Este proyecto consiste en el diseño de un sistema híbrido Fotovoltaico-Biodigestor de 15 kW para generar energía eléctrica en el caserío Pósope. Como un prototipo de un sistema que pretende unir dos redes para poder producir energía eléctrica junto con los beneficios ambientales asociados, para su posterior aplicación en el caserío Pósope Bajo. Se seleccionó de la mejor opción tecnológica y de los principales componentes del sistema híbrido de acuerdo a las condiciones geográficas y meteorológicas de la zona. Se van a tratar aspectos como el diseño del sistema híbrido, que implica dimensionamiento de los paneles y del biodigestor; el tipo de panel, de baterías, reguladores como también el tipo material del biodigestor y la medida de las zanjas. Para determinar la viabilidad del proyecto se abordarán aspectos económicos y de rentabilidad como inversión necesaria. / Tesis

No autorizada por el autor a ser publicada a texto completo / El objetivo del presente trabajo es realizar un análisis técnico y económico de la instalación de centrales termo solares de tipo concentrador con torre central con el fin de conocer la factibilidad de introducir este tipo de tecnología en Chile. El Norte de Chile, en particular el desierto de Atacama, tiene el potencial de iniciar un desarrollo en la energía solar. Su condición de extrema radiación, precios elevados y volátiles de la energía y su crecimiento industrial hacen de esta región un objetivo estratégico para el desarrollo de la tecnología de concentración solar. La generación eléctrica de la zona, perteneciente al Sistema Interconectado del Norte Grande, es en su casi totalidad producida por centrales termo-eléctricas que requieren importar combustibles fósiles. En este trabajo se revisa el estado del arte del desarrollo de la tecnología de centrales concentradoras con torre, a partir del cual se identifica los sistemas más adecuados para su instalación en el desierto de Atacama y se muestran las ventajas y desventajas de cada tecnología existente hoy en día. Con el objeto de simular la operación, se construye una base de datos meteorológica del sitio de la subestación Crucero. A través del programa System Advisor Model, se simulan centrales de 9 y 50 MW con despachos uniformes, desplazados y de horas punta. Mediante los resultados de las simulaciones se generan los flujos de caja correspondientes para conocer la rentabilidad de cada central. Los resultados demuestran que para asegurar la rentabilidad de este tipo de proyecto, la mejor opción es una central de gran tamaño (50 MW en este caso) donde se prioriza el factor de planta, es decir lograr una generación uniforme durante las 24 horas del día. En el mejor de los escenarios, se obtiene un nivel de costo de energía (Levelized Cost of Energy) que rentabiliza el proyecto de 98 USD/MWh. Se concluye que esta tecnología tiene el potencial de instalarse en Chile, logrando una rentabilidad positiva, gracias a las condiciones económicas y geográficas de la región. Se propone a futuro realizar un estudio de operación más detallado y con más libertad de control de los parámetros.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente estudio tiene por objetivo cuantificar los efectos asociados a la operación en ciclaje de las unidades convencionales de generación dada la inminente inyección de energías renovables no convencionales (ERNC), en particular energía solar fotovoltaica (FV), en el sistema eléctrico chileno. Las herramientas de simulación de predespacho con representación detallada de los aportes de energía variable y restricciones técnicas de fuentes convencionales permiten estudiar el efecto en costos asociados a mantenimientos de la penetración de energía solar FV. Para esto se realizan simulaciones de operación a mínimo costo de corto plazo, unit commitment, del sistema eléctrico chileno, en representación uninodal, para diez escenarios distintos. Estos cubren situaciones previas a la interconexión (2015, 2018 y 2019), escenarios posteriores a la interconexión (2025 para dos planes de obra diferentes y cuatro escenarios de penetración solar) y un escenario 2025 sin interconexión. Para cada escenario propuesto se realizan cálculos asociados a la operación de las unidades térmicas de generación, en base a grupos de estudio, tales como: número de partidas, número de horas de operación, razón de ciclaje y seguimiento de carga. Luego se realiza un análisis de sensibilidad de la función de costo de manteniemiento, con el fin de entender la variabilidad en el número de horas de operación equivalente, los costos variables no combustibles (CVNC) y los costos asociados a mantenimiento. A lo largo del presente estudio se demuestra que la operación de las unidades de ciclo combinado y gas natural licuado (GNL) se hace cada vez más variable a medida que se inyecta energía solar FV en la matriz. Lo anterior se ve reflejado en el número de ciclos de encendido/apagado y seguimientos de carga realizado por las unidades, así