T010_73867090_T

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional del Centro del Perú
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico autónomo 
para la generación de energía eléctrica en el pabellón 
de la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la 
Universidad Nacional del Centro del Perú
Bernaola Canturin, Aldo Paul
Huancayo
2018
Esta obra está bajo licencia
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Repositorio Institucional - UNCP
 
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ 
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA 
 
 
 
 
TESIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRESENTADO POR: 
 
BACH. BERNAOLA CANTURIN, ALDO PAUL 
 
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: 
 INGENIERO ELECTRICISTA 
 
 
HUANCAYO – PERÚ 
2018 
 
 
DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA 
FOTOVOLTAICO AUTÓNOMO PARA LA GENERACIÓN 
DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN EL PABELLÓN DE LA 
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DE LA 
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ 
 
ii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
______________________________________________________________________________ 
ASESOR: 
Mg. Condezo Hurtado, David Elvis. 
______________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
 
 
 
DEDICATORIA 
A Dios, por brindarme la vida, darme salud y una hermosa familia, por mostrarme cosas 
maravillosas y poder apreciarlas y vivirlas, por regalarme grandes virtudes para fortalecerlas día 
tras día y poner retos y desafíos que a base de fe, esfuerzo y dedicación, los voy e iré superando. 
A mis padres Miguel y Haydee, por su esfuerzo y dedicación incansable en mi formación, por estar 
conmigo en todo momento, por brindarme sus consejos y sabias palabras, y sobre todo por su 
aliento y ejemplo en seguir siempre hacia adelante, en no rendirme y en inculcarme que el que 
persevera y busca, encuentra y por ende triunfa, muchas gracias a ustedes. 
A mis almitas que desde el cielo me cuidan y guían mis pasos siempre: Estelita, Clemencia, Jorge 
y Arcadio. A mi abuelita Victoria, por su amor y cariño incondicional. 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
Agradezco al Ing. Gustavo Álvarez Sierra por su altruismo y desinterés para la realización de la 
presente Tesis. 
Agradezco profundamente a los docentes de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de 
la Universidad Nacional del Centro del Perú, por su orientación, labor y experiencia en cada una 
de sus enseñanzas. 
Asimismo, agradezco a mi asesor Mg.David Elvis Condezo Hurtado, por su apoyo en la 
elaboración del presente trabajo de investigación. 
Finalmente, a todas las personas que me apoyaron moral y físicamente, en especial, a mis 
familiares y amistades, por brindarme sus palabras de ánimo y confianza, por impulsar mi 
perseverancia y lucha insaciable en la vida, y por compartir y estar siempre conmigo siempre en 
las buenas y en las malas, por compartir alegrías y triunfos. 
 
 
 
 
v 
 
 
 
 
ÍNDICE 
RESUMEN 
 
INTRODUCCIÓN 
CAPÍTULO 1 
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 
1.1 Planteamiento Del Problema................................................................................................. 1 
1.2 Formulación Del Problema ................................................................................................... 2 
1.2.1 Problema general ................................................................................................................ 2 
1.2.2 Problemas específicos ......................................................................................................... 2 
1.3 Objetivos De Investigación ................................................................................................... 3 
1.3.1 Objetivo general ................................................................................................................. 3 
1.3.2 Objetivos específicos .......................................................................................................... 3 
1.4 Justificación e Importancia ................................................................................................... 3 
1.4.1 Justificación Teórica: .......................................................................................................... 4 
1.4.2 Justificación Metodológica: ................................................................................................ 4 
1.4.3 Logros alcanzados .............................................................................................................. 5 
1.4.4 Beneficios ........................................................................................................................... 5 
CAPÍTULO 2 
BASES TEORICAS 
2.1 Antecedentes De La Investigación ........................................................................................ 6 
2.2 Bases Teóricas ...................................................................................................................... 7 
2.2.1 Principios Y Fundamentos De La Tecnología Fotovoltaica ............................................... 7 
2.2.2 Fundamentos Y Principales Aplicaciones De La Tecnología Fotovoltaica ..................... 19 
2.2.3 Componentes De Un Sistema Fotovoltaico ...................................................................... 22 
2.2.4 Dimensionamiento De Sistemas Fotovoltaicos ................................................................ 45 
2.2.5 Consideraciones Económicas Y Normativa Para Los Sistemas Fotovoltaicos ................ 46 
vi 
 
2.3 Sistema de Hipótesis ........................................................................................................... 50 
2.3.1 Formulación de Hipótesis. ................................................................................................ 50 
2.3.2 Descripción de variables. .................................................................................................. 50 
CAPÍTULO 3 
ASPECTOS METODOLÓGICOS 
3.1 Tipo Y Nivel De Investigación ........................................................................................... 51 
3.1.1 Tipo de Investigación: ...................................................................................................... 51 
3.1.2 Nivel de Investigación ...................................................................................................... 51 
3.2 Método Y Diseño De La Investigación .............................................................................. 52 
3.3 Operacionalización De Variables ....................................................................................... 52 
3.4 El Universo, Población y muestra de la investigación. ....................................................... 54 
3.4.1 Universo............................................................................................................................ 54 
3.4.2 Población. ......................................................................................................................... 54 
3.4.3 Muestra. ............................................................................................................................ 54 
3.5 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos........................................................... 54 
3.6 Técnicas De Procesamiento De Datos ................................................................................ 55 
CAPÍTULO 4 
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS 
4.1 Cálculo de Máxima demanda de energía eléctrica de la FIEE ........................................... 56 
4.2 Estudio y Diseño Del Sistema Fotovoltaico Conectado a la Red para la Facultad De 
Ingeniería Eléctrica Y Electrónica De La UNCP ......................................................................... 59 
4.3 Estudio y Diseño Del Sistema Fotovoltaico off grid aislado de la Red para La Facultad De 
Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la UNCP .............................................................................74 
4.4 Análisis estadístico de los resultados .................................................................................. 83 
4.5 Prueba De Hipótesis ............................................................................................................ 86 
CONCLUSIONES 
BIBLIOGRAFIA 
ANEXOS 
ANEXO 1 Resultados del dimensionamiento fotovoltaico conectado a la red ON-GRID. 
ANEXO 2 Resultados del dimensionamiento fotovoltaico aislado a la red OFF-GRID. 
ANEXO 3 Planos de la Facultad de Ingenieria Electrica – UNCP. 
vii 
 
 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 2.1 Coordenadas geográficas. ......................................................................................... 8 
Figura 2.2 Coordenadas solares. ................................................................................................ 9 
Figura 2.3 Posiciones del sol a lo largo del año. ........................................................................ 9 
Figura 2.4 - Tipos de radiación solar. ..................................................................................... 10 
Figura 2.5.- El espectro electromagnético de la radiación. ..................................................... 10 
Figura 2.6.- La irradiación e irradiación solar. ....................................................................... 11 
Figura 2.7.- La relación entre irradiancia e irradiación ......................................................... 12 
Figura 2.8.- Mapa de la irradiación solar en el mundo. ........................................................... 12 
Figura 2.9.- Mapa de la irradiación solar en el Perú. ............................................................... 13 
Figura 2.10. Horas solares pico................................................................................................ 14 
Figura 2.11.- Estructura de una célula solar. ........................................................................... 15 
Figura 2.12.- Estructura básica de una célula solar. ................................................................ 16 
Figura 2.13.- Características i-u y p-u de una célula solar. ...................................................... 16 
Figura 2.14.- Característica i-u de una célula en función de la irradiancia. ............................ 17 
Figura 2.15.- Sistema Fotovoltaico .......................................................................................... 19 
Figura 2.16.- Instalación fotovoltaica rural (SFA/ off-grid) .................................................... 20 
Figura 2.17.- Alumbrado público con paneles fotovoltaicos (SFA/Off-grid). ........................ 20 
Figura 2.18.- Sistema de bombeo con paneles fotovoltaicos (SFA/off-grid). ......................... 21 
Figura 2.19.- Sistema fotovoltaico autónomo. ......................................................................... 21 
Figura 2.20.- Sistema fotovoltaico conectado a red. ................................................................ 22 
Figura 2.21.- Comparación entre los tipos de sistemas fotovoltaicos. ..................................... 22 
Figura 2.22.- Paneles Fotovoltaicos. ........................................................................................ 23 
Figura 2.23.- Efecto fotoeléctrico. ........................................................................................... 23 
Figura 2.24.- Módulo fotovoltaico. ......................................................................................... 25 
Figura 2.25.- Caja de conexiones de un módulo fotovoltaico. ............................................... 25 
viii 
 
