Proyecto_Seminario_Modular 2 0

•

UdG

Mario Alan Díaz López

3/7/2023

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Ingeniería Mecánica

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS

DIVISIÓN DE INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

Implementación y rediseño de Teja Fotovoltaica de Grafeno

Presentan:
Acosta Hermosillo Carlos Antonio
Díaz López Mario Alan
Tortoledo Aguilar Brenda Alejandra
Marquez Ramirez Misael

Entrega De Proyecto Para Seminario Modular VII
2

ÍNDICE ...................................................................................................................... ….Página 2.
LISTA DE TABLAS.
LISTA DE FIGURAS.
1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………… ... ….Página 6.
2. ANTECEDENTES .............................................................................................. ….Página 7.
2.1. Historia de la energía solar.
2.2 .Primeros colectores solares térmicos.
2.3. Primeras células fotovoltaicas………………………………………..………...….Página 8.
2.4. Panel solar y celda fotovoltaica…………………………………….…………..…Página 9.
3. JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………....Página 10.
4. PROBLEMÁTICA………………………………………………………………..Página 11.
5. OBJETIVOS……………………………………………………………………....Página 12.
5.1. General.
5.2. Específicos.
6. DISEÑO MECÁNICO……………………………………………………….…..Página 16.
6.1, Introducción al capítulo.

II
6.2. Bocetos y dibujo técnico………………………………………………………….Pagina 17.
6.3 Normas y leyes…………………………………………………………………….Página 15.
6.4. Cálculos mecánicos………………………………...…………………....………Página 19.
7. DISEÑO ELÉCTRICO……………….………………………………………..…Página 42.
7.1. Introducción al capítulo. ……………….……………………………..……….…Página 23.
7.2. Elementos eléctricos……………………………………………………………...Página 24.
7.3 .Diagramas de fuerza……...…………………….……….…..………..………….Página 41.
7.4. Calculo de calibre de conductores.
7.5. Selección de canalizadores…………………..…………………………………..Página 41.
7.6. Selección de protecciones.
7.7. Costos de los elementos…………………………………………………….…....Página 42.
7.8. Planeación de la construcción de los elementos………………….……………..Página 43.
8. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………….…..….Página 44.
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 1. Costos de elementos………….……………………………………………...Página 21.
Tabla 2. Planeación de la construcción de los elementos………..…………………..Página 22.
4

III
Tabla 3.Listado de electrodomésticos y su potencia………..……………….………..Página 30.
Tabla 4. Listado de carga, watt, horas y energía necesaria……………………………Página 34.
Tabla 5. Radiaciones e inclinación…………………………………………………….Página 35.
Tabla 6. Cocientes de consumo y radiación…………….…………………………….Página 36.
Tabla 7. Costos de los elementos…………..………………………………………….Página 21.
Tabla 8.Planeación de construcción de los elementos………….…………………..…Página 22.
INDICE DE FIGURAS.
Figura 1. Efecto Fotoeléctrico………………………………….…………………..….Página 9.
Figura 2. Panel solar………………………………………………………….……… Página 10.
Figura 3. Captación de la luz Uv.
Figura 4. C2O en la Atmosfera……………………………………………………….Página 11.
Figura 5. Reforma Energética………………………………………….……………..Página 17.
Figura 6. Teja solar, producida por Tesla Project…………………………………….. Página 13.
Figura 7. WO 2007/132027. Internacional.
Figura 8. MX/E/2018/059986. Modelo industrial de Teja Fotovoltaica……..………Página 14.
Figura 9. MX/E/2018/076958. Modelo Industrial Teja Fotovoltaica.
Figura.10. Panel Fotovoltaico……………………………………..………......………Página 16.
Figura.11. Circunferencia…………………………………………………………….Página 19.
Figura.12. Arco y longitud.
5

IV
Figura.13. Panel de Grafeno……………………..……………………………………Página 22.
Figura.14. Regulador de carga solar……………………………………………...……Página 24.
Figura.15. Batería LTH.………………………………………………………………Página 25.
Figura.16. Inversor solar.
Figura.17. Diagrama de instalación de un panel fotovoltaico………………………….Página 25.
Figura.18. Modulo Fotovoltaico.
Figura.19.Curva de Corriente y voltaje. (Basada en Hoja Técnico)…...……………... Página 26.
Figura.20. Regulador de carga.
Figura.21. Ejemplo de Baterías para instalaciones fotovoltaicas..................................Página 27.
Figura.22. Ejemplo de ficha técnica en electrodomésticos…………………………….Página 28.
Figura.23. Representación de una instalación fotovoltaica en una casa……………….Página 29.
Figura.24.Energía mensual basado en datos de la página……………………...……. Página 33.
Figura.25.Perfil del horizonte del año 2007.
Figura.26. Tipos de Ondas senoidales…………………………………………………Página 41.
Figura 27.Diagrama de potencia.
Figura 28. Gráfico de potencia del inversor. …………………………………………Página 42.
Anexo A.........................................................................................................................Página 17.
Anexo A.1.
Anexo A.3……………...……………………………………………………………..Página 18.

1. INTRODUCCIÓN.
En la actualidad casi todas las fuentes de energía se manejan por medio de la quema de
combustibles fósiles; esta energía es utilizada en una gran cantidad de procesos en la industria
y en las viviendas. En la actualidad se tiene un concepto marcado de energías limpias el cual es
un sistema de producción de energía con la exclusión de cualquier contaminación o la gestión
mediante la que nos deshacemos de todos los residuos peligrosos para nuestro planeta. Algunos
ejemplos de ellas son la eólica, solar e hidráulica.
Que el sol es una de las principales fuentes de obtención de energía limpia y renovable ya no
es un misterio para nadie. Pero sí el cómo se consigue que esos rayos de sol que lucen durante
el día se transformen en la electricidad que enciende nuestras bombillas y pone en
funcionamiento nuestros electrodomésticos y aparatos eléctricos. ¿Magia? Sólo ciencia. Y
técnica.
Cuando pensamos en este tipo de energía una de las primeras imágenes que nos llega es la de
una placa solar. Estas placas están formadas por módulos y éstos a su vez por células
fotovoltaicas. Sus células están formadas por una o varias láminas de material semiconductor y
recubiertas de un vidrio transparente que deja pasar la radiación solar y minimiza las pérdidas
de calor. Las células solares fotovoltaicas convencionales se fabrican de silicio.
El proceso de obtención de energía del sol es sencillo. La luz del sol (que está compuesta por
fotones) incide en las células fotovoltaicas de la placa, creándose de esta forma un campo de
electricidad entre las capas. Así se genera un circuito eléctrico. Cuanto más intensa sea la luz,
mayor será el flujo de electricidad. Además, no es necesario que haya luz directa, ya que en días
nublados también funciona.
México es uno de los 5 países en el mundo con mayor potencial de radiación solar (5 kWh/m²
por día), lo que lo convierte en un sitio ideal para invertir en este tipo de tecnología. La energía
solar depende mucho de la latitud en que se instalen los paneles; ya que según esta puede
aprovecharse más o menos el potencial de los rayos solares. La eficiencia de una instalación
dependerá en gran medida de la orientación y la inclinación del dispositivo hacia la luz solar.

https://twenergy.com/energia-solar/nuevas-celulas-fotovoltaicas-mas-finas-y-eficientes-282
https://twenergy.com/energia-solar/nuevas-celulas-fotovoltaicas-mas-finas-y-eficientes-282
7

