Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Por Shaheer M. Hussam. Presentado al Departamento de Ingeniería Mecánica. En Cumplimiento Parcial de los Requisitos para el Grado de Licenciatura en Ciencias en Ingeniería Mecánica. En el INSTITUTO DE TECNOLOGÍA DE MASSACHUSETTS. Febrero de 2004

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural INTRODUCCIÓN Se describió el diseño y la implementación de un sistema de energía eléctrica fotovoltaica. En el pueblo de Petit-Anse en la zona rural de Haití. El sistema proporciona 600W de potencia de CC para iluminación y refrigeración en una escuela y un centro de salud.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Descripción técnica:  El sistema proporciona electricidad durante todo el año.  La energía se deriva de cinco paneles solares de 120W.  Los paneles se colocarán planos en el techo del centro de salud.  El cableado se ejecutará en la escuela.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Resumen de la comunidad:  Se encuentran en el pequeño pueblo pesquero de Petit-Anse cerca de la ciudad norteña de Cap- Haitien.  La pesca es la principal fuente de comercio en Petit-Anse.  Uno de los problemas en el área se debe a la erosión del suelo causada por la extensa deforestación en Haití.

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 Resumen del cliente: El cliente es Friends of Petit-Anse. La organización fundó una escuela para jóvenes en el pueblo. También ha establecido una cooperativa de pescadores dirigida por los aldeanos. También ha construido un edificio.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural FIG 1.2a De izquierda a derecha, el complejo de la iglesia, la escuela y el centro de salud de Petit-Anse

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural (c) Foto del interior del centro de salud y varios miembros de la cooperativa de pescadores FPA. FIG 1.2b, c (b) Fotos del exterior del edificio y estudiantes.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Nuestra participación: El proyecto se eligió después de un viaje en 2002 a Haití a través del curso MIT. "The Haiti Class“. El curso se expandió: BRASIL e INDIA. Con el nombre, “Development Lab”. Durante el viaje, se hicieron fotografías y diagramas de la escuela / centro de salud.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural FIG 1.3a Vista posterior del centro de salud. FIG 1.3b Techo del centro de salud, donde se ubicarán los paneles fotovoltaicos

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural FIG 1.4 Diseño del sitio. La vista superior es una sobrecarga de la escuela (a la izquierda) y lacentro de salud. La vista inferior es un perfil.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  COMPONENTES DEL SISTEMA:  Aplicaciones de uso final: Iluminacion. Refrigeración.  Paneles solares.  Baterias.  Controlador de carga.  Equipos de balance de sistema (bos).

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Aplicaciones de uso final: Iluminación. El sistema fue diseñado para seis bombillas fluorescentes de 40W y cuatro bombillas incandescentes de 60W.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Refrigeración. La nevera utiliza una entrada de 12 V CC y consume 36 watts continuos.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Paneles solares: Cada panel mide 28.3 libras y tiene un volumen de 57.3 "x 28.8" x 1.97”. 72 celdas de silicio multicristalinas. Los paneles multicristalinos generalmente funcionan con una eficiencia de aproximadamente 13% -15%.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Controlador De Carga: optimizar el uso de energía de la batería para el sistema. evitan que el conjunto de baterías se sobrecargue. Este sistema está a 35.7 amperios, por lo que veremos un sistema de 35amperios. Trace C35 de Xantrex Technology.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Baterías: baterías de ciclo profundo (plomo-ácido) en el rango de 100 a 300 amperios-hora. dos baterías de 225 V en paralelo.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Equipos De Balance De Sistema (BOS): El equipo de Balance de sistema (BOS) integra los componentes estructurales y eléctricos del sistema con el sitio de campo.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  DISEÑO DE SISTEMAS: Evaluación de las necesidades del cliente. Diseño / dimensionamiento del sistema. Integración del sistema.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Requisitos del cliente: A cambio, el cliente aceptó ofrecer un amplio apoyo logístico durante las visitas iniciales y planificadas.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Las limitaciones del proyecto: Dado que el sitio estaba ubicado fuera de la red, para minimizar el costo y la ineficiencia, el sistema fue diseñado como un sistema de CC. Aunque un sistema de CA hubiera permitido la conectividad a la red y una mayor variedad de aplicaciones de uso final, habría requerido un inversor de CC / CA, aumentando la ineficiencia de la energía y los costos de adquisición / transporte de componentes.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Cálculo de carga: El cálculo de la carga se realizó en dos iteraciones. La primera iteración fue una estimación aproximada de la carga para determinar el amperaje de PV mínimo necesario para completar el proyecto, de modo que se pudieran buscar donaciones de paneles de PV. La segunda iteración fue un cálculo más detallado realizado después de que los paneles habían sido adquiridos y probados. Dados los supuestos de un sistema de bajo costo y de CC, el objetivo inicial era determinar las cargas en el sistema. El primer elemento de carga fue la refrigeración, y el segundo elemento fue la iluminación del edificio. Para el componente de refrigeración, una encuesta de productos sugirió que se podría comprar un componente de CC de 50W.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Tamaño de la matriz fotovoltaica: Se solicitó un panel de 600W y se obtuvo de BP Solar. Esto cumplió adecuadamente con las estimaciones iniciales y finales de las amp-horas del sistema requeridas. El amperaje óptimo de los paneles BP 120S fue de 7.1 amperios, suficiente para satisfacer la necesidad general del sistema.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Conjunto de baterías. El tamaño de la batería se basó en un valor total requerido de amp-hrs / día necesario. Según los comentarios de los clientes, asignamos que los días máximos "sin sol / tiempo nublado" a dos días (48 horas). Al tomar en cuenta el 20% de la reserva de descarga profunda, calculamos el tamaño óptimo de la batería en amperios / día. (Asumimos que la temperatura de la batería se mantendría relativamente constante en el clima del norte de Haití, por lo que el multiplicador de temperatura óptimo se dejó en 1.0). Cada batería tenía un tamaño de 225 amperios-hora, lo que requiere una matriz de dos baterías.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Balance del sistema (BOS) Diseño: Montajes de panel. Cableado. Alojamiento del equipo.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Soportes de panel: Los paneles fotovoltaicos se diseñaron para colocarse planos en el techo del centro de salud, por lo que el panel se monta de forma relativamente sencilla. No se anticipó que los paneles estarán sujetos a alta cargas de viento, ya que los paneles serán planos y la costa norte de Haití no se considera un área de alto riesgo de huracanes.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Alambrado: La longitud total del cableado de ida y vuelta se aproximó a 100 pies. Luego se determinó que el cableado de cobre óptimo estaba en un calibre 0 basado en una tabla de cableado del conjunto fotovoltaico del Alianza Redwood. Dado que la ubicación de los componentes se determinará finalmente en el sitio, la longitud total del cableado puede cambiar.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Equipo de Vivienda: El controlador de carga y las baterías deben almacenarse de forma segura y en condiciones de funcionamiento adecuadas. Además, la carcasa se puede utilizar para almacenar herramientas, manuales y componentes de reemplazo para el sistema.

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IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA En esta sección describiremos el plan de implementación del proyecto. Discutiremos el desarrollo del equipo, la adquisición de componentes, la planificación presupuestaria y la planificación de itinerarios. Varias fases de la implementación del proyecto se aplazaron hasta una fecha posterior.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Financiamiento: Las principales subvenciones para ambas fases de trabajo se obtuvieron del Fondo de Excelencia en Educación del '51 / '55. En el primer año, se recibieron $ 13,000 que se destinaron al desarrollo de clases y finanzas para el trabajo inicial de exploración en enero de 2003.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Para la fase de implementación del proyecto, El Fondo de Excelencia en Educación de la Clase de los 51/55 donó $ 7,000. Los fondos para cubrir los costos de transporte del panel fotovoltaico de Virginia a Massachusetts se subvencionaron mediante el subsidio para tesis de grado superior del Departamento de Ingeniería Mecánica. El financiamiento para varios componentes provino de Ed Moriarty del Edgerton Center.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Costos del sistema: Las estimaciones de costos se desglosaron en costos de sistema y costos de campo por persona. Tenemos en cuenta que los paneles fotovoltaicos y el frigorífico fueron donados o adquiridos fuera del presupuesto. La mano de obra fue voluntaria de los estudiantes del MIT o de la FPA.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural En la siguiente tabla vemos un resumen de los costos estimados del sistema:

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural Costos de campo: El viaje planificado es de 9 días. A continuación vemos los costos de campo estimados por

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Adquisición y envío de componentes Hasta ahora se han obtenido los paneles fotovoltaicos y coolbox. Anticipamos la compra de las baterías, la iluminación y el alojamiento en el sitio en Puerto Príncipe y Cap-Haitien. El controlador de carga, el cableado y las herramientas se comprarán en MIT. El principal desafío al transportar los componentes es enviar los cinco paneles.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural El envío a través de American Airlines a Port-au- Prince, aunque no está permitido durante las vacaciones de invierno. Se anticipa que los paneles serán conducidos hasta Cap-Haitien a través de un camión alquilado.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Desarrollo del equipo: El equipo original del proyecto Petit-Anse estaba compuesto por cuatro miembros. Explorando el área y trabajando en la concepción inicial del proyecto. Ninguno del equipo original, excepto que el autor tenía programado viajar a Petit-Anse durante el PIA, por lo que se formó un nuevo equipo de Petit-Anse en el Laboratorio de Desarrollo de otoño de 2003.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Itinerario de viaje: La visita de campo actual está programada para realizarse durante las vacaciones de primavera del MIT. El itinerario sigue un programa similar al del viaje original, lo que minimiza el tiempo empleado en Puerto Príncipe y maximiza el trabajo en el lugar. La mayoría de los miembros del equipo serán estudiantes del MIT, trabajarán exclusivamente durante las vacaciones de primavera del MIT Nuestros socios de FPA en Cap-Haitien y Petit-Anse proporcionarán alojamiento y comida una vez más.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Trabajo por delante y observaciones finales: Las tareas principales por delante : obtener el controlador de carga y construir a un equipo de proyecto. Las tareas secundarias : escribir un manual de instalación detallar el presupuesto y finalizar los asuntos logísticos con nuestros contactos en el sitio.

Diseño e Implementación de un Sistema de energía solar en Haití rural  Finalmente, un proyecto fotovoltaico simple como el que se desarrolla aquí es ciertamente replicable en una variedad de escenarios en todo el mundo.  Si la electrificación rural basada en energía fotovoltaica se moviera más allá de los proyectos piloto y se convirtiera en un lugar común, el sistema de CC de bajo costo descrito aquí sería un modelo básico.

GRACIAS