El uso de energías renovables en cualquier lugar de nuestro país requiere tener información actualizada sobre las características y operación de las alternativas de equipos que se pueden instalar. También es muy importante el conocer si existe o no recurso disponible en el lugar donde se planea realizar la instalación Actualmente en nuestro país sólo existen datos confiables respecto del recurso solar, tal vez este hecho ha influido en que la energía solar sea la que más aceptación tenga en nuestro medio, sin embargo existe también energía del viento que puede y debe ser aprovechada. En este trabajo se realiza un estudio de las características de salida de energía que tendría un sistema híbrido (solar–eólico) en la localidad de Ilo. Se escoge este lugar debido a que se cuenta con datos precisos de viento (velocidad y dirección) proporcionados por la Municipalidad Provincial de Ilo, asimismo se tienen disponible los datos de radiación solar y con ello es posible realizar un estudio preciso sobre la salida de energía del sistema. Para lograr esto se desarrolla en los primeros capítulos la metodología que permite hacer el tratamiento estadístico de los datos con que se cuenta. Teniendo como base un ejemplo hipotético, pero bastante realista, de consumo de energía en una localidad rural se establecen la demanda de energía que se requiere para satisfacer necesidades básicas de luz y agua. Finalmente y estableciendo a partir de las alternativas que ofrece el mercado, la configuración del sistema solar–eólico, se puede conocer la energía que es capaz de suministrar el sistema y hacer la comparación con la alternativa de grupo electrógeno la cual es una de las más utilizadas en nuestro país para suministrar energía en situaciones de aislamiento. / Tesis

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This work investigates two main aspects related to photovoltaic: systems and module characterization and performance modeling. The first part aims to characterize a PV generator located in Spain with a nominal power of 109.44 kW under standard test conditions according to the datasheet. An operational photovoltaic system's nominal power is a valid parameter for determining its current operational state. The applicability of a standard procedure to estimate the nominal power of an operating generator, proposed by Martínez-Moreno and based on Osterwald's model, is investigated. However, the standard procedure does not specify how to deal with experimental data when unexpected behavior impedes the nominal power estimation under operating conditions. During the 6-month study, the power-irradiance relation showed a hysteresis effect with varying amplitudes throughout the campaign. Adding a data filter that removes the non-linear part of the data proves necessary to estimate the nominal power, complementing Martinez-Moreno's procedure to enable the generators' characterization. The second part contributes to closing a knowledge gap in the performance behavior and predictability of multiple PV technologies in Peru. The quality of two simple analytical models for estimating the outdoor performance of three different photovoltaic module technologies in Lima was investigated. Osterwald's and the Constant Fill Factor models were applied to estimate the maximum power delivered by an Aluminum Back Surface Field, a Heterojunction with Intrinsic Thin-layer, and an amorphous/microcrystalline thin-film tandem PV module. The results point that both models overestimate the expected power compared to the measured one. Implementing a correction factor adjusts the estimated maximum power by both models. This correction factor allows us to estimate losses, calculate an adequate nominal power and minimize the estimated power error. The normalized root mean square error and mean bias error determine the implemented methodology's quality. The two crystalline silicon-based technologies present a similar behavior throughout the year. However, both differ considerably from the tandem one during different months, implying that the ambient variables have other seasonal impacts on their performance.

El presente documento consta de cuatro capítulos los cuales se exponen a continuación: 1. En el primer capítulo se presenta la problemática del proceso de control de variables ambientales bajo invernadero, los factores del cultivo en ausencia de un sistema de control de variables ambientales y el análisis de la problemática. 2. En el segundo capítulo se presenta el estado de arte de la investigación, la metodología empleada en el control climático bajo invernadero y los conceptos generales del sistema de control. Finalmente, en este capítulo se presenta el modelo teórico de la investigación y las definiciones operativas del sistema de control. 3. En el tercer capítulo se plantea la hipótesis y se definen los objetivos. También se expone la metodología de la investigación y las consideraciones de base para el diseño. Finalmente se muestran los diagramas de bloques, diagramas de esquemáticos de los circuitos del sistema de control, así como también el diagrama de flujo y el esquema del sistema de control. 4. En el cuarto capítulo se muestran los resultados de las pruebas realizadas con los diferentes circuitos diseñados y simulaciones del programa de control. También se exponen los resultados obtenidos de las simulaciones realizadas y el costo de diseño del sistema de control. Finalmente se presentan las conclusiones obtenidas a lo largo del desarrollo de la investigación del sistema de control ON/OFF de temperatura. También se provee de las recomendaciones para un mejor desempeño del sistema de control.