Figura 2.26.- Baterías Solares. ................................................................................................. 28 
Figura 2.27.- Variación de la capacidad según la temperatura. ............................................. 30 
Figura 2.28.- Profundidad de descarga. ................................................................................. 31 
Figura 2.29.- Tipos de conexión de baterías. ......................................................................... 31 
Figura 2.30.- Baterías de plomo ácido. .................................................................................. 32 
Figura 2.31.- Baterías AGM. ................................................................................................. 32 
Figura 2.32.- Baterías tipo GEL. ............................................................................................ 33 
Figura 2.33.- Baterías tipo Trojan. ......................................................................................... 33 
Figura 2.34.- Baterías tipo OPzS. .......................................................................................... 34 
Figura 2.35.- Regulador de carga. .......................................................................................... 34 
Figura 2.36.- Sistema fotovoltaico autónomo básico. .............................................................. 35 
Figura 2.37.- Tipos de reguladores de carga. ......................................................................... 36 
Figura 2.38.- Curvas características del MPPT vs PWM. ..................................................... 37 
Figura 2.39.- El inversor. ....................................................................................................... 38 
Figura 2.40.- El inversor para sistemas aislados. ................................................................... 39 
Figura 2.41.- El inversor para sistemas conectados a red. ..................................................... 39 
Figura 2.42.- Fusibles para sistemas fotovoltaicos. ............................................................... 44 
Figura 2.43.- Representación esquemática de un fusible en un sistema fotovoltaico. ........... 44 
Figura 2.44.- Interruptor para un sistema fotovoltaico. ......................................................... 45 
Figura 2.45.- Evolución del coeficiente de electrificación rural. ........................................... 49 
Figura 2.46.- Proyección del coeficiente de electrificación rural (2015-2025). .................... 49 
Figura 3.1.- Comparación de resultados principales. ............................................................. 55 
Figura 4.1.- Coordenadas geográficas de la FIEE-UNCP ....................................................... 59 
Figura 4.2.- Se ingresa al programa PVsyst 6.67. .................................................................... 59 
Figura 4.3.- Se ingresa el nombre del archivo y proyecto. ...................................................... 60 
Figura 4.4.- Se ingresa ubicación del lugar. ............................................................................. 60 
Figura 4.5.- Se introduce la zona geográfica. .......................................................................... 61 
Figura 4.6.- Se introduce las coordenadas geográficas. ........................................................... 61 
Figura 4.7.- Se importa data del clima. .................................................................................... 62 
Figura 4.8.- Se obtiene la irradiación mensual global. ............................................................ 62 
Figura 4.9.- Se agrega nombre y se guarda lugar. ................................................................... 63 
ix 
 
Figura 4.10.- Archivo climatológico. ....................................................................................... 63 
Figura 4.11.- Dimensionamiento del SFV ON GRID.............................................................. 64 
Figura 4.12.- Se obtiene la designación del proyecto. ............................................................. 64 
Figura 4.13.- Guardar proyecto. ............................................................................................... 65 
Figura 4.14.- Se ingresa parámetros para eldimensionamiento. ............................................. 65 
Figura 4.15.- Se ingresa la orientación del sistema. ................................................................ 66 
Figura 4.16.- Se ingresa la data del sistema. ............................................................................ 66 
Figura 4.17.- Se ingresan parámetros deseados. ...................................................................... 67 
Figura 4.18.- Se selecciona tipo de panel. ............................................................................... 67 
Figura 4.19.- Se ingresa tipo de inversor. ................................................................................ 68 
Figura 4.20.- Se selecciona número de cadenas y módulos en serie. ...................................... 68 
Figura 4.21.- Se da inicio a la simulación. ............................................................................... 69 
Figura 4.22.- Se muestran los resultados. ................................................................................ 69 
Figura 4.23.- Se inicia la evaluación económica. .................................................................... 70 
Figura 4.24.- Pagina de Autosolar ........................................................................................... 70 
Figura 4.25.- Se coloca precios de los componentes. .............................................................. 71 
Figura 4.26.- Balance financiero. ............................................................................................. 71 
Figura 4.27 Ganancia Acumulada. ........................................................................................... 72 
Figura 4.28 Cantidad de CO2 dejados de emitir. ..................................................................... 72 
Figura 4.29.- Informe. .............................................................................................................. 73 
Figura 4.30.- Coordenadas geográficas de la UNCP. .............................................................. 74 
Figura 4.31.- Se elige tipo de proyecto a utilizar. .................................................................... 74 
Figura 4.32.- Se ingresa nombre del archivo y proyecto. ........................................................ 75 
Figura 4.33.- Se ingresa orientación de los paneles. ................................................................ 75 
Figura 4.34.- Necesidades del usuario. .................................................................................... 76 
Figura 4.35.- Se define las cargas a utilizarse. ......................................................................... 76 
Figura 4.36.- Se indica las horas de funcionamiento. .............................................................. 77 
Figura 4.37.- Se define el sistema. ........................................................................................... 77 
Figura 4.38.- Elección de baterías............................................................................................ 78 
Figura 4.39.-Elección de paneles y Controlador ...................................................................... 79 
Figura 4.40.- Run Simulation. ................................................................................................. 79 
x 
 
Figura 4.41.- Proceso de simulación. ....................................................................................... 80 
Figura 4.42.- Análisis económico-financiero........................................................................... 80 
Figura 4.43.- Pagina web de AutoSolar.com ........................................................................... 81 
Figura 4.44.- Se coloca precio de los componentes. ................................................................ 81 
Figura 4.45.- Cantidad de CO2 dejados de emitir. .................................................................. 82 
Figura 4.46.- Elaboración del informe. .................................................................................... 82 
Figura 4.47 Gráfico de dispersión ON GRID .......................................................................... 84 
Figura 4.48 Gráfico de dispersión OFF GRID......................................................................... 85 
Figura 4.49 Gráfico de medias ................................................................................................. 85 
Figura 4.50 Gráficos de Barras ................................................................................................ 86 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xi 
 
 
 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 2.1.- Inclinación óptima según el tipo de instalación. .................................................. 15 
Tabla 2.2.- Tipos de célula fotovoltaica.................................................................................. 18 
Tabla 2.3 Eficiencia récord de celdas fotovoltaicas ................................................................. 19 
Tabla 2.4 Precios cotizados al usuario final y promediados. ................................................... 26 
Tabla 2.5 Tensiones nominales de las baterías solares. ........................................................... 29 
Tabla 2.6.- Días de autonomía de los sistemas fotovoltaicos. ................................................. 30 
Tabla 2.7.- Sección del cable solar. ......................................................................................... 43 
Tabla 2.8.- Costos de los elementos de un SFV. ..................................................................... 47 
Tabla 2.9.- Costos por el tipo de dimensionamiento de un SFV. ............................................ 47 
Tabla 3.1.- Operacionalización de la variable dependiente ..................................................... 53 
Tabla 3.2.- Operacionalización de la variable independiente .................................................. 53 
Tabla 4.1.- Factores de demanda para alimentadores de cargas de alumbrado y tomacorrientes58 
Tabla 4.2.- Niveles de tensión para equipos. ........................................................................... 78 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xii 
 
 
 
 
RESUMEN 
En el año 2016, la Universidad Nacional del Centro del Perú, gasto la suma de S/.488,505.97 
Nuevos Soles, en pago por consumo de energía eléctrica, de acuerdo a la facturación emitida por 
Electrocentro. Por otro lado, según datos de la NASA, la provincia de Huancayo se ubica entre las 
ciudades con mayor potencial para generar energía eléctrica, ya que cuenta con una irradiación 
solar promedio de 5.84 kWh/m2 y debido a que el crecimiento poblacional de la ciudad 
universitaria ira en aumento, por ende, los costos seguirán aumentando. Es por ello que se propuso 
esta alternativa para la generación de energía eléctrica de manera eficiente, óptima y 
económicamente viable, para reducir costos y aprovechar las energías renovables. 
Para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico conectado a la red on-grid se utilizó la siguiente 
metodología: 
 Seleccionamos la potencia de nuestro generador fotovoltaico. 
 Con esa potencia seleccionamos un inversor on grid de potencia similar (W). 
 Comprobamos si no generamos más de lo que consumimos. 
Para el dimensionamiento del sistema fotovoltaico aislado off-grid se utilizó la siguiente 
metodología: 
 Calculo del consumo diario de potencia (W). 
 Se selecciona la tensión nominal en base a la potencia consumida. 
 En el dimensionamiento del periodo de diseño se establece para el mes de menor irradiación 
xiii 
 
solar. 
 Se calcula la potencia mínima generada por la irradiación solar. 
 Se calcula el número de paneles. 
 En base al consumo medio diario, se calcula la capacidad total de acumulación del sistema 
para seleccionar el tipo de batería solar. 
 Se hace el cálculo del regulador. 
 Se hace el cálculo del inversor. 
 Calculo de presupuesto delsistema solar. 
Al término de la investigación se obtuvo las siguientes conclusiones. Después de utilizar los dos 
tipos de dimensionamiento: SFV ON GRID y SFV OFF GRID, se obtuvo que el dimensionamiento 
SFV ON GRID es más eficiente, ya que produce 72.13 MWH por año, mientras que el SFV OFF 
GRID produce 42.81 MWH. También que el dimensionamiento SFV ON GRID tiene un factor de 
rendimiento mayor, ya que su F.R. es de 81.89%, mientras que el SFV OFF GRID es 74.89%. 
Además, en cuanto al balance de CO2 dejados de emitir por cada tipo de sistema fotovoltaico, el 
SFV ON GRID deja de emitir 14.257 TCO2 al año, mientras el SFV OFF GRID, deja de emitir 
8.467 TCO2 al año. Y finalmente en relación al costo de instalación, tenemos que el SFV ON 
GRID, tiene un costo de S/. 223,280.00, mientras que el SFV OFF GRID tiene un costo de S/. 
357,819.00. 
 
