Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Diseña un sistema de energía solar fotovoltaica aislada para una estación de bombeo en una comunidad rural. La energía eléctrica en la actualidad, es generada por equipos diésel a un costo alto, dado que el combustible debe ser transportado a largas distancias, con evidentes problemas de seguridad en el suministro, por lo que la energía fotovoltaica se presenta como una buena alternativa de solución para estas comunidades. La escasez del recurso hídrico constituye una de las principales limitantes para el desarrollo socio económico en el Perú, lo que ha motivado la realización de numerosos estudios y obras orientados a aumentar la disponibilidad de agua en las localidades nativas. Las comunidades nativas presentan evidentes problemas de abastecimiento de energía y agua para consumo humano, el que afecta claramente el desarrollo y calidad de vida de la población. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniera Civil Eléctrica / La introducción de energía renovable (ER) a gran escala es un fenómeno mundial producto del cambio climático y la necesidad de los países de independizar sus matrices energéticas. Específicamente en Chile la política energética proyecta una matriz que se componga de un 60% de ER al año 2035. En particular, la generación de energía solar se caracteriza por su variabilidad e incertidumbre, lo que sumado a la inminente instalación de este tipo de energía de manera concentrada en el Sistema Interconectado del Norte Grande de Chile (SING), podría provocar serios problemas de estabilidad en el sistema. En términos de variabilidad del recurso solar se destaca el efecto nube, que deriva en cambios bruscos de generación fotovoltaica (PV) y, en definitiva, afecta a la estabilidad de frecuencia del sistema. Frente a lo anterior, se han realizado estudios que muestran que mantener reservas fotovoltaicas, operando en deload, es una estrategia eficaz de regulación de frecuencia. Sin embargo, dichos estudios utilizan reservas PV constantes lo que representa una pérdida significativa de generación. El presente trabajo busca aportar a la línea de investigación mencionada e introducir reservas calculadas dinámicamente para hacer un uso eficiente de la generación PV y simultáneamente contribuir a mantener la estabilidad de frecuencia. El método de cuantificación de reservas se basa en un modelo de pronóstico de generación solar. La estrategia busca reservar la potencia necesaria para enfrentar una caída de generación pronosticada considerando un margen de error de pronóstico con un nivel de confianza dado. El error de pronóstico se determina mediante un estudio estadístico del modelo de predicción, considerando conjuntos de datos representativos de una escala anual, estacional y mensual, con el fin de establecer comparaciones entre cada caso. Además, el problema se aborda de manera local, donde cada planta PV determina sus reservas de manera independiente, y a nivel centralizado, donde el operador del sistema cuantifica la reserva total considerando todas las plantas PV existentes y la distribuye entre ellas. La metodología propuesta se aplica en el modelo del SING proyectado al año 2020, al considerar un día con alta variación de irradiación solar según las condiciones locales. La proyección del sistema considera una penetración PV equivalente a un 25% de la capacidad total instalada. Se realizan simulaciones dinámicas en el software PowerFactory DigSILENT para observar el desempeño de las reservas determinadas dinámicamente en comparación con reservas constantes y el caso base sin reservas. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta de reservas dinámicas presenta una satisfactoria regulación de frecuencia ya que logra mantenerse dentro de los límites permitidos por la normativa chilena. Al mismo tiempo significa una considerable disminución de pérdidas asociadas a reservas sobredimensionadas respecto a trabajar con reservas constantes de 15%. Además, se obtiene que abordar el problema de manera centralizada significa menores montos de reservas que a nivel local.

Accurate produced PV energy estimation is critical to business decisions under long-term investments in PV on a utility scale. PV energy yield is affected by different sites' specific conditions. The variability of the spectral distribution after temperature and irradiation is a site condition that impacts energy yield estimates. Evaluating the impact of the spectral irradiance distribution on the PV performance generally requires accurate information about the PV device's spectral response and the site’s measured spectra. Detailed spectral and device information may not always be available. This study analyzes the interrelations between device-dependent and device-independent energetic spectral indicators with spectral data from nine sites with different climates and latitudes, aiming to relax the requirement for detailed device and spectral information. First, an apparent correlation of each site's spectral distributions' yearly Average Photon Energy with the corresponding latitude is observed. As the commonly applied device-dependent spectral indicator, it can be observed that the monthly mismatch factors of all nine sites exhibit a global linear relationship with the monthly average photon energies. This linear relationship with measured spectral data provides a predictive character for each PV device technology by allowing the estimation of the annual spectral impact from the annual Average Photon Energy, potentially for any site. This work also analyzes the validity of the Spectral Average Useful Fraction and the Spectral Enhancement Factor as alternative device-dependent spectral indicators. These require average spectra and, thus, would reduce the calculation complexity for spectral indicators. Finally, the proposed method was validated qualitatively using synthetic spectral data from the National Solar Radiation Database. The trends of the scatter plot between the synthetic Spectral Mismatch Factor and the Average Photon Energy that follow the experimental linear regression give an idea of the proposed method's functionality, despite the synthetic data's uncertainties. / La estimación precisa de la energía fotovoltaica producida es fundamental para las decisiones comerciales en el marco de inversiones a largo plazo en proyectos fotovoltaicos. El rendimiento de la energía fotovoltaica se ve afectado por las condiciones locales epecíficas. La variabilidad de la distribución espectral después de la temperatura y la irradiación es una condición del sitio que afecta las estimaciones de rendimiento energético. Uno de los desafíos al evaluar el impacto de la variabilidad espectral es reducir la complejidad del cálculo. Esto implica realizar una estimación precisa y rápida del impacto espectral con la mínima información requerida a priori. Con este fin, la presente tesis busca analizar las interrelaciones entre los indicadores espectrales energéticos dependientes e independientes del dispositivo fotovoltaico con datos espectrales de varios climas y latitudes en todo el mundo. Debido al enfoque reduccionista que proveen los indicadores espectrales, analizamos la dependencia de la distribución espectral representada por la energía fotónica promedio con la latitud en diferentes escalas de tiempo mensuales y anuales. Al analizar los indicadores espectrales dependientes del dispositivo, se destaca el Spectral mismatch factor, que exhibe una relación lineal global con el la energía fotónica promedio en una escala mensual. El análisis exhaustivo de esta relación con los datos espectrales medidos también proporciona un carácter predictivo al permitir el cálculo del impacto espectral anual a partir de la energía fotónica promedio anual, y por lo tanto tal relación lineal propone ser un modelo empírico para el cálculo directo y sencillo del impacto espectral anual. Adicionalmente, analizamos la validez de manera global de dos indicadores espectrales dependientes del dispositivo, el Spectral Enhancement Factor y el Spectral Average Useful Fraction para los sitios seleccionados. Con ello se busca ofrecer un catálogo multiclimático integrado de las interrelaciones de indicadores espectrales en escala de tiempo anual y mensual. Finalmente, se realizó una validación cualitativa del método propuesto utilizando datos espectrales sintéticos de la National Solar Radiation Database. Las tendencias de los Spectral mismatch factor y Average Photon Energy anuales basados en data espectral sintética siguen a la regresión lineal experimental y por ende, dan una idea de la funcionalidad del método propuesto, pese a las incertidumbres propias de la data espectral sintética.

El uso de paneles fotovoltaico ha permitido obtener energía renovable y amigable con el medio ambiente, pues tiene un impacto positivo en la reducción de gases de efecto invernadero. Su rápida popularidad y su acelerado desarrollo tecnológico ha permitido la comercialización de paneles en distintos ámbitos. Sin embargo, estos paneles pueden presentar defectos en sus celdas que en algunos casos no pueden visualizarse e influyen en su performance y como consecuencia en su tiempo de vida; por eso, existen las técnicas de trazador de curvas I-V, la termografía y la electroluminiscencia que permiten obtener la información del estado del panel fotovoltaico. En este trabajo de investigación, se ahonda en la técnica de electroluminiscencia que permite obtener imágenes de alta resolución para analizar los defectos presentes en un panel. Utilizando el sistema de electroluminiscencia “LumiSolarOutDoor”, esta técnica se aplicó a los paneles fotovoltaicos de sistemas conectados a la red en la facultad de Física de la Pontificia Universidad Católica del Perú con el objetivo de constituir una base de datos que servirá para el entrenamiento de la red neuronal pre entrenada “ResNet-50” que realizará la clasificación de su tecnología y del estado de degradación de cada celda que constituye el panel. El algoritmo planteado realiza un preprocesamiento, filtrado, segmentación, extracción de características y clasificación a las nuevas imágenes que se les desea analizar. Además, permite la relación de un modelo eléctrico que traza la curva I-V en base los datos de la placa del panel y los resultados de la clasificación por celda.