En el Perú, la electrificación de zonas rurales se ha intensificado debido a programas de electrificación rural elaborados por el Estado y otras entidades no gubernamentales. Sin embargo, hoy en día existen comunidades rurales cuya demanda de potencia en los hogares es cubierta ineficientemente con el uso de baterías de 12 voltios, lo cual genera racionalización del uso de sus artefactos eléctricos, así como los priva de un crecimiento sostenible a nivel socio-económico. Dichas baterías, mayormente de plomo-ácido, son cargadas mediante proveedores externos, lo que causa una dependencia a este servicio e incurre en gastos mensuales mayores a los que ellos demandarían si utilizaran un sistema de recarga fotovoltaica propia. El presente trabajo tomó como muestra a la comunidad de Micaela Bastidas, ubicada al norte del departamento de Lima en la provincia de Barranca, debido a su alto coeficiente de irradiación solar. Se realizó el diseño de un cargador de baterías de 12 voltios para ser utilizado con un panel fotovoltaico y así facilitar la recarga de la misma. Se seleccionaron los componentes adecuados para su diseño, además del panel fotovoltaico y la batería a utilizar, para satisfacer, de manera personalizada, la demanda de potencia promedio a consumir por cada familia de dicha localidad. Se realizaron satisfactoriamente las simulaciones de dicho cargador, con lo que se obtendría una carga óptima de la batería y se prolongaría su vida útil. Por último, en el análisis de costos, se realizó la simulación de venta de un sistema fotovoltaico, por familia, en la comunidad de Micaela Bastidas. Se concluyó que los dos valores agregados principales que sostendrían la competitividad del producto, a nivel nacional, serían: la personalización del diseño del cargador y dimensionamiento del panel fotovoltaico y la batería, según la máxima demanda de potencia promedio actual o futura del usuario, y el suministro de un servicio de asesoría técnica de capacitación y mantenimiento del sistema. / Tesis

El principal objetivo de la tesis es fomentar el interés e investigación en energía renovable por parte de la comunidad con estudios superiores, mediante el diseño de un sistema fotovoltaico aislado para abastecer a 15 computadoras portátiles en la PUCP. En el primer capítulo, se definen los conceptos más relevantes, los principales fundamentos teóricos y las características de los equipos que conforman una instalación fotovoltaica aislada, utilizando bibliografía de autores con presencia en la industria fotovoltaica. En el segundo capítulo, se elabora una lista de exigencias, recopila condiciones del sitio, obtenidos de la Estación climatológica Hipólito Unanue en la PUCP y se estima la demanda del consumo energético, el cual tiene un valor de 158.4 Ah/día. Luego, se dimensiona la cantidad de baterías, paneles fotovoltaicos, inversores y controladores a emplear. Se obtiene el siguiente arreglo, al iterar varias veces:  12 baterías 250 Ah / 12V (3 ramales de 2 paralelo y 2 en serie).  24 paneles de 150 Wp. (3 ramales de 4 paralelo y 2 en serie)  3 controladores de 50A y 24V.  1 inversor 24V/230V – 1200w Asimismo, se estimar la distancia y características de los cables de acuerdo a la ubicación y cargas, y se dimensionan elementos de protección mediante la IEC 60364-5-52 “Instalaciones eléctricas en edificios”. En el tercer capítulo, se diseña la estructura y se realizan cálculos justificativos de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), se emplea el método AISC-LRFD. Además, se realiza una simulación estática de la estructura final en ANSYS y se verifica el cumplimiento en cuanto a deflexiones y esfuerzos; se realiza un listado de materiales y recomendaciones para el montaje. En el capítulo final, se estima un Capital Expenditure (CAPEX) de S/. 67’815, un Operational Expenditure (OPEX) de S/.200 anuales y Emisiones de Gas de Efecto Invernadero (GEI) no emitidas de 4.35 anuales. / Tesis