 
 
xiv 
 
 
 
 
ABSTRAC 
In 2016, the National University of Central Peru, spent the sum of S /.488,505.97 Nuevos Soles, 
in payment for electricity consumption, according to the billing issued by Electrocentro. On the 
other hand, according to data from NASA, the province of Huancayo is among the cities with the 
greatest potential to generate electricity, since it has an average solar irradiance of 5.84 kWh / m2 
and because the population growth of the city university will increase, therefore, costs will 
continue to rise. That is why this alternative was proposed for the generation of electric power in 
an efficient, optimal and economically viable manner. 
For the sizing of the photovoltaic system connected to the on-grid netwprk, the following 
methodology was used: 
 We select the power of our photovoltaic generator. 
 With that power we select an inverter on grid of similar power (w). 
 We check if we do not generate more tan what we consume. 
Fort he sizing of the off-grid isolated photovoltaic system, the following methodology was used: 
 Calculation of daily power consumption (W). 
 The nominal voltage is selected based on the power consumed. 
 In the dimensioning of the design period, it is established for the month of least solar 
irradiation. 
xv 
 
 The minimum power generated by solar irradiation is calculated. 
 The number of panels is calculated. 
 Based on the daily average consumption, the total accumulation capacity of the system is 
calculated to select the type of solar battery. 
 The calculation of the regulator is done. 
 The investor calculation is done. 
 Budget calculation of the solar system. 
 At the end of the investigation, the following conclusions were obtained. After using the two types 
of dimensioning: SFV ON GRID and SFV OFF GRID, it was obtained that SFV ON GRID sizing 
is more efficient, since it produces 72.13 MWH per year, while the SFV OFF GRID produces 
42.81 MWH. Also that SFV ON GRID sizing has a higher performance factor, since its F.R. it is 
81.89%, while the SFV OFF GRID is 74.89%. In addition, regarding the balance of CO2 ceased 
to issue for each type of photovoltaic system, the SFV ON GRID stops emitting 14,257 TCO2 per 
year, while the SFV OFF GRID, stops issuing 8,467 TCO2 per year. And finally in relation to the 
installation cost, we have that the SFV ON GRID, has a cost of S /. 223,280.00, while the SFV 
OFF GRID has a cost of S /. 357,819.00. 
 
 
 
 
 
 
 
 
xvi 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
La presente tesis está enmarcada en el área de investigación Tecnología Energética, de la Escuela 
Profesional de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la 
Universidad Nacional del Centro del Perú. Se enmarco en el uso de fuentes no convencionales de 
energía, energía solar, como elemento fundamental para el dimensionamiento de un sistema 
fotovoltaico On-Grid y Off-Grid. 
La investigación realizó un dimensionamiento técnico óptimo y eficiente y cuyo propósito fue 
determinar el dimensionamiento tanto para el sistema fotovoltaico autónomo off-grid como para 
el sistema fotovoltaico conectado a la red on-grid para la generación de energía eléctrica. En el 
pabellón de la FIEE-UNCP. 
El estudio se realizó en la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad 
Nacional del Centro del Perú, ubicado en el distrito del Tambo, provincia Huancayo, departamento 
de Junín. 
Para analizar las variables se utilizó el software PVsist 6.6.7. para ambos tipos de 
dimensionamiento. El cual es un software desarrollado por la Universidad de Ginebra, que se 
utiliza para el diseño, simulación y análisis de datos de una instalación fotovoltaica, cuenta con 
una base de datos muy completa de: módulos, inversores, acumuladores, entre otros. También 
simula: instalaciones on grid, off grid y de bombeo, como así también hace un análisis de balance 
xvii 
 
económico – financiero y de presupuestos. 
Uno de los alcances, es que a través de la presente investigación se demostró que el tipo de sistema 
fotovoltaico conectado a la red ON-GRID, es más eficiente, produce más energía, tiene mayor 
factor de rendimiento y deja de emitir más toneladas de CO2 que el tipo de sistema fotovoltaico 
aislado OFF-GRID. 
Por otro lado, una de las limitaciones de la presente tesis es que no se contaba con instrumentos de 
medición al momento de realizar la presente investigación, tales como el piranómetro para medir 
de manera muy precisan la radiación solar incidente sobre la superficie del techo de la Facultad de 
Ingeniería Eléctrica de la UNCP y debido a esta razón se optó por tomar los datos meteorológicos 
de la base de datos de la NASA. 
 
EL AUTOR 
 
1 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 
1.1 Planteamiento Del Problema 
En la Universidad Nacional del Centro del Perú, ubicado en el distrito del Tambo, 
provincia de Huancayo, departamento de Junín, se gastó en el año 2016, la suma de S/. 
488,505.97 Nuevos Soles, en pago por energía eléctrica, se consumió 972 720 kWh de 
energía activa y 280 343 kVArh de energía reactiva, de acuerdo a la facturación emitida 
por Electrocentro. Esta situación nos evidencia un problema de alto consumo de energía 
eléctrica y por ende el pago altísimo que se hace. Además, según datos emitidos por la 
NASA, la provincia de Huancayo se ubica entre las ciudades con mayor potencial para 
generar energía solar, cuenta con una irradiación solar promedio de 5.84 kilowatts hora 
por metro cuadrado (kWh/m2), la cual no es aprovechada por la Universidad Nacional 
del Centro del Perú. 
Si esta situación persiste, y debido al crecimiento poblacional de la ciudad universitaria, 
la demanda de energía eléctrica crecerá y por ende los costos seguirán aumentando 
2 
 
 
exponencialmente, pudiendo afectar en el recorte de presupuesto destinado a las 
actividades de investigación. 
Visto la problemática de la situación, se propone que la probable causa del alto pago 
por el consumo de energía eléctrica en la universidad, se debe a que no se ha realizado 
campañas de concientización para el ahorro de energía dentro de la ciudad universitaria, 
también se debe a la falta de mantenimiento ya que la actual red eléctrica de la 
universidad tiene más de 40 años de antigüedad, pero sobre todo hace falta estudios 
para que propongan otras alternativas para la generación de energía eléctrica de manera 
eficiente, optima y económica dentro de la universidad, que fue materia de esta 
investigación. 
1.2 Formulación Del Problema 
La interrogante principal de la presente investigación es: 
1.2.1 Problema general 
¿Cómo dimensionar la instalación de un sistema fotovoltaico autónomo off-grid 
y un sistema fotovoltaico conectado a red on-grid, para la generación de energía 
eléctrica solar en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica 
de la Universidad Nacional del Centro del Perú? 
1.2.2 Problemas específicos 
¿Cómo dimensionar un sistema fotovoltaico autónomo off-grid en el pabellón 
de la Facultad IngenieríaEléctrica y Electrónica de la Universidad Nacional del 
Centro del Perú? 
3 
 
 
¿Cómo dimensionar un sistema fotovoltaico conectado a red on-grid en el 
pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad 
Nacional del Centro del Perú? 
1.3 Objetivos De Investigación 
1.3.1 Objetivo general 
Dimensionar la instalación de un sistema fotovoltaico autónomo off-grid y un 
sistema fotovoltaico conectado a red on-grid, para la generación de energía 
eléctrica solar en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica 
de la Universidad Nacional del Centro del Perú. 
1.3.2 Objetivos específicos 
Determinar el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico autónomo off-grid 
en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad 
Nacional del Centro del Perú. 
Determinar el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico conectado a red on-
grid en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la 
Universidad Nacional del Centro del Perú. 
1.4 Justificación e Importancia 
Teniendo en cuenta el alto potencial energético que existe en la ciudad de Huancayo, 
actualmente la Universidad Nacional del Centro del Perú no está haciendo uso de la 
energía solar para su beneficio económico en la reducción de costos por el consumo de 
energía eléctrica. Por este motivo se realizó la presente investigación como un Modelo 
4 
 
 
base para poder dimensionar un sistema fotovoltaico en la Facultad de Ingeniería 
Eléctrica, de manera óptima y eficiente, lo cual permitirá a la Universidad tomar una 
decisión más objetiva y confiable sobre su implementación en los demás pabellones. La 
presente investigación de tesis se realizó debido a los siguientes motivos: 
1.4.1 Justificación Teórica: 
Para esta investigación haremos de una manera muy ilustrada el dimensionamiento de 
un sistema fotovoltaico, teniendo en cuenta los tipos de sistemas fotovoltaicos. Con la 
finalidad de lograr un dimensionamiento óptimo y eficiente. 
1.4.2 Justificación Metodológica: 
Para lograr el más óptimo y eficiente dimensionamiento de un sistema fotovoltaico. Lo 
primero que se debe tener claro son los siguientes criterios: 
 Cuánto deseamos ahorrar en nuestro recibo de luz. 
 Cuánto espacio tengo disponible para mi sistema FV. 
 Cuánto estoy dispuesto a invertir. 
Para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico off-grid, se sigue el siguiente 
procedimiento metodológico. 
 Calculo del consumo diario de potencia (W) 
 Se selecciona la Tensión Nominal en base a la potencia consumida. 
 En el dimensionamiento del periodo de diseño se establece para el mes de menor 
irradiación solar. 
 Se calcula la potencia mínima generada por la irradiación solar. 
 Se calcula el número de paneles. 
5 
 
 
 En base al consumo medio diario, se calcula la capacidad total de acumulación del 
sistema para seleccionar el tipo de batería solar. 
 Se hace el cálculo del regulador 
 Se hace el cálculo del inversor 
 Calculo de presupuesto del sistema solar. 
Para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico on-grid, se sigue el siguiente 
procedimiento metodológico. 
 Seleccionamos la potencia de nuestro generador fotovoltaico. 
 Con esa potencia seleccionamos un inversor on grid de potencia similar (W). 
 Comprobamos si no generamos más de lo que consumimos. 
1.4.3 Logros alcanzados 
En la presente investigación se logró lo siguiente: 
 Analizar diferentes metodologías de dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos. 
 Determinar el sistema óptimo para la implementación de sistemas fotovoltaicos. 
 Se logró diferenciar los dos tipos de sistemas fotovoltaicos. 
1.4.4 Beneficios 
 Ahorro en el consumo de energía eléctrica del recibo de luz. 
 Aprovechamiento del espacio disponible para la implementación de un sistema FV. 
 Aprovechar la irradiación solar. 
 Uso de un tipo de energía limpia. 
 Reducción de la emisión de CO2. 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2: 
BASES TEORICAS 
2.1 Antecedentes De La Investigación 
En la tesis “aplicación de la Energía Solar para electrificación rural en zonas marginales 
del país”, de la Universidad Nacional de Ingeniería, Pagina 10, menciona que la estela 
que produce la probabilidad de usar la energía solar en apariencia verificada y para 
nuestros auténticos coronamientos ha consentido el progreso de sistemas de asimilación 
completos, ordenación y abastecimiento de esta energía según nos convenga. La 
generación de electricidad a partir de la radiación solar por medio de paneles 
fotovoltaicos es un usufructo que además no se emite en su colectividad. (Muñoz, 2005). 
Del mismo modo Valdiviezo (2014), en su tesis diseño de un procedimiento fotovoltaico 
para el suministro de energía eléctrica a 15 procesadores portátiles en la PUPC, dice que 
la factibilidad del proyecto no debe ser una autodeterminación enteramente económica. 
Se deben tomar en cuenta algunos medios como: Adecuación para ser utilizado como un 
laboratorio experimental, Impulsar el provecho del goce y pesquisa de los recursos 
7 
 