2. ANTECEDENTES.
Primordialmente tendríamos que contestar algunas preguntas relacionadas con la innovación del
sistema, así como el material que se utilizará, llamado grafeno.
¿Qué es el Grafeno?.
El grafeno es una sustancia compuesta por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón
regular hexagonal, similar al grafito, una hoja de átomo es aproximadamente 200 veces más
resistente que el acero actual más fuerte y su densidad es aproximadamente la misma que la
fibra de carbono, es aproximadamente 5 veces más ligero que el aluminio y una lámina de 1
metro cuadrado pesatan solo 0.77 miligramos.
¿Qué utilidad tiene?.
Por sus propiedades, el grafeno puede servir como material en la fabricación de aviones, satélites
espaciales o automóviles. También en la construcción de edificios, pues los convertiría en más
resistentes.
Pero, sobre todo, destacan sus aplicaciones en el campo de la electrónica, donde a través de
su capacidad para almacenar energía puede dotar a las baterías de una mayor duración y un
menor tiempo de carga, establecer conexiones más rápidas e incluso contribuir a mejorar el
medio ambiente sustituyendo a materiales contaminantes que hoy en día nos vemos obligados a
utilizar.
Actualmente, se comercializa el grafeno bajo dos formas: En lámina y en polvo.
Grafeno en lámina: es de alta calidad y se emplea en campos como la electrónica, la
informática o incluso la aeronáutica, donde se requiere un material muy resistente. Su
producción es actualmente muy costosa.
Grafeno en polvo: se usa en aquellos ámbitos que no requieren de un material de alta calidad.
Su proceso de obtención es más barato y permite una mayor producción del producto, pero
renunciando a parte de sus propiedades. Los costos de cada tipo se verán más adelante.
2.2 Historia de la energía solar térmica. Primeros colectores solares térmicos.
En 1767 el científico suizo Horace Bénédict De Saussure (físico, geólogo y alpinista) inventó
el heliotermòmetro, un instrumento con el que se podría medir la radiación solar. El desarrollo
posterior de su invento dio lugar a los instrumentos actuales para medir la radiación solar.
Horace Bénédict De Saussure había inventado el colector solar que tendrá una determinante
repercusión en el desarrollo de la energía solar térmica de baja temperatura. A partir de su
invento surgirán todos los desarrollos posteriores de calentadores solares de agua de placa plana
que se han proporcionado agua caliente a millones de personas en el mundo.
https://solar-energia.net/definiciones/radiacion-solar.html
https://solar-energia.net/energia-solar-termica
https://solar-energia.net/definiciones/temperatura.html
8

De hecho, De Saussure también fue capaz de desarrollar el primer colector solar. Se trataba de
“cajas calientes” hechas de madera y cristal con el objetivo de atrapar la energía solar. Se trataría
del primer colector de energía solar térmica.
Más recientemente, en 1865, el inventor francés Auguste Mouchout fue capaz de crear la
primera máquina capaz de convertir la energía solar en energía mecánica. El mecanismo se
trataba de generar vapor mediante un colector solar y mover un motor mediante su presión. En
1877 Mouchout recibió el encargo de instalar varias de estas turbinas en la Argelia francesa.
Desgraciadamente, los elevados costos impidieron que su invento tuviera un uso comercial.
Varios años antes, en 1515 Leonardo da Vinci inició un proyecto parecido al de Mouchout para
producir vapor y calor industrial con el calor del Sol, pero finalmente el proyecto quedó
inacabado.
Mouchout fue un personaje importante para la sociedad francesa. Además de crear la primera
máquina de vapor solar ideó otros inventos. Mouchout inventó una cocina solar que consistía
en un depósito negro recubierto de vidrio expuesto al Sol. Por el lado del depósito que no
estaba expuesto el sol, situaba un espejo cilindricoparabólico para reflejar la radiación solar.
Incluso se llegó inventar una imprenta accionada mediante energía solar. Un invento que fue
ideado por Abel Pifre.

2.3 Historia de la energía solar fotovoltaica. Primeras células fotovoltaicas.
En 1838 el francés Alexandre Edmond Becquerel descubrió por primera vez el efecto
fotovoltaico. Bequerel estaba experimentando con una pila electrolítica con electrodos de
platino y se dio cuenta que al exponerla al Sol subía la corriente. Era el inicio de la energía solar
fotovoltaica.
El siguiente paso se dio en 1873 cuando el ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith descubre
el efecto fotovoltaico en sólidos. En este caso sobre el Selenio.
Pocos años más tarde, en 1877, El inglés William Grylls Adams profesor de Filosofía Natural
en la King College de Londres, junto con su alumno Richard Evans Day, descubrieron que
cuando exponían selenio a la luz generaba electricidad. De esta forma, crearon la primera célula
fotovoltaica de selenio.

En 1953, Calvin Fuller, Gerald Pearson, y Daryl Chapin, descubrieron la célula solar
de silicio. Esta célula producía suficiente electricidad y era lo suficientemente eficiente para
hacer funcionar pequeños dispositivos eléctricos.
https://solar-energia.net/energia-solar-termica
https://solar-energia.net/definiciones/sol.html
https://solar-energia.net/definiciones/radiacion-solar.html
https://solar-energia.net/definiciones/efecto-fotovoltaico.html
https://solar-energia.net/definiciones/efecto-fotovoltaico.html
https://solar-energia.net/energia-solar-fotovoltaica
https://solar-energia.net/energia-solar-fotovoltaica
https://solar-energia.net/definiciones/efecto-fotovoltaico.html
https://solar-energia.net/definiciones/celula-fotovoltaica.html
https://solar-energia.net/definiciones/celula-fotovoltaica.html
https://solar-energia.net/definiciones/silicio.html
9

Las primeras células solares disponibles comercialmente no aparecieron hasta en 1956 aunque
el coste todavía era muy elevado para la mayor parte de la gente hasta llegar a 1970
aproximadamente, cuando el precio de las células solares baja aproximadamente un 80%.
Las células solares se utilizaron en los satélites de EEUU i soviéticos lanzados a partir de
finales de los 50.
2.4 Panel solar y celda fotovoltaica.
Las celdas solares también son llamadas células solares o celdas fotovoltaicas. El término
fotovoltaico se refiere a la transformación directa de energía luminosa a energía eléctrica. Es
decir, absorbe los fotones de la luz para liberar electrones que puede usar en una corriente
eléctrica.
Figura 1. (Efecto Fotoelectrico).
¿Cómo funciona?
Estos dispositivos están hechos de dos tipos de materiales semiconductores, uno de carga
positiva (+) y otro de carga negativa (-). Cuando son expuestos a la luz permiten que un fotón
de la luz solar “arranque” un electrón, el electrón libre deja un “hueco” que será llenado por otro
electrón que a su vez fue arrancado de su propio átomo. El trabajo de la celda es provocar que
los electrones libres vayan de un material semiconductor a otro en busca de un “hueco” que
llenar. Esto produce una diferencia de potencial (impulso que necesita una carga eléctrica para
que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico) y por tanto una corriente eléctrica, es
decir, que se producirá un flujo de electricidad del punto de mayor potencial al de menor
potencial hasta que en los dos puntos el potencial sea el mismo.
10

Los paneles solares, también conocidos como placas solares, módulos solares o paneles solares
fotovoltaicos. Son, en términos simples un conjunto de celdas solares. Pueden ser 36 celdas o
más (dependiendo del tamaño y la potencia de dicho panel).
Figura 2. (Panel solar).
¿Cómo funciona?.
Todas las celdas solares trabajando en conjunto hacen que se produzca un campo eléctrico en el
panel solar y es así como los paneles solares pueden generar energía que posteriormente
podemos utilizar como electricidad.

Figura 3. (Captación de la luz Uv).
3. JUSTIFICACIÓN.
Material de mayor duración, resistente y con una inversión a largo plazo para viviendas que no
cuenten con altos recursos y quieran utilizar esta clase de tecnología.

4. PROBLEMATICA.
La falta de implementación de esta tecnología radicalmente nueva así como el impacto que tiene
el cambio climático y el uso ineficiente de energías no renovables.

