La realización del presente proyecto de tesis tiene como objetivo principal la investigación de una alternativa sostenible y limpia a la generación de energía eléctrica y térmica mediante el diseño de un sistema fotovoltaico y termo solar en una edificación en la ciudad de Ayacucho. Se compilaron principios teóricos importantes como el aprovechamiento de la radiación solar y los componentes de ambos sistemas, así como también la problemática y las justificaciones meteorológica, eléctrica, económica, ambiental, social y legal. Se midió la energía eléctrica en el mes de agosto del 2023 (12,190.00 Wh), cuyas tomas fueron realizadas con el medidor electrónico de cada piso, y la potencia activa (3,622.05 W), midiendo la corriente y la tensión de cada piso con un instrumento (multímetro), asimismo, se estimó el volumen de ACS para la edificación multifamiliar es 420 L y el porcentaje de uso de acuerdo a la estación y el mes de cada año. Se diseñó el sistema fotovoltaico para cubrir completamente la demanda de energía eléctrica de la edificación, obteniendo como resultado un conjunto de 8 paneles monocristalinos de 500 Wp, 5 baterías de litio de 3,5 kWh cada una, 01 controlador de MPPT de 250 V y 01 inversor cargador de 5200 W. Asimismo, se calculó el calibre del cableado eléctrico para cada tramo según la intensidad de corriente. En el cuarto capítulo se diseñó el sistema térmico solar para abastecer la demanda de ACS, obteniéndose una necesidad de 17 tubos solares Heat Pipe por cada terma solar (4 en total) y un tanque térmico de almacenamiento de 1.60 m de largo y 0.25 m de diámetro por terma. Se determinó la reducción anual de la huella de carbono para cada sistema: 980.15 kg CO2 eq. al implementar el sistema fotovoltaico y 1,490.0 kg CO2 eq. al implementar el sistema térmico solar. Finalmente, se determinaron los costos netos de la implementación de ambos sistemas, el costo estandarizado de generación (LCoE) y el análisis de viabilidad y sostenibilidad mediante los indicadores VAN y TIR, se obtuvieron cálculos que justifican la inversión económica para la implementación de ambos sistemas y un costo de generación eléctrica y térmica más económico y competitivo con respecto al costo de acceso al servicio de la red pública.

Los sistemas de monitoreo son una forma de evaluar el estado de las variables que resultan de interés para realizar luego un análisis o estudio correspondiente. En ese sentido, la monitorización de sistemas fotovoltaicos (FV) se ha convertido en un proceso necesario para asegurar el correcto funcionamiento de estos sistemas. Para ello, se utilizan sistemas de adquisición de datos (DAQ), los cuales permiten adquirir variables de interés. Así, resulta útil conocer tanto los parámetros eléctricos como meteorológicos que en conjunto permiten analizar el desempeño de sistemas fotovoltaicos. Como trabajo previo, se han realizado instalaciones fotovoltaicas en distintas regiones del Perú y, junto con ellas, se han instalado sistemas de monitoreo que adquieren parámetros meteorológicos de primer orden (irradiancia y temperatura del módulo FV) que afectan a la productividad de los sistemas fotovoltaicos conectados a red (SFCR). Los datos obtenidos de los DAQ son importantes para analizar el comportamiento energético de los sistemas fotovoltaicos y las anomalías que puedan generarse. Asimismo, para que estos sistemas se puedan analizar y caracterizar de manera completa, es necesario monitorizar también las variables eléctricas tanto en corriente continua (DC) como en alterna (AC). La presente tesis propone el diseño y la implementación de un sistema que adquiera parámetros eléctricos en DC y AC, y que cumpla con el estándar IEC 61724-1:2021, el cual provee requerimientos para el monitoreo y diseño de SFCR. Se tiene proyectado que el sistema opere en los diferentes climas de cinco regiones del Perú (Lima, Arequipa, Tacna, Puno y Amazonas) en conjunto con el sistema de adquisición de parámetros meteorológicos desarrollado en un trabajo previo. Los datos del nuevo sistema se monitorearán de manera continua en tiempo real y las variables serán registradas tanto de manera local en un computador así como en una plataforma en la nube que cumple con el concepto de Internet de las Cosas (IoT). El objetivo deseado es que el sistema mida correctamente de acuerdo con la normativa seguida para que pueda ser empleado en el monitoreo de diferentes sistemas fotovoltaicos conectados a red.

