DOI: https://doi.org/10.34070
43
Vol. 13 No.2, Revista de Investigación, Formación y Desarrollo:
Generando Productividad Institucional, agosto, 2025
Diseño del sistema de generación híbrida fotovoltaica-diésel en la
Empresa De Ferrocarriles Oriente
Design of the photovoltaic-Diesel hybrid generation system at the Eastern
Railway Company
Palabras claves: Energía, fotovoltaico, híbridos, red eléctrica. Recibido: 11 de mayo de 2025
Keywords: Energy, photovoltaic, hybrids, electricity grid. Aceptado: 17 de julio 2025
RESUMEN
El diseño de un sistema híbrido fotovoltaico-diésel de energía para la Empresa de Ferrocarriles Oriente
integrado por módulos fotovoltaico, red eléctrica, grupos electrógenos e inversores tiene como objetivo
reducir el consumo de energía eléctrica para la empresa de Ferrocarriles de Oriente los cuales
transformaran la energía que generan los paneles fotovoltaicos para que pueda ser adaptada acorde a los
parámetros eléctricos precisos que requieren para su normal funcionamiento. Para ello se hizo una
minuciosa búsqueda bibliográfica donde se analizó la situación actual de la utilización de las energías
renovables en el mundo y en Cuba, la caracterización de los sistemas de alimentación de energía eléctrica
y la descripción de las cargas que alimentarán el sistema, así como los métodos de cálculo para la
determinación de los valores a tener en cuenta mediante el cual resultó positivamente en el ahorro
energético de igual manera evitando interrupciones en el servicio.
ABSTRACT
The design of a hybrid photovoltaic-diesel energy system for the Oriente Railway Company made up of
photovoltaic modules, electrical grid, generator sets and inverters aims to reduce the consumption of
electrical energy for the Eastern Railway Company, which will transform the energy generated by the
photovoltaic panels so that it can be adapted according to the precise electrical parameters required for its
normal operation. To this end, a meticulous bibliographic search was carried out where the current situation
of the use of renewable energies in the world and in Cuba was analyzed, the characterization of the electric
power supply systems and the description of the loads that will feed the system, as well as the calculation
methods for the determination of the values to be taken into account through which it resulted positively in
energy savings in the same way, avoiding interruptions in service.
INTRODUCCIÓN
La transición a un sistema híbrido de energía es perfecta para quienes aún dudan de las energías
renovables. Es además una alternativa eficiente para comercios e industrias con una alta demanda
energética. Dentro de las formas de energía existentes, la electricidad resulta hoy en día imprescindible
en la mayoría de las actividades humanas, por su comodidad, limpieza y la automatización de muchos
procesos industriales. En la última década las preocupaciones por las emisiones de carbono han llevado
al desarrollo de estrategias y acciones claves para reducirlas.
En Cuba, la utilización de sistemas de generación eléctrica híbridos puede ser una solución efectiva para
mejorar la eficiencia energética y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
Alomoto y Pilco (2017) manifiestan que, en la actualidad el uso de energías se encuentra en auge, debido
al alto grado de contaminación producido por el uso de combustibles fósiles, la energía solar se ha vuelto
de suma importancia debido a su ilimitado uso mediante paneles solares, al existir una gran demanda de
Alexander Curbelo Cornier, MSc.
Universidad de Oriente.
Santiago de Cuba. Cuba
https://orcid.org/0000-0002-3498-025X
acurbelo@uo.edu.cu
Delmar Jaime García, MSc.
Universidad de Oriente.
Santiago de Cuba. Cuba
https://orcid.org/0000-0002-8103-8523
djaime@uo.edu.cu
Vilma Mediaceja Duany, Lcda.
Universidad de Oriente.
Santiago de Cuba. Cuba
http://orcid.org/0000-0003-0047-1526
vilma@uo.edu.cu
Alexander Curbelo Cornier, MSc - Delmar Jaime García, MSc - Vilma Mediaceja Duany, Lcda
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este tipo de energía se ve necesario el diseño de equipos que ayuden a su óptimo consumo con el fin de
aprovechar la energía proporcionada por paneles solares, gracias a la radiación solar.
Los sistemas fotovoltaicos son sistemas que producen electricidad directamente de la luz solar. Los
sistemas fotovoltaicos (FV) producen energía limpia y confiable sin consumir combustibles fósiles y pueden
ser usados en una amplia variedad de aplicaciones. Una aplicación a pequeña escala de la tecnología FV
es el suministro de energía para relojes y radios. En una escala mayor, muchas redes de servicios públicos
han instalado recientemente grandes arreglos de módulos fotovoltaicos para abastecer a los consumidores
con electricidad de generación solar, o como sistemas de respaldo para equipos críticos (Energy
International, 2003).
