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Manual de Capacitacion Sistemas Fotovoltaicos

Green Empowerment International Technology

Development Group

Junio 2005Cajamarca, Peru

Green Empowerment-ITDG Manual de Capacitaciones Sistemas Fotovoltaicas

Indice de Materias

1.0 Introducción ----------------------------------------------------------------------------------4

1.1 Resumen de componentes-----------------------------------------------------------------5

2.0 Cómo funciona un panel solar----------------------------------------------------------6

3.0 Términos básicos de energía----------------------------------------------------------- 7

3.1 La diferencia entre CC y CA ------ -- -----------------------------------------------------7

3.2 Electricidad generada por un panel solar ----------------------------------------------8

3.3 Vatios contra vatio horas--------------------------------------------------------------------9

4.0 El sol como un recurso------------------------------------------------------------------10

4.1 Horas de sol perfecto-----------------------------------------------------------------------10

4.2 Orientación------------------------------------------------------------------------------------13

5.0 Cómo funcionan los paneles solares ----------------------------------------------14

5.1 IV Curvas--------------------------------------------------------------------------------------15

5.2 Cambios en curvas IV ---------------------------------------------------------------------16

6.0 Regulador de carga ----------------------------------------------------------------------17

7.0 El Cableado----------------------------------------------------------------------------------18

7.1 Terminaciones-------------------------------------------------------------------------------18

7.2 Tamaño de cableado----------------------------------------------------------------------19

8.0 Baterías---------------------------------------------------------------------------------------22

8.1 Tipos de baterías----------------------------------------------------------------------------23

8.2 Profundidad de descarga------------------------------------------------------------------24

8.3 Estado de carga -----------------------------------------------------------------------------24

8.4 Seguridad de baterías ---------------------------------------------------------------------25

9.0 Inversores- ----------------------------------------------------------------------------------26

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Green Empowerment y ITDG Sistemas Fotovoltaicas, Manual de instrucción – Indice de materías

10.0 Diseñar un sistema de energía fotovoltaica-------------------------------------27

10.1 Calcular el consumo total de energía por vatio horas al día -----------------28

10.2 Efi ciencia de un sistema de energía fotovoltaica ---------------------------------29

10.3 Cómo medir el tamaño del panel solar ----------------------------------------------30

10.4 Cómo medir el tamaño de las baterías ----------------------------------------------31

11.0 Instalación del sistema----- -----------------------------------------------------------38

11.1 Circuitos en serie y paralelo ------------------------------------------------------------38

11.2 Instalación del panel solar---------- ----------------------------------------------------38

11.3 Instalación del regulador----- ----------------------------------------------------------41

11.4 Instalación del banco de baterías -----------------------------------------------------42

11.5 Instalación del alambre-------------------------------------------------------------------42

11.6 Instalación del interruptor----------------------------------------------------------------43

11.7 Conexiones de carga -------------------------------------------------------------------43

12.0 Gestión de carga ------------------------------------------------------------------------44

13.0 Investigación de averías---------------------------------------------------------------47

13.1 Conexiones del cableado ---------------------------------------------------------------48

13.2 Batería----------------------------------------------------------------------------------------48

13.3 Panel solar-----------------------------------------------------------------------------------49

13.4 Cómo comprobar los terminales de carga ------------------------------------------49

14.0 Sobre nosotros ---------------------------------------------------------------------------50

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1.0 Introduction

Este libro se ha hecho en forma de manual para usarlo en la enseñanza sobre el diseño, la instalación y el mantenimiento de sistemas fotovoltaicos (paneles solares). Este libro no fue diseñado para que una persona pueda utilizarlo sin ayuda externa. Es más bien un manual que puede ser usado como apoyo en la instrucción de personas que instalarán y usarán el sistema. Además, el propósito de este manual no es el de introducirse a fondo en todos los detalles de los sistemas fotovoltaicos, sino más bien el de suministrar el estudiante a la información práctica sufi ciente para que el o ella pueda terminar el curso de instrucción con los conocimientos sufi cientes para poder localizar y reparar daños y mantener un sistema fotovoltaico. Finalmente, es nuestra esperanza que este manual sea un recurso útil de información en el futuro cuando se necesita a los estudiantes para el mantenimiento, la localización de daños, el diseño o la instalación de un sistema.

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1.1 Resumen de Componentes

A. El panel solar – transforma luz solar en electricidad.

B. El banco de baterías – acumula electricidad.

C. El regulador de carga – maneja el fl ujo de electricidad entre la batería del panel solar y la carga.

D. El inversor – transforma corriente contínua del panel solar y de la batería en corriente alterna. Los inversores no se utilizan siempre. Cuando se utilizan, pueden ser combinados con el mismo aparato al regulador de carga.

E. La carga – se usa para electricidad, por ejemplo para luces, luces LED, computadoras, radios.

F. Los cables – conectan los otros varios componentes.

(A)

(B)

(C)

(C) (D)

(E)

(F)

(A)

(B)

(F)

(E)

(E)

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2.0 Cómo funciona un panel solar

Un panel solar genera electricidad únicamente cuando hay sol. La fi gura abajo muestra que cuando hay sol, el panel solar capta la energía del sol y la transforma en electricidad, así encendiendo la luz. Cuando no hay sol, el panel no genera electricidad y no hay luz. Este es el sistema de panel solar más simple. En fi gura 3 la luz funcionará únicamente si hay sufi ciente sol para que el panel solar puede generar sufi ciente electricidad.

This is the most simplistic type of solar panel system. In Fig. 3, the light will only work when there is enough sun for the solar panel to produce electricity.

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3.1 La diferencia entre CC y CA

Existen dos tipos de corriente: corriente contínua (CC) (DC en inglés) y corriente alterna (CA) (AC en ingles). La corriente alterna es la más utilizada en los hogares conectados a la red para utilizar aparatos como radios, televisores, refrigeradoras y focos.

La corriente contínua se usa generalmente en casas que no están conectadas a la red y que funcionan solo con baterías.

Un panel solar produce corriente contínua y la batería acumula corriente contínua. La fi gura 4a muestra el diagrama de corriente contínua donde el corriente no cambia. Un generador (tal como uno que funciona por petróleo o por turbina de agua) produce corriente alterna. La corriente alterna se prende y se apaga 60 veces por segundo.

(a) Corriente contínua (b) Corriente alterna (WWF - Energy & Galapagos)

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Una carga es un aparato eléctrico que consuma energía. Por ejemplo si un foco está prendido es una carga porque consuma electricidad por el cable eléctrico a lo cual está conectado.

Figura 4. Electricidad CA

La corriente es el fl ujo de electricidad por un cable.

3.0 Terminos basicos de energia


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3.2 Electricidad generada por un panel solar

Energía = Corriente * Voltaje = Vatios

La energía se mide en vatios

El voltaje se mide en voltios

La corriente se mide en amperios

Cada panel solar tiene una capacidad específi ca de generar corriente. La energía que puede generar cada panel está determinada por el voltaje y la corriente que el panel solar puede producir. Utilizando la ecuación descrita abajo podemos calcular la energía que cualquier generador de corriente puede producir o consumir. Si un panel solar genera 3 amperios de corriente a 12 voltios, el panel solar entonces puede generar 36 vatios de energía total.

3 Amperios x 12 voltios = 36 vatios

(corriente) (voltaje) (energía)

Por lo tanto, si se tienen 2 paneles que generan 3 amperios a 12 voltios, la energía total generada es de 72 vatios.

3 Amperios x 12 voltios = 36 vatios x 2 paneles = 72 vatios

Si el panel está mas grande y genera 6 amperios a 12 voltios, la energía total generada es de 72 vatios.

6 Amperios x 12 voltios = 72 vatios

Cada panel solar tiene una producción máxima de corriente. La cantidad de corriente que un panel solar puede producir en cualquier momento depende de la cantidad de luz solar presente en aquel momento y varios otros factores que serán explicados más adelante en este manual.


Un vatio es una cantidad de po-tencia que un panel solar produce-ria o una bombilla consume. bulb consumes.

3.3 Vatios contra Vatio-horas

Vatio-hora es la cantidad de energía que un panel solar puede producir en un determinado tiempo. Un foca de 60 vatios consume por lo tanto 60 vatio-horas, si se mantiene prendido una hora.

Vatio horas= Vatiost X # de horas

Potenica= Vatios Energia= Watt-Hours

Por ejemplo, un foco de 13 vatios necesita energía de 13 vatios para encenderse. Si un foco de 13 vatios se mantiene prendido por 3 horas, consume energía de 13 vatios x 3 horas o 39 vatio horas.

13 vatios x 3 horas = 39 vatio horas

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4.1 Horas Punta Sol (PSH)

Figure 5. Diagram of Peak Sun Hours (PSH).

(www.homepower.com)

Es muy importante saber como actúa el sol al diseñar un sistema fotovoltaico. Esta sec-ción explica conceptos básicos de cómo actúa el sol y como se mide la potencia del mis-mo en diferentes localidades.

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Peak Sun Hours

4.0 El Sol como un recurso

Para poder diseñar un sistema fotovoltaico, debemos saber con cuanta energía solar contamos en el lugar donde lo vamos a instalar. En la mayor parte de los lugares del mundo se conoce cuánta energía solar promedio está disponible. Este promedio se mide en Horas de sol perfecto o HSP (PSH en ingles).

Una hora perfecta de sol representa una hora de sol luminoso, sin nubes. Por lo tanto, si una región tiene un HSP de 4, signifi ca que se puede contar con un pro-medio de 4 horas de sol radiante, sin nubes, por día. Una hora perfecta de sol equivale a una radiación de 1000 w (vatios) por m 2 durante una hora.

El HSP se obtiene sumando toda la energía recibida en el día y dividiendo esta suma por 1000 w/m2. La curva de la fi gura 4 abajo indica la cantidad de energía


El sol genera cada hora del día una distinta cantidad de energía (vatios) en cada metro cuadrado que alumbra. Para saber cuantas Horas de sol perfecto se generan cada día, se calcula la cantidad de vatio-horas generadas y de divide para 1000 vatios/m2

Desgraciadamente, no todos los días no todos los días tienen la misma cantidad de luz solar. Para obtener la HSP de una región específi ca, es necesario obtener las cifras de cada día durante un año y sacar el promedio. Por ejemplo, en la región amazónica del Ecuador, las HSP son 3. Algunos días es 5 y otros 1, pero el promedio es 3. Por suerte, no es necesario hacer los cálculos mencionados, ya que científi cos han estado haciéndolos durante décadas y con esta información se han creado los mapas de la página siguiente

Table 1

4000 Vatio horas / m2 / dia = 4 PSH 1000 Vatios / m2

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Hora Vatios / m2 Vatio Horas / m25AM - 6AM 0 06AM - 7AM 25 257AM - 8AM 25 258AM- 9AM 50 509AM - 10AM 300 30010AM - 11AM 1000 100011AM - 12 PM 1200 120012PM - 1PM 1000 10001PM - 2PM 300 3002PM - 3PM 50 504PM - 5PM 25 255PM - 6PM 25 256PM - 7PM 0 0

TOTAL Whrs / m2 / Day 4000

Vatio horas / m2 por dia = Horas Punta Sol por Dia 1000 Vatios / m2


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(Solar Energy International - Photovol-taics Design and Installation Manual)

mas luz de sol por cada metro caye en un superfi cie perpendicular (angulo de 90o angle a los rayos de sol es optimo)

menos luz de sol caye en un superfi cie horizontal

menos luz de sol por cada metro caye en un superfi cie vertical

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4.2 Orientación

Conociendo los recursos solares, es importante montar el panel solar correctamente para aprovechar al máximo la luz solar. Paneles solares produceria lo maximo de electricidad cuando son perpendicular al sol. Ya que el sol mueve todo el dia, no es practico a mover el panel todo el dia para mantenerla perpendicular al sol.

En general, el promedio position para montar el panel es inclinado hacia el ecuador a un angulo aproximidamente igual a los latitud del sitio. Por eso, para sitios en el ecuador, el angulo optimo es horizontal, pero todavia inclinamos un panel a un angulo para que la lluvia ayuda a mantenerlo limpio.

Figura 7 - Diferente maneras a orientar los panels solares


5.0 Como funciona paneles solares

Figura 8. Como funciona un panel solar

(www.nrel.gov)

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Un panel solar o fotovoltaico convierte la energía solar en eléctrica utilizando células fotovoltaicas.

Un panel solar funciona recogiendo la energía del sol. Esta energía viene en forma de fotones. El fotón es capturado por la célula solar que al hacerlo mueve un electrón en la célula generando así una corriente eléctrica.


5.1 IV Curvas

Potencia = Corriente * Voltaje

Figura 9. I-V curva

(Solar Energy International - Photovoltaics Design and Installation Manual)

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5.2 Cambios en IV Curvas



Figura 10. I-V curva afectado por temperatura.

Figura 11. I-V curva afectado por el sol

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6.0 Control de Carga

El control de Carga es el cerebro del sistema. El alambre de los paneles solares, las baterias y toda las cargas van atravez del control de carga. El control de carga maneja el corriente de electricidad de los paneles a, y de, las baterias y cargas. Tiene 3 funciones:-Proteja la batería de la descarga controlando cómo entrepaño de th PV carga la batería

-Protege la batería de la descarga desconectando las cargas cuando el voltaje de batería obtiene demasiado bajo

-Da información en el estado de chage del control de carga.

Figure 12. Ejemplos de Aeca (arriba) y Morning Star (abajo) control de carga.

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7.0 AlambreAlambre es lo que trae la electricidad de los paneles atravez del control de carga a las baterias y de las baterias atravez del control de carga a las cargas.

En un sistema de agua, si la tuberia es demasiado delgado, el agua no fl uye atravez de la tuberia a donde se necesita. Esto es debido a la resistencia en la tuberia.

Asi, en un sistema electrica, si el alambre no es de tamano correctamente, o no es instalado correctamente, la electricidad no fl uira corectamente.

Si el alambre es demasiado pequeno, o si las terminaciones no son correctos, resultara en demasiado resistencia del fl ujo de electricidad, y el sistema no funcionara correctamente.

7.1 Terminaciones

Para hacer las terminaciones correctos, toda las conecciones de alambre tiene que ser limpio y ajustado. Enroscar y pegar con cinta no es sufi ciente. Si estas terminaciones son suelto, hay mas resistencia. Las terminaciones tiene que ser hecho de materiales correctos.

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Figura 13. Terminaciones de bateria


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7.2 Tamano de Alambre

Cuando el corriente pasa en el alambre, se pierde voltaje como un resultado a la resistencia en el alambre cobre. Es una consideracion importante en todo los sistemas, pero mas en sistemas de bajo voltaje (12V). La perdida de 2 voltaje en un sistema de 240V no es tan malo porque representa 1% del voltaje perdido a resistencia. Pero, perder el mismo 2 voltios en un sistema 12 V representa una caida de tension (voltaje) de case 17%, que es demasiado!

La cantidad de voltaje que se pierde para un dado tamano de alambre y fl ujo de corriente es basado en la larga del alambre.

Nunca queremos perder mas que 5% debido a caida de voltaje. Si los tamanos de alambre son disponible, intentamos disenar para 2%-3% caida de voltaje.

Las dos paginas seguientes son tablas mostrando las distancias permetidos, en pies y metros, para varios tamanos de alambres. La primera tabla muestra distancias permetidos si queremos disenar por 2% caida de tension, y la segunda tabla muestra distancias permetidos por 5% caida de tension.

En fi gura 14, tenemos un panel solar de 7 amp de corriente en un 12V sistema, en buena sol. (Averiguamos el corriente por leer el corriente de un circuito corto, o Isc en el panel) Sabemos que la distancia entre el panel y el controlador es 8 metros, y queremos usar la tabla para determinar el tamano correcto para usar.

Usando la primera tabla -- por 2% caida de tension, lee el columno de 7amp hasta que ves 8 metros o mas. Entonces, lee a la izquierda para ver el tamano de alambre requerido. Esto tiene un tamano de alambre de 10 mm2 (o #6 awg).

Si usamos 5% caida de tension, lee el columno de 7 amp, esto nos daria un tamano de 4mm2 (o #10 awg).

En este caso, ya que 10 mm2 no es disponible en muchas lugares, probalemente escogeriamos 4 mm2 (o #10 awg) alambre y acceptar la caida de tension de 5%. Pero aqui, sabemos que estamos cerca al limite con 4mm2 alambre, entonces, si pensabamos que la distancia seria un poco mas que 8 metros, tendremos que usar el tamano un poco mas grande 6 mm2 (o #8 awg).

Figura 14. Ejemplo de determinar tamano de alambre.


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Figura 15. Comparasion de un FV panel y bateria como gas de un carro.

8.0 Batterias

(www.shifting-gears.com/ shifting_gears1.24.99.html)

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Un sistema fotovoltaico es en realidad un sistema de baterías con paneles solares para recargar las mismas. Las baterías almacenan vatio-horas de la misma manera que un tanque de un vehículo almacena combustible.

Cuando el tanque se está vaciando, se lo llena de combustible. El sistema solar funciona de la misma manera. Durante el día las baterías se cargan por el sol. Durante la noche, la energía almacenada en las baterías se usa para iluminación, radio, etc.


8.1 Tipo de Baterias

Hay varios tipos de baterías. Las más comunes son las que llamamos de plomo y ácido. Abajo hay un cuadro con los distintos tipos de baterías de plomo-ácido. Las que nosotros usamos son del tipo inundado, sellado de plomo-ácido.

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baterías de plomo-ácido

inundado

Gel - mas caro

sellado

cerrado

Figura 16 - Tipos de baterias de acido plomo

Las baterías de plomo-ácido se utilizan bien sea para vehículos o para paneles solares. Las utilizadas en los paneles solares se denominan Baterías de Ciclo Profundo.

(www.absak.com/catalog/ default.php/cPath/1_86_88)

Cuando sea posible utilizamos este tipo de batería

Están diseñadas para recargarse a tiempo lento también

Baterias Solar - Ciclo profundoBaterias de Coche/Camioneta

Baterias de arranque

Están diseñadas para suministrar peque-ñas cantidades de energía durante perío-dos largos de tiempo

Están diseñadas para suministrar mucha energía en períodos cortos de tiempo

Pueden ser recargadas tanto a velocid-ades lentas como rápidas


8.2 Profundidad de Descarga

El termino “profundidad de descarga” solo signifi ca hasta que nivel usamos la bateria cada noche.

Lo menos energia usamos de la bateria cada noche, lo mas tiempo la bateria va a durar.

Una bateria que se descarga a 50% puede durar doble el tiempo que una bateria que se descarga 80% cada noche.

Entonces, cuando se determina el tamano de la bateria, necesitamos tener esto en cuenta. Si determinamos que necesitamos 100 vatio-horas en una bateria para usar cada noche, entonces querriamos comprar una bateria que puede almacenar doble esto.

8.3 Estatus de Carga en una bateria

Como determinamos si la bateria es llena, o el estatus de carga? Una manera es medir el voltaje usando un muliti-metro digital (digital multi meter DMM). Se puede hacer las medi-ciones cuando:

1. La bateria es desconectado del controlador de carga.2. Se espera 30 minutos de no actividad de la bateria.

Figura 17. Estatus de carga de una bateria. No se recomenda usar mas que un mitad “Half Full”

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8.4 Seguridad con Baterías

Las baterías pueden ser extremadamente peligrosas. Hay tres maneras que una batería puede cau-sar daño a las personas: químicamente. Por generación de gases tóxicos y por electrocución

1.) Químicos – El ácido en la batería es dañino tanto para las personas como para el medio ambiente

Si se riega ácido en la piel, puede quemarla. En caso de que esto suceda, aplicar polvo de hornear para detener la acción del ácido

No botar baterías usadas en los bosques. Pueden envenenar las fuentes de agua y matar plantas y animales. Devuelva la batería al lugar donde ad-quirió la nueva.

2.) Gases – Las baterías emiten un gas que es sumamente infl amable

3.) Electrocución- Las baterías contienen mucha electricidad y pueden fácilmente electrocutar una persona.

Utilice gafas protectoras y guantes de caucho para pro-tegerse de los químicos.

Utilice estanterías de madera para almacenar baterías, ya que el metal conduce la electricidad.

Aisle los mangos de sus herramientas con taipe, dejando expuesta solamente la parte que se utiliza.

Nunca almacene baterías en un lugar cerrado; permita ventilación para los gase4s emanados y nunca fume o uti-lice fuego cerca de una batería.


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9.0 Inversores

(WWF - Energy & Galapagos)

Un inversor es un aparato que transforma la corriente continua en corriente alterna.

Hay tres tipos de inversores: Inversores de onda cuadrada, inversores de onda semi-sinuosa e inver-sores de onda sinuosa. Cada cual se utiliza para accionar diferentes tipos de equipos eléctricos.

Figura 18 - DC contra AC

Figura 19 - Diferente Tipos de ondas del inversor

onda cuadro onda semi-cuadro onda sino


10.0 Disenar un sistema solar

Figa.20 es una grafi ca de un FV sistema con DC cargas. Hay 4 componentes: Panel solar, bateria, controlador de carga y las cargas.

Figura 20. FV sistema con DC carga

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Carga Cantidad Vatios Horas/Dia Vatio-horas/Dia

Luz Florecente 2 20 4 160

LED Bombilla 1 1 6 6

DC Enchufe (computadora o cargadora)

1 70 1 70

10.1 Calcular la Carga Total del Dia en Vatio-Horas

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El primer paso para diseñar un sistema es calcular el total de consumo de energía que debe ser alimentado por el sistema solar. Una vez conocida la carga total, se puede dis-eñar el sistema fotovoltaico. La primera línea se ha dibujado como ejemplo. Cargas de varios cosas se puede ver en las paginas seguientes.

Carga Cantidad Vatios Horas/Dia Vatio-horas/Dia


10.2 Ajustar para Perdidas en uns sistema FVYa que sabemos las cargas para cual necesitamos potencia, el proximo paso es determinar el tamano de los otros componentes --los paneles solares, la bateria, el controlodor de carga y el alambre.

Necesitamos tomar en cuenta que necesitamos la potencia requerido para las cargas. Pero cuando electricidad en producido o mudado, hay perdidas por que nada es perfecto. Entonces, necesitamos elegir un tamano de panel y bateria que toma en cuenta las perdidas y todavia tiene sufi ciente poder para las cargas..

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Figura 21. Efi ciencia de sistema


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Temp de Aire C + 15 C = Temp de Panel Solar

Por cada degrado que la temperatura del panel es mas que 25 C, la potencia del panel es 0.5% menos, como en esto ejemplo:

Panel FV En un mundo perfecto, un 100w panel solar produceria 100w de potencia cuando hay sol. Casi nunca esta asi. Un panel solar solo produce su vatios nominal abajo de circunstancias especifi casa:

1) Sol perfecto perpendicular al superfi cie

2) Temperatura a 25 degrados C en el superfi cie del panel

Tomando en cuenta el sol no-perfecto:

Tomamos en cuenta el asunto de sol perfecto porque usamos PSH para las horas del sol, en vez de contar las horas del sol durante el dia. Aun cuando se parece que hay sol bueno por 6 o 8 horas por dia, usamos el valor PSH para evaluar o estimar cuanto vatiohoras un panel produceria. Por ejemplo, se podria pensar que un panel de 100w produceria 600 o 800 vatio-horas en un dia porque hay sol 6 o 8 horas. Sinembargo, si el PSH valor de un area es 3, entonces solo podemos asumir que el panel produceria 3hrs * 100w o 300vatiohoras en un dia.

Tomando en cuenta la temperatura:

Como dicho arriba, un panel produce su vatios nominal cuando la temp. del superfi ce del panel es 25C. Entonces, tenemos que ajustar para cuando la temperatura del panel NO es 25 degrados C.

Los paneles solares no trabajan tan bien cuando la temperatura ambiente es muy elevada. Trabajan mejor en un día frío con sol brillante, que en un día caliente con sol brillante. Los paneles solares funcionan al máximo con una temperatura ambiente de 25 ºC; si la temperatura es mayor, no trabajarán con un grado de efi ciencia del 100%.

Temperatura ambiente = 30 ºC

30ºC + 15 ºC = 45 ºC

45ºC = Temperatura del Panel Solar

Temperatura del Panel Solar para 100% de efi ciencia = 25ºC (esta es una constante para todos los paneles solares)

45ºC - 25 ºC = 20ºC (esta es la cantidad de grados de temperatura sobre el óptimo)

20ºC * 0.5% = 10% , así que la efi ciencia del panel es de un 90 % a una temperatura am-biente de 30 ºC.

EN ESTE EJEMPLO EL PANEL SOLAR TRABAJA CON UNA EFICIENCIA DEL 90% O 0.9


En resumen, si instalamos 100w panel solar en un area con un PSH de 3.0 y donde el promedio de temperatura del aire es 30 degrados C, podemos esperar que produceria:

Pero, esta potencia todavia es al panel, no a la carga. Todavia necesitamos mover la energia atravez del alambre y la bateria. Perderamos energia a cada uno.

Efi ciencia de la bateriaLa mayoria de las baterias tiene un efi ciencia de 85%. Esto signifi ca que cuando la ener-gia pasa por la bateria, 15% de la energia esta perdida.

Efi ciencia del AlambreAntes, hablamos sobre la necesidad de usar alambre grande para que no hay grande caide de tension. Queremos minimizar la caida de tension a 5% o menos.

Cuando perdimos voltios debido a alambre que es demasiado pequeno, esto signifi ca que tambien perdimos energia porque voltios multiplicado por amp = watts.

Entonces, necesitamos incluir un factor de perdida para lo que perdimos en el alambre. Si el tamano del alambre es correcto, este factor puede ser tan pequeno que 3%. Si usamos alambre demasiado delgado o largo, entonces este factor puede ser mas que 10%, que es demasiado.

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Efi ciencia de la Bateria es 85% o 0.85

Alambre bien disenado puede tener un efi ciencia combinado de 97% o 0.97

100W Panel x 90% (debido a perdida de temperatura) x 3 PSH por dia = 270 vatio-horas por dia de potencia.

Figure 22. PV panel output.


10.3 Tamano de PanelTomando toda las perdidas en cuenta, se puede encontrar el tamano del arreglo por dividir el nu-mero total de vatiohoras requeridos por la multiplicacion del potencia del panel, efi ciencia de la bateria, y efi ciencia de alambre. Si tenemos un condicion donde la temperatura del aire es 30 C promedio, tenemos una bateria y alambre corecto, entonces la potencia de un 100w panel sera:

100W x 90% por perdida de temp. x 85% por perdida de bateria x 97% por perdida de alambre = 74W

Entonces, por multipar 74W por Horas Perfectas del Sol (PSH), en un dia en un area con PSH de 3.0, la energia, en horas-vatios disponibles para las cargas sera:

74 vatios * 3 horas de sol perfecto = 223 vatio horas

Esto es muy diferente que si hubiera asumido no perdidas y esperado tener 100 vatios por 3 horas o 300 vatiohoras. Es aun mas differente si habimos esperado 100w por las 6 horas que hay sol, o 600vatiohoras. Entonces, es muy importante a tomar todo de estas consideraciones en cuenta cuando se determina el tamano del panel. Sino resuelta que el panel no carga la bateria sufi ciente y el sistema falla.

Para determinar el tamano del panel, sabiendo que las cargas ayuda a combinar estos factores en un “Factor del Panel”. Por ejemplo, en este caso, nuestro factor de panel es 74% o 0.74 porque podemos esperar 74% del 100w panel o 74w. A menudo usamos un factor de panel de 75% como una estimacion.

Entonces, si por ejemplo, habiamos calculado que la carga requerido sea 230 vatiohoras por dia, similar al ejemplo arriba. Entonces, tendremos que dividir 230 vatiohoras por el factor del panel para ver cuantos vatiohoras necesitamos producir.

230 vatio-horas / 0.75 = 307 vatiohoras

En un area con un PSH de 3.0, tendremos 3 horas iguales para producir estos vatiohoras, entonces, necesitamos un panel como:

307 watt-hrs / 3 hours = 102 watts

Compariamos un panel solar por lo menos 100w. Pero para las consideraciones de cargar la bateria, un panel mas grande llenaria mejor la bateria, para tiempos con menos sol.

Esto ejemplo es para una sistema DC, sin inversor. Un controlodor de carga es muy efi ciente en pasar electricidad, pero el inversor hace perdidas. Si hay un inversor en el sistema, tendremos que anadir otro factor de perdidas. Inversors son usualmente 85% a 90% efi ciente. Entonces, con un inversor en el sistema, el panel y bateria necesitaria estar aun mas grande.

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Figura 23. Tamano de FV sistema

Green Empowerment-ITDG Manual de Capacitaciones Sistemas Fotovoltaicas10.4 Tamano de BateriaEl proximo paso en disenar el sistema es determinar el tamano de la bateria. Como habiamos dicho antes, la bateria almaneca energia en vatiohoras como un tanque de combustible. Y, dicimos que la bateria tiene un efi ciencia de 85%, (una perdida de 15%). Si usamos el ejemplo de una carga de 230 vatiohoras, entonces necesitamos una bateria a:

230 vatiohoras / .85 para efi ciencia= 271 vatiohoras

Pero, si el tamano de la bateria a 271 vatiohoras, esto signifi caria:

• No tendiamos energia sobra en la bateria en dias cuando no hay sol para cargar la bateria.

• Descargariamos la bateria cada dia, que es muy mal para la bateria.

Entonces, cuando elejimos el tamano de la bateria, tenemos que tomar en cuenta estas 2 consideraciones:

Dias Sin Sol

Tenemos que adivinar cuantos dias queremos que el sistema funciona sin sol. Un dia no es sufi ciente. Pero, si queremos demasiado dias, la bateria es demasiado grande y caro.

Muchas veces, usamos 3 dias como un buena estimacion de dias.

Entonces, para proveer por 3 dias de no sol, necesitariamos que la bateria almanece:

271 vatiohoras por dia x 3 dias sin sol = 813 vatiohoras

Evita Descargar la Bateria mas que 50%

La bateria arriba todavia descargaria completamente cuando no hay sol por 3 dias. Como dijimos, no queremos descargar la bateria mas que mitad. Entonces, necesitariamos una bateria que puede almanecer doble el numero de horasvatios:

813 watt-hrs x 2 for depth of discharge = 1626 watt-hrs

Entonces, actualmente hemos tomado nuestro requesito diario de vatio-horas y multiplicadolo por 6. Esto es 3 veces mas grande para dias sin sol, y 2 veces para la profundidad de descarga.

271 Watt hours271 Watt hours271 Watt hours271 Watt hours271 Watt hours271 Watt hours Keeping maximum

discharge at 50%.

For 3 days without sunshine.

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{ Total = 1626 watt-hrs


Usando el formulario para nuestro ejemplo:

Hay que tomar en cuenta la disponibilidad de baterias. Por ejemplo, si hay baterias de 100 amp-horas, entonces tendriamos que comprar 2 baterias por 136 amp-horas.

Ademas, cambiar dias sin sol, y profundidad de descarga resuelta en diferencias grandes para el tamano del sistema. Por ejemplo, si dijimos que solo necesitamos proveer poder por 2 dias sin sol y podemos descargar la bateria a 55%, entonces el tamano de la bateria seria:

230 vatiohoras / 0.85 por perdida de bateria = 271 vatiohoras

271 vatiohoras x 2 dias sin sol = 542 vatiohoras

542 vatiohoras / .55 por profundidad de descarga = 985 vatiohoras

985 vatiohoras / 12V = 82 amp-hours

Entonces, tenemos que entender para que estamos proveyendo poder cuando determinamos el tamano de la bateria. Podria ser necesario para costo o mobilidad a comprar una bateria mas pequena. Pero, tenemos que entender que estamos sacrifi cando un dia de energia sin sol con esta decision.

Vatiohoras = Amperio Horas Voltios

1626 Vatio horas =136 Amp horas 12 Voltios

Las baterías no se venden en vatio-horas sino en amperio-horas, así que hay que reali-zar otra operación matemática para calcular la cantidad de amperio-horas que necesita-mos. Normalmente las baterías son de 12 voltios, así que utilizando la fórmula siguiente podemos encontrar los amperio-horas requeridos


11.0 Instalacion del SistemaLas sistemas disenados buenos no van a funcionar si no son instalado corectamente. Cuidese que la instalacion de todo los componentes.

11.1 Circuitos en Serie y Paralelo

Hay dos maneras de conectar los paneles solares y las baterías: en serie o en paralelo. Si se conectan en serie, se mantiene el amperaje y se suman los voltajes. Si se conectan en paralelo, se mantiene el voltaje y se suman los amperajes. Los siguientes ejemplos son para paneles solares, pero también son válidos para la conexión de baterías.

24 Voltiosat 3.5 Amps

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12 Voltiosat 7 Amps

Figura 24. Coneccion en Serie

Figure 25. Connecion Paralelo


24 Voltiosa 7 Amps

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Figure 26. Conecciones Serie y Paralelo

Recuerda no puede conectar diferente tipos de paneles solares y baterieas en paralelo o serie correos.


11.2 Instalacion del Panel Solar

Orientacion

En otras secciones, hemos mostrado que, para obtener la potencia maxima, hay que ori-entar el panel hacia el sol.

El panel deberia ser montado al angulo aproximadamente igual a latitud de la area, hacia el equador.

(Si se esta en el hemisfero del sur, orienta el panel hacia el norte. Si esta en el hemisfero del norte, orienta el panel hacia el sur.)Es estas muy cerca al equador, entonces el latitud es casi 0 degrados, como en Chirinos, en el norte de Peru. En estas areas, el angulo optimo para potencia es plano, pero todavia es bueno inclinar el panel 5 o 10 degrados hacia el equador para dejar la lluvia limpiar el panel de polvo.

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Sombra

Si un porcion del panel esta en sombra durante parte del dia, la potencia es muy reducido. A menudo, los paneles son instalado donde no hay sombra, pero cuando los arboles crece hay sombra, entonces es parte el mantenimiento de la sistema.

Montaje

Hay que instalar el panel en montaje fuerte para que su orientacion mantiene como fue desenado, y para que no se rompe.

Muchas veces, se pone el panel en el techo. Esto funciona bien solo cuando el techo es fuerte y esta orientado en la direccion apropriado. Si esto no es el caso, es mejor montar el panel en su propio aportes.


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Cable del panel al Controlodor

Los cables del panel al controlodor deberia ser de tamano sufi ciente, pero sufi ciente corto para que no hay peligro o nadie va a jalarlos.

A la ubicaicon del panel y ubicacion del edifi cio, ajusta el cable bien para que:

-No hay tension en la caja del panel

-No hay angulos cerrados donde los cable entra el edifi cio.


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11.3 Installacion de Controlodor

El controlodor necesita ser montado en un ubicacion donde no hay mucha actividad, para evitar la posibilidad de choques. Necesita ser montado bien sujeto a la pared, en un lugar donde los cables que entra y sale puede ser pegado al edifi cio.


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11.4 Instalacion de la BateriaLa bateria necesita estar mas cerca al controlador para limitar la larga de los alambres, y reduir las perdidas del cable. Deberia estar en una caja no-metalica (madera o plastico), libre al aire, y cubierto para que nada de metal este colocado encima.

11.5 Instalacion de AlambreAlambre deber ser ordenado y pegado en todo los lugares. Esto facilita chequar para problemas y evitar que las cosas esten colgado en el alambre.

El alambre necesita ser sufi ente grande para evitar caida de tension.

Debe disminuir el tiron a todo los puntos donde se termina el alambre para evitar tension en el coneccion.

Toda la terminaciones deberia ser hecho con equipo correcto (tuerca de alambre o asesorio de terminales). Evita desencapillar, enroscar y pegar con cinta porque esta causa problemas.


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No!

11.6 Instalacion de ApagadorPiensa sobre la ubicacion de los apagadores.

Primero, intenta instalar un apagador para cada lampara. En esta manera, si solo se necesita un lapara, se puede apagar los otros.

Es bueno instalar los apagadores al ubicacion del controlodor porque esto reduce el numero de terminaciones y conneciones y puntos de falla potencial. Entonces, todo los cables son conectado directamente del controlodor al lampara. Si es importante a instalar un apagador lejos del controlodor, cerca a la lampera, lo mejor es hacer todo de las terminaciones a la lampera o en el apagador, y no quebrar el alambre para poner un apagador.

11.7 Conecciones de CargaTodo el alambre a las cargas deberia ser conectado atravez del controlodor de carga. No alambre debe terminar en la bateria excepto por el alambre al controlodor de carga. Si la carga es conectado directamente a la bateria, entonces estas cargas no son apagados cuando el controlodor de carga decide que apagar las cargas para protejer la bateria, y la bateria va a fallar permanente.

Apagadores


1 2 3 4 5 6 7 8 Dias

Vatio

Hor

as

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Recuerde que las baterías son como un tanque de combustible que contiene vatio-horas en vez de combustible. El banco de baterías no funcionará sino hay sufi ciente “combus-tible”. Si utilizamos todos los vatio-horas de las baterías, éstas dejarán de funcionar. Abajo enseñamos un diagrama sobre cómo puede ser el uso diario de la energía de las baterías.

12.0 Gestion de Cargas


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Cargas Comunes

Artículo Carga (Vatios)Aire Condicionado 1500Secadora 1000Ventilador del techo 10 - 50Reloj 5Lavadora 1450

Plancha Electrica 1500Maquina de coser 100Ventilador de la mesa 10-25Refrigeradora/Congeladora (19 Cu Ft.) 1 kVh / diaRefrigeradora/Congeladora (16 Cu Ft.) .7 kVh / diaRefrigeradora/Congeladora (12 Cu Ft.) .47 kVh / diaRefrigeradora/Congeladora (10 Cu Ft.) .28 kVh / diaRefrigeradora/Congeladora (4 Cu Ft.) .21 kVh / diaLiquadora 350Cafetera 1200Microhonda (.5 Cu. Ft.) 750Horno Electrica 2100Incandecente (100 W) 100Incandecente (60 W) 60Foco ahorrador ( como 60W equaivalent) 16Incandecente (40 W) 40Foco ahorrador (como 40W) 11Radio CB 10Disco Compacto 35Telefono Celular 24Impresora 100Computadora (escritorio) 80-150Computadora (portatil) 20-50Equipo de Sonido (volume promedio) 15Equipo de Sonido (volume full) 150 TV (12 pulgados negro y blanco) 15TV (19-pulgados color) 60VCR 40Band Saw (14”) 1100Circular Saw (7.25”) 900Disc Sander 9” 1200Taladro (1/4”) 250Taladro (1/2”) 750Taladro (1”) 1000


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Para mantener un manejo adecuado de la carga, hay que observar los siguientes det-alles:

1.) Asegúrese de que no use cargas mayores a las de diseño.

2.) Aún cuando haya un solo día sin sol, trate de ahorrar el consumo de energía ese día.

3.) Si es posible, diseñe su sistema con una capa-cidad de un 20% a un 50% más de la calculada.

CUANDO EL CONTROLADOR DE CARGA DESCONECTA EL SISTEMA SIGNIFICA QUE LA ENERGÍA ACUMULADA EN EL BANCO DE BATERÍAS, INCLUYENDO LOS TRES DÍAS DE RESERVA, SE HA AGOTADO Y SERÁN NECESARIOS TRES DÍAS

CON BUEN SOL Y SIN CONSUMO PARA QUE EL BANCO SEA RECARGADO NUEVAMENTE


13.0 Investigacion de AveriasTodo las partes de un sistema tiene que funcionarar bien. Entonces, cuando encontramos que “la lampera no funciona”, puede ser que el problema sea con cualquiera de los partes. Primero, hay que encontrar donde esta el problema. Empezar con las cosas simples.

Primero, a veces hay unas luces en el controlodor que muestra donde esta el problema. Vea esto primero.

Por ejemplo, algunos controlodor muestra un serie de luces que apaga y enciende cuando hay un corto circuito en el alambre de la carga. Esto te mostrara rapidamente donde esta el problema.

Si todo parece que esta funcionando correcto pero la lampera no enciende--chequea la lampera--puede ser quebrado.

Si el problema es con un equipo que tiene garantia, como un contolodor o panel solar, entonces podria ser un procedimiento a contactar el fabricante para que pueden arreglar para arreglar o replazar el equipo.

Si no hay problemas obvios con el controlodor, las problemas probablemente, en orden de probabilidad son:

• Conceccion de Alambre

• Bateria maltratado

• Problema con panel solar

Chequear lo arriba para determinar el problema.

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13.1 Conecciones de AlambreVea todo los conecciones de alambre que chequear que todo esta bien ajustado y que no hay suelo o corrosion. Muchas veces se encontrara conecciones sultos, y esto resolvera el problema.

Si las terminaciones del alambre a la bateria se estan corroyendo o si la bateria es sucia, desmontarlas, limpiar los terminales y ajustarlos.

13.2 Bateria

Tienes que chequar el estatus de la bateria. Se hace esto por desconectar la bateria del sistema y esperar por media hora y usar un multi-metro para chequear el voltaje.

En seccion 8.3, mostramos como el voltaje se relaciona al estatus de carga de la bateria.

Si la bateria es bajo, y piensas que no hay razon para esto--como habia sol por muchas dias--el problema puede ser:

• La bateria no esta cargando apropriadamente (puede ser causado por panel solar

controlodor de carga)

• La bateria fue descargado tan profundo que su voltaje es tan bajo que no puede ser recargado por el sistma solar. Una causa de esto es que las cargas fuera conectado directamente a la bateria, no atravez del controlodor de carga.

Para determinar si el controlodor de carga esta cargando la bateria, en buena sol:

Con la bateria desconectado, medir el voltaje donde los alambres del panel solar entra el controlodor de carga. Esto deberia ser un corto circuito de 17 a 20 voltios.

Entonces, conecta la bateria al controlodor de carga y ver si un voltaje esta cargando la bateria. Esto voltaje podria ser mas o menos 14 voltios.

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13.3 Panel Solar

Si no aparece que el panel solar esta produciendo energia requerido para cargar la bateria, podemos chequear el voltaje del circuito abierto y corto circuito.

Debe hacer esto con el alambre del panel solar completamente desconectado del controlodor de carga.

Antes de chequear el voltaje y corriente, es bueno chequar adentro del caja de distribucion (si es acessible) para asegurar que un diodo no esta quemado. Aveces esto pasa si la bateria esta conectado en polaridad inversa y el corriente inversa pasa por el controlodor de carga y al panel. Si el diodo es quemado, saquelo. Para una instalacion con un panel, el diodo no es necesario.

13.4 Terminales de Carga

Si el voltaje a la coneccion del panel al controlodor de carga es correcto, y si no se manda voltaje a la bateria o las cargas, puede ser que el controlodor es malo.

Sinembargo, algunos controlodores tiene un nivel de voltaje minimo que se necesita de la bateria en orden a encenderse. Si el voltaje de la bateria es tan bajo que es menos que el minimo voltaje, puede ser que no hay problemas con el controlodor, aunque no se enciende. En esto caso, tiene que replazar la bateria con una bateria buena para probar el sistema.


14.0 Sobre Nosotros

Green Empowerment

Misión

Green Empowerment es una organización de desarrollo internacional pública, sin fi nes de lucro, localizada en Portland, Oregon y apoyada por donaciones individuales, fundaciones, empresas y organizaciones de ayuda gubernamentales internacionales.

Nuestra misión es promover internacionalmente proyectos de energía renovables de las comunidades para generar progreso social y ambiental.

Desde nuestra inserción en 1997, hemos desarrollado una fuerte estructura administrativa. Tenemos una base consolidada diversa, importantes asociaciones nacionales e internacionales, y un sólido camino realizado.

Los principios que nos guian y el modelo de desarrollo son refl ejos de nuestros valores básicos de justicia social, liderazgo local y sostenibilidad.

Nuestros proyectos proveen:

• Electricidad e iluminación residencial.

• Energía para escuelas y clínicas.

• Energía para microempresarios generadores de ingresos.

• Amplios planes ambientales para la comunidad.

Por medio de proyectos de generación hidroeléctrica a pequeña escala, de biomasa, de energía eólica y solar se provee de energía a las comunidades y se estimula positivamente el avance social y económico de una forma segura ambientalmente. Todos los proyectos tienen un fuerte componente de protección ambiental que incluye, mapeo de cuencas hidrográfi cas, recursos de conservación y actividades de restauración.

Enfatizamos el liderazgo local, la participación de la comunidad y la sostenibilidad económica y ambiental a largo plazo. Trabajamos con organizaciones no gubernamentales (ONG) organizadas bajo las leyes de los países en los cuales trabajamos y promovemos proyectos de energías renovables. Damos asistencia con estudios de factibilidad, planeamiento de proyectos, entrenamiento técnico y recolección de fondos para proyectos. Buscando a las ONG locales y las comunidades para determinar las prioridades de proyectos y metas.

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Intermediate Technology Development Group

ITDG es un equipo de cooperación técnica internacional que trabaja junto a las poblaciones rurales y urbanas de menores recursos buscando soluciones prácticas para la pobreza mediante el uso de tecnologías apropiadas.

Estas tecnologías: • Parten de las experiencias de la población y las enriquecen, • Reconocen su potencial y lo realzan, • Respetan el ambiente y lo nutren, • Construyen sobre el pasado para sostener el futuro

NUESTRA VISIÓN

Un mundo libre de pobreza e injusticia, en el que la tecnología sea utilizada en benefi cio de todos.

NUESTRA MISIÓN

Contribuir a la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo y el empleo de tecnología, mostrando resultados, intercambiando conocimientos e infl uyendo en otros.

CÓMO TRABAJAMOS

Partiendo de los resultados obtenidos en sus actividades y aprovechando diversas experiencias en todo el mundo, ITDG busca proporcionar soluciones prácticas y productivas para la población rural y urbana de escasos recursos mediante la ejecución de Programas y Proyectos que incluyen la realización de estudios, ejecución de obras, reforzamiento institucional, provision de informacion, asesoria tecnica, capacitación e infl uencia.

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