En la sierra del Perú existen muchos pobladores indígenas que viven en regiones donde la temperatura, durante las noches, desciende a valores menores que cero grados centígrados. Debido a la falta de apoyo gubernamental en el aspecto económico, durante el año 2009 se ha registrado un número elevado de muertos, especialmente niños por problemas respiratorios. Frente a este grave problema que enfrentan los peruanos en las zonas alto-andinas se propone diseñar una cama calefactora, mediante el uso de la energía solar, para proporcionar confort térmico al campesino de la sierra durante las noches. En el primer capítulo, se investiga el estado de la tecnología de sistemas de colección y almacenamiento de energía solar. En el segundo capítulo, se selecciona el proyecto óptimo. Se analizan las diversas alternativas de solución comparando los valores técnicos y económicos de cada concepto de solución. Esto da como resultado el uso de un colector solar de placa plana con aire como sistema de colección de energía solar y la utilización de una pila de piedras como sistema de almacenamiento de energía solar. En el tercer capítulo, se realiza el diseño y los cálculos de la cama calefactora. Se dimensionan las estructuras de acuerdo a la lista de exigencias. Luego se verifica que el área del colector proporcione el suficiente calor para cumplir el requerimiento del confort térmico del campesino durante las noches. En los anexos se proporcionan extractos de las fuentes utilizadas (datos meteorológicos de SENAMHI y un trabajo de investigación) para el desarrollo del cálculo. Se diseñó una cama calefactora mediante el uso de energía solar para proporcionar el confort térmico al campesino en las noches. El campesino necesita un suministro de calor de 35 W durante 10 horas lo cual resulta en una carga térmica de 1300kJ. La pila de piedras tiene un volumen de 0.5m3 y se calienta hasta una temperatura de 22°C durante el día y disminuye hasta una temperatura de 15°C en invierno. Este cambio de temperatura libera 2200 kJ, lo cual nos asegura que la pila de piedras proporcionará la cantidad de calor que necesita el hombre para encontrase en la zona de confort térmico. Finalmente, se incluye los planos necesarios para la construcción de la cama calefactora.

Una de las causas más probables del cambio climático es la emisión de los gases de efecto invernadero, producido principalmente por el uso de combustibles fósiles. En la actualidad muchas organizaciones están priorizando el uso de energías limpias para reducir su impacto en la huella de carbono. Según entrevistas realizadas a altos directivos de empresas con alta afluencia de público (centros comerciales, retail, terminales terrestres, entre otros), sus organizaciones buscan ser más sostenibles con el medio ambiente, a través de la reducción de su consumo energético, asimismo, requieren que sus proyectos en sostenibilidad sean de un costo y tiempo de implementación óptimo. Considerando estas necesidades, se propone una solución disruptiva: baldosas inteligentes EcoStep, energía limpia basada en las pisadas de las personas. EcoStep constituye un piso formado por baldosas piezoeléctricas a ser instaladas en los ingresos de centros con alta afluencia de público, ofreciendo interacción con el público y su concientización. Además, la empresa recibe reconocimiento de marca sostenible y disminuye su impacto en la huella de carbono. Para la evaluación y desarrollo de este proyecto se ha realizado un estudio detallado de marketing y operaciones, de la misma manera se ha realizado un análisis financiero del proyecto para evaluar su factibilidad. Se pretende iniciar este emprendimiento desarrollando los primeros proyectos en centros comerciales en la ciudad de Lima, para realizar posteriormente una escalabilidad en otros sectores de alta afluencia de público en todo el territorio peruano. De esta manera con una inversión inicial de US $127,706 y una proyección de operación de cinco años, se ha obtenido un VAN de US$ 867,520 y una Tasa Interna de Retorno de 97%, por lo que se concluye que la solución propuesta es totalmente viable. Por otro lado, el VAN social obtenido es USD 1,252,301, teniendo una relevancia en las ODS 7,8 y 13 de las Naciones Unidas. / One of the most probable causes of climate change is the emission of greenhouse gases, produced mainly by the use of fossil fuels. Currently, many organizations are prioritizing the use of renewable energies to reduce their impact on the carbon footprint. According to interviews conducted with senior managers of companies with a high influx of public (shopping centers, retail, bus terminals, among others), their organizations seek to be more sustainable with the environment, through the reduction of their energy consumption, likewise, they require that your projects in sustainability have an optimal cost and implementation time. Considering these needs, a disruptive solution is proposed: EcoStep smart tiles, clean energy based on people's footsteps. EcoStep constitutes a floor formed by piezoelectric tiles to be installed at the entrances to centers with a high influx of public, offering interaction with the public and their awareness. In addition, the company receives sustainable brand recognition and decreases its carbon footprint impact. For the evaluation and development of this project, a detailed study of marketing and operations has been carried out, in the same way a financial analysis of the project has been carried out to evaluate its feasibility. It is intended to start this venture by developing the first projects in shopping centers in the city of Lima, to later carry out scalability in other sectors with a high influx of public throughout the Peruvian territory. In this way, with an initial investment of US $127,706 and an operation projection of five years, a NPV of US$ 867,520 and an Internal Rate of Return of 97% have been obtained, for which it is concluded that the proposed solution is totally viable. On the other hand, the social VAN obtained is USD 1,252,301, having a relevance in the SDGs 7,8 and 13 of the United Nations.