La falta de electrificación rural en el Perú ha sido uno de los problemas sociales más importantes y menos trabajados desde hace varios años. Debido a la difícil y costosa tarea de generar y distribuir electricidad por medio de torres de alta tensión, en ciertas zonas del país (zonas de electrificación aislada); se consideró invertir en el uso de energías renovables que no sean costosas y permitan al poblador contar con la energía suficiente para mejorar su condición de vida. Una de las energías renovables de mayor uso es la energía solar por su fácil manejo y acceso. Ésta se puede recolectar por medio de paneles fotovoltaicos que generan electricidad, la cual se puede almacenar en un banco de baterías para su uso en caso de no disponer del sol. Además para mejorar el rendimiento de la generación de energía, se puede implementar un seguidor solar que permite orientar los paneles fotovoltaicos en dirección a la posición del sol la mayor parte del día. El presente trabajo tiene como finalidad, diseñar un sistema mecatrónico que permita situar dos paneles fotovoltaicos en dirección a la posición del Sol. Esto con el fin de aprovechar de la mejor manera los niveles de radiación que inciden en los paneles solares, buscando obtener mayor energía para el consumo del hogar. Además, el sistema es capaz de informar sobre los problemas típicos, como lo son la suciedad de los paneles y las fallas técnicas del inversor, que pueden o no ser solucionadas por el usuario. En caso estas fallas existan el sistema pasará a mostrar al usuario una señal que le informará que el sistema mecatrónico requiere de un mantenimiento lo antes posible. Se tiene como objetivo que el sistema mecatrónico no sea de un precio elevado para su producción e instalación en zonas aisladas del Perú. / Tesis

