Uno de los factores para el desarrollo sostenible de un país es la provisión de servicios públicos a sus ciudadanos. La carencia de la infraestructura necesaria imposibilita el desenvolvimiento normal de un país. Incluso, la provisión de servicios públicos combate directamente los niveles de pobreza de sus poblaciones. Sin embargo, una de las prestaciones de servicios de las que adolece nuestra población es la del suministro eléctrico. Tal es así que en los Censos Nacionales del 2007, el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), registra que sólo un 74,1% de la población peruana tiene cobertura del suministro eléctrico. Es decir, de una población total de 27’057,199 de personas que residen en Perú, 6’464,886 no cuentan con el suministro eléctrico. Esta realidad es una de las grandes limitantes que no permite un desarrollo sostenible de nuestro país. / Tesis

El presente proyecto detalla el desarrollo de un sistema de control que tiene como objetivo mejorar el performance de aplicaciones solares para electrificación rural. La idea fundamental es que el sistema realiza el seguimiento del máximo punto de potencia en paneles solares estabilizando su funcionamiento en esta zona. Para poder diseñar y construir el sistema, se hará uso de técnicas de control, conocimientos de conversores DC-DC y además de programación de microcontroladores. Esta tesis consta de cinco capítulos. En el primer capítulo se presenta la problemática y justificación del desarrollo del proyecto, así como los objetivos buscados. En el segundo capítulo se trata el marco teórico de la tesis, una explicación de las técnicas de control utilizadas, conceptos aplicados a fuentes DC-DC y una descripción de los elementos que conforman Sistema Fotovoltaico. En el tercer capítulo se trata de la descripción del hardware, en el cual se describe el diseño del conversor DC-DC elegido. En el cuarto capítulo se presenta la descripción de la etapa de control, la cual muestra el algoritmo usado para el control, así como la simulación y los resultados. Por último, en el quinto capítulo, se muestra los resultados experimentales de la construcción del circuito y su operación, así como un informe de costos de la tesis. / The present project details the development of a control system that aims to improve the performance of solar applications for rural electrification. The designed system monitors the maximum power point in a solar panel stabilizing its operation in this area. In order to design and build the system, control techniques, knowledge of DC-DC converters and programming of microcontrollers were use. This thesis consists of five chapters. In the first chapter the problem and justification of the development of the project is presented, as well as the objectives sought. The second chapter deals with the theoretical framework of the thesis, an explanation of the control techniques used, concepts applied of DC-DC sources and a description of the elements that make up the Photovoltaic Autonomous System. The third chapter deals with the hardware description, in which the design of the chosen DC-DC converter is detail. In the fourth chapter the description of the control stage is presented, which shows the fuzzy algorithm used for the control, as well as the simulation and the results. Finally, in the fifth chapter, the experimental results of the developed prototyped are shown in a 100W photovoltaic panel control scenario then conclusion of the development process are presented as well. / Tesis

En años recientes ha proliferado la instalación de generadores distribuidos alrededor del mundo, particularmente en Europa. La tendencia hasta hace poco había sido limitar a un mínimo la influencia de los generadores distribuidos sobre la red. Sin embargo, se discute actualmente los posibles beneficios de que colaboren activamente en mejorar la calidad de suministro. Ya se han observado pasos concretos en algunos países para poner esto en práctica. En ese contexto, el presente trabajo de título tiene como objetivo diseñar e implementar un inversor trifásico para operar en baja tensión con capacidad de trabajar en isla y de sincronizarse a la red controlando su inyección de potencia activa y reactiva. El equipo creado se aplicará en una pequeña red aislada que recibirá aportes de potencia desde múltiples pequeños generadores. Su fuente de energía será un banco de baterías que absorberá energía en horas de alta generación renovable o baja demanda, y la entregará cuando sea requerida. El módulo cumplirá además un rol preponderante en el control de tensión y la estabilización de la red. Los primeros capítulos de esta memoria explican los conceptos de generador virtual, micro-red y sistema de almacenamiento de energía en baterías, y dan una revisión del estado del arte en estructuras de inversores y sus métodos de control. Se fundamenta luego la solución adoptada y se exponen las pruebas de operar un equipo prototipo conectado a la red y en isla. La solución realizada en esta memoria emplea un puente inversor acoplado a la red mediante un filtro LC y un transformador. Para el puente inversor se usa un módulo de IGBTs comercial con una arquitectura convencional de tres brazos. Para los controladores se aplica un método de control PI sincrónico desacoplado para el control de potencia y se implementan dos modos de operación; esclavo, controlando potencia activa y reactiva, y maestro, fijando frecuencia y controlando tensión. Se aborda en detalle la programación del microcontrolador y la electrónica para sensores y actuadores. Se realiza una simulación detallada de los distintos modos de operación, y se construye un equipo prototipo de potencia reducida con el que se demuestra el funcionamiento de los modos de operación y controladores diseñados. Los resultados experimentales indican una eficiencia cercana al 95%, con distorsión armónica de corriente dentro de los límites aceptados por las normas. Entre los puntos de posibles desarrollos para continuar esta línea de trabajo se encuentran: incorporar un manejo avanzado de la reserva de energía con estimador de carga para el banco de baterías; agregar una etapa reguladora de tensión continua; o adaptar el sistema para poder efectuar compensación de desequilibrios en la red. Además, puede estudiarse la aplicación del diseño creado a inversores para otras aplicaciones.