Figura 4. (C2O en la Atmosfera).
Existe un vínculo entre el cambio climático y el proceso de extracción de gas del petróleo queusamos en nuestros hogares, ya que muchas de estas reservas petroleras se localizan en países
con grandes extensiones de bosques naturales y en mares profundos, por lo que la extracción de
petróleo tiene un doble impacto en el cambio climático: la destrucción de organismos
fotosintéticos que absorben CO2 atmosférico, procesos de deforestación, que implican la
liberación de CO2 a la atmósfera; y por otro lado, incrementa el uso de los combustibles fósiles
almacenados en el subsuelo y la emisión de gases que aumentan el efecto invernadero y que
contribuyen al creciente número de desastres, cada vez más intensos y frecuentes, como
calentamiento global, daño de la capa de ozono, derretimiento de los polos, aumento del nivel
de mar, variaciones climáticas, extinciones de especies, etc…
Está científicamente comprobado que la reducción del uso del gas doméstico en los hogares
mexicanos es una de las soluciones más viables para combatir éste fenómeno.
12

Figura 5. (Reforma Energética; Consecuencias) .
Existen muchas ideas, muchas teorías conspirativas sobre las verdaderas razones que tuvieron
los gobernantes del país al crear ésta reforma energética, pero la verdad, sea en pro o en contra
de México es importante tener planes de contingencia que asegure nuestro bienestar y
sustentabilidad. Es por eso que las tejas fotovoltaicas de grafeno representan una oportunidad
de generar energía limpia usando como fuente el sol y la lluvia. Reduciendo en su mayor medida
el uso del gas doméstico y electricidad de empresas productoras.
5. OBJETIVOS.
5.1 Objetivo general.
Implementar el uso de esta teja fotovoltaica de grafeno así como el rediseño de un prototipo en
viviendas.
5.2 Objetivo específicos.
 Mejorar la eficiencia del uso común de una teja para recubrimiento de viviendas.
 Optimizar sistemas eléctricos de hogares de todos los niveles económicos.
 Reducir los gastos del hogar minimizando el uso de electricidad.
 Prolongar tiempo de uso así como mantenimiento.
 Adaptar al uso doméstico.
13

Figura 6. Teja solar, producida por Tesla Project.
6. Patentes.

Figura 7. WO 2007/132027. Internacional.

Figura 8. MX/E/2018/059986. Modelo industrial de Teja Fotovoltaica.

Figura 9. MX/E/2018/076958. Modelo Industrial Teja Fotovoltaica.

Normas.
Norma Oficial Mexicana NOM-001-STPS-2008, Edificios, locales, instalaciones y áreas en los
centros de trabajo. Condiciones de seguridad.
NMX-J-643/1-ANCE-2011, Dispositivos fotovoltaicos –Parte 1: Medición de la característica
corriente-tensión de los dispositivos fotovoltaicos.
NMX-J-643/2-ANCE-2011, Dispositivos fotovoltaicos -Parte 2: Requisitos para dispositivos
solares de referencia.
NMX-J-643/3-ANCE-2011, Dispositivos fotovoltaicos -Parte 3: Principios de medición para
dispositivos solares fotovoltaicos terrestres (FV) con datos de referencia para radiación
espectral.
NMX-J-643/5-ANCE-2011, 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, Dispositivos fotovoltaicos -Parte 7: Cálculo de la corrección del
desajuste espectral en las mediciones de dispositivos fotovoltaicos.
NORMA Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012.
La estructura de esta Norma Oficial Mexicana (en adelante NOM), responde a las necesidades
técnicas que se requieren para la utilización de la energía eléctrica en las instalaciones eléctricas
en el ámbito nacional; se cuida el uso de vocablos y se respetan los términos habituales para
evitar confusiones en los conceptos. Asimismo, se han ordenado los textos procurando claridad
de expresión y unidad de estilo para una mejor comprensión de sus disposiciones.

7. Diseño Mecánico.
Introducción.
En ingeniería se refiere al proceso de dar forma, dimensiones, materiales, la tecnología de
fabricación del proyecto y su respectivo funcionamiento de una máquina o proyecto que cumpla
con una determinada función o necesidad. Mediante análisis, cálculos, diseño técnico se realiza
este capítulo para conseguir que el proyecto sea factible y funcione mediante las normas
estipuladas por las NOM.
Elementos mecánicos.
Figura 10. Panel Fotovoltaico.
1. Módulo solar (panel solar)
Componente encargado de transformar la radiación solar en energía eléctrica a través
del efecto fotoeléctrico. Están
2. Regulador de carga.
Este componente del sistema administra de forma eficiente la energía hacia las baterías
prolongando su vida útil protegiendo el sistema de sobrecarga y sobre-descargas. Este
componente es comercializado basado en su capacidad máxima de corriente a controlar
(amperios).

3. Batería (acumulador). Soportes.
La energía eléctrica de los paneles, una vez regulada va a las baterías. Estas almacenan
la electricidad para poder usala en otro momento, su comercialización es basada en la
capacidad de almacenar energía y es medida en Amperios hora (Ah).

4. Inversor.
Este componte convierte la corriente continua y bajo voltaje (12v o 24v típicamente)
proveniente de las baterías o controlador en corriente alterna, para el caso de Colombia
120 V, de forma simplificada se puede decir que transforma la corriente continua en un
toma corriente convencional.
17

Anexo A. Bocetos.

Anexo A.2.Realizados en SolidWorks.

Anexo A.3. Dibujo técnico..Medidas en mm.

Arco.
En geometría, arco es cualquier curva continua que une dos puntos. En particular un arco puede
ser una porción de circunferencia, que queda definido a partir de dos puntos sobre dicha
circunferencia.

En esta época, el método de agotamiento llevó a la rectificación por métodos geométricos de
muchas curvas trascendentales: la espiral logarítmica por Torricelli en 1645 (algunos piensan
que fue John Wallis en 1650); el cicloide por Christopher Wren en 1658, y
la catenaria por Gottfried Leibniz en 1691.
Históricamente fue difícil ajustar líneas poligonales a funciones de curvatura variable, método
por excelencia de aproximación a la rectificación de una curva. Aunque fueron utilizados
varios métodos para curvas específicas, la llegada del cálculo trajo consigo fórmulas
generales que dan soluciones precisas aunque solo para algunos casos.
La longitud de un arco de circunferencia de radio r y ángulo θ (medido en radianes), con el
centro en el origen, es igual a θr. Para un ángulo α, medido en grados, la longitud en radianes
es α/180° × π, siendo la longitud de arco igual a (α/180°)πr.
Figura 12.Arco y longitud.
Longitud de Arco.
La longitud de arco es una medida de la longitud de un arco de una curva cualquiera, si viene
dada en coordenadas cartesianas la longitud de arco puede calcularse como:
La = ∫ √1 + [f
´(x)2]dx
x2
x1

Si la curva viene especificada en coordenadas polares, la longitud entre el ángulo ∅1 &∅2 viene
dada por:
Figura 11. Circunferencia.

https://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa
https://es.wikipedia.org/wiki/Curva
https://es.wikipedia.org/wiki/Punto_(geometr%C3%ADa)
https://es.wikipedia.org/wiki/Circunferencia
https://es.wikipedia.org/wiki/Espiral_logar%C3%ADtmica
https://es.wikipedia.org/wiki/Torricelli
https://es.wikipedia.org/wiki/1645
https://es.wikipedia.org/wiki/John_Wallis
https://es.wikipedia.org/wiki/1650
https://es.wikipedia.org/wiki/Cicloide
https://es.wikipedia.org/wiki/Christopher_Wren
https://es.wikipedia.org/wiki/1658
https://es.wikipedia.org/wiki/Catenaria
https://es.wikipedia.org/wiki/Gottfried_Leibniz
https://es.wikipedia.org/wiki/1691
https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1lculo
https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_arco
https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_arco
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81ngulo
https://es.wikipedia.org/wiki/Radi%C3%A1nhttps://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_arco
20

La = ∫ √[ρ
´(1∅)2] + ρ(1∅)2d∅
∅2
∅1

De esta última se deduce que para una circunferencia, dado que 𝑝(∅) = 𝑅 & 𝑝´(∅) = 0, la
longitud de arco puede expresarse sencillamente como:
La=R (∅2 − ∅1)
Para el cálculo de longitud de arco;
La=2π(77-62)=69.11 mm