Como se conoce, en los últimos años el consumo de energía ha ido en aumento debido al incremento poblacional y la dependencia creciente a la energía eléctrica. Esta situación ha ocasionado un aumento en la utilización de fuentes de energía no convencionales y renovables, como la energía solar y la energía eólica. Estos tipos de energía renovable no contaminan el medio ambiente en su generación. El tema de investigación busca obtener la máxima prestación de una turbina eólica utilizando una estructura de control basado en redes neuro-difusas. A fin de lograr este objetivo, primero se obtiene el modelo matemático de una turbina eólica de eje horizontal de tres palas de velocidad variable con generador de inducción doblemente alimentado, así como los modelos que representan la dinámica del proceso. Luego, se realiza el diseño de los controladores basados en redes neurodifusas, y otro controlador basado en linealización por realimentación de estados., el cual se utilizará con fines comparativos. Las variables controladas son la potencia activa y reactiva, mientras que las variables manipuladas son el ángulo de paso de las palas de la turbina eólica y los voltajes aplicados en los terminales del rotor del generador de inducción. Para comparar el desempeño de ambos controladores se desarrollaron simulaciones en Matlab, como resultado se obtuvo que el controlador neuro-difuso presenta mejor desempeño bajo distintas condiciones de operación. / Tesis

La presente tesis tiene como objetivo definir el tipo de vehículo eléctrico adecuado para los requerimientos de un usuario privado típico de Lima Metropolitana y determinar las principales características de los sistemas técnicos que debe utilizar el mismo. La presente tesis consta de tres partes. En la primera parte se realiza una descripción de los tipos de vehículos híbridos y vehículos eléctricos. Se da a conocer los componentes que caracterizan a estos vehículos y se define los componentes principales; rectificador y convertidor AC/DC, sistema de almacenamiento, inversor DC/AC, sistema de propulsión, sistema de transmisión. En la segunda parte de la tesis, se da a conocer los vehículos ligeros más vendidos y en consecuencia, los más utilizados en Lima Metropolitana; Toyota Yaris y Kia Rio. Además, se definen las características del ciclo de conducción en Lima Metropolitana en base a datos levantados. Obteniendo velocidades promedio de en horas de la mañana, entre 9:00 am y 11:00 am, realizando recorridos promedio de en periodos de 15 minutos. Se realizan encuestas a usuarios de vehículos dedicados a gasolina y diesel, determinando un promedio de recorrido diario de. Se propone que el vehículo eléctrico debe tener una autonomía mínima de diarios. En la tercera y última parte de la tesis, se definen las características técnicas de los componentes del vehículo eléctrico para uso en Lima Metropolitana. Dicho vehículo eléctrico debe contar con un mínimo de potencia y la capacidad de almacenamiento de las baterías debe ser, para cumplir con los requerimientos de los usuarios. Se selecciona un motor eléctrico de potencia y un pack de baterías de iones de litio de dicha selección se realiza en base al peso bruto de un vehículo ligero. Finalmente, se elabora una comparación de costos del uso de un vehículo eléctrico y un vehículo dedicado a gasolina, para un recorrido anual. Se determina que el vehículo eléctrico demanda Nuevos Soles anuales para recorrer y el vehículo dedicado a gasolina demanda Nuevos Soles anuales para el mismo recorrido.