Una realidad que tiene Perú es que a pesar de ser fuertes exportadores y poseer grandes actividades de mercado internacional, aún presenta declinaciones en muchos aspectos de su economía y calidad de vida poblacional. Esto se puede observar en los diversos pueblos o comunidades aisladas que hasta la fecha no cuentan con un suministro eléctrico, debido a que se encuentran en zonas muy alejadas de las líneas de transporte o distribución eléctrica; o por otro lado porque geográficamente resultaría muy costoso para las concesionarias llevar a cabo dichos proyectos, Sin embargo ya se han tomado diversas medidas para contrarrestar estos inconvenientes como es el caso del aprovechamiento sostenible de los recursos naturales presentes en dichas comunidades. Un ejemplo claro de estos centros poblados relativamente alejados, es Cucufana; que al poseer una población de 26 viviendas y por lo tanto considerándose una población dispersa debido a su baja densidad población [1]; Este pequeño poblado ubicado en el distrito de Morrope, Lambayeque presenta una radiación solar promedio 5,59 KWh/m2 esto señala que presenta condiciones óptimas para el aprovechamiento de la luz solar. Utilizando el informe [2] que indica el sector típico 5 para una zona rural de densidad poblacional media y la normativo R.D. N° 015-2004-EM/DGE [3] se determinará que la calificación eléctrica adecuada para dicha zona y por ende la máxima demanda que se suministrará que permita a estas personas aumentar su calidad de vida. Para lograr los objetivos de este proyecto se empezó generando un diagnostico energético de un centro poblado, para luego a través de estudios estadísticos externos se logró determinar cuáles son las necesidades energéticas más comunes de los pobladores y de la mano con la información de la Data solara de la NASA se pudo dimensionar adecuadamente los equipos del Sistema de Generación, posteriormente se realizó un bosquejó en SolidWorks de la estructura metálica del Seguidor solar, para la programación se utilizó el leguaje C++ y el software gratuito para su redacción “C++ online”. Finalmente se realizó un análisis de viabilidad con los materiales y mano de obra necesarios para su construcción e instalación, expuestos en un presupuesto referencial. Se logró diseñar un sistema de seguimiento lumínico capaz de aumentar su producción energética en un 21%, a pesar de que se produjo un aumento en los costos del proyecto en un 32%, las mejoras que se obtienen con este costo adicional son beneficiosos para los usuarios.

El presente trabajo busca ser una buena alternativa en la instalación de grupos hidroenergéticos en las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas que se construyen en el Perú y de este modo cubrir el déficit de electrificación en zonas rurales. Para ello, se ha planteado el diseño de un grupo hidroenergético que opere con una turbina estandarizada Michell- Banki debido a que esta turbina tiene una buena eficiencia dentro de un amplio rango de caudal, bajo costo y es de fácil fabricación local. La función principal del grupo hidroenergético es aprovechar la energía cinética de una caída de agua y transformar el trabajo técnico en el eje de la turbina en energía eléctrica para su uso en zonas rurales, de manera que se pueda mejorar la calidad de vida de los habitantes de estas localidades. Para el desarrollo de este trabajo se ha realizado el diseño hidráulico del rodete y del inyector, que son los principales componentes de la turbina. Esto se ha realizado mediante una metodología en la cual los únicos parámetros de entrada son la potencia de 120 kW generada en el eje de la turbina y el rango de variación de la velocidad específica de la turbina Michell-Banki. Las características nominales de la turbina son las siguientes: 120 kW generados en el eje de la turbina Michell-Banki, velocidad de giro igual a 1800 rpm, 82% de eficiencia hidráulica a plena carga, velocidad específica de la turbina igual a 100, caudal de diseño igual a 0.19 m3/s y salto neto igual a 75.4 m. Debido a las características de las turbinas Michell-Banki el grupo hidroenergético puede trabajar conservando una buena eficiencia en un rango de potencias desde 63.8 kW hasta 120 kW, en un rango de salto neto desde 50.8 m hasta 113.8 m y en un rango de caudal desde 0.11 m3/s hasta 0.22 m3/s. Una vez finalizado el diseño hidráulico se ha realizado el diseño mecánico de todos los componentes del grupo hidroenergético como eje del rodete, apoyos del eje del rodete, carcasa, bastidor, además de la verificación por resistencia del rodete y del inyector. Por otro lado, se ha diseñado la pieza de transición entre la salida de la tubería de presión de sección circular y la entrada del inyector de sección rectangular. Además, se ha seleccionado el generador eléctrico y se ha diseñado el sistema de transmisión de potencia entre la turbina y el generador, de tal manera que este gire a su velocidad de sincronismo. El costo del grupo hidroenergético de 120 kW utilizando una turbina Michell-Bank es aproximadamente S/. 40,391.97 considerando costos ingeniería, costos de fabricación y costos de equipos de compra directa.