La empresa de Ferrocarriles de Oriente como bien lo indica su nombre es una entidad encargada de
organizar y controlar el movimiento de los trenes en la región oriental durante las 24 horas del día, donde
se toman medidas afecten la calidad del proceso, como limitaciones debido a la capacidad energética del
uso de medios de computación y climatización o suspensión en horarios del día de la electricidad, entre
otras debido a que la entidad no cuenta con una fuente de energía alternativa para alimentar sus cargas y
poder continuar el proceso satisfactoriamente y satisfacer sus necesidades energéticas lo cual se
presentan las siguientes necesidades, por lo cual se tiene como objetivo proponer un diseño de un sistema
de generación de energía híbrido (fotovoltaico – diésel) conectado a red para la empresa Ferrocarriles ya
que el diseño de un sistema de generación de energía hibrido (fotovoltaico – diésel) influye en la reducción
del consumo de energía eléctrica para la empresa donde los recursos naturales en este caso la influencia
del sol constituyen la base de los tres pilares del desarrollo sostenible: económico, social y calidad
medioambiental y el empleo en este caso de un modelo energético híbrido con diésel con la instalación de
grupos electrógenos que satisface las necesidades actuales, sin comprometer la capacidad de las
generaciones futuras, al tener en cuenta la dimensión económica (crecimiento económico), dimensión
social (progreso social) y dimensión medioambiental (protección del medio ambiente y uso racional de los
(recursos).
En situaciones donde la energía solar no es suficiente (como durante la noche o en condiciones
meteorológicas adversas), el generador diésel toma el control, asegurando que el suministro de energía
sea ininterrumpido. El controlador híbrido garantiza que el generador funcione de manera óptima, evitando
sobrecargas y minimizando el consumo innecesario de combustible (Pérez, 2024).
MATERIA Y MÉTODOS
Descripción de las cargas que se alimentaran en el diseño propuesto
Para la realización del diseño del Sistema Híbrido Solar fotovoltaico (SHDSFV) es importante tener en
cuenta los siguientes aspectos claves [3]:
1. Dimensionamiento adecuado: Es importante calcular correctamente la capacidad de generación solar
fotovoltaica y la capacidad del generador diésel de respaldo para cubrir las necesidades energéticas de la
instalación. Se deben considerar tanto la demanda de energía diurna como la nocturna.
2. Integración de componentes: Es necesario integrar de manera adecuada los paneles solares, inversores,
baterías de almacenamiento diésel en el sistema para garantizar un funcionamiento coordinado y eficiente.
3. Control y supervisión: Implementar un sistema de control y supervisión que permitan monitorear el
rendimiento de cada componente del sistema, así como a la gestión inteligente de la energía para utilizar
el uso de la energía solar y minimizar el funcionamiento del generador diésel.
4. Sistema de almacenamiento: La inclusión de baterías de almacenamiento es crucial para garantizar un
suministro continuo de energía en momentos que la generación solar no sea suficiente como durante la
noche y días nublados [4].
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Los sistemas de almacenamiento de energía ofrecen una solución a esta imprevisibilidad al capturar el
exceso de energía producida durante las horas pico de luz solar. Esta energía almacenada puede luego
distribuirse durante períodos de baja generación solar o alta demanda de electricidad, asegurando un
suministro de energía continuo y confiable. Al suavizar las discrepancias entre producción y demanda,
ESS convierte la energía solar en una fuente más consistente y manejable (Nova, 2025).
Las cargas que se alimentaran en el sistema son computadoras, impresoras, lámparas, televisores,
refrigeradores, fotocopiadoras, escáner, ventiladores, etc. La potencia total instalada de la carga para
alimentar es de 16,892 kW y la energía demandada es de 87,4 kWh/mes.
En cualquier diseño es necesario tener una idea del funcionamiento de las cargas que se desean
suministrar energía para su operación.
La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación
electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol (School, 2016).
El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta
temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico), utilizada para las
instalaciones de plantas fotovoltaicas Valencia (2024).