Selección de elementos mecanicos.
 Desde un punto de vista estructural, el grafeno es el material más delgado jamás
obtenido: una lámina de grafeno tiene un espesor de 3,35 Å (es decir, 3,35•10-10 m). Un
cabello humano tiene un diámetro en el rango 0,02-0,200 mm (esto es, 2-200•10-5m),
se trata de un material muy ligero: tiene una densidad de, únicamente, 0,77 mg/m2.
 La conductividad térmica del grafeno se ha medido, y se encuentra en un valor de
aproximadamente 5.000 Wm-1K-1. El cobre presenta un valor de aproximadamente 400
Wm-1K-1 a temperatura ambiente. Por tanto, el grafeno conduce 10 veces mejor el calor
que el cobre.
Modulo solar de grafeno:
Componente encargado de transformar la radiación solar en energía eléctrica a través del efecto
fotoeléctrico.
Tabla 1. Costos de elementos.
Elemento Costo Unidad Subtotal
Grafeno $ 950 5 gramos $ 4,750
Regulador de carga $ 564.99 1 $ 564.99
Batería $ 3,000 2 $ 6,000
Inversor $ 1,506.56 1 $ 1,506.56
Rollo de Cable de
calibre 0 con
terminales
$ 3,000 15 metros $ 3,000
Rollo de Cable de
uso rudo 2x12
$900 100 metros $ 900
TOTAL $ 16,721.55

Campo de aplicación.
Propiedades industriales , comerciales , viviendas , púbicas y privadas , casas móviles ,
vehículos de recreo , ferias , circos , estacionamientos , talleres , lugares de reunión , atención
salud , zona agrícola marinas y muelles.
22

Tecnologías de fabricación.
Para realizar este proyecto se contempla el uso de un panel solar de silicio, soportes metálicos
para la teja y material necesario para una teja común.
En cuanto al grafeno, se pretende utilizar en base a polvo, y después recubrir el panel
fotovoltaico para que tenga la dureza que se necesita. Posteriormente La debida instalación con
la batería y el inversor.

Tabla 2 .Planeación de la construcción de los elementos.
Fecha. Planeación. Elemento.
26 Noviembre 2019. Arreglar el documento para la
revisión y entrega de la parte
eléctrica.
Documento formal del
proyecto.
18 Enero 2019. Modelado de la pieza principal,
basado en medidas y dibujo técnico.
Teja base.
25 Agosto 2019. Compra del panel fotovoltaico. Panel Solar y grafeno.
Aún por verse. Soporte para la teja.
Aún por verse. Batería.
Aún por verse. Inversor.

Figura 13. Panel de Grafeno.
23

8. Diseño Eléctrico.
Introducción.
Hoy en día son muchos los soportes digitales que facilitan el trabajo de cálculo para todo tipo
de instalaciones fotovoltaicas autónomas, introducimos los datos, pulsamos un botón y, listo, ya
tenemos nuestra instalación calculada.
Ahora bien, hace mucho tiempo, una persona muy importante (mi padre) me dio un valioso
consejo:
“Lo importante es saber de dónde salen las cosas”.
Es decir, está muy bien que un programa nos haga todo el trabajo, pero siempre saldremos
ganando si sabemos el por qué, el origen de las cosas. Nos enriquecerá conceptualmente y
seguramente en más de una ocasión podremos mejorar la propuesta que nos haya dado un simple
software de cálculo. Ese es el objetivo de este artículo y espero que sea de su interés.En primer
lugar, antes de adentrarnos en el desarrollo del cálculo de un sistema fotovoltaico autónomo
estándar, definiremos, a grandes rasgos, los equipos que componen dicho tipo de sistema.
Actualmente en España, a falta de una regulación concreta para el autoconsumo que será
realidad en los próximos meses, únicamente resulta rentable la construcción de una instalación
fotovoltaica autónoma en viviendas aisladas que necesiten más de 700m de tendido eléctrico
para abastecerse.
Aunque esta cifra está descendiendo rápidamente gracias al abaratamiento de los componentes,
sobre todo a la hora de comprar placas solares, y pronto (se podría decir que ya mismo) será
más rentable el autoconsumo fotovoltaico que la conexión a la red eléctrica, “Grid Parity”.
Regulador de carga solar, 12V 24V 30A 50A MPPT Controlador de carga solar Panel
solar Regulador de batería Dual USB Pantalla LCD(30A):
Modo de carga MPPT de 3 etapas. Los paneles solares, la batería, los
polos positivos del controlador de carga solar están conectados entre sí,
adoptando MOSFET negativo en el circuito de control en serie. Modo de
carga inteligente MPPT de 3 etapas de alta eficiencia.

Registre el tiempo de ejecución total del sistema, registre los
temporizadores de error durante el tiempo de ejecución, registre los
tiempos de batería cargada por completo. Se puede seleccionar el modo de control de carga, la
función del temporizador se puede restablecer para la luz de la calle por la noche. Control de
capacidad de descarga. Contador de descargas de amperios hora.

Figura 14. Regulador de carga solar.
24

Batería LTH Solar L-31t/s-190M Ciclo Profundo 12v 115Ah:
Aplicación de Ciclado Profundo (Permite un mayor número de carga y
descarga a diferencia de una batería de coche), Especial para
aplicaciones de sistemas fotovoltaicos a 12v.
Se pueden agregar baterías en paralelo para aumentar la capacidad del
sistema con Capacidad de 115 Ah donde puede reservar 190 a 25ª

Inversor solar a prueba de agua, inversor solar de 600 vatios 22-60 voltios Convertidor
de red Inversor de empalme de empalme (AC 100-120V):

 Los indicadores LED múltiples pueden indicar más claramente el estado operativo del
inversor
 Terminales removibles positivos y negativos para facilitar el transporte y reemplazo de
cables
 El ventilador de enfriamiento de alto rendimiento ayuda a prolongar la vida útil del
inversor
 Alta eficiencia de conversión y arranque rápido.

Figura 15. Batería LTH
Figura 16. Inversor solar.
25

Los sistemas fotovoltaicos autónomos más habituales (Fig. 1) son de poca potencia,
habitualmente de entre 3 y 10 Kwp pero también nos encontramos casos muy rentables como
son el bombeo de agua, alimentación de equipos de medida, de telecomunicaciones, iluminación
y señalización en lugares aislados etc.

Los elementos fundamentales de un sistema fotovoltaico aislado/autónomo
 Módulos Fotovoltaicos: Serán los encargados de la generación eléctrica. Pueden ser de
varios tipos, entre ellos, los más utilizados para este tipo de instalación son los paneles
con tecnología monocristalina y policristalina.
Los paneles solares monocristalinos y también los paneles policristalinos, con uniones
en serie de sus células, rondan los 12-18 voltios para uniones de 36 células y los 24-34
voltios para uniones de 72 células.

Es importante fijarnos siempre en la curva I-V que proporciona cada fabricante en sus
hojas técnicas y en la influencia de la temperatura en la corriente y tensión del módulo
(como se muestra en la figura).
Figura 17. Diagrama de instalación de un panel fotovoltaico.
Figura 18. Modulo Fotovoltaico.
https://www.sfe-solar.com/paneles-solares/monocristalinos/
26

El aumento de temperatura hace aumentar ligeramente la corriente y en mayor medida,
disminuir la tensión d de salida del módulo.

 Regulador de carga: Se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la descarga
y evitar cargas o descargas excesivas.
De un modo sencillo, un regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y
conectado en serie entre paneles y batería para el proceso de carga y abierto cuando la
batería está totalmente cargada.
Las intensidades máximas de entrada y salida delregulador adecuado para cada
aplicación dependerán de la corriente de máxima que pueda producir el sistema de
generación fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las cargas para la salida.

Para tener en cuenta los posibles picos de irradiancia o los cambios de temperatura, es
recomendable que, a la hora de escoger el regulador, sea aquel con un 15-25% superior a la
corriente de cortocircuito que le puede llegar del sistema de generación fotovoltaico
(Ientrada) o bien, de la que puede consumir la carga del sistema (Isalida).
La elección del regulador solar será aquel que soporte la mayor de las dos corrientes
calculadas.