This Doctoral Thesis contributed to forming a new photovoltaic (PV) laboratory in Lima-Peru, by developing an outdoor characterization system for PV modules. This system enables performance studies of different PV technologies under outdoor conditions. The new laboratory is the first of its kind in Peru due to its appropriate instrumentation for various PV performance research. This system was installed in the outdoor-PV laboratory of the Physics section (12◦2′S, 77◦1′W) at the Pontifical Catholic University of Peru (PUCP) in collaboration with the IDEA research group of the University of Jaén (UJA) in Spain. Seven PV modules of different technologies, and instruments are currently installed to measure environmental conditions. This system measures the current-voltage (I-V) curve of each PV module at five-minute intervals and simultaneously measures module temperature and irradiance. Additionally, the solar spectrum and environmental conditions are measured. With these experimental data, it is possible to carry out characterization and performance studies of PV modules or systems. The system started working in March 2019 and continues to work automatically to date. Three types of PV technologies began to be characterized: Aluminum Back Surface Field (Al- BSF), Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer (HIT), and Amorphous/micro-crystalline silicon tandem (a-Si/μc-Si). Four additional technologies were installed in 2020: Interdigitated Back Contact (IBC), Passivated Emitter Rear Totally Diffused (PERT), Amorphous Silicon (a- Si), and Copper Indium Gallium Selenide (CIGS). The first part describes the characterization system composed of an I-V curve tracer, a multiplexing system, and environmental sensors. PV modules, measuring instruments, sensors, components for circuit boards, and connection diagrams are listed. The automated control section describes the architecture of the software developed in LabVIEW for measurement, visualization, and data storage. In the second part, an analysis of the data extracted from the I-V curves is made, mainly in the maximum power point. For this, a methodology was developed to calibrate the PV modules outdoors. Simple methods such as Osterwald and Constant Fill Factor (FFk) were used to model the maximum power of HIT, Al-BSF, and tandem a-Si/μc-Si, for a year (May 2019 – April 2020). Next, the energy conversion efficiency is analyzed using the Performance Ratio (PR) in the following PV technologies: HIT, Al-BSF, tandem a-Si/μc-Si, IBC, PERT, a-Si, and CIGS for another year (March 2020 – February 2022). In the third part, an experimental study of the solar spectrum was carried out during one year (March 2019 – February 2020). The spectrum was characterized by the Average Photon Energy (APE). It was found that the yearly APE for the study period was 1.923 eV, indicating that the spectrum in Lima has a blue shift with respect to the AM1.5G standard spectrum. Additionally, the variation of the monthly APE during the year is negligible. Then, a theoretical evaluation of the Mismatch Factor (MM) and spectral gain was made for the spectral response (SR) of seven PV technologies: a-Si, Perovskite, CdTe, two CIGS with different SRs, multi-Si, and mono-Si. In the part of conclusions and future works, the objectives achieved and the current state of the research laboratory with the new systems and instruments installed are summarized. Finally, in the appendixes there is more detailed additional information on the circuits, algorithms, and mathematical arrangements that were necessary for the development of the thesis. / Esta Tesis Doctoral contribuyó a desarrollar un nuevo laboratorio fotovoltaico (FV) en la ciudad de Lima-Perú, mediante la implementación de un sistema de caracterización para módulos FV. Este sistema permite realizar estudios de rendimiento de diferentes tecnologías FV en condiciones exteriores. Este nuevo laboratorio es el primero de su tipo en Perú debido a su instrumentación especializada para diversas investigaciones de rendimiento FV. Este sistema fue instalado en el laboratorio de FV en los exteriores de la sección de Física (12◦2′S, 77◦1′O) de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), en colaboración con el grupo de investigación IDEA de la Universidad de Jaén (UJA) de España. Actualmente se encuentran instalados siete módulos FV de diferentes tecnologías e instrumentos para medir las condiciones ambientales. Este sistema mide la curva de corriente-voltaje (I-V) de cada módulo FV a intervalos de cinco minutos y mide simultáneamente la temperatura del módulo FV, la irradiancia, el espectro solar y las condiciones ambientales. Con estos datos experimentales, es posible realizar estudios de caracterización y rendimiento de módulos o sistemas FV. El sistema comenzó a funcionar en marzo de 2019 y continúa funcionando automatizadamente hasta la fecha. Se empezaron a caracterizar tres tipos de tecnologías FV: campo de superficie posterior de aluminio (del inglés Al-BSF, Aluminum Back Surface Field), heterounión con capa delgada intrínseca (del inglés HIT, Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer) y tándem de silicio amorfo/microcristalino (del inglés a-Si/μc-Si, Amorphous/microcrystalline silicon tandem). En el 2020 se instalaron cuatro tecnologías adicionales: contacto posterior interdigitado (del inglés IBC, Interdigitated Back Contact), emisor pasivo totalmente difuso posterior (del inglés PERT, Passivated Emitter Rear Totally Diffused), silicio amorfo (del inglés a-Si, Amoriv phous Silicon), y seleniuro de cobre, indio, galio (del inglés CIGS, Copper Indium Gallium Selenide). En el segundo capítulo se describe el sistema de caracterización compuesto por un trazador de curvas corriente-voltaje (I-V), un sistema de multiplexado y los intrumentos/sensores ambientales. Se enumeran los módulos FV, instrumentos de medición, sensores, componentes para placas de circuitos y diagramas de conexión. En la subcapítulo acerca del control automatizado, se describe la arquitectura del software desarrollado en LabVIEW para la medición, visualización y almacenamiento de datos. En el tercer capítulo se realiza un análisis de los datos extraídos de las curvas I-V, principalmente en el punto de máxima potencia. Para ello, se desarrolló una metodología de calibración de módulos FV en exteriores. Se utilizaron métodos simples, como Osterwald y factor de llenado constante (del inglés FFk, fill factor constant), para modelar la potencia máxima del HIT, Al-BSF y tándem a-Si/μc-Si, durante tres meses (mayo 2019 - abril 2020). A continuación, se analiza la eficiencia de conversión de energía utilizando el coeficiente de rendimiento (del inglés PR, performance ratio) en las siguientes tecnologías FV: HIT, Al-BSF, tándem a-Si/μc-Si, IBC, PERT, a-Si y CIGS por dos años (marzo 2020 – febrero 2022). En el cuarto capítulo se realiza un estudio experimental del espectro solar durante un año (marzo 2019 – febrero 2020). El espectro se caracterizó por la energía fotónica promedio (del inglés APE, average photon energy). Se encontró que el APE anual para el periodo de estudio fue de 1.923 eV, lo que indicó que el espectro en Lima tiene un corrimiento hacia el azul con respecto al espectro estándar AM1.5G. Adicionalmente, la variación del APE mensual durante el año es despreciable. Luego, se realizó una evaluación teórica del factor de desajuste espectral (del inglés MM, espectral mismatch factor) y la ganancia espectral para la respuesta espectral (del inglés SR, spectral response) de siete tecnologías fotovoltaicas: a-Si, Perovskita, CdTe (del inglés, cadmium telluride), dos CIGS con diferentes SR, multi-Si (del inglés, multicrystalline silicon) y mono-Si (del inglés, monocrystalline silicon). En las conclusiones y trabajos futuros, se resumen los objetivos conseguidos y el estado actual del laboratorio de investigación con los nuevos sistemas e instrumentos instalados. Finalmente, en los anexos se encuentra información adicional y mas detallada de los circuitos, algoritmos, y arreglos matemáticos que fueron necesarios para el desarrollo de la tesis.