como también en la disminución en su colocación de energía y número de horas de operación. Sin embargo, debido a la disminución en las horas de operación y energía generada de las unidades de ciclo combinado y GNL es que la cuantificación de este efecto no es directa. Se obtiene que los CVNC del grupo de estudio de unidades de ciclo combinado y GNL, constituido por 27 unidades que en conjunto alcanzan los 4.511 [MW] de potencia instalada, sufren un aumento de hasta 9 [USD/MWh] dependiendo del nivel de penetración FV y la función de costo de manteniemiento utilizada. Por otra parte, el análisis permite determinar que el aumento de los CVNC fluctúa entre los 0,05 y los 0,11 [USD/MWh] por cada 100 [MW] de energía solar FV agregados al parque generador. Asimismo, se demuestra que los costos asociados a mantenimiento del mismo grupo de estudio sufren un aumento superior a los 2.000.000 [USD] anuales dado el aumento en la frecuencia de los mantenimientos realizados por las unidades. Por último, se exponen recomendaciones estudiadas para mitigar los efectos asociados a la operación en ciclaje tales como la interconexión de sistemas, la presencia de energía hidroeléctrica en la matriz o la tecnología de concentración solar de potencia (CSP). De igual manera, como trabajo futuro se plantea el desafío de endogenizar la relación entre los costos de mantenimiento y la operación en ciclaje de las unidades térmicas de generación en el modelo de simulación.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente plan de negocios, ha sido elaborado como la venta de una solución energética para autoconsumo basada en tecnología solar, la cual será un complemento a la demanda eléctrica de clientes industriales, que deseen incorporar en sus procesos productivos conceptos de producción limpia, sustentable y renovable. Hoy día, existen cada vez más restricciones a los productos exportados. La creciente preocupación por consumir productos elaborados en un proceso controlado, sostenible en el tiempo y amigable con el medioambiente, es una de las nuevas exigencias. La incorporación de medios de generación de electricidad renovables como la energía solar se transforman en alternativas energéticas a evaluar e implementar. La posibilidad de producir bienes con un suministro de energía limpia, genera inmediatamente cambios en la imagen de la empresa y mejora la percepción de los clientes, junto con el beneficio económico de producir energía a un precio razonablemente estable en el tiempo. El actual déficit de generación eléctrica, la dependencia de combustibles fósiles y la tendencia al alza de los precios de la energía, están haciendo a la industria menos competitiva, por lo que soluciones fotovoltaicas para auto consumo se transforman en proyectos factibles de ser evaluados y construidos. Este plan de negocios en su estudio de mercado, identificó un segmento de empresas con vocación exportadora, a saber, frutas, alimentos, vinos, pisco, leche y aceite de oliva, entre otras, potencialmente interesadas en este tipo de soluciones. Otras industrias no fueron consideradas como las mineras, productoras de cerdos, aves, celulosa y acuícolas, debido a que empresas proveedoras, locales e internacionales, de soluciones solares de gran escala han iniciado gestiones y negociaciones con este sector. Una vez segmentado el mercado de empresas exportadoras por atributos de ubicación geográfica, volumen de exportaciones y ventas al extranjero, se obtuvo un número de 120 empresas clasificadas como grandes y grandes contribuyentes , compañías integrantes del segmento objetivo de este plan. La oferta de valor propuesta se fundamenta en los conceptos auto consumo de energía renovable y limpia, lo que brinda adicionalmente un cambio en la imagen de la compañía y un cambio en percepción de sus clientes, junto con una razonable estabilidad de precios debido a su baja variabilidad. Esta propuesta traspasa los atributos de sustentabilidad y producción limpia (propios de una planta fotovoltaica) a los procesos productivos, incorporando así un elemento diferenciador y una ventaja competitiva a la compañía que adquiera la solución energética. Este plan de negocios, se desarrolló con la metodología Canvas, poniendo énfasis en el análisis interno y del entorno. Se analizó el plan de operaciones, plan de adquisiciones, plan de financiero, plan de recursos humanos y el plan marketing. Los resultados generaron un programa de ventas para un horizonte de 5 años por la venta de una solución modular de 50 kWp escalable a 100 kWp. Para una participación de mercado del 33% del mercado objetivo, el VAN estimado fue de M$ 24.263 y una TIR de 17%. Finalmente, se concluye que existe factibilidad de incorporar la solución solar fotovoltaica para autoconsumo. El logro de este plan estará en captar la atención de los clientes industriales y seducir con la propuesta de valor concreta. En este sentido, el plan de marketing y el equipo de ventas son un factor crítico éxito de plan.