Corriente.
Voltaje.
Figura 19. Curva de Corriente y voltaje. (Basada en Hoja Técnica).
Figura 20. Regulador de carga.
27

 Baterías solares: Se encargan de acumular la energía eléctrica generada por el sistema
de generación fotovoltaico para poder disponer de ella en las horas del día que no luzca
el sol.
Las más recomendadas para este tipo de instalaciones son las baterías estacionarias de
plomo ácido, con vasos de 2V cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para
completar los 12, 24 o 48 Vcc que sea adecuado en cada caso.
Este tipo de baterías pueden permanecer largos periodos de tiempo cargadas y soportar
descargas profundas esporádicamente. T
ambién se pueden usar, para instalaciones más pequeñas, baterías monoblock (o
monobloque), generalmente de 6-12V.Si buscas más información sobre este punto, o
suministro de batería solar, tienes a tu disposición nuestra sección de Selección de
Batería Solar en nuestro menú.
Para definir el tamaño necesario de las baterías es necesario tener en cuenta un par de
parámetros:
 Profundidad de descarga máxima, qué es el nivel máximo de descarga que se le
permite a la batería antes de la desconexión del regulador, para proteger la duración
de la misma. Las profundidades de descarga máximas que se suelen considerar para
un ciclo diario (profundidad de descarga máxima diaria) están en torno al 15-20%.
 Para el caso del ciclo estacional, qué es el número máximo de días que podrá una
batería estar descargándose sin recibir los módulos radiación solar suficiente, están
en torno a 4-10 días y un profundidad de descarga del 70% aproximadamente.

En instalaciones fotovoltaicas no se buscan descargas agresivas, sino más bien progresivas,
por esta razón las baterías a utilizar suelen ser con descarga de 100 horas (C100), pues cuanto
más intensa es la descarga de una batería menos energía es capaz de suministrarnos.
 Inversor u Ondulador: Si las cargas que debemos alimentar son a 230Vac, necesitaremos
un equipo que transforme la corriente continua procedente del regulador en corriente
alterna para alimentar las cargas. Esta es la función del inversor. A la hora de
dimensionar el inversor solar autónomo, se tendrá en cuenta la potencia que demanda la
Figura 21. Ejemplo de Baterías para instalaciones fotovoltaicas.
https://www.sfe-solar.com/inversores-solares-fotovoltaicos/inversor-12v-a-220v-victron/
28

suma de todas las cargas AC en un instante, de este modo se elegirá un inversor cuya
potencia sea un 20% superior a la demandada por las cargas, suponiendo su
funcionamiento al mismo tiempo.

¿Qué datos son necesarios para calcular una instalación fotovoltaica?
En numerosas ocasiones, nuestros clientes solicitan a nuestro departamento técnico un cálculo
estimado para una instalación fotovoltaica, pero en los casos de que se trate de una instalación
de energía solar fotovoltaica aislada, no es suficiente con dar los datos de localización y uso
diario, se necesita más información para poder hacer un estudio certero y que garantice un buen
funcionamiento de la instalación.

Dicho en otras palabras, cuando encontramos en internet un Kit fotovoltaico con baterías,
debemos siempre pensar que son kits genéricos y que si no se hace un estudio particularizado,
nos va a dar problemas de rendimiento. No es lo mismo un kit fotovoltaico con baterías para
una casa en Sevilla, que una en Bilbao, ni tampoco para una casa con una familia numerosa que
una que viva una sola persona... etc.
Como decimos, se deben tener en cuenta una serie de variables para que su instalación
fotovoltaica rinda satisfactoriamente y tenga una larga esperanza de vida. Damos a continuación
las pautas a seguir para obtener los datos necesarios previamente al cálculo de la instalación
fotovoltaica:
Estimación del consumo que debe cubrir la instalación fotovoltaica:
Claro está que cuando vamos a dimensionar una instalación fotovoltaica aislada, lo primero de
todo, y además lo más importante, es saber el consumo que debe cubrir nuestra instalación.
Para ello, tenemos que calcular la potencia total de la instalación teniendo en cuenta la potencia
unitaria de cada carga que se conecta a la instalación y las horas estimadas de
funcionamiento diario. Por tanto, necesitamos recopilar la siguiente información:
 La potencia unitaria de cada carga, es decir, debemos hacer un listado con cada uno de
los electrodomésticos, luces, aire acondicionado,…. etc, cualquier equipo eléctrico que
usemos y anotar la potencia unitaria de cada uno de ellos, que vendrá indicada en alguna
etiqueta de cada equipo y marcada en Wattios (W o Watt).
 Las horas previstas de uso diario. Es decir, anotamos a lado de la potencia unitaria, el
número de horas que solemos hacer uso de cada equipo. Eso nos va a dar el dato de la
energía (Whd) que consume cada equipo.
Figura 22.Ejemplo de ficha técnica en electrodomésticos.

 Localización del proyecto. Simplemente saber dónde se va a realizar la instalación
fotovoltaica, para poder conocer las horas de sol pico de que se disponen a lo largo del
año.
Un ejemplo, supongamos que tenemos un electrodoméstico y cuando miramos la etiqueta vemos
la siguiente imagen:

Entonces hablamos de un equipo eléctrico de una potencia unitaria de 2.200W. Y si, por
ejemplo, solemos usarlo 1,5 hora al día, tendremos un consumo energético diario de 2.200W *
1,5h = 3.300Whd
Entonces hasta aquí resumimos:
Para saber la potencia unitaria, se consulta la etiqueta de cada equipo. Sus unidades son en
Wattios (W).Para saber el consumo energético diario de cada equipo, podemos usar la siguiente
fórmula:
Energía-Equipo [Whd] = Potencia unitaria [W] * Número de horas uso diario [h] y se mide en
Whd (Wattios hora dia).

Como es lógico, para saber la energía total consumida diariamente, habrá que calcular la energía
consumida por cada uno y luego sumarlas todas. Esto es fundamental, sobre todo para asegurar
una vida larga a la batería solar que vayas a instalar.
¿Qué pasa si no sabemos o no podemos tener acceso al dato de la potencia unitaria y horas de
uso?
En muchos casos, porque vamos a hacer una casa nueva, o por imposibilidad de visitar el lugar,
no podemos tener todos los datos de potencia y consumos necesarios para el cálculo.
En esos casos, se puede usar la siguiente tabla como una referencia aproximada:

Figura 23. Representación de una instalación fotovoltaica en una casa.

Tabla 3. Listado de electrodomésticos y su potencia.
Equipo Potencia [W] Uso diario [horas/dia]
Dispositivos de Iluminación 20-50W 3-4 horas
Televisión 300W 3-4 horas
Reproductor DVD – BlueRay 30W 1 hora
Lavadora A++ 700W 1 hora
Secadora 2000W 1 hora
Aspiradora 1200W 1 hora
Aire Acondicionado 1800W 3 horas
Ordenador 250W 4 horas
Nevera 200W 4 horas
Cocina Vitrocerámica 1500W 1 hora
Horno Microondas 1500W 0,5 horas
Lavavajillas 1100W 1,5 horas
Congelador 250W 4 horas

La tabla, como decimos, se puede usar de referencia, pero siempre será mejor si podemos
obtener os datos directamente de los equipos.
Procedimiento para el cálculo de una instalación fotovoltaicaaislada:
En primer lugar se debe introducir un concepto fundamental, el de las “Horas de Sol Pico” o
HPS (horas).

Se puede definir cómo el número de horas en que disponemos de una hipotética irradiación solar
constante de 1000 W/m2 sobre cada panel solar que componen de la instalación fotovoltaica.
Es decir, una hora solar pico “HPS” equivale a 1Kwh/m2 o, lo que es lo mismo, 3.6 MJ/m2.

Dicho en otras palabras, es un modo de contabilizar la energía recibida del sol agrupándola en
paquetes, siendo cada “paquete” de 1 hora recibiendo 1000 watts/m2.
En este punto, hay que hacer un apunte importante:
 Irradiación: Es la magnitud que describe la radiación o intensidad de iluminación solar
que llega hasta nosotros medida como una potencia instantánea por unidad de
superficie, W/m2 o unidades equivalentes.