En las comunidades campesinas, la energía eléctrica resulta ser un recurso limitado, debido a que en estos lugares las empresas eléctricas privadas no cuentan con la infraestructura adecuada con lo cual podrían proporcionar este servicio de manera óptima. La razón principal de este hecho es que la inversión que realizarían dichas empresas la recuperarían después de mucho tiempo, debido a que el consumo en las comunidades es muy bajo como para que la inversión se recupere en un tiempo prudente. Por esta razón, en estos lugares se cuenta con generadores eléctricos como fuente de energía, los cuales alimentan a todas las viviendas de la comunidad campesina. Sin embargo, no se cuenta con algún tipo de control acerca del consumo que se pueda realizar de esta energía limitada, por lo que frecuentemente se tienen consumos excesivos de parte de alguna vivienda, quedando muy poca energía restante para que otra vivienda pueda realizar un consumo similar. En consecuencia, surge la necesidad de contar con algún sistema que permita controlar el consumo que realice cada vivienda, de modo que se pueda repartir equitativamente la misma. En este documento se desarrolla una solución al problema mencionado, donde se presenta el diseño de un sistema de control que puede ser empleado en estos lugares, de modo que cada vivienda puede realizar un consumo dentro de un rango permitido.

En el presente trabajo se desarrolla una evaluación de la implementación de un proyecto de desarrollo mediante el uso de extensionismo tecnológico, que tuvo el fin de brindar electricidad y así beneficiar a las personas para que puedan cubrir sus necesidades básicas insatisfechas y mejorar su desarrollo. En este aspecto, la tesis se enfoca en el extensionismo de la tecnología de pico paneles solares para llevar a cabo proyectos de electrificación rural. El objetivo principal del trabajo es evaluar los efectos de un proyecto de extensionismo tecnológico en materia de impacto, sostenibilidad y replicabilidad, el cual tiene el potencial de promover el desarrollo de comunidades ubicadas en una zona rural de la región San Martín. Todas las actividades de este proyecto denominado “PowerMundo” se han llevado a cabo desde la fecha de enero del 2013 hasta noviembre del 2015, durante un período de dos años y once meses. Como parte del presente trabajo se tiene inicialmente el Capítulo 1, que es el marco teórico de la Tesis, el cual contiene información sobre el extensionismo tecnológico, los proyectos de desarrollo con componente tecnológico y las necesidades humanas. Posteriormente se desarrolla el Capítulo 2, que presenta el marco contextual del proyecto donde se expone la evolución de la electrificación rural en Latinoamérica y Perú, y se detalla la coyuntura de las comunidades rurales de la región San Martín, en las cuales hay una falta generalizada de fuentes de energía con potencial de poder usarse en las tareas cotidianas; esto a su vez permite entender el porqué del trabajo de investigación. Finalmente, en el Capítulo 3 se explica el proyecto “PowerMundo”, se desarrolla la metodología de estudio decidida y se discute los resultados de la investigación. La investigación concluye que una conjunción adecuada entre extensionismo tecnológico y enfoque en desarrollo, libertades, capacidades y/o necesidades básicas insatisfechas puede lograr una eficiente implementación de proyectos de desarrollo; esto, a futuro, permitirá mejorar la calidad de vida de los beneficiados, para continuar con la salida de comunidades rurales del subdesarrollo. En adición, esta experiencia adquirida ha brindado conocimiento sobre una nueva alternativa en proyectos de electrificación rural, la cual es más atractiva debido a su viabilidad y rentabilidad en zonas aisladas, y que ha demostrado un impacto positivo en los usuarios. / Tesis