 
energéticos renovables (Rer), Tácticas de marketing institucional y Reducción de 
difusiones de gases de objetivo invernadero. (GEl). 
Moro (2010:53), indica que las instalaciones fotovoltaicas off-grid son una apariencia de 
armar electricidad para un consumo al margen de la red eléctrica, la energía producida 
en las horas del sol se almacena en acumuladoras, desde adonde se inyecta en la red de 
consumo; sus aplicaciones son diversas, equivalentes como: electrificación de regiones 
rurales, comida eléctrica en residencias rurales y alumbrado público. 
Agrega Fernández (2010) en la medida que la agrupación evoluciona, incrementa la 
demanda de capitales energéticos; el ras de consumo de electricidad en la localidad se ha 
resumido en el tocante del progreso económico y social de la misma debido a que su 
provecho está presente en cada aspecto de nuestra vida diaria para llenar nuestras 
necesidades, es por ello que es precisado profundizar alternativas confiables para el 
abastecimiento energético, comparables como la obtención propia de electricidad por 
parte de las compañías, en la cual se privilegien compendios de cogeneración, el 
usufructo de carburantes rotativos y la implementación de medidas de ahorro y provecho 
competente de la energía. 
2.2 Bases Teóricas 
2.2.1 Principios Y Fundamentos De La Tecnología Fotovoltaica 
2.2.1.1 Conceptos previos 
Latitud: 
8 
 
 
Es el alejamiento angular entre un punto determinado de la Tierra y la línea ecuatorial. 
Siempre es menor a 90° y se llama Sur (S) cuando el lugar está en el hemisferio sur y 
norte (N) cuando está en el hemisferio norte. (Elias, 2006). 
Longitud: 
Es la distancia angular que existe entre el meridiano de Greenwich y un punto 
cualquiera del espacio terrestre y dimensionada sobre el equidistante que pasa por dicho 
punto. (Elias, 2006). 
En la siguiente figura 2.1, se muestra la latitud y longitud de las coordenadas 
geográficas. 
 
Figura 2.1 Coordenadas geográficas. 
 Fuente: (Elias, 2006). 
 
9 
 
 
Coordenadas solares: 
 
Figura 2.2 Coordenadas solares. 
Fuente: (Elias, 2006). 
El sol tiene distintas posiciones a lo largo del día y a lo largo del año, por ello se debe 
tener en cuenta esta conducta al momento de diseñar sistemas fotovoltaicos. (Abella, 
2016). 
El punto más alto se encuentra en el verano, su punto más bajo en el invierno y su punto 
intermedio en la primavera y el otoño. (Abella, 2016). 
 
Figura 2.3 Posiciones del sol a lo largo del año. 
Fuente: (Abella, 2016). 
10 
 
 
2.2.1.2 La radiación solar 
Es la energía producida por el sol, que, para el caso de los paneles fotovoltaicos, solo 
se requiere de está la que llega a la tierra y puede ser aprovechada por los módulos 
fotovoltaicos. Por otro lado, el efecto albedo es el porcentaje de la radiación reflejada 
sobre una superficie.La suma de las tres radiaciones nos da la radiación global y es con 
la cual se trabaja para el dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos. (Alejandra, 
2016). 
 
Figura 2.4 - Tipos de radiación solar. 
Fuente: (Alejandra, 2016). 
 
Figura 2.5.- El espectro electromagnético de la radiación. 
Fuente: (Alejandra, 2016). 
11 
 
 
 Irradiancia e irradiación solar: 
Para cuantificar la radiación solar se utilizan dos magnitudes: 
- Irradiancia: 
Indica la intensidad de la radiación solar (W/m2). Es la potencia incidente por unidad 
de superficie que recibe una superficie perpendicular al sol en el exterior de la 
atmósfera. Su valor aproximado es de 1.367 W/m2. (Anticona, 2005). 
- Irradiación: 
Es la suma de las irradiancias en un determinado tiempo. Así como también es la 
cantidad de energía solar obtenida durante un periodo de tiempo. En el ejercicio, dada 
la relación con la generación de energía eléctrica, se utiliza como unidades: el W.h/m2, 
KW.h/m2 y MW.h/m2. (Anticona, 2005). 
 
Figura 2.6.- La irradiación e irradiación solar. 
Fuente: (Anticona, 2005). 
12 
 
 
 
Figura 2.7.- La relación entre irradiancia e irradiación 
Fuente: (Anticona, 2005). 
 
 
Figura 2.8.- Mapa de la irradiación solar en el mundo. 
Fuente: (Anticona, 2005). 
En fines de afectación en el Perú tenemos como promedio un aproximado de 5.5 
KWh/m2, lo que lo coloca como territorio importante puesto que supera con creces al 
promedio universal, el cual es 3.9 KWh/m2. El Perú de por si es un estado altamente 
risueño a nivel universal por ser uno de los que mayor radiación solar capta a lo largo 
del año. (Anticona, 2005). 
13 
 
 
Adicionalmente a ello, podemos notar que la zona sur es donde más radiación se tiene 
a nivel país. (Anticona, 2005). 
 
Figura 2.9.- Mapa de la irradiación solar en el Perú. 
Fuente: (Anticona, 2005). 
 Radiación global sobre una superficie: 
El cálculo del valor medio anual de la irradiación global diaria sobre una superficie 
inclinada, se da partiendo de los valores medios anuales de la irradiación global diaria 
horizontal ( Gda(0) ), utilizando como datos de partida la inclinación óptima (βopt) de 
la superficie del generador y la altitud de la localidad. (Edgar, 2014). 
La irradiación global anual que se obtiene sobre la superficie con inclinación óptima y 
acimut cero es, esto se muestra en la ecuación 2.1. 
𝐺𝑎(𝛽𝑜𝑝𝑡) =
𝐺𝑎(0)
1−4,46×10−4×𝛽𝑜𝑝𝑡−1,19×10−4×𝛽2𝑜𝑝𝑡
……………………… (2.1) 
14 
 
 
𝐺𝑎(𝛽𝑜𝑝𝑡) : Valor medio anual de la irradiación global sobre superficie con 
inclinación óptima (𝑘𝑊. ℎ/𝑚2). 
𝐺𝑎(0) : Media anual de la irradiación global horizontal (𝑘𝑊. ℎ/𝑚2). 
𝛽𝑜𝑝𝑡 : Inclinación óptima de la superficie (°). 
 Horas solares pico (HSP): 
La hora solar pico (HSP) es una unidad que determina la irradiación solar y se precisa 
como el tiempo en horas de una hipotética irradiancia solar constante de 1000 𝑊/𝑚2. 
Se utiliza en el dimensionado de paneles fotovoltaicos. (Edgar, 2014). 
 
Figura 2.10. Horas solares pico. 
Fuente: (Edgar, 2014). 
 Inclinación óptima: 
El ángulo de inclinación debe reponerse la captación de energía solar durante el ínfimo 
mes, es decir, el mes con la peor vinculación entre el consumo y los valores diarios de 
la irradiación, los dos en media mensual. Generalmente puede figurarse que la demanda 
de los legatarios es interminable, lo que lleva a la subsiguiente fórmula: (Guerrero, 
2010). 
15 
 
 
Tabla 2.1.- Inclinación óptima según el tipo de instalación. 
𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛(°) = 𝑀𝐴𝑋{|Φ| + 10°} 
 
Fuente: (Guerrero, 2010) 
2.2.1.3 La célula solar 
 Principios fundamentales: 
Faculta transformar la energía de la luz en electricidad a través del impacto fotovoltaico. 
(Guerrero, 2010). 
Los compuestos de un material que poseen efecto fotoeléctrico, como el silicio, 
absorben fotones de la luz y emiten electrones mediante el llamado efecto fotoeléctrico. 
(Guerrero, 2010). 
 
Figura 2.11.- Estructura de una célula solar. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
Uso
Anual
Anual
Anual
Bombeo de agua Verano
Autónomas de consumo 
anual constante
Periodo de menor radiación (por
ejemplo, invierno).
Tipo de Instalación Máximo captación Inclinación óptima
Conectadas a la red Anual 𝛽𝑜𝑝𝑡 = Φ 10
𝛽𝑜𝑝𝑡 = Φ 0
𝛽𝑜𝑝𝑡 = Φ+ 10
16 
 
 
La acumulación de cargas produce una diferencia de potencial. 
 La célula fotovoltaica: 
 
Figura 2.12.- Estructura básica de una célula solar. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
 
Figura 2.13.- Características i-u y p-u de una célula solar. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
17 
 
 
 Eficiencia de la célula fotovoltaica (n) 
Se muestra en la ecuación 2.2: 
η =
Pmáx
G×Ac
× 100……………………… (2.2) 
 ɳ : eficiencia o rendimiento de conversión (%) 
 𝑃𝑚á𝑥 : potencia máxima (W) 
 G : irradiancia en condiciones CEM (1.000 𝑊/𝑚2) 
 𝐴𝑐 : área superficial de la célula (𝑚2) 
 Efectos de la irradiancia y la temperatura en la célula fotovoltaica: 
 
Figura 2.14.- Característica i-u de una célula en función de la irradiancia. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
 Temperatura en la célula fotovoltaica 
Tc = Ta + G ×
TONC−20
800
…………………………… (2.3) 
𝑇𝑐 : temperatura de trabajo de la célula (°C) 
𝑇𝑎 : temperatura ambiente (°C) 
𝑇𝑂𝑁𝐶 : temperatura de operación nominal de la célula (°C) 
18 
 
 
G : irradiancia (𝑊/𝑚2). 
 Tipos de tecnologías de célula fotovoltaica 
Existen tres tipos de células fotovoltaicas, más solicitadas: 
- Monocristalino 
- Policristalino 
- Amorfo. 
Tabla 2.2.- Tipos de célula fotovoltaica. 
 