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

La adopción de fuentes de energía renovables avanza cada vez más rápido en todo el mundo porque permiten reducir el impacto ambiental y es una herramienta para intentar superar la crisis energética que sufren varios países. Los sistemas compuestos por elementos fotovoltaicos (FV) ofrecen ventajas muy atractivas, pero debido a la baja eficiencia en la conversión de la energía solar a eléctrica es imperativo contar con técnicas eficientes para aprovechar la potencia generada. En esta Tesis se estudia y propone una técnica de conversión de energía, denominada Arquitectura de Convertidores en Escalera (ACE) que permite maximizar la potencia extraída de varios elementos FV conectados en serie. El trabajo de esta Tesis se divide en dos partes: el estudio del dise˜no de la arquitectura para maximizar la potencia extra´ıda de cada elemento FV, y el desarrollo de una estrategia de control para la ACE. El diseño de los convertidores que componen a la arquitectura se enfoca en estudiar una metodología para seleccionar los componentes pasivos que conforman el filtro de entrada de un convertidor conmutado. El objetivo es determinar el filtro mínimo que permite una utilización eficiente de la energía disponible en un elemento FV. El análisis realizado se comprueba mediante ensayos de laboratorio. Si la ACE se construye a partir de celdas solares es posible eliminar los problemas que impactan la generación eléctrica en un panel solar, como en el caso del sombreado parcial. Por ejemplo, un panel solar que se encuentra parcialmente sombreado puede perder hasta el 33% de la potencia disponible, cuando una sola celda está completamente sombreada. El controlador propuesto es implementado en un procesador digital de señales en tiempo real. La estrategia desarrollada permite manipular el punto de operación de cada elemento FV en forma individual, para desplazar el sistema completo hacia el punto de máxima potencia. Mediante ensayos de laboratorio se comprobó el desempeño del controlador. La eficiencia del sistema completo utilizando el controlador se contrasta con la que se obtiene cuando sólo se utilizan diodos de derivación (esquema tradicional). / The adoption of renewable energy sources is increasing faster and faster around the world, because they reduce the environmental impact and is a tool to try to overcome the energy crisis that several countries suffer. The systems made up of photovoltaic (PV) elements offer very attractive advantages, but due to the low efficiency in the conversion of solar energy into electric energy it is imperative to have efficient techniques to harvest most of the generated power. In this thesis we study and propose an energy conversion technique, called Ladder Converters Architecture (LCA or ACE in spanish) that allows maximizing the power extracted from several FV elements connected in series. The work of this thesis is divided into two parts: the study of the architecture design to maximize the power extracted from each PV element, and the development of a control strategy for the LCA. The design of the converters that make up the architecture focuses on studying how to select the passive components that form the input filter of a switched converter. The objective is to determine the minimum filter that allows an efficient use of the available energy from a PV element. The former analysis is verified by laboratory experiments. If the LCA is built from solar cells it is possible to eliminate the problems that impact the electric generation in a solar panel, such as partial shading. A solar panel that is partially shaded, when a single cell is completely shaded for example, may lose up to 33% of the available power. The proposed controller is implemented on a digital signal processor in real time. The developed strategy allows manipulating the operating point of each PV element individually, to move the entire system to the point of maximum power. The perfor- mance of the controller was checked by laboratory experiments. The efficiency of the complete system using the controller is contrasted with that obtained when only bypass diodes (traditional scheme) are used.

Ingeniero Civil Eléctrico / En el marco de la pronta masificación del uso de energías renovables no convencionales en los sistemas eléctricos chilenos y en especial el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) y considerando además que en el sistema de evaluación ambiental (SEA) ya se encuentran más de 87 proyectos fotovoltaicos (FV) informados de los cuales 67 ya se encuentran en estado de aprobados con una potencia instalada total de 3287 [MW], resulta de suma importancia la realización de estudios dinámicos con el fin de analizar los efectos de la incorporación de este tipo de tecnología en la estabilidad del sistema. Este trabajo se enfoca en el estudio del desempeño de una estrategia de control de efecto nube (EN) en las centrales FV, con el fin de mitigar el efecto provocado por el paso de nubes. En particular y considerando la poca flexibilidad del SING, resulta de especial interés el estudio en el periodo de febrero, donde se manifiesta el fenómeno climático invierno boliviano en la zona del norte de chile con mayor intensidad. El presente trabajo se centra en analizar la estabilidad de frecuencia del SING proyectado al año 2020 frente a distintos niveles de penetración de energía FV. También se incorpora una estrategia de control (control de EN) en las plantas FV, vía conversor, con el fin de mitigar el efecto nube. Para incorporar el control de EN, fue necesario sectorizar cada central FV en 4 subcentrales FV más pequeñas con las mismas características internas. Además se realiza una incorporación de la operación deloaded o de reserva para cada central FV y por tanto para cada subcentral FV, con el objetivo de que entre las 4 subcentrales de cada central FV se brinden apoyo en potencia empleando sus respectivas reservas. Se realiza un estudio comparativo para los dos niveles de penetración FV mediante el software DigSILENT. Para lograr esto se modeló el sistema y cada uno de sus componentes, además de las centrales FV y el control mencionado anteriormente. En general, los resultados obtenidos muestran una mejora del desempeño del sistema al incorporar el control EN en los dos escenarios antes descritos. En particular para el escenario con menor penetración FV existe una mejora en la variabilidad de la frecuencia del sistema cercana a un 20% según los indicadores evaluados, en comparación para el caso con y sin control EN incorporado. Entre más baja sea la penetración FV, la mejora en frecuencia será mayor.

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