En los últimos años el gobierno peruano ha recurrido al uso de la radiación solar para la generación de energía eléctrica en zonas de difíciles accesos, una de estas zonas se ubica en el Sur del país, específicamente en Las Islas flotantes de los Uros, debido a que su ubicación hace inviable el uso de torres de altas tensión para la electrificación urbana. El sur del país constituye una de las zonas con mayor potencial fotovoltaico de Sudamérica; sin embargo, la estructura de los paneles fotovoltaicos implementados en esta zona son estructuras no móviles, por lo cual no se aprovecha todo el potencial fotovoltaico, es decir, no se aprovecha la generación de energía en todas las horas solares. Por tal motivo, el presente documento realiza la investigación para el desarrollo del diseño conceptual de un seguidor solar de dos ejes de libertad para paneles fotovoltaicos auto configurable, esta última caracteriza, es debido a que el estudio responde a las poblaciones de localidades aisladas o de difícil acceso; en donde es inviable el acceso de personal que brinde algún tipo de configuración inicial. En primer lugar, se realiza el estudio del estado del arte de las tecnologías; en donde, se investiga productos comerciales, patentes y artículos relacionados al tema; así también, se describe los componentes de un sistema fotovoltaico y los tipos de seguidores solares, posteriormente, se conceptualiza diseños de solución tomando como referencia la norma alemana para el diseño de equipos mecatrónicos VDI 2206. Finalmente, en base a un análisis técnico – económico, se escoge y desarrolla la opción más viable; obteniéndose el diseño conceptual de un seguidor solar que, a través de dos ejes de movimiento angular, acimut y altitud, permite el movimiento total de la orientación de los paneles fotovoltaicos para que estos puedan recibir los rayos solares en un ángulo perpendicular. Además, el sistema cuenta con un algoritmo que permite iniciar el sistema sin la necesidad de una configuración inicial. Logrando así, asegurar el aprovechamiento del nivel de radiación incidente en los paneles fotovoltaicos en todas las horas solares y, por ende, asegurar la máxima captación de energía solar.