El uso de energía solar ha aumentado exponencialmente en los últimos años en el mundo. Sin embargo, en el Perú, los sistemas fotovoltaicos aún se limitan a proporciones bajas, con tan solo 96 MW instalados hasta la actualidad en el país, los cuales producen un 0.5 % de la energía total del Perú (Fuente: La industria de la Energía Renovable en el Perú, 2016). Además, están en proceso de construcción la planta fotovoltaica de Rubí (144.5 MW) e Intipampa (40.0 MW). Por otro lado, los sistemas fotovoltaicos conectados a la red de características modulares (pequeños) conectados a la red son nulos debido a no contar con políticas que respalden a estos. Al ser un tópico académico no del todo explotado en el Perú, es de interés todo tipo de investigación que promueva no solo el uso de este recurso, sino también que permita conocer y mejorar los mecanismos de estudio para estimar la eficiencia y la predicción de la producción de energía en condiciones meteorológicas nacionales. Osterwald (1986) [1] propuso un modelo simplificado del comportamiento en potencia de una célula fotovoltaica FV para unas condiciones de irradiancia incidente y temperatura de operación. Otros [2 - 4], a partir de esta propuesta, desarrollaron modelos empíricos y físicos por los cuales se puede modelar el comportamiento de un sistema fotovoltaico conectado a la red. Estos modelos se basan en los valores de las características eléctricas de los sistemas fotovoltaicos que son proporcionados por el proveedor y medidos a condiciones estándares. Sin embargo, para una mejor precisión, estos modelos deben ser ajustados ya que la producción eléctrica se da a condiciones de trabajo diferentes de los estándares. En consecuencia, estos modelos predicen la producción de energía con una desviación en valores considerable, es decir, se alejan de los datos recolectados. El principal objetivo del presente trabajo es proponer métodos que permitan obtener el valor de potencia máxima real, asumidas todas las pérdidas intrínsecas de operación de este tipo de sistemas, en condiciones estándar o Ppvg ∗ . En este caso se ha trabajado con datos recolectado en las instalaciones de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa. Dicho parámetro nos servirá para describir exactamente al sistema en ciertas condiciones dadas y aplicar este conocimiento para la estimación de la energía que generará el sistema para unas condiciones dadas de irradiancia y temperatura de módulo. Finalmente, se debe recalcar que el Perú cuenta con múltiples microclimas, y para cada microclima específico se esperan distintas relaciones de Ppvg ∗ con respecto a la potencia nominal.

Photoelectrochemical (PEC) processes have become an efficient and viable method for solar energy conversion into zero-emission fuels by harnessing and storage the power of the sun, which offers an environment-friendly approach. Hydrogen is considered as a sustainable and suitable energy alternative in comparison to energy systems based on the consumption of conventional hydrocarbon fuels. In particular, hydrogen production by PEC water splitting represents an attractive alternative to enhance the efficiency of water splitting process using sun light. Current research in this field is devoted to the fabrication and evaluation of new photoactive materials that upon sunlight absorption enable water-splitting PEC reactions with high efficiency and durability. Silicon based compounds offer a good opportunity as photoactive material due to its high abundance and current scalable technologies. Silicon is the eighth most abundant element in the universe and constitutes up to 27.2% of the earth’s crust weight [1]. Particularly, hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC:H) thin films have been tested as photocathode material for photo-assisted electrolysis, exhibiting solar to hydrogen conversion efficiencies up to 7.5 %. Due to the capability to tailor the bandgap (1.8 - 3.3 eV) by the incorporation of carbon in a-Si:H, this material has turned out to be a promising candidate for PEC cells, fulfilling the optical bandgap (Egap) primary requirement, i.e. Egap > 2.2 eV. Additionally, the carbon incorporation leads to an enhancement of the corrosion resistance properties in aqueous media. It has been theoretically estimated that a PEC device with an a-Si0.9C0.1:H absorption layer exhibiting 2.0 eV of energy bandgap, can generate a photocurrent density Jph of 15 mA/cm2 (solar-to-hydrogen conversion efficiency ∼18 %) when submitted to an Air mass (AM) 1.5 solar spectrum [2]. The specific value of 1.5 for the Air mass is selected for standardization purposes, based on the analysis of solar irradiance data in the United States, and corresponds to a power of 1000 W/cm2 [3]. In the present work, a similar material a-Si0.5C0.5:H exhibiting 2.76 eV of energy bandgap generates a Jph of 17 mA/cm2 when submitted to the same light spectrum. This reflects an improvement in the use of a-SiC:H in PEC water splitting. Research on single thin film photoactive materials does not typically consider the role of the silicon substrate in the photoelectrochemical