Fuente: (Gutiérrez Bolaños & Franco Patiño, 2011). 
Faculta transformar la energía de la luz en electricidad a través del impacto fotovoltaico. 
Sin embargo, no solo existen tres tipos de tecnología Fv, sino asimismo encontramos 
otras condiciones a excepción de predominantes, no obstante que se van haciendo 
conocidas gracias al gran progreso en la operatividad. Estas son: las de seleniuro de 
cobre, las celdas de teluro de cadmio (Cdte), indio y galio (Cigs), también una 
tecnología reciente: las celdas Hit (Heterojunction with intrinsic thin layer). (Gutiérrez 
Bolaños & Franco Patiño, 2011). 
19 
 
 
A la fecha, la más eficiente célula solar compuesta por un solo material está fabricada 
de arseniuro de galio y alcanza a llegar al 29.1% de eficiencia (GaAs). (Gutiérrez 
Bolaños & Franco Patiño, 2011). 
Tabla 2.3 Eficiencia récord de celdas fotovoltaicas 
TECNOLOGÍA FV EFICIENCIA 
MONOCRISTALINO 25.00% 
POLICRISTALINO 21.30% 
AMORFO 13.60% 
CDTE 22.10% 
CIGS 22.30% 
HIT 25.60% 
Fuente: (Gutiérrez Bolaños & Franco Patiño, 2011). 
2.2.2 Fundamentos Y Principales Aplicaciones De La Tecnología Fotovoltaica 
 2.2.2.1 El sistema fotovoltaico 
Es el conglomerado de mecanismos que utilizan la energía generada por el sol y la 
transforman en energía eléctrica. (Gago, 2011). 
 
Figura 2.15.- Sistema Fotovoltaico 
Fuente: (Gago, 2011). 
20 
 
 
 Ventajas y desventajas de la tecnología fotovoltaica: 
- La energía del sol no se necesita algún combustible fósil para producirla y no 
tiene costo. 
- Los costos de operación y mantenimiento de la tecnología fotovoltaica son 
ínfimos. 
- No contaminan el ambiente. 
- Es silencioso. 
- Los sistemas fotovoltaicos tienen una vida útil superior a 20 años (módulo 
fotovoltaico). 
- Nos da la posibilidad de aumentar la potencia instalada a través de la 
incorporación de nuevos módulos fotovoltaicos. 
 Principales aplicaciones actuales de la tecnología fotovoltaica 
 
Figura 2.16.- Instalación fotovoltaica rural (SFA/ off-grid) 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
 
Figura 2.17.- Alumbrado público con paneles fotovoltaicos (SFA/Off-
grid). 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
21 
 
 
 
Figura 2.18.- Sistema de bombeo con paneles fotovoltaicos (SFA/off-grid). 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
 2.2.2.2 Tipos de sistemas fotovoltaicos 
 Sistemafotovoltaico autónomo (SFA / off-grid) 
Se utilizan en lugares donde no llega la red eléctrica y por ende no es posible conectarse 
a ella para el cambio de electricidad. (Vásquez Chigne & Zúñiga Anticona, 2015). 
 
Figura 2.19.- Sistema fotovoltaico autónomo. 
Fuente: (Vásquez Chigne & Zúñiga Anticona, 2015). 
 Sistema fotovoltaico conectado a red (SFA / on-grid) 
22 
 
 
Se emplean en lugares donde se tiene la red eléctrica y por lo tanto es posible 
conectarse a ella para el intercambio de electricidad. (Abella, 2016). 
 
Figura 2.20.- Sistema fotovoltaico conectado a red. 
Fuente: (Abella, 2016) 
 
Figura 2.21.- Comparación entre los tipos de sistemas fotovoltaicos. 
Fuente: (Abella, 2016) 
2.2.3 Componentes De Un Sistema Fotovoltaico 
 2.2.3.1 El panel fotovoltaico 
Generalmente son fabricados de silicio cristalino, cambian la radiación solar en energía 
eléctrica, las partículas luminosas con energía (fotón) se convierte en una energía 
23 
 
 
electromotriz (voltaica), de ahí su nombre, fotovoltaico. (Martínez Gómez & Bautista 
Alamilla, 2012). 
 
Figura 2.22.- Paneles Fotovoltaicos. 
Fuente: (Martínez Gómez & Bautista Alamilla, 2012). 
El efecto fotoeléctrico es el portento en el que las partículas de luz llamadas fotón, 
chocan con los electrones de un metal desarraigando sus átomos. El electrón se desplaza 
durante el proceso, dado comienzo a una corriente eléctrica. (Martínez Gómez & 
Bautista Alamilla, 2012). 
 
Figura 2.23.- Efecto fotoeléctrico. 
Fuente: (Martínez Gómez & Bautista Alamilla, 2012). 
 
 
24 
 
 
 Cubierta: 
Es de vidrio templado que debe posibilitar al máximo la transferencia de la radiación 
solar. Su particularidad está en su renuencia mecánica, la cual está cubierta y por lo 
tanto reduce significativamente el reflejo, de manera que ingresa más la claridad a la 
célula solar, lo cual se refleja en la máxima producción de energía. (Alejandra, 2016). 
 EVA (etil-vinilo-acetato): 
Para encapsular se suele incorporar unas láminas finas y transparentes de EVA que se 
funden para engendrar un sellado antihumedad, aislante, transparente y robusto. 
(Alejandra, 2016). 
 Marco metálico: 
Está compuesto de aluminio, que salvaguarda una suficiente rigidez y estanqueidad al 
conjunto, adherido los elementos de fijación a la estructura exterior del panel. 
(Alejandra, 2016). 
 Caja de conexiones: 
Generalmente se encuentran en las instalaciones eléctricas, están protegidos de la 
intemperie por medio de cajas estancas. (Alejandra, 2016). 
 Módulo fotovoltaico: 
Es un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas entre sí, tiene el cometido de 
transformar la radiación solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico. 
(Alejandra, 2016). 
25 
 
 
 
Figura 2.24.- Módulo fotovoltaico. 
Fuente: (Alejandra, 2016) 
 
Figura 2.25.- Caja de conexiones de un módulo fotovoltaico. 
Fuente: (Alejandra, 2016). 
 Parámetros del panel fotovoltaico: 
-Potencia eléctrica máxima (Pmáx): 
Es la potencia correspondiente al punto de la característica intensidad-tensión (i-u) 
donde el producto de la intensidad por la tensión es máximo. También se le conoce 
como potencia de pico. (Alejandra, 2016). 
26 
 
 
-Tensión en circuito abierto (Uoc): 
Es la tensión de salida de un módulo fotovoltaico en circuito abierto a una irradiancia y 
temperatura fijada. (Alejandra, 2016). 
-Intensidad de cortocircuito (Isc): 
Es la intensidad de salida de un módulo fotovoltaico en cortocircuito a una irradiancia 
y temperatura fijada. (Alejandra, 2016). 
-Condiciones estándar de medida (CEM-Estándar test conditions – STC) 
Son las que corresponden a una irradiancia en el plano del módulo de 1.000 W/m2, 
temperatura del módulo de 25 +/- 2 °C y una distribución espectral de la irradiancia de 
acuerdo con el factor de masa de aire AM 1,5. (Alejandra, 2016). 
 Precios de los paneles fotovoltaicos: 
El precio varía de acuerdo a algunos factores como son: lugar de fabricación 
(transporte), calidad, impuestos y competencia, tamaño y tecnología del panel. 
A continuación, se muestra en la tabla 2.4, los precios cotizados al usuario final 
promediados para los paneles monocristalino y policristalino. 
Tabla 2.4 Precios cotizados al usuario final y promediados. 
PAIS / TIPO DE 
CFV 
MONOCRISTALINO POLICRISTALINOS 
140-160 W 240-260 W 140-160 W 240-260 W 
MEXICO 0.79 0.87 0.79 0.67 
COLOMBIA 1.63 1.35 1.23 1.04 
27 
 
 
PAIS / TIPO DE 
CFV 
MONOCRISTALINO POLICRISTALINOS 
140-160 W 240-260 W 140-160 W 240-260 W 
CHILE 0.88 1.1 0.98 1.07 
ARGENTINA 2.07 1.72 2.41 1.8 
ECUADOR 1.11 1.33 1.23 1.2 
PERÚ 1.07 1.06 1.15 1.15 
CENTRO 
AMERICA 
1.25 1.04 1.25 0.94 
 Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017) 
 2.2.3.2 Baterías 
 Baterías solares o Acumuladores: 
Son dispositivos capaces de transformar la energía química en eléctrica. Y que 
almacenan la electricidad generada por los paneles y que admite disponer de corriente 
eléctrica en días nublados, o fuera de las horas de luz. (Muñoz, 2005). 
- Características de Baterías: 
Amperios-Hora (Ah): 
Es el máximo valor de corriente que puede entregarse a una carga fija, en forma 
continua, durante un determinado número de horas de descarga. Ejemplo: Batería de 60 
Ah, 75 Ah, 130 Ah, 230 Ah, a 12 V y 600 Ah,1200 Ah a 2 V. (Muñoz, 2005). 
Régimen de carga (o descarga): 
28 
 
 
Es la capacidad para entregar energía en horas. Ejemplo: baterías de 600 Ah a C100 
(uso solar). La batería se descarga en 100 horas a una corriente de 6 Amperios. (Muñoz, 
2005). 
DOD (Depth of discharg o profundidad de descarga): 
Son los Amperios-hora extraídos de una batería cargada al máximo, expresadas en % 
de la capacidad nominal, que puede soportar, sin dañarse, en forma repetitiva. (Muñoz, 
2005). 
La vida útil: 
Es el número máximo de ciclos de carga y descarga de la batería. Por ejemplo: baterías 
solares de 3000 ciclos con un DOD 20 %. (Muñoz, 2005). 
 