A crucial aspect of evaluating and maintaining a photovoltaic (PV) installation connected to the grid is the availability of models that describe its operation reliably in real operating conditions. The nominal power of the PV generator (P*M) is considered an essential input parameter, and several models have been proposed to estimate P*M for characterizing the PV system. In the case of PV generators in outdoor conditions, the American Society for Testing and Materials, the International Electrotechnical Commission, and others have proposed procedures to determine the P*M of the generator. As part of these procedures, monitoring days with ideal conditions is mandatory, notably days with a clear sky, high irradiance values, and low wind speeds. Such restrictions can limit the number of suitable monitoring days, especially in places where clouds frequently form. This thesis proposes a new approach that allows estimating the P*M with data even from non-ideal, partially cloudy days. Based on non-parametric statistics, this procedure identifies and filters out noise as well as deviations from ideal conditions of irradiance, allowing for an estimation of P*M with similar accuracy as for a clear-sky day. This new procedure enables the characterization of a PV generator on a daily basis without the requirement to meet ideal conditions, thus, considerably enhancing the number of suitable monitoring days. To overcome the limitation in the P*M estimation and considerably extend the number of monitoring days, the new procedure can be applied to ideal and non-ideal conditions, such as partially cloudy days. This procedure determines the most probable nominal power value within one monitoring day using non-parametric statistics. In order to test the new procedure, a 109.44 kW photovoltaic plant in Granada, Spain, was monitored for six months. A referential procedure reported in the literature for large PV plants under ideal climatic conditions is first applied to estimate its nominal power. The results indicate that the nominal power can be estimated reliably in non-ideal conditions, maintaining the same precision as in ideal conditions. Then validating the procedure for a smaller PV generator and under different conditions, two small grid-connected 1.5 kW PV arrays were used. The PV systems in question are located in two different cities in Peru: Chachapoyas (tropical highland) and Lima (coastal desert). The objective of this study in Chachapoyas was to validate the methodology in a tropical climate with a high presence of clouds but at the same time with high irradiance values above 800 W/m2. According to the results obtained, under these conditions, the nominal power of the system can be calculated with reasonable certainty. As a precaution, monitoring for more than one day is recommended to obtain more data (at least 3 hours with high irradiance) to reduce uncertainties. Lima, Peru's second location under study, has a particular climate. Since the capital is located in a desert with high relative humidity values, dust deposition increases and power output decreases due to these conditions. For this purpose, the nominal power was used as a parameter to determine the maintenance schedule. Since keeping the system in optimal performance, considering this in future installations for operation and maintenance costs, is essential. The new procedure developed in this work can be applied to facilitate technical due diligence and quality control processes for PV generators of different sizes and under different operating conditions that are being re-purchased or have been recently installed. The possibility of daily monitoring of the P*M also enables long-term monitoring of a PV generator to ensure the correct operation or identify possible degradation effects / Un aspecto crucial a la hora de evaluar y mantener una instalacion fotovoltaica (FV) conectada a la red es la disponibilidad de modelos que describan su funcionamiento de forma fiable en condiciones reales de funcionamiento. La potencia nominal del generador fotovoltaico (P*M ) se considera un parametro de entrada esencial y se han propuesto varios modelos para estimar P*M para caracterizar el sistema fotovoltaico. En el caso de generadores fotovoltaicos en condiciones exteriores, la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (abreviatura del ingles ASTM), la Comision Electrotecnica Internacional (abreviatura del ingles IEC) y otros han propuesto procedimientos para determinar la P*M del generador. Como parte de estos procedimientos, es obligatorio monitorear los dias con condiciones ideales, en particular los dias con cielo despejado, valores de irradiancia altos y velocidades de viento bajas. Tales restricciones pueden limitar la cantidad de dias de monitoreo adecuados, especialmente en lugares donde se forman nubes con frecuencia. Esta tesis propone un nuevo enfoque que permite estimar la P*M con datos incluso de dias parcialmente nublados no ideales. Basado en estadistica no parametricas, este procedimiento identifica y filtra el ruido, asi como las desviaciones de las condiciones ideales de irradiancia, lo que permite una estimacion de P*M con una precision similar a la de un dia de cielo despejado. Este nuevo procedimiento permite la caracterizacion diaria de un generador fotovoltaico sin el requisito de cumplir con las condiciones ideales, lo que aumenta considerablemente el numero de dias de monitoreo adecuados. Para superar la limitacion en la estimacion de P*M y extender considerablemente el numero de dias de monitoreo, el nuevo procedimiento se puede aplicar a condiciones ideales y no ideales, como dias parcialmente nublados. Este procedimiento determina el valor de potencia nominal mas probable dentro de un dia de monitoreo utilizando estadisticas no parametricas. Para probar el nuevo procedimiento, se monitorizo durante seis meses una planta fotovoltaica de 109,44 kW en Granada, Espana. Primero se aplica un procedimiento referencial reportado en la literatura para grandes plantas fotovoltaicas en condiciones climaticas ideales para estimar su potencia nominal. Los resultados indican que la potencia nominal se puede estimar de forma fiable en condiciones no ideales, manteniendo la misma precision que en condiciones ideales. Luego, para validar el procedimiento para un generador fotovoltaico mas pequeno y en diferentes condiciones, se utilizaron dos pequenos generador fotovoltaicos de 1,5 kW conectados a la red. Los sistemas fotovoltaicos en cuestion estan ubicados en dos ciudades diferentes de Peru: Chachapoyas (altiplano tropical) y Lima (desierto costero). El objetivo de este estudio en Chachapoyas fue validar la metodologia en un clima tropical con alta presencia de nubes pero al mismo tiempo con altos valores de irradiancia por encima de 800 W/m2. De acuerdo con los resultados obtenidos, en estas condiciones se puede calcular con razonable certeza la potencia nominal del sistema. Como precaucion, se recomienda monitorear durante mas de un dia para obtener mas datos (al menos 3 horas con alta irradiacion) para reducir las incertidumbres. Lima, la segunda localidad del Peru bajo estudio, tiene un clima particular. Dado que la capital esta ubicada en un desierto con altos valores de humedad relativa, la deposicion de polvo aumenta y la produccion de energia disminuye debido a estas condiciones. Para ello, se utilizo la potencia nominal como parametro para determinar el programa de mantenimiento. Ya que mantener el VI sistema en un desempeno optimo, considerando esto en futuras instalaciones para costos de operacion y mantenimiento, es fundamental. El nuevo procedimiento desarrollado en este trabajo se puede aplicar para facilitar los procesos de diligencia debida tecnica y control de calidad para generadores fotovoltaicos de diferentes tamaños y en diferentes condiciones de funcionamiento que se están recomprando o que se han instalado recientemente. La posibilidad de monitorear diariamente la P*M también permite monitorear a largo plazo un generador fotovoltaico para asegurar el correcto funcionamiento o identificar posibles efectos de degradación.