La minería es una de las actividades económicas primarias más relevantes en el mundo. En el Perú, viene siendo el impulso para el desarrollo económico actual del país. Como en toda actividad extractiva se busca obtener la mayor producción posible; por eso, es muy frecuente ver el trabajo nocturno en estas, el cual sería muy inseguro e incluso imposible sin la adecuada iluminación para la actividad realizada. La minería de cielo abierto se realiza en amplios espacios, los cuales van cambiando conforme avanza la producción, por ello es necesario el uso de torres de iluminación móviles. Una torre de iluminación es un equipo que se usa para iluminar lugares remotos donde no es posible el acceso a la corriente eléctrica. En la actualidad estos equipos son implementados mediante generadores de corriente eléctrica que funcionan gracias a la quema de combustible. En esta tesis se propone implementar un equipo de iluminación, que obtendrá energía a partir de un sistema fotovoltaico. Dado que es un equipo electrónico alimentado por energía renovable logrará reducir costos de operación y mantenimiento, así como reducirá la contaminación sonora y del medio ambiente. / Tesis

En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de energía a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado, razón por la cual se están tomando en cuenta otras fuentes de energía alternativas, tales como las fuentes de energía renovable, más concretamente la energía producida por aerogeneradores y celdas fotovoltaicas para complementar esta demanda. En los últimos años la energía eólica y solar ha experimentado un desarrollo tecnológico considerable y han incrementado su competitividad en términos económicos en relación con otras fuentes de energía. La fuerza del viento se aprovecha a través de aerogeneradores que generan energía eléctrica, para tener grandes potencias instaladas, estos se agrupan en los denominados “Parques eólicos”. Por otro lado, la energía fotovoltaica emplea la luz proveniente del sol a través de celdas fotovoltaicas para producir electricidad. En la actualidad, los países que conforman la Unión Europea lideran en cuanto a la explotación y uso de la energía eólica y solar, seguidos de China, Estados Unidos y Alemania. En América Latina, el país en donde más se está desarrollando estas fuentes renovables de energía es Brasil debido a la sólida infraestructura industrial y una adecuada red eléctrica, así como una creciente demanda energética. Los parques eólicos y los sistemas fotovoltaicos son instalados en lugares en donde se den las mejores condiciones de viento e irradiación solar y que además estén alejados de los sistemas eléctricos convencionales, que justifican los costos de instalación de estos sistemas. Por lo cual se hace necesario un previo análisis acerca de las condiciones meteorológicas más importantes, tales como la velocidad del viento y la irradiación solar. Esto permitirá tomar mejores decisiones acerca de una posible instalación de uno o ambos sistemas antes mencionados A partir del registro histórico de las variables meteorológicas se puede decidir posibles lugares de instalación, por tanto evitar pérdidas económicas por instalaciones de sistemas inadecuados debido a la falta de un análisis previo. / Tesis

El presente trabajo de tesis busca mostrar una forma de calefacción diferente llamada Calefacción por Suelo Radiante, que consiste en instalar tuberías de un material termoplástico, denominado PEX, en el interior del suelo; por estas tuberías circula agua caliente la cual eleva la temperatura del suelo y por ende de la habitación. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es diseñar un SUELO RADIANTE para poder mejorar la calidad de vida de las personas en el poblado de Langui. El “Suelo Radiante” será diseñado para el pueblo de Langui, ubicado en el departamento del Cuzco, a una altura de aproximadamente 4000msnm. La tesis ha sido estructurada en cuatro capítulos, en el primero, se describe la situación que hay en el poblado de Langui y los problemas que generan en la salud de las bajas temperaturas. En el segundo capítulo se muestra las diferentes formas de transferencia de calor involucradas en el diseño del sistema a instalar, tales como la conducción, convección y radiación; también se muestran algunas consideraciones para obtener el confort térmico, además se muestran las partes que constituyen el Suelo Radiante, sus distintas formas constructivas, ventajas y desventajas. En el tercer capítulo se muestra el procedimiento de diseño para poder calcular y seleccionar los distintos componentes que se encuentran en Suelo Radiante, basándonos de la Metodología enseñada en los cursos de Proyecto de Ingeniería Mecánica 1 y 2, para finalmente poder cotizar los elementos y conocer el precio real de la instalación (sin mano de obra, solo materiales y componentes) que son mostrados en el cuarto capítulo. Al final del trabajo realizado en la presente tesis se ha podido concluir que el sistema si funciona ya que se ha podido instalar y hacer algunas pruebas de funcionamiento en la zona, aunque si bien es cierto la construcción no estaba contemplada en la tesis pero se ha podido realizar, además que dicho sistema resulta amigable con el medio ambiente ya que no se emplea combustibles fósiles, si no, se emplean únicamente energías renovables. / Tesis