Figura 2.26.- Baterías Solares. 
Fuente: (Muñoz, 2005). 
 Funciones: 
Almacena la energía eléctrica que recibe del panel fotovoltaico para distribuirla 
electricidad en el momento en que se requiera. Las baterías realizan tres funciones 
importantes dentro del sistema fotovoltaico: (Anticona, 2005) 
29 
 
 
-Salvaguardar la energía eléctrica cuando hay poco consumo de energía eléctrica o 
mucha luz solar. (Anticona, 2005) 
-Facilitar la energía eléctrica requerida cuando hay nula o baja radiación solar. En las 
zonas rurales se usa la energía de la batería en la noche para hacer funcionar televisores, 
luminarias o radios. (Anticona, 2005). 
-Distribuir la energía eléctrica de forma adecuada y estable para emplearlos en los 
aparatos eléctricos. Por ejemplo, durante el arranque de un pequeño motor eléctrico o 
cuando encendemos un televisor. (Anticona, 2005). 
 Nivel de tensión de las baterías solares: 
Está en función de la potencia (W) necesaria o potencia instalada. (Anticona, 2005). 
Tabla 2.5 Tensiones nominales de las baterías solares. 
POTENCIA TENSIÓN NOMINAL 
0-800 12 
800-1600 24 
1600-3200 48 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017) 
 Capacidad de las baterías solares: 
Está en relación a los días de autonomía, la tensión de las baterías, uso de energía por 
día y la profundidad de descarga. Se muestra a continuación la fórmula para calcular la 
capacidad (Ah). (Anticona, 2005). 
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝐴ℎ) =
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 (
𝑊ℎ
𝑑í𝑎
)𝑥 𝐴𝑢𝑡(𝑑í𝑎𝑠)
𝑉𝑏𝑎𝑡(𝑉) 𝑥 𝐷𝑂𝐷
……………… (2.4) 
30 
 
 
La apropiada forma de recargar las baterías, depende de la capacidad nominal del 
acumulador, en A.h, que no debe superar en 25 veces la corriente de cortocircuito en 
circunstancias estándar de medida del generador fotovoltaico. (Anticona, 2005). 
CN ≤ 25. Isc.GF……………………. (2.5) 
Se presenta a continuación los días de independencia en función de la instalación y de 
la climatología. 
Tabla 2.6.- Días de autonomíade los sistemas fotovoltaicos. 
Inviernos 
Instalación 
doméstica 
Instalación 
crítica 
Muy nubosos 5 10 
Variables 4 8 
Soleados 3 6 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017) 
La alteración de la capacidad de la batería según la variación de la temperatura, se 
muestra a continuación: 
 
Figura 2.27.- Variación de la capacidad según la temperatura. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017) 
31 
 
 
 DOD (Depth of discharg o profundidad de descarga): 
 
Figura 2.28.- Profundidad de descarga. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
 Conexión de baterías: 
Existen tres tipos de conexión: 
-Conexión en serie. 
-Conexión en paralelo. 
-Conexión mixta. 
 
Figura 2.29.- Tipos de conexión de baterías. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
32 
 
 
 Tipos de Baterías: 
-Baterías de plomo ácido: 
Tienen un tiempo de duración de 4-5 años, su uso se da en aplicaciones que requieran 
una baja potencia, para su mantenimiento necesita revisar y echar agua destilada, el 
número de ciclos es 500, su principal atributo es el precio accesible. (Cursos DIT 
Energía, 2017). 
 
Figura 2.30.- Baterías de plomo ácido. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
-Baterías AGM: 
Su duración aproximada es entre 8 a 10 años, es para todo tipo de uso, el número de 
ciclos es 1000 y no requiere mantenimiento alguno. (Cursos DIT Energía, 2017). 
 
Figura 2.31.- Baterías AGM. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
33 
 
 
-Baterías GEL: 
Su tiempo de vida aproximado es de entre 4 a 8 años, el número de ciclos es de 500 a 
1000, es para todo tipo de uso, y su principal ventaja es la de que no requiere 
mantenimiento alguno. (Cursos DIT Energía, 2017). 
 
Figura 2.32.- Baterías tipo GEL. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
-Baterías Trojan: 
Tiene un tiempo de vida aproximado de 10 años, el número de ciclos es de 1200, es 
para todo tipo de uso, requiere revisar y echar agua destilada para su mantenimiento y 
su principal ventaja es que tiene mejor relación calidad precio, todo terreno. (Cursos 
DIT Energía, 2017). 
 
Figura 2.33.- Baterías tipo Trojan. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
34 
 
 
-Baterías OPzS: 
Su tiempo de vida aproximado de 15 a 20 años, su uso se da para instalaciones 
habituales tales como vivienda e industria, salida y entrada constante de energía, el 
número de ciclos es de 2600 al 50 %, para su mantenimiento requiere revisar y echar 
agua destilada y su más primordial ventaja es que trabajan en vasos de 2V de modo tal 
que si necesitamos 12 V necesitaríamos 6 vasos enseriados. (Cursos DIT Energía, 
2017). 
 
Figura 2.34.- Baterías tipo OPzS. 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
 2.2.3.3 Regulador de carga 
Controla, rectifica y gestiona de manera adecuada la corriente que entregan los módulos 
al sistema. Su uso se da mayormente en sistemas fotovoltaicos aislados (Edgar, 2014). 
 
Figura 2.35.- Regulador de carga. 
Fuente: (Edgar, 2014). 
35 
 
 
- Funciones Principales: 
-Preservar a la batería de acumuladores contra la descarga profunda o sobre-descarga. 
-Salvaguardar a la batería de acumuladores contra la sobrecarga, limitando de esta 
forma la tensión de fin de carga. 
-Rehuir de la batería la descarga nocturna de acumuladores sobre el generador 
fotovoltaico. 
 
Figura 2.36.- Sistema fotovoltaico autónomo básico. 
 Fuente: (Muñoz, 2005). 
La figura anterior, es un diagrama de bloques que representa un ejemplo de sistema 
fotovoltaico autónomo básico. La función del regulador está representada de forma 
básica por un diodo D que impide la circulación de corriente de la batería hacia el 
generador fotovoltaico, evitando la descarga nocturna, y por un interruptor A que tiene 
como misión: 
-Interrumpir la batería de acumuladores del generador fotovoltaico cuando hay 
sobrecarga (abriendo el interruptor A). 
36 
 
 
-Enlazar el circuito de utilización con la batería de acumuladores por la noche (cerrando 
el interruptor A). 
- Cuando hay sobrecarga de la batería de acumuladores, desconectar el circuito de 
utilización (abriendo el interruptor A). 
 Características eléctricas para controladores de carga: 
-Voltajes típicos de operación: 12, 24 y 48 Vcc. 
-Voltajes especiales: hasta 220 Vcc. 
-Corrientes típicas: de 10 a 60 A. 
-Corrientes especiales: hasta 200 A. 
-Existen con medidores y sin ellos. 
 Tipos de controladores de carga: 
-PWM: Modulación por ancho de pulsos 
-MPPT: Seguidor del punto de máxima potencia 
 
Figura 2.37.- Tipos de reguladores de carga. 
Fuente: (Edgar, 2014). 
37 
 
 
 
Figura 2.38.- Curvas características del MPPT vs PWM. 
Fuente: (Edgar, 2014). 
 Dimensionamiento del regulador: 
-Intensidad máxima de entrada: 
, 1.25ENTRADA SC GFV SC PI I I N    ………………….. (2.6) 
-Intensidad máxima de salida: 
1.25 CCSALIDA
N
PI
V
  …………………………… (2.7) 
1.25
CA
CC
INV
SALIDA
N
SP
nI
V

  ………………………. (2.8) 
-Máxima tensión de entrada: 
𝑉𝑜𝑐,𝐺𝐹𝑉 = 𝑁𝑠. 𝑉𝑜𝑐,𝑇𝑚𝑖𝑛……………………….. (2.9) 
𝑉𝑜𝑐,𝑇𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝑂𝐶 . (1 +
𝛽
100
. (𝑇𝑀𝐼𝑁 𝑇𝑆𝑇𝐶))……………………… (2.10) 
𝑉𝑂𝐶,𝐺𝐹𝑉 = 𝑁𝑠. 𝑉𝑜𝑐,𝑇𝑀𝐼𝑁 ……………………………… (2.11) 
-Tensión nominal de trabajo: 
En función de la batería. 
38 
 
 
 2.2.3.4 El inversor 
La corriente continua del sistema es transformada a corriente alterna y la deja lista para 
usarse. (Gutiérrez Bolaños & Franco Patiño, 2011). 
 