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.

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.

Actualmente es más frecuente el empleo de energía eléctrica a partir de fuentes renovables interactuando en paralelo o de manera aislada de la red eléctrica pública, especialmente orientados a suplir la energía eléctrica convencional, tanto cuando esta falla y no está disponible, o para zonas aisladas. En este contexto, las micro redes eléctricas surgen como medio para la utilización de energías renovables a niveles de potencia bajas y medias, donde la energía es generada empleando diversos tipos de recursos renovables para luego ser entregada a un conjunto de cargas propias y, además es posible que entreguen energía a la red pública, convirtiéndose en sistemas bidireccionales. El objetivo principal de este trabajo de tesis es el análisis de factibilidad para proponer el diseño de una micro red conformada por paneles solares o turbinas eólicas para el sistema de iluminación de la torre A del edificio McGregor, esperando que sirva como guía para trabajos futuros relacionados al diseño de micro redes y al diseño de sistemas que funcionen con energías renovables, especialmente en edificios en Lima. Aquí se desarrollará el diseño de los distintos componentes que conforman una micro red, el análisis técnico y económico de la factibilidad para determinar la conveniencia de utilizar energía solar y eólica o sólo una de estas. Para estos fines, primero se realizará la determinación de la carga que conforma el sistema de iluminación y las características físicas de la torre A del edificio McGregor. Finalmente, se realizará una simulación del sistema (micro red y cargas de iluminación) mediante un software para verificar que su funcionamiento es el esperado. Las conclusiones del estudio estarán complementadas con un análisis económico para determinar la factibilidad de su implementación en la torre A del edificio McGregor.

En el presente trabajo de tesis se diseñó e implementó un sistema de monitoreo de adquisición y registro de los parámetros eléctricos y atmosféricos para el control de desempeño de una micro-red eléctrica híbrida. Se propone un sistema que cumpla con los estándares, como la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC por sus siglas en Inglés), que sea de bajo costo, debido a que su diseño cumple únicamente con lo estrictamente necesario para la adquisición de datos, para el tamaño de la micro-red eléctrica formada por paneles fotovoltaicos y turbinas eólicas de 12KW de potencia total, que se encuentra instalada en una zona costera de Lima, alejada del sistema eléctrico nacional y que provee de energía eléctrica a la población de la zona. En este documento se detalla el estudio realizado de las tecnologías existentes correspondientes al monitoreo de micro-redes eléctricas y el diseño del sistema. Concluyendo con su implementación y verificación de los resultados obtenidos mediante este sistema.

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.

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