 Irradiación: Es la cantidad de irradiación recibida en un lapso de tiempo determinado,
es decir, la potencia recibida por unidad de tiempo y por unidad de superficie. Se suele
medir en Wh/m2 o, en caso de un día, en Wh/m2/día o unidades equivalentes.
Para calcular entonces el valor de HPS se debe dividir el valor de la irradiación incidente entre
el valor de la potencia de irradiación en condiciones estándar de medida (STC), pues es en esas
condiciones donde se cumplen las características eléctricas de los módulos fotovoltaicos.
Ese valor de irradiación en condiciones estándar de medida es de 1000 watts/m2. Es decir, si
se dispone de los datos de irradiación solar de un determinado día y se divide entre 1000, se
obtienen las HSP.
Por ejemplo, si tenemos una irradiación de 3.800 Wh/m2, para pasarla a HSP, se divide entre
1.000W/m2, con lo que obtenemos 3.8 HPS. Los pasos a seguir siempre para dimensionar el
sistema fotovoltaico autónomo son siempre:
1. Estimación del consumo. Aquí siempre es fundamental los datos aportados por el
consumidor, y deben ser siempre lo más realistas posibles para evitar desviaciones en el
dimensionamiento. Si la instalación se realizara para una vivienda de uso diario todo el
año, se escogerá el valor medio de todo el año. Si la instalación se realizara para el uso
ocasional, por ejemplo en verano, hay que escoger los valores de los meses de verano.

2. Datos del lugar donde se realizará la instalación para saber la irradiación de la que
dispondremos.

3. Dimensionado del generador fotovoltaico (número de paneles necesarios).

https://www.sfe-solar.com/paneles-solares/sunpower/
32

4. Dimensionado del sistema de acumulación (número de baterías solares). Para el
dimensionado del sistema de acumulación es muy importante tener en cuenta los días de
autonomía que se van a otorgar a la instalación, para proyectos domésticos se suelen
tomar entre 3 y 5 días de autonomía, 6 o 7 días en caso de tratarse de zonas con baja
irradiación donde pueden producirse periodos de varios días en condiciones de poca luz.
Para sistemas remotos suelen tomarse 7 y 10 días de autonomía.
5. Dimensionado del regulador.

6. Dimensionado del inversor.

Una vez definidos los pasos, exponemos el método de cálculo. Suponemos un consumo para
una vivienda con uso diario durante todo el año, como por ejemplo:
Con los datos de esta “Tabla de Consumos” obtenemos el consumo medio diario de la
instalación al que se le ha aplicado un 20% como margen de seguridad recomendado.
Tabla 4. Listado de carga, watt, horas y energía necesaria.
Debemos también tener en cuenta que en la instalación habrá pérdidas por rendimiento de la
batería y del inversor y esto influye en la energía necesaria final.
Generalmente, para el buen dimensionamiento, tomaremos un rendimiento de la batería de un
95%, del inversor un 90% y de los conductores un 100%.
Así pues para el cálculo de los consumos medios diarios (Lmd) consideramos la siguiente
expresión:
Lmd =
𝐿𝑚𝑑+
𝐿𝑚𝑑,𝐴𝐶
𝜂𝑖𝑛𝑣
(𝜂𝑏𝑎𝑡)(𝜂𝑐𝑜𝑛)
=
450+
1950
0.90
(0.95)(1)
= 2.755
𝑊ℎ
𝑑𝑖𝑎

(Lmd) el consumo medio de energía diario
(Lmd,DC) el consumo medio de energía diario de las cargas en continua
(Lmd,AC) el de las cargas en alterna.

O bien, si lo queremos expresar como el consumo de energía medio en Ah/día:
Unidades Carga
Watt
Horas ET necesaria (wh) ET necesaria ( (wh) *
Margen Seguridad 20%
5 Lámparas
(DC)
15 5 375 450
1 Lavadora
(AC)
350 1.5 525 630
1 Calefacción
(AC)
110 10 1.100 1.320
TOTAL 2.000 Wh / día 2.400 Wh / día
33

QAh=
𝐿𝑚𝑑
𝑉𝐵𝐴𝑇
=114.8
𝐴ℎ
𝑑𝑖𝑎

Como era de esperar, el consumo medio diario real es ligeramente superior al nominal, pues
como se mencionaba, hemos tomado en cuenta las pérdidas que se pueden producir en algunos
de los elementos de la instalación y el margen de seguridad del 20%.
Como dato adicional, podríamos calcular el consumo total anual (LT) y medio anual (Lma):
LT=(𝐿𝑚𝑑)(365 𝐷𝑖𝑎𝑠) =1,005.575
𝑊ℎ
𝑎ñ𝑜
Lma =
𝐿𝑇
365
2.755
𝑊ℎ
𝑑𝑖𝑎

(En este caso coincide con el medio diario, pues el consumo que se ha estimado es constante
todo el año, no sucedería así si hubiera variaciones de consumos estacionales)
Cálculo de los paneles solares necesarios.
Una vez calculado el consumo, buscamos los datos de radiación solar global en Badalona,
utilizando, por ejemplo, el PVGIS, que es una aplicación online gratuita:

Tendremos un diagrama tal como esta: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/es/tools.html

Figura 24 Energía mensual basado en datos de la página.

Figura 25. Perfil del horizonte del año 2017.

Una vez hechos los cálculos, obtendremos la siguiente “Tabla de Radiaciones“ (Wh/m2/dia)
según las inclinaciones que queramos ir estudiando:
Tabla 5. Radiaciones e inclinación.

Mes Inclinación 30º Inclinación 40º Inclinación 50º Inclinación 60º
Enero 3.240 3.240 3.400 3.480
Febrero 3.630 3.830 3.930 3.940
Marzo 4.860 4.960 4.940 4.800
Abril 5.250 5.160 4.950 4.630
Mayo 5.680 5.430 5.070 4.600
Junio 6.120 5.770 5.300 4.730
Julio 6.320 5.990 5.540 4.960
Agosto 5.990 5.830 5.530 5.100
Septiembre 5.360 5.410 5.320 5.100
Octubre 4.200 4.390 4.460 4.420
Noviembre 3.100 3.330 3.470 3.530
Diciembre 2.780 3.040 3.220 3.320

Calculamos ahora la inclinación óptima para nuestra instalación, para ello aplicamos el Criterio
del Mes Crítico, así pues, se ha de preparar a partir de la tabla de radiaciones, la “Tabla de
Cocientes Consumo / Radiación” que es la que se muestra a continuación:

Tabla 6. Cocientes de consumo y radiación.
Mes
Inclinación
30º Inclinación 40º Inclinación 50º Inclinación 60º
Enero 850,31 850,31 810,29 791,67
Febrero 758,95 719,32 701,02 699,24
Marzo 566,87 555,44 557,69 573,96
Abril 524,76 533,91 556,57 595,03
Mayo 485,04 507,37 543,39 598,91
Junio 450,16 477,47 519,81 582,45
Julio 435,92 459,93 497,29 555,44
Agosto 459,93 472,56 498,19 540,20
Septiembre 513,99 509,24 517,86 540,20
Octubre 655,95 627,56 617,71 623,30
Noviembre 888,71 827,33 793,95 780,45
Diciembre 991,01 906,25 855,59 829,82
Para cada inclinación buscamos el mayor valor de todos los cocientes de cada columna, pues se
corresponderán con el momento del año donde la relación entre el consumo de energía y la
irradiación disponible será mayor, con lo que habrá que asegurar el suministro de energía sobre
36

todo en ese momento aunque eso implique un sobredimensionamiento para los otros meses,
como por ejemplo, los de verano, donde habrá excedente de energía.
Como se puede comprobar, puesto que en este caso el consumo es constante todo el año, esos
valores coinciden con el mes de diciembre, que es cuando hay menos radiación solar.
Una vez que se conocen esos valores se elige a continuación el menor de todos ellos que en este
caso corresponde al valor de 829,82 y 60 º de inclinación (señalado en negrita y celda gris
oscuro).Esdecir, nuestra instalación deberá disponer de una inclinación de 60º. Procedemos
ahora con el cálculo del número total de módulos solares necesarios:
NT=
𝐿𝑚𝑑𝑐𝑟𝑖𝑡
(𝑃𝑀𝑃𝑃)(𝐻𝑃𝑆𝑐𝑟𝑖𝑡)(𝑃𝑅 )
=
2755
(180)(3.32)(0.90)
= 5.12 ≡ 6
Así pues, serían 6 Paneles (Este número podría cambiar). Siendo;
 Lmdcrit es consumo medio diario mensual para el mes crítico, “Tabla de Consumos”,
(en este caso, es siempre el mismo [2.755 wh/dia] , pues el consumo diario es
constante todo el año).
 PMPP la potencia pico del módulo en condiciones estándar de medida STC, en este
caso, estamos utilizando el modelo SW180 del fabricante SolarWorld, con 180 watts
de potencia pico en STC.
 HPScrit son las horas de sol pico del mes crítico calculado a partir de la “Tabla de
Radiaciones”, es decir: Irradiación del mes crítico (Diciembre 60º) / 1000 W/m2 = 3,32
HPS.
 PR el factor global de funcionamiento que varía entre 0.65 y 0.90. Usaremos 0.90 por
defecto. Respecto a la conexión de los módulos calculados en serie o paralelo, teniendo
en cuenta que el SW180 de SolarWorld tiene una Vmax=36,55 Volt., hacemos:

