
funcionamiento del sistema, se analiza el voltaje de cada arreglo fotovoltaico por medio
de cada gabinete que están debajo de los inversores. Cada arreglo fotovoltaico de 20 de
serie-paralelo tiene que dar 353.1volts. En la imagen 81, se muestra la verificación del
voltaje utilizando un multímetro.
Imagen 81. Verificación del voltaje por medio del multímetro de cada arreglo fotovoltaico.
Después de analizar de cada arreglo fotovoltaico para analizar el voltaje se pone en
marcha los 9 inversores la cual convertirán la corriente directa (DC) a corriente alterna
(AC). En la imagen 82, se muestra el funcionamiento del inversor de 10 kW.
Imagen 82. Funcionamiento del inversor
62
Después de poner en marcha el inversor la corriente directa de 353.1 volts, varía
dependiendo de la producción de energía del sistema fotovoltaico por medio del sol, se
convierte en energía alterna, el amperaje es de 16.6 ampers, igualmente varia el
amperaje depende la producción. La corriente alterna se va al transformador la cual
mantendrá la tensión mínima o máxima. Por otra parte se transporta hacia el tablero de la
red eléctrica de CFE, para ser inyectada la producción de la energía fotovoltaica. En la
imagen 83, se muestra el diagrama unifilar del sistema de 90 kWp.
Imagen 83. Diagrama unifilar del sistema fotovoltaico de 90 kWp.
4.2 Cotización del sistema interconectado a la red fotovoltaica de 90 kWp
En la información emitida en la empresa ECOIM, se presentaron los siguientes datos de la
cotización para el proyecto del sistema interconectado a la red fotovoltaica de 90 kWp en
la fábrica de San Sebastián Tenochtitlan ubicada en el municipio de Nopala Hgo. En la
tabla 8, se presenta la cotización del proyecto que se instaló en la fábrica.
63
La cotización del sistema con las características requeridas entre la instalación y la mano
de obra deja un total de $2, 836,223.94, de inversión la cual en base al ahorro logrado
con el SFIR se recupera en un periodo de no mayor a 10 años.
Por lo tanto este dimensionamiento produce hasta el 90% de la energía que es consumida
por el cliente diariamente.
En la tabla 9, se presenta el estudio financiero PAYBACK la cual se realizó en la empresa
ECOIM.
Tabla 3. Estudio financiero de PayBack del proyecto.
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En ella se logra apreciar los valores que son el punto de apoyo para el retorno de la
inversión que en este caso no excede los 10 años por lo tanto en base al ahorro logrado
la inversión se recupera en 10 años, suministrando la energía gratuita durante 30 años
más lo cual en base a estos cálculos nos dará una ganancia al término de su vida útil de
$61, 381,910.37 pesos de ganancias o ahorro total.
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V. CONCLUSIONES
Debido a la ubicación geográfica se cuenta con un gran recurso solar que varía 5 y 6 kW
por cada metro cuadrado en la mayor parte de territorio en nuestro país a comparación en
otros países del mundo, este recurso es muy elevado y de esta manera se puede
aprovechar para tener varios beneficios energéticos ya sean térmicos o fotovoltaicos.
Gracias el diseño e instalación en este sistema fotovoltaico interconectado a la Red puede
traer grandes beneficios de costos de reducción de pago de energía a dicha empresa San
Sebastián Tenochtitlan S.P.R. de R.L., contribuirá en gran medida a la reducción del
dióxido de carbono (CO2) emitida por la generación equivalente a dicha energía esto se
debe a que los sistemas de generación de cualquier tipo de energía provenientes de una
fuente de energía renovable, no produce CO2 o ningún gas de efecto invernadero y de
esta manera contribuye a no deteriorar la capa de ozono.
El diseño de los sistemas fotovoltaicos cumple con las normas requeridas e incluso
cuestiones estéticas que se pues acoplar a las necesidades de los clientes y de esta
manera los altos consumos que se tienen en las grandes fábricas, puedan ser
incorporados este tipo de sistemas a sus instalaciones y por lo tanto mejorar más el
planeta al utilizar las energías renovables.
A través de este proyecto, la posibilidad de implementar otros proyectos de energías
renovables se contribuirá a generar nuevas reformas constitucionales en energía eléctrica
en el país que coadyuven a la implementación en casa habitación, micro, pequeñas,
medianas y grandes empresas o en oficinas públicas.
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BIBLIOGRAFÍA
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