 Figura 2.39.-El inversor. 
 Fuente: (Gutiérrez Bolaños & Franco Patiño, 2011) 
Un inversor DC-AC tiene las características que las podemos resumir de la siguiente 
manera: 
-Alta eficiencia, debe funcionar bien para un amplio rango de potencias. 
- Cuando no hay cargas conectadas tiene un bajo consumo en vacío. 
- Resistencia a los picos de arranque ósea alta fiabilidad. 
-Protección contra cortocircuitos. 
-Seguridad. 
-Buena regulación de la frecuencia de salida y de la tensión, que deben ser compatibles 
con la red eléctrica. 
 Tipos de inversor: 
De acuerdo a su aplicación existen dos tipos: 
- Inversor para sistemas aislados (Island mode) 
Características: 
39 
 
 
-Del inversor su autoconsumo sin carga debe ser menor o igual al 2% de la potencia 
nominal de salida. Es recomendable que posea un sistema de espera (Stand-by) para 
disminuir las pérdidas en vacío (sin carga). (Guerrero, 2010). 
-Capacidad de sobrecarga (200 % recomendable). 
-Estarán protegidos frente a las situaciones que detallamos a continuación: 
-Voltaje al inicio o de entrada fuera de lo permitido dentro de la operación. 
-El acumulador se desconecta. 
-En la salida de corriente alterna se produce cortocircuito. 
-Sobrecargas que sobrepasan los límites y duración permitidos. 
 
Figura 2.40.- El inversor para sistemas aislados. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
- Inversor para sistemas conectados a la red (on grid) 
 
Figura 2.41.- El inversor para sistemas conectados a red. 
Fuente: (Guerrero, 2010). 
40 
 
 
Características: 
- El inversor tiene que llevar un seguidor MPP, seguimiento del punto de máxima 
potencia del generador fotovoltaico. 
- Sistema de vigilancia y desconexión a la red. Si el tramo de la red de distribución 
eléctrica a la que está conectado queda fuera de servicio. 
- Estarán protegidos frente a las situaciones, que se presentan a continuación: 
- La tensión que fluye por la red está fuera de rango permitido. 
- La frecuencia esta fuera de rango. 
- Sobretensiones. 
- En la salida de la corriente alterna, se da cortocircuito. 
- Se exceden la duración y límites permitidos por sobrecargas. 
- El autoconsumo del inversor en modo nocturno debe ser inferior al 0.5% de su 
potencia nominal. 
- Cuando la potencia proporcionada por el generador sea menor que la necesaria para 
el autoconsumo del inversor, este debe ponerse en modo espera (stand-by). 
- La potencia debe ser entregada a la red por el inversor, de forma continuada en 
condicionesde irradiancia solar superiores en un 10% a las condiciones de CEM. Debe 
aguantar picos de irradiancia de un 30% superiores a las CEM durante periodos de 
hasta 10 segundos. 
 Tipos de inversores según el tipo de onda: 
- Inversor de onda cuadrada 
Características: 
-Distorsión armónica considerable. 
-Poco control del voltaje de salida. 
41 
 
 
-Capacidad de sobretensión limitada. 
Aplicaciones: 
-Aparatos eléctricos pequeños. 
-Pequeñas cargas para calentamiento con resistencias. 
-Focos incandescentes. 
Desventajas: 
-Pueden llegar a quemar motores de ciertos equipos. 
-No se usan en sistemas residenciales. 
- Inversor de onda modificada 
Características: 
-Manejan grandes sobretensiones. 
-Menos distorsión armónica. 
Aplicaciones: 
-Motores, luces, televisores, radio, etc. 
Desventajas: 
-Relojes y hornos microondas que trabajan con marcadores de tiempo digitales pueden 
trabajar más rápido o más lento. 
-Ciertos dispositivos electrónicos pueden sacar el ruido del inversor. 
-No es recomendable para cargar baterías de equipos inalámbricos. 
- Inversor de onda pura 
Características: 
42 
 
 
-Poca distorsión armónica por lo que pueden operar aún los más sensibles dispositivos 
electrónicos. 
-Manejan grandes sobretensiones y pueden arrancar muchos tipos de motores 
fácilmente. 
Aplicaciones: 
-Aparatos electrónicos sensibles que necesitan una forma de onda de alta calidad. 
Desventajas: 
-Equipo más “delicado”. 
-Costo. 
 Dimensionado del inversor 
- La tensión nominal de entrada tiene que concurrir con la tensión nominal del sistema 
de acumulación. 
- La potencia nominal del inversor se calcula como la suma de todas las potencias que 
puedan funcionar de forma simultánea, se debe trabajar con los valores de potencia 
aparente. 
- En caso se trate de un sistema on-grid la potencia nominal será superior a la del 
generador fotovoltaico (25%). 
 2.2.3.5 Cableado (caída de voltaje) 
 Índice de caída de voltaje (VDI) 
 
%
I DVDI
V



……………………… (2.12) 
43 
 
 
I: corriente en ampere (A). 
D: distancia en pies. 
%: porcentaje de caída de voltaje deseada. 
V: voltaje nominal del sistema. 
 Caída de tensión admisible (%) 
Son pérdidas de voltaje que se producen en el cableado. Estas pérdidas tienen que ser 
mínimas y que no superen las siguientes recomendaciones: 
- Caída máxima recomendada entre batería e inversor = 1%. 
- Caída máxima recomendada entre el módulo y regulador = 3%. 
- Caída máxima recomendada entre regulador y batería = 1%. 
Tabla 2.7.- Sección del cable solar. 
Wire Size Area 
mm2 
COOPER ALUMINUM 
AWG VDI Ampacity VDI Ampacity 
16 1.31 1 10 
Not Recommended 
14 2.08 2 15 
12 3.31 3 20 
10 5.26 5 30 
8 8.37 8 55 
6 13.3 12 75 
4 21.1 20 95 
2 33.6 31 130 20 100 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
44 
 
 
 2.2.3.6 Protecciones 
 Fusibles 
-Dimensionado: 
Se dimensionan para actuar entre 1.5 y 2 veces la corriente de cortocircuito en CEM. Si 
la tensión del generador es elevada se debe comprobar que la tensión asignada al fusible 
soporta 1.2 veces la tensión de circuito abierto del generador a CEM. (Gago, 2011). 
Los fusibles tienen un principal inconveniente, que es la necesidad de reponer el 
servicio cuando actúan frente a una sobre intensidad (producen una caída de tensión de 
0.2 V en comparación a los diodos de bloqueo 0.6 V). (Gago, 2011). 
 
Figura 2.42.- Fusibles para sistemas fotovoltaicos. 
Fuente: (Gago, 2011) 
 
Figura 2.43.- Representación esquemática de un fusible en un 
sistema fotovoltaico. 
Fuente: (Gago, 2011). 
45 
 
 
-Interruptor 
Se dimensiona para actuar como máximo a 1.5 veces de la corriente de cortocircuito 
(Isc) en CEM. Tienen que ser específicos para corriente continua (Gago, 2011). 
Se debe comprobar que su tensión de servicio en 1.2 veces la tensión de circuito abierto 
del generador (Uoc) en CEM. (Gago, 2011). 
Para las protecciones contra las sobretensiones por descargas atmosféricas se deben 
instalar protectores conectados entre el positivo, negativo y tierra el generador. (Gago, 
2011). 
Si la distancia entre el generador y el regulador es más de 10 m también se deben instalar 
protectores en la entrada del regulador de carga. (Gago, 2011). 
 
Figura 2.44.- Interruptor para un sistema fotovoltaico. 
Fuente: (Gago, 2011). 
2.2.4 Dimensionamiento De Sistemas Fotovoltaicos 
 2.2.4.1 Dimensionamiento de sistemas Off-grid 
Para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico off-grid, se sigue el siguiente 
procedimiento metodológico. (Cursos DIT Energía, 2017). 
 -Cálculo del consumo diario de potencia (W) 
 -Se selecciona la Tensión Nominal en base a la potencia consumida. 
46 
 
 
 -En el dimensionamiento del periodo de diseño se establece para el mes 
de menor irradiación solar. 
 -Se calcula la potencia mínima generada por la irradiación solar. 
 -Se calcula el número de paneles. 
 -En base al consumo medio diario, se calcula la capacidad total del 
sistema de acumulación para seleccionar el tipo de batería solar. 
 -Se hace el cálculo del regulador 
 -Se hace el cálculo del inversor 
 -Cálculo de presupuesto del sistema solar. 
 2.2.4.2 Dimensionamiento de sistemas On-grid 
Para el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico on-grid, se sigue el siguiente 
procedimiento metodológico. (Cursos DIT Energía, 2017). 
 -Seleccionamos la potencia de nuestro generador fotovoltaico. (Wp). 
 -Con esa potencia seleccionamos un inversor on grid de potencia similar 
(W). (Cursos DIT Energía, 2017). 
 -Comprobamos si no generamos más de lo que consumimos 
(mensualmente). (Cursos DIT Energía, 2017). 
2.2.5 Consideraciones Económicas Y Normativa Para Los Sistemas Fotovoltaicos 
 2.2.5.1 Consideraciones económicas 
A continuación, se muestra una tabla donde se especifica el costo por elemento que 
intervine en el dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos. 
 