NSerie=
VBAT
VMOD,MPP
=
24
36.55
= 0.65 ≡ 1

NParalelo=
𝑁𝑇
𝑁𝑆𝑒𝑟𝑖𝑒
= 6
Así pues, conectaríamos 6 ramas en paralelo con un panel por rama. Si no se va a instalar un
regulador con seguimiento de punto de máxima potencia MPPT se debe utilizar otro criterio,
el Criterio de Amperios-Hora, pues será entonces la batería la que marque la tensión del sistema
(12, 24, 48 Volt.) y rara vez se alcanzará el punto de máxima potencia de los módulos
empleados.
Tenemos inicialmente el consumo de energía medio en Ah/día calculado anteriormente:
QAh=
𝐿𝑚𝑑
𝑉𝐵𝐴
=
2755𝑊ℎ/𝑑𝑖𝑎
24𝑉
= 114.8
𝐴ℎ
𝑑𝑖𝑎

Así pues, la corriente que debe generar el campo de captación fotovoltaico (el total de los
paneles instalados) en las condiciones de radiación solar del mes crítico sería:
IGFV, MPP=
𝑄𝐴ℎ
𝐻𝑃𝑆𝑐𝑟𝑖𝑡
=
114.8
3.32
= 34.57 𝐴
Siendo, (IGFV,MPP) la corriente generada por el campo de captación fotovoltaico (el total de
placas solares instaladas). Si la dividimos entre la corriente unitaria de cada módulo fotovoltaico
(IMOD,MPP) que en el caso del SW180 es Imax=4,90 Amp., obtendremos el total de módulos
necesarios conectados en paralelo:
NParalelo=
𝐼𝐺𝐹𝑉 ,𝑀𝑃𝑃
𝐼𝑀𝑂𝐷 ,𝑀𝑃𝑃
=
34.57
4.90
= 7
Así pues, finalmente son 7 ramas en paralelo con 1 módulo por rama las necesarias para cubrir
las necesidades del sistema, si no usamos un regulador MPPT (lo recomendable es usarlo)

Cálculo de las baterías solares necesarias para nuestro proyecto fotovoltaico.

Pasamos ahora al cálculo de las baterías recordando que los dos parámetros importantes para el
dimensionado de la batería son la máxima profundidad de descarga (estacional y diaria) y el
número de días de autonomía. Como norma general, tomaremos estos parámetros:

 Profundidad de Descarga Máxima Estacional (PDmax,e) = 70% = 0,7
 Profundidad de Descarga Máxima Diaria (PDmax,d) = 15% = 0,15
 Número de días de Autonomía (N) = 6

Calculamos entonces ahora la capacidad nominal necesaria de una batería solar en función de
la profundidad de descarga estacional y diaria. La mayor de ellas será la que seleccionemos,
pues de lo contrario podríamos incurrir en una insuficiencia estacional o diaria.

Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima diaria (Cnd):
Cnd (Wh)=
𝐿𝑚𝑑
(𝑃𝐷 max,𝑑)(𝐹𝐶𝑇)
=
2755
(0.15)(1)
= 18.367 𝑊ℎ
Cnd (Ah)=
𝑐𝑛𝑑
(𝑉𝐵𝐴𝑇)
=
18367
(24)
= 765.3 Ah
Capacidad nominal de la batería en función de la descarga máxima estacional (Cne):
Cne (Wh)=
(𝐿𝑚𝑑)(𝑁)
(𝑃𝐷 max,𝑒)(𝐹𝐶𝑇)
=
(2755)(6)
(0.7)(1)
= 23614.3 𝑊ℎ
Cne (Wh)=
(𝐶𝑛𝑒)(𝑊ℎ)
(𝑉𝐵𝐴𝑇)
=
(23614.3)
(24)
= 983.9 𝐴ℎ
https://www.sfe-solar.com/baterias-solares/
38

Así pues escogeríamos la mayor, es decir la capacidad nominal de las baterías sería, como
mínimo, C100=984Ah. Usaríamos entonces baterías solares estacionarias.
Nota respecto al cálculo de baterías: En el caso de que tengamos que dimensionar un sistema
que se utiliza solamente, por ejemplo, los fines de semana, se puede considerar un consumo
diario equivalente, que sería como si fuera una instalación con un consumo diario menor pero
igual en el cómputo general, y podríamos hacerlo con:

Consumo diario equivalente = Consumo diario (cuando hay uso, los fines de semana) x Días de
uso (2 o 3 días) / 7 días. Esto se aplicaría tanto al consumo global de la instalación, como al
particular de cada elemento. El dimensionado del subsistema de generación se realizaría en
función de este nuevo consumo diario equivalente.
Otro apunte importante para baterías, para asegurar la carga de la batería, debemos siempre tener
que la corriente de cortocircuito (Amperios) del sistema de generación (el grupo de paneles),
sea mayor o igual a la Capacidad de la Batería en C20 (Ah), dividido entre 30. Y también no
superar la corriente de carga máxima recomendada por el fabricante.
Cálculo del regulador/controlador de carga.
Procedemos ahora al cálculo del regulador, para ello debemos calcular cual es la máxima
corriente que debe soportar el regulador, a su entrada pero también a su salida.

Para calcular la corriente de entrada al regulador hacemos el producto corriente de cortocircuito
de un módulo, en este caso la del SW180 de SolarWorld es de Isc = 5,30 Amp., y multiplicamos
por el número de las ramas (la corriente de cada rama en paralelo será aproximadamente la
misma) en paralelo calculado anteriormente:

Ientrada=1.25(𝐼𝑀𝑂𝐷 ,𝑆𝐶)(𝑁𝑃) = (1.25)(5.30)(7) = 46.37 𝐴
Siendo,
 (IMOD,SC) la corriente unitaria del módulo fotovoltaico en condiciones de
cortocircuito, en este caso, para el SW180, es de Isc = 5,30 Amp. Se usa la corriente de
cortocircuito para el cálculo de la corriente de entrada al regulador porque será la
máxima corriente que podría ser generada por el módulo fotovoltaico y ha de ser esa la
que tengamos en cuenta para evitar pérdidas de rendimiento.
 (NP) el número de ramas en paralelo, en este caso, 7. 1,25 es un factor de seguridad para
evitar daños ocasionales al regulador.

Para el cálculo de la corriente de salida hemos de valorar las potencias de las cargas DC y las
cargas AC:
Isalida=
(1.25)(𝑃𝐷𝐶+
𝑃𝐴𝐶
𝜂𝑖𝑛𝑣
)
𝑉𝐵𝐴𝑇
=
(1.25)(15+
350+110
0.95
)
24
=
(624.01)
24
= 26 𝐴

Siendo, (PDC), potencia de las cargas en continua. (PAC), potencia de las cargas en alterna. (𝜂inv),
rendimiento del inversor, en torno a 90-95%. Así pues, el regulador de carga debería soportar
una corriente, como mínimo de 47 Amp. A su entrada y 26 Amp. A su salida.

Cálculo de inversor para nuestro proyecto fotovoltaico aislado.
Por último, para el cálculo del inversor para solar aislada, únicamente hemos de calcular la suma
de las potencias de las cargas de alterna. En nuestro caso, sería la lavadora (350W) y la
calefacción (110W) y aplicar un margen de seguridad del 20%.