El sistema propuesto se instalará en tres áreas:
En el edificio correspondiente a la dirección de la Empresa de Ferrocarriles de Oriente que tiene tres pisos
donde radican las diferentes especialidades de la Empresa (dirección de locomotoras, dirección de
vagones, dirección de explotación, oficina despachadora, dirección de informatización etc.). En la cubierta
del edificio tiene espacio suficiente para dar ubicación de paneles solares que conforman el generador, en
el taller de locomotoras y vagones, dónde se realizan la Inspección del material rodante que llega y sale y
se habilitan las locomotoras en el punto de combustible en este caso por el área que posee la instalación
existe espacio suficiente para instalar las celdas fotovoltaicas en el techo y en la estación ferroviaria existe
una gran área de techo donde se podrían colocar un generador fotovoltaico, pero en dicha instalación no
existe ningún objetivo ferroviario que requiera una alimentación de respaldo. Lo que no se justifica
económicamente. Solo se justificaría un sistema con penetración a la red para mejorar los parámetros de
la red al inyectar energía.
Determinación de la energía demandada
Para determinar la energía demandada se realizó un levantamiento previo de todo el equipamiento
existente en el lugar previsto, cada equipo con su potencia nominal y además por el tiempo de uso en
horas diarias de acuerdo con los datos obtenidos se realizó una corrida preliminar, estimando que para
cubrir la demanda es necesaria un área mayor. Con los datos, como referencia inicial se procede a obtener
una lista exacta de todos los equipos imprescindibles, que van a conformar la demanda a satisfacer por el
SDH – FV a diseñar para casos de emergencia y ahorro de energía.
Diseño del generador fotovoltaico
Para el diseño de los generadores fotovoltaicos, se calcula el valor de la potencia pico de cada generador
a partir de la demanda energética de las instalaciones, corrigiendo de este valor con los diferentes índices
de eficiencia que afecta a la energía producida desde el generador hasta el consumo. Para este método,
el generador debe cubrir la demanda energética obtenida a partir del cálculo de consumo, teniendo en
cuenta la insolación, la corrección de inclinación y todas las pérdidas. El dimensionamiento de los GF se
realizó para el mes más crítico el intervalo de aprovechamiento. En este caso del método de valor de
potencia pico el valor nominal del generador fotovoltaico se obtiene como dato de partida, quedando
expresado en la ecuación (1).
( )
η
n tot
E
W
K HSP
=
(1)
Nmód Total = Pico / Pnom mód
Alexander Curbelo Cornier, MSc - Delmar Jaime García, MSc - Vilma Mediaceja Duany, Lcda
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Donde:
✓ Nmód total: Número de módulos total.
✓ P pico: Potencia Pico.
✓ PNom mód: potencia nominal del módulo.
Como lo aseguran Valladares et al. (2023, p. 2):
Existen factores que pueden modificar el aprovechamiento de la energía solar. Aunque el costo por kWh
ha disminuido en los últimos años, el coste inicial todavía puede ser elevado; requiere de grandes áreas
para producir grandes cantidades de energía y puede presentar variaciones importantes en la potencia
entregada a la red —aunque esto último puede evitarse mediante el almacenamiento de energía, lo cual
encarecería el proyecto. Otros factores a tener en cuenta son las condiciones climáticas, como el excesivo
calor, la humedad o períodos de lluvias, nubes y niebla, que pueden afectar negativamente su rendimiento
y la entrega de energía a la red.
Selección del área y estructura del soporte para el emplazamiento
La orientación de los paneles fotovoltaicos y el ángulo de incidencia tienen un gran
impacto en la energía entregada por las centrales fotovoltaicas. Cuanto mejor sea la ubicación, orientación
y ángulo de inclinación de los paneles solares, mayor será la energía entregada y, por lo tanto, mayores
serán los beneficios de ahorro en costos de electricidad, combustible y reducción de emisiones (Valladares
Aguilera eat., 2023, p. 2).
Teniendo en cuenta que la investigación se desarrolla en tres lugares diferentes, se define la ubicación de
los paneles en cada una las cuales son: Edificio de la Empresa, Taller de Locomotoras y Vagones y
Estación Ferroviaria: “Senen Casas Regueiro”.
Las áreas seleccionadas para la ubicación de los paneles fotovoltaicos son en el techo de los edificios
porque es el lugar donde existen las condiciones adecuadas para que los paneles reciban la mayor
cantidad de radiaciones solares. La demanda de energía diaria (E) es de, 33 kW, 43 kW y 350 kW
respectivamente. El valor de la radiación promedio solar (HSP) es de 5.3 KWh/m día. El factor de
corrección para el ángulo óptimo es de 1.1.
Vea la ecuación (1) dónde las pérdidas de energía deben de ser compensadas por el bloque generador,
se estima que las pérdidas para el control de la carga serán de un 2 % y para el cableado un 10 %
respectivamente del total a generarse.