performance. In this sense, the photoelectrode is a system formed by a p-p, n-n or n-p structure, which depending on the depth of the space charge region may have an important impact on the photoelectrode performance. In this work, this substrate effect has been considered and studied. PEC performance of a-SiC:H is often limited by its non-ideal energy band-edge alignment to the H2O/O2 redox potential, thus limiting the oxygen evolution reaction (OER) and the whole water splitting process [4]. To overcome this downside, an external bias needs to be applied, contributing to counteract the overpotential required to trigger the direct water splitting reaction. The external bias also contributes to reduce overpotentials due to the presence of a surface SiO2 barrier layer and compensates interface charge carriers recombination as well. Previous studies have demonstrated that by removing the SiO2 native layer vii from a-SiC:H(i) surface, Jph values over 6 mA/cm2 can be achieved at a potential of -1.4 V vs. Ag/AgCl in contrast to values lower than < 4 mA/cm2 obtained without the oxide removal. In fact, the existence of surface states (SS) originated from the hydroxyl group termination on the oxide surface, form an electronic state that is typically located within the semiconductor bandgap. The theory that such states act as recombination centers for minority photo carriers, fits quite well with the assumption that surface recombination competes with charge transfer from the semiconductor band towards the electrolyte. Additionally, it has been reported that depending on the density and energetic position of SS, these can provide another favorable pathway for indirect charge transfer to the solution, competing with the undesirable recombination mechanism. Knowledge in this field is limitated to full-drift diffusion simulations in steady-state and dynamic regimes for photo-anodic currents in crystalline materials. In the current work, an experimental study has been carried out over an amorphous material (a-SiC:H) acting as photocathode for PEC water splitting. Thus, adding knowledge in this field. Attempts to understand the role of a-SiC defects in PEC water splitting performance have been carried out in 2009 by Simonds et al. [5]. As a result of these, defects density in the bulk of the a-SiC increases with carbon concentration, from ∼9 × 1016 cm−3 (6%C) to ∼8 × 1017 cm−3 (11%C), leading to a reduction of the PEC performance. On the other hand, defect densities in the SiC/SiO2 interface (SS) were approximated by Gaussian distributions with maximums of ∼2 × 1012 cm−2 · eV−1 (Ivanov et al. [6]). The latter finding was retrieved from Capacitance-Voltage (C−V) measurements over metal-oxide-semiconductor (MOS) structures, and fit quite well with the SiC SS density distributions reported in this work. The current work consists in three parts. In the first part, Bandgap engineering of a-SiC:H thin films was carried out to assess the material light absorption without compromising its photoelectrochemical water splitting capabilities. The tailoring was performed by varying the hydrogen concentration in the semiconductor and by post-deposition isochronical annealing treatments from 200 to 700 ◦C. By isochronical annealing, the same sample is submitted to the different temperature steps, from low to high temperature. After this analysis, the most suitable samples for water splitting application were evaluated as photocathodes in 1 M sulfuric acid under chopped light illumination. These a-SiC:H samples were doped with aluminum and deposited on different Silicon substrate conductivity types to assess the substrate influence in the a-SiC:H(Al) photocurrent response. This constitutes the second part or the work. Finally, in the third part, the role of SS in the photocathodic current for a-SiC:H(Al) absorber layers was experimentally analyzed. This analysis was based on steady-state and dynamic electrochemical models. Results concerning a-SiC:H(Al) photocathode stability under darkness and illumination conditions are also shown and discussed in this part. Concerning the findings and the novelty in this work, localized a-SiC:H(Al)/SiO2 SS would take part in a desirable mechanism of indirect electron charge transfer viii to the electrolyte, and thus, conduct hydrogen evolution reaction. Related to the SiO2 native layer, the evidence suggests that the SiO2 layer reduction during PEC tests triggers a favorable semiconductor-electrolyte interface. This interface exhibits less overpotential barriers which promotes photocurrent generation. A correlation exists between the retrieved SS density (NSS) and Urbach energy (EU) values. The EU is associated with disorder-induced electronic tail states or Urbach tails, which are localized states near the semiconductor band-edges. This correlation, as well as other a-SiC:H(Al)/SiO2 interface studies, support the reliability of our NSS calculations for the c-Si(p)/a-SiC:H(Al)/SiO2/electrolyte system. Finally, a charge transfer mechanism assisted by photogenerated minority carriers from the c-Si substrate has been also proposed in this work