Pinv=1.2(𝑃𝐴𝐶)=(1.2)(350 + 110) = 552 𝑊

Por lo tanto, será necesario un inversor de 550W aproximadamente. Ahora bien, debemos tener
en cuenta algo importante a la hora de seleccionar nuestro inversor. Muchos de los
electrodomésticos y aparatos con motor utilizados tienen “picos de arranque”, como los
refrigeradores, lavadoras etc., lo que supone que para su arranque van a demandar mayor
potencia que la nominal, en ocasiones hasta 4 o 5 veces más de la potencia nominal prevista.
Es por esta razón que, para evitar problemas y deficiencias en el correcto funcionamiento de
nuestra instalación, es recomendable hacer un sobredimensionamiento que contemple los picos
de arranque:
Pinv=(1.2)(𝑃𝐴𝐶) = (1.2)(4)(460) = 2208 𝑊
Es decir, nuestro inversor debería cubrir, al menos, 2208W de demanda para tener bien cubiertas
las necesidades de la vivienda, incluso los picos de demandapor arranque del motor de la
lavadora.
Por último, para seleccionar nuestro inversor, sabemos que en el mercado podemos encontrar
inversores de onda senoidal pura (PWM) y de onda senoidal modificada (MSW). Mi
recomendación es utilizar, siempre que sea posible, los de onda senoidal pura pues aunque son
algo más caros, nos evitarán más de un problema que nos podrían ocasionar los de onda
modificada con aparatos con motores.
Los inversores de onda senoidal pura modificada (PWM) pueden alimentar a la mayoría de
electrodomésticos actuales, sin embargo, pueden ocasionarnos problemas con aparatos con
cargas inductivas, como son los motores. Los inversores de onda senoidal pura (PWM), “imitan”
la forma de onda que de la red eléctrica y en consecuencia es la mejor opción la alimentar los
equipos eléctricos y electrónicos actuales.

7.3 Diagrama de Fuerza.
De acuerdo con el panel fotovoltaico SW180 de solarworld , se tiene que el voltaje
máximo 36.55 V y la corriente máxima 4.90 A , se obtiene una potencia total de : 179.095
W. Descomponiendo en potencia reactiva y activa y asignándole un Angulo de 30° se
tiene este diagrama de potencia.

Figura 26. Tipos de ondas Senoidales.

PT= 155.10+j89.54 PT=179.095∠30°

Figura 27. Diagrama de Potencias.

Tabla 7.5 Selección de Canalizaciones.
Para no correr el riesgo de que cualquier cable se pueda dañar es necesario que éstos vayan en
un tubo de protección. Éstos estarán por el exterior y serán flexibles.
Sección
nominal de
los
conductores
(mm)
Diámetro
exterior de
los tubos

Diámetro
exterior de
los tubos
Diámetro
exterior de
los tubos
Diámetro
exterior de
los tubos
Diámetro
exterior de
los tubos
0 1 2 3 4 5
1,5 12 12 16 16 20
2,5 12 16 20 20 20
4 12 16 20 20 25
6 12 16 25 25 25
10 16 25 25 32 32
16 20 25 32 32 40
0 500 1000 1500 2000 2500
Potencia del inversor
Potencia del inversor (Picos de Arranque)
Watts.
Watts.
Figura 28. Gráfico de potencia del inversor.

Las características mínimas de los tubos de protección se citan en la siguiente tabla, el
cumplimiento de éstas se realizará según los ensayos indicados en la norma UNE-EN 50.086 -
2-3 utilizando por ultimo Canalizaciones de tubos EMT.
Estos tubos son muy versátiles tanto en las instalaciones eléctricas comerciales e industriales,
por ser moldeables, lo que facilita la trayectoria que se le quiera dar al cableado en la instalación.
Generalmente son sometidos a la galvanización para aumentar su duración y resistencia a la
corrosión.
Su principal ámbito de aplicación se encuentra en instalaciones de superficie, visibles, a la
intemperie, con capacidad para soportar daños mecánicos, aunque también se pueden utilizar
empotrados. Ejemplo de este tipo de canalización son los tubos de aiscan tme tmr
7.6 Selección de Protecciones.
Las protecciones mínimas a disponer serán las siguientes:
 De sobre intensidad, mediante relés directos magneto térmicos o solución equivalente.
 De mínima tensión instantáneos, conectados entre las tres fases y neutro que actuarán en
un tiempo inferior a 0,5 segundos, a partir de que la tensión llegue al 85% de su valor
asignado.
 De sobre tensión, conectado entre una fase y neutro y cuya actuación debe producirse en
un tiempo inferior a 0,5 segundos, a partir de que la tensión llegue al 110% de su valor
asignado.
 De máxima y mínima frecuencia, conectado entre fases, y cuya actuación debe
producirse cuando la frecuencia sea inferior a 49 Hz o superior a 51 Hz durante más de
5 períodos.
 Protecciones para continua, para la carga de baterías.

Tabla 8. Costos de los elementos.
Los mismos elementos presentados en el capítulo mecánico, nuestro proyecto al ser de foto
celdas la mayoría de los cálculos son eléctricos.
Elemento Costo Unidad Subtotal
Grafeno $ 950 5 gramos $ 4,750
Regulador de carga $ 564.99 1 $ 564.99
Batería $ 3,000 2 $ 6,000
43

Inversor $ 1,506.56 1 $ 1,506.56
Rollo de Cable de
calibre 0 con
terminales
$ 3,000 15 metros $ 3,000
Rollo de Cable de
uso rudo 2x12
$900 100 metros $ 900
TOTAL $ 16,721.55
Tabla 9. Planeación de la construcción de los elementos.
Como contamos con más elementos eléctricos, la tabla es la misma que en el capítulo mecánico,
aquí organizamos de acuerdo al elemento que sea más falible, costoso y que tarde más tiempo
para su elaboración. Ya que se pretende comprar la mayoría de los elementos.
Fecha. Planeación. Elemento.
26 Noviembre 2019. Arreglar el documento para la
revisión y entrega de la parte
eléctrica.
Documento formal del
proyecto.
18 Enero 2019. Modelado de la pieza principal,
basado en medidas y dibujo técnico.
Teja base.
25 Agosto 2019. Compra del panel fotovoltaico. Panel Solar y grafeno.
Aún por verse. Soporte para la teja.
Aún por verse. Batería.
Aún por verse. Inversor.

8. BIBLIOGRAFIA

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Alcor, E. (s.f.). Progensa. Obtenido de Instalaciones Solares Fotovoltaicas.
Anonimo. (2010). Info Grafeno. Obtenido de https://www.infografeno.com/
Aparicio, M. (s.f.). Mancorbo. Obtenido de Energia solar Fotovoltaica
EFE. (05 de enero de 2016). Obtenido de La razón: http://www.larazon.es/tecnologia/el-preciado-
grafeno-a-mitad-de-precio-be11620067
García, L. H. (s.f.). CIEMAT. Obtenido de Sistemas Fotovoltaicos Autonomos
Gómez, G. A. (2017). Redes para circuitos electrónicos. Guadalajara: Astra.
Iluminet. (25 de Octubre de 2017). Iluminet . Obtenido de http://www.iluminet.com/funcionamiento-
paneles-fotovoltaicos-energia-solar/
Legislatura, c. d. (Agosto de 2014). CEFP. Obtenido de
http://www.cefp.gob.mx/publicaciones/documento/2014/septiembre/cefp0112014.pdf
Oilwatch. (Noviembre de 2000). Amazonia. Obtenido de
http://www.amazonia.bo/administrador/imgnoticia/cambios.pdf
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Technology, E. G. (12 de Abril de 2017). Obtenido de EcoInventos: https://ecoinventos.com/grafeno-
una-nueva-celula-solar-genera-energia-gotas-
lluvia/%20tejas%20fotovoltaicas%20que%20funcionan%20con%20lluvias
Tutorials, A. E. (2018). Alternative Energy Tutorials. Obtenido de http://www.alternative-energy-
tutorials.com/solar-power/pv-array.html
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energia-solar-fotovoltaica-339