 
47 
 
 
Tabla 2.8.- Costos de los elementos de un SFV. 
ELEMENTO COSTOS 
Módulos FV 0.8 - 1 $/Wp 
Inversores Off grid 100 - 500 $/Kw 
Inversores On grid 300 - 1000 $/kW 
Baterías plomo-ácido 150 - 200 $/kWh 
Reguladores 
PWM 2-4 $ MPPT 7-10 
$/A 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
Tabla 2.9.- Costos por el tipo de dimensionamiento de un SFV. 
INSTALACIÓN COSTOS 
Conectado a la red 1000 - 2000 $/kWp 
Aislados 3000 - 5000 $/kWp 
Fuente: (Cursos DIT Energía, 2017). 
 2.2.5.2 Normativa para los sistemas fotovoltaicos 
Según el artículo 2 del reglamento nacional de electricidad suministro: 
En el artículo 2.1 del reglamento nacional de electricidad – suministro, muestra que 
los beneficiarios del servicio público de electricidad que prestan de aprovisionamiento 
de generación eléctrica renovable de cogeneración, hasta la potencia máxima 
instaurada para cada tecnología, tienen jurisprudencia a mandar sobre ellos para su 
propio consumo o pueden transmitir sus excedentes al sistema de distribución, 
sometido a que no afecte la seguridad operacional del sistema de distribución al cual 
está conectado. (Ministerio, 2012). 
48 
 
 
 En el reglamento técnico que tiene por nombre especificaciones técnicas y 
ensayos de los componentes de sistemas fotovoltaicos domésticos hasta 500 W, 
marzo 2005. 
El ángulo de inclinación debe perfeccionar la captación de fuerza solar durante el mes 
con la peor lista entre los títulos diarios de la emanación y el consumo, los dos en media 
mensual. Generalmente puede suponerse que la exigencia de los adjudicatarios es 
frecuente, lo que lleva a la prescripción: (Ministerio, 2012). 
 ( ) 10Inclinación MAX     ………………… (2.13) 
 Reglamento técnico: Especificaciones técnicas y ensayos de los componentes de 
sistemas fotovoltaicos domésticos hasta 500 Wp. 
Las áreas de los prácticos deben ser equiparables que las disminuciones de ebullición 
en ellos sean inferiores al 3% entre el productor fotovoltaico y el regulador de carga, 
inferiores al1% entre la batería y el regulador de carga, e inferiores al 5% entre el 
regulador de carga y las cargas. Todos estos títulos corresponden a la estipulación de 
máxima corriente. 
Con un código de colores y/o debidamente etiquetados deben estar todos los cables. 
(Ministerio, 2012). 
Las secciones mínimas de los cables en cada una de las líneas serán las siguientes: 
- Del generador fotovoltaico al regulador de carga: 2,5 mm2. 
- Del regulador de carga a las baterías: 4mm2. 
 
49 
 
 
 Plan nacional de electrificación rural 2016-2025 (diciembre 2015) 
 
Figura 2.45.- Evolución del coeficiente de electrificación rural. 
Fuente: (Ministerio, 2012). 
 
Figura 2.46.- Proyección del coeficiente de electrificación rural (2015-2025). 
Fuente: (Ministerio, 2012). 
50 
 
 
2.3 Sistema de Hipótesis 
2.3.1 Formulación de Hipótesis. 
 2.3.1.1 Hipótesis general. 
 
Existe diferencias en el dimensionamiento de una instalación de un sistema fotovoltaico 
autónomo off-grid y un sistema fotovoltaico conectado a red on-grid, para la generación 
de energía eléctrica solar en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y Electrónica 
de la Universidad Nacional del Centro del Perú. 
 2.3.1.2 Hipótesis especificas 
El dimensionamiento de una instalación de un sistema fotovoltaico autónomo off-grid es 
más recomendable que un sistema fotovoltaico conectado a red on-grid, para la 
generación de energía eléctrica solar en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y 
Electrónica de la Universidad Nacional del Centro del Perú. 
El dimensionamiento de una instalación de un sistema fotovoltaico conectado a red on-
grid es más recomendable que un sistema fotovoltaico autónomo off-grid, para la 
generación de energía eléctrica solar en el pabellón de la Facultad Ingeniería Eléctrica y 
Electrónica de la Universidad Nacional del Centro del Perú. 
2.3.2 Descripción de variables. 
 
Las variables identificadas para el desarrollo de la presente tesis son: 
 
Variable independiente: 
Tipo de sistema fotovoltaico. 
Variable dependiente: 
Energía eléctrica. 
51 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3: 
ASPECTOS METODOLÓGICOS 
3.1 Tipo Y Nivel De Investigación 
3.1.1 Tipo de Investigación: 
La presente tesis es del tipo de investigación científica cuantitativa, debido que resuelve 
un problema práctico y de interés para la sociedad, y que tiene fundamento en la 
investigación básica y que busca conocimientos nuevos de aplicaciones prácticas. 
3.1.2 Nivel de Investigación 
El nivel de investigación es la investigación correlacional, debido a que nos permite 
medir el grado de relación que puede existir entre dos o más variables y sirven como base 
para las predicciones. En nuestro caso, la generación de energía en el pabellón de 
Facultad de Ingeniería Eléctrica de la UNCP depende del tipo de dimensionamiento de 
sus instalaciones fotovoltaicas. 
52 
 
 
3.2 Método Y Diseño De La Investigación 
Se utilizo el método de la modelación para la presente investigación porque mediante 
abstracciones se explica la realidad. Se utilizó el software PVsyst V6.67 como modelo 
que sustituye el objeto de investigación. En el método de modelación se revela la unidad 
de lo objetivo y lo subjetivo. La modelación es el método que opera en forma práctica o 
teórica con un objeto, no en forma directa, si no utilizando cierto sistema intermedio, 
auxiliar, natural o artificial. 
El diseño de investigación que se empleo fue el descriptivo comparativo porque recoge 
la información actualizada de varias muestras sobre un mismo objeto de investigación y 
lo caracteriza sobre la base de una comparación. 
𝑀1 → 𝑂1…………………………. (3.1) 
𝑀2 → 𝑂2…………………………… (3.2) 
𝑂1 = ≈ ≠ 𝑂2…………………………… (3.3) 
Donde: 
𝑀1 𝑦 𝑀2 Son muestras del estudio. 
𝑂1 𝑦 𝑂2 Son observaciones de la muestra para obtener información relevante. 
3.3 Operacionalización De Variables 
Con el fin de identificar de manera precisa las dimensiones y sus respectivos indicadores 
de las variables independientes y dependientes, el significado de las variables que 
contiene la hipótesis, se muestran las definiciones conceptuales y operacionales de las 
variables que se han utilizado en la investigación. 
53 
 
 
Tabla 3.1.- Operacionalización de la variable dependiente 
 
Variable Dependiente: Generación de energía eléctrica 
 
Definición conceptual 
 
Dimensión 
 
Indicador 
 
Es el producto del 
movimiento de la carga 
eléctrica(electrones) a 
través de un conductor 
por la diferencia de 
potencial que el 
generador fotovoltaico 
ofrece en sus extremos. 
Intensidad de corriente 
Eléctrica 
Amperaje 
 
Diferencia de potencial. 
Voltaje 
Potencia Watts. 
Fuente: Elaboración propia 
Tabla 3.2.- Operacionalización de la variable independiente 
 
Variable Independiente: Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico autónomo 
 
Definición conceptual 
 
Dimensión 
 
Indicador 
 
Un sistema fotovoltaico, es un sistema de 
energía diseñado para suministrar energía 
solar utilizable mediante energía 
fotovoltaica. Consiste en una disposición 
de varios componentes, incluidos paneles 
solares para absorber y convertir la luz 
solar en electricidad, un inversor solar 
para cambiar la corriente eléctrica de CC 
a CA, así como el montaje, el cableado y 
otros accesorios eléctricos para configurar 
un sistema en funcionamiento. También 
puede usar un sistema de seguimiento 
solar para mejorar el rendimiento general 
del sistema e incluir una solución de 
batería integrada. 
Área de 
paneles m
2 
Inversor 
Transforma la 
Corriente 
alterna en 
corriente 
continua y 
viceversa 
Controlador 
de Carga 
Protege contra las sobre-
descarga y la sobrecarga de 
las baterías. 
Paneles 
Solares kWh generados 
 Baterías Ah 
Fuente: Elaboración propia 
54 
 
 
3.4 El Universo, Población y muestra de la investigación. 
3.4.1 Universo. 
Universidad Nacional del Centro del Perú 
3.4.2 Población. 
Todas las áreas aptas y disponibles de los techos de los pabellones e infraestructuras de 
la Universidad Nacional del Centro del Perú 
3.4.3 Muestra. 
Techo apto y disponible del pabellón de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, 
de la Universidad Nacional del Centro del Perú. 
3.5 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos 
Se procesará estadísticamente los datos haciendo uso de Microsoft Excel y otros 
programas especializados para el dimensionamiento de Sistemas Fotovoltaicos 
autónomos. 
Se procesará los datos meteorológicos de la NASA para la ciudad de Huancayo, durante 
el lapso de todo un año. 
Análisis de costo beneficio del retorno de la inversión. 
Otra fuente de información será obtenida de textos especializados en el diseño y 
dimensionamiento de Sistemas Fotovoltaicos autónomos. 
El instrumento que se empleo es el siguiente: 
55 
 
 
 
 Figura 3.1.- Comparación de resultados principales. 
 Fuente: Elaboración propia. 
3.6 Técnicas De Procesamiento De Datos 
Los datos a ser analizados serán siguientes: 
• Recabar información: planos, diagramas unifilares y cuadros de carga. 
• Análisis de la radiación solar 
• Dimensionar el sistema solar fotovoltaico. 
• Aplicar criterios para la selección de los módulos fotovoltaicos según las características 
más convenientes. 
• Selección del inversor. 
• Selección de las baterías 
• Diseño de la instalación: Cálculo de conductores, ductos, voltaje del sistema. 
• Selección de las protecciones necesarias para el sistema eléctrico 
 
56 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 4: 
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS 
4.1 Cálculo de Máxima demanda de energía eléctrica de la FIEE 
En primer lugar, se presentará los cálculos de máxima demanda eléctrica de la Facultad 
de Ingeniería Eléctrica de la UNCP, con el cual realizaremos el estudio y 
dimensionamiento tanto para el sistema fotovoltaico conectado a la red (ON GRID) y 
sistema fotovoltaico aislado