La importancia de estudiar este tema en particular radica en la baja proporción de empresas en el Perú que se dedican a la producción y ensamble de productos, debido a que las empresas más grandes actualmente se dedican a las actividades económicas extractivas o de servicios. El Perú tiene el acceso a una gran cantidad de recursos energéticos debido a su excelente localización, sin embargo, no siempre se aprovecha en su totalidad. La metodología para este trabajo ha sido descriptiva, buscando información de diversas fuentes reconocidas en temas de energías renovables. Además, se ha indagado en artículos y bases de datos gubernamentales datos que sustenten la explicación de los conceptos y la situación actual de las energías renovables en el Perú. Este trabajo se enfoca en explorar cuáles son los diversos tipos de energía y cómo se relacionan con la matriz energética del país. Explorar los beneficios de la energía solar en aspectos sociales, económicos y ambientales y cómo es que los distintos tipos de energía renovable permiten mejorar la calidad de vida de los peruanos que aún no tienen acceso a servicios básicos eléctricos a través de proyectos de Electrificación Rural. Finalmente, se concluye que las energías renovables y, en especial, la energía solar fotovoltaica se muestran como el futuro de la matriz energética del Perú, siendo prioridad en proyectos de electrificación rural, beneficiando cada vez a más peruanos a acceder a servicios de calidad.

En el 2011 la Organización No Gubernamental (ONG) Practical Action instaló una pequeña central hidroeléctrica (PCH) en el caserío Suro Antivo, distrito Tumbadén, provincia San Pablo, Cajamarca; e implementó un modelo de gestión comunitaria que incluye un componente empresarial y un conjunto de elementos que hacen posible su funcionamiento. La presente investigación busca aportar a la comprensión de los factores que hacen posible su permanencia en el tiempo, para lo cual se analizan: i) las características del proceso administrativo en el entorno comunitario; ii) las particularidades respecto de la organización de la población y el involucramiento de los actores; iii) los beneficios y limitaciones del modelo de gestión. El objetivo general de la investigación es: Identificar las características, beneficios y limitaciones del modelo de gestión del proyecto pequeña central hidroeléctrica Suro Antivo, distrito Tumbadén en la provincia San Pablo, Cajamarca; analizando los elementos que influyen en su funcionamiento, para proponer mejoras que contribuyan a fortalecerlo, como parte de las estrategias para lograr el acceso sostenible de la electricidad en el sector rural; y se han planteado tres objetivos específicos: 1) Evaluar las acciones de planeación, organización, dirección y control en torno al modelo de gestión del servicio de electricidad; 2) Analizar las características de organización y participación de la población en torno al modelo de gestión del servicio de electricidad en Suro Antivo; 3) Identificar los beneficios y limitaciones del modelo de gestión de la PCH. Dicho análisis se orienta desde tres enfoques: El Enfoque de Capacidades; Enfoque de Desarrollo Territorial; y el Enfoque de Derechos. Lograr el acceso universal a la energía, en este caso específico la electricidad, y que esta sea asequible, fiable y moderna, como se plantea en el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 7, requiere replantear y/o flexibilizar la forma de intervención en los proyectos y programas, haciendo partícipes a las comunidades en el proceso; involucrando a la población desde la identificación de las alternativas de solución; considerando el potencial energético del territorio y con ello el tipo de tecnología a utilizar; ampliando sus conocimientos en aspectos técnicos y administrativos; fortaleciendo sus capacidades con base en los atributos socio culturales que las caracteriza; y una definición más amplia que aquella que las reduce a clientes o receptoras del servicio de electricidad.

El Plan Nacional de Electrificación Rural del Perú del MEM reconoce la necesidad de incrementar el abastecimiento energético en zonas rurales del país para mejorar la calidad de vida mediante el aprovechamiento de recursos hídricos locales aplicando soluciones sencillas, de bajo costo y con participación local. Esta situación motivó el desarrollado del presente trabajo el cual consiste en el diseño de cuatro grupos hidroenergéticos con turbinas Michell-Banki que cubran entre 5 a 500 kW de potencia, rango típico operación de minicentrales hidroeléctricas. En el diseño de los grupos hidroenergéticos, unidades conformadas por turbina, sistema de transmisión y generador, la elección de las turbinas ha considerado su bajo costo, fácil construcción y operación y rendimiento estable a cargas parciales. Con la finalidad de lograr que 4 grupos cubran el rango de potencia objetivo se ha aplicado el concepto de estandarización, que se basa en diseñar una turbina para un valor de salto y caudal determinado la cual pueda cubrir un conjunto de saltos y caudales diferentes al del diseño, con una eficiencia de al menos 79%. Las consideraciones para determinar los diámetros estandarizados de los rotores fueron la relación entre salto y rpm, el rango de la velocidad específica para turbinas y el fenómeno de cavitación. Se terminaron 24 diámetros iniciales, y luego de aplicar el análisis de multicriterio se definieron los 4 diámetros característicos. Procediéndose luego a completar el diseño hidráulico del rotor, inyector, álabes y eje. Seguidamente se realizó para cada una de las turbinas el diseño mecánico. Finalmente se definieron las combinaciones de salto y caudal de cada modelo, presentándose el resultado en forma gráfica, lo que facilitará la elección del modelo de grupo hidroenergético en base al salto neto y caudal del recurso.