Este trabajo de tesis presenta la estructura de control de un sistema detector y compensador de fallas eléctricas de tipo corte abrupto de energía en una SmartGrid. Para la detección de la falla se ha implementado un algoritmo basado en la inyección y detección de una perturbación en la tensión de la carga. Para la compensación de la falla, el control realiza un cambio en la señal de referencia y pasa al modo desconectado de la red. Asimismo, se ha mejorado el control de frecuencia para el proceso de resincronización con la red eléctrica, una vez que ésta ha sido reestablecida. Finalmente, el inversor es reconectado a la red eléctrica y se pasa al modo conectado a la red, donde la referencia pasa a ser nuevamente la señal con perturbación. Como parte de este trabajo se han desarrollado artículos científicos, de los cuales 2 han sido aceptados en congresos internaciones (PEPQA, Colombia 2017 y CCE, México 2017) y se encuentran publicados en el IEEE Explorer. / Tesis

Tesis para optar al grado de Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / En la última licitación eléctrica nacional, la energía solar fotovoltaica registro precios record a nivel mundial alcanzando un promedio de 55 USD/MWh, lo que representa una baja de 60% con respecto a la licitación de 2013 y de 33% con respecto a 2015. Fuentes especializadas indican que estas bajas se explican en parte por una reducción en los márgenes esperados de los proyectos, si estos tradicionalmente fueron de 12% hoy estarían en torno al 4%. No cabe duda que las empresas que prestan servicios de mantención a Parques Solares Fotovoltaicos (PSF) tienen un gran desafío para crear valor en un ambiente competitivo y de bajas rentabilidades esperadas. Este mercado estará compuesto por 35 empresas que serán dueñas de 81 PSF con una potencia total de 2.800 MW y demandaran servicios por un monto de 30 MMUSD al año. Se propone en este trabajo una estrategia de ingreso al mercado de mantención de PSF de manera que una nueva empresa al cabo de cinco años obtenga rentabilidades de al menos 10% y ventas anuales superiores a 2 MMUSD. Los antecedentes estudiados permiten segmentar los clientes en cinco grupos bien definidos dependiendo de: el valor de los contratos, atractivo de la comuna en donde se instalan y la capacidad negociadora del cliente. Se seleccionan tres de estos cinco grupos de clientes, que representan aquellos que ofrecen contratos superiores a 1 MMUSD/Año, se encuentran al menos en comunas poco atractivas y tienen un alto poder negociador o bien ofrecen contratos del al menos 0,5 MMUSD/Año, se encuentran en comunas más atractivas y tienen un alto poder negociador. Una característica transversal de estos tres segmentos es requerir servicios especialistas a un bajo costo, de esta forma el ingreso de una nueva empresa se plantea sobre la base de una estrategia de diferenciación organizacional para alcanzar una alta eficiencia operacional y en tres etapas graduales y bien definidas convertirse en un especialista integral de la mantención de PSF. En la primera etapa el volumen de ventas debe cubrir los gastos administrativos y comenzar la especialización desde las tareas menos técnicas, así desde la limpieza de módulos, pasando a actividades de termografías y curvas de corriente y voltaje, se terminará con tareas especialistas de baja y media tensión. Con la estrategia planteada la creación de esta empresa requiere una inversión de 1 MMUSD y en una evaluación con horizonte de 5 años, considerando financiamiento directo de un inversionista con un costo de capital de 8% anual, el valor presente de los flujos futuros resulta ser 3 MMUSD, con esos mismos flujos resulta una tasa interna de retorno de 160%. A la luz de estos resultados se concluye que es técnica y económicamente factible la formación de esta nueva empresa y los resultados proyectados superan el objetivo de rentabilidad y volumen propuesto por el inversionista, siendo estos respectivamente de 15% y 11 MMUSD al año.

El sector de energía es uno de los más importantes para el desarrollo económico, social y cultural en pueblos originarios y zonas rurales a través de la educación de calidad y la generación de oportunidades de trabajo que brindan desarrollo económico. No obstante, también es uno de los entes responsables del calentamiento global debido a la gran cantidad de gases de efecto invernadero, que se producen en la generación de energía de manera convencional, es decir, de la quema de combustibles fósiles. Es así que nace la importancia de evaluar la viabilidad de la implementación de paneles solares en zonas rurales del departamento de Cusco para reducir el daño ambiental al consumir energía eléctrica limpia, además de asegurar la producción de electricidad necesaria para el desarrollo de la vida cotidiana, con diversos artefactos como un televisor, radio, interruptores y focos de luz. Entonces, como resultado del trabajo de investigación, se obtiene que el sistema fotovoltaico resulta competente tanto técnica como económicamente gracias a que brinda lo mínimo necesario en época de menor rendimiento que es durante el invierno, además de ser competitivo económicamente pues al tener una duración de vida de 20 años, el gasto que implica la compra e instalación del sistema se recupera a lo largo de su vida útil, ya que no es necesario el empleo de mano de obra especializada para su mantenimiento.