η
𝑡𝑜𝑡
= 0.98.0.90 = 0.882.
El módulo solar HEE215M está ensamblado con células mono cristalinas de alta eficiencia, diseñadas y
fabricadas por proveedores líderes del sector garantizando una larga duración y potencia de salida. Los
robots ubican las células de 3 Bus Bar con alta uniformidad e interconectan el ribbon de forma eficiente. El
vidrio ligeramente texturizado, de gran transmisión óptica y captador de luz difusa, cubre las células dando
homogeneidad para crear un módulo estético de gran rendimiento. La hoja trasera de alto aislamiento es
de color blanco. El marco de aluminio doblemente reforzado crea una estructura rígida, con flexibilidad
para instalar el módulo tanto en casas residenciales como en grandes instalaciones sobre suelo o cubierta
(EUROPE, 2012).
Alta potencia
➢ 240-260 Watt.
➢ Amplia gama de potencia Estética homogénea
➢ Máxima fiabilidad
Dimensiones
➢ Largo x Ancho: 1680 x 990 mm
➢ Espesor: 40 mm
➢ Peso: 22 kg
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Dimensionamiento del inversor
Se ha estudiado la mejor forma de conexión de los módulos fotovoltaicos en serie y en paralelo con el
programa PVsiyst 5.64 que es el software de simulación SFV diseñado con inversores y módulos
fotovoltaicos de diferentes fabricantes. A continuación, según la ecuación (2), se calcula la potencia
reducida por el SFV con la configuración antes mencionada y en condiciones estándar en las ecuaciones
que siguen:
modinv serie
V N V=
(2)
Dónde:
✓ V inv.: Tensión de trabajo del inversor.
✓ Nserie: número de módulos en serie.
✓ Vmód: Tensión máxima que puede proporcionar un modulo FV.
Teniendo en cuenta que el inversor puede trabajar con una potencia de entrada de se puede calcular la
corriente que generan los módulos fotovoltaicos al inversor por la ecuación en condiciones estándar.
Pinv
Icc
Vinv
=
(3)
Dónde:
✓ Icc: corriente de entrada del inversor (A).
✓ Pinv: potencia máxima de entrada del inversor (W).
✓ Vinv: tensión de entrada al inversor (V).
Ahora se verifica el número de módulos que han de conectarse en paralelo que están ya conectado en
paralelo que están ya conectados en serie con el inversor con la ecuación.
Icc
Nparalelo
Imóulo
=
(4)
Dónde:
✓ Nparalelo: número de módulos en paralelo.
✓ Icc: corriente de entrada al inversor (A).
✓ Imódulo. Intensidad máxima que proporciona un módulo fotovoltaico.
A partir de esto, se puede calcular en la ecuación (3) se calcula la potencia de instalación del inversor.
inst inst inv
P I V=
(5)
Sustituyendo, se calcula la potencia de instalación del inversor.
mod
250
nom total
PN =
(6)
Selección del inversor
El inversor que se propone es Inversor Cargador Hibrido Victron Multi RS Solar 48/6000 s un inversor-
cargador de 48 V y 6 kVA con entrada de 450 VCC y 4 kWp FV, junto a su tecnología de alta frecuencia y
a su nuevo diseño, este potente inversor solo pesa 11 kg. Además, tiene una eficiencia excelente, bajo
consumo de energía en reposo y un funcionamiento muy silencioso (B.V., 2025).
La pantalla muestra parámetros de la batería, el inversor y el controlador de carga solar.
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Dimensionamiento del grupo electrógeno
El grupo electrógeno (GE) trabajando de forma aislada o sincronizada al SEN. La norma ISO 8528 -1
plantea que los GE pueden trabajar de dos formas: De acuerdo con las características que expresa el
catálogo de GE (Grupo Electrógeno) se recomienda seleccionar grupos para cada área motor electrógeno
Baudouin con o sin carrocería con potencia standby de 69 kVA – 55 kW, con un voltaje de 400 V y una
frecuencia de 60 Hz. Se utiliza en ocasiones donde no existe un suministro de red o cuando se produce
un fallo en la red eléctrica.
Desarrollo del sistema hibrido
En la siguiente figura se muestra el sistema hibrido propuesto en la instalación, es imprescindible como
mínimo poseer un plano del lugar del emplazamiento o realiza una visita porque la ubicación de los puntos
de consumo es imprescindible para el cálculo de los conductores [7].
Las áreas seleccionadas para los emplazamientos de los sistemas fotovoltaicos se caracterizan por ser
relativamente llanas. Dichos emplazamientos tienen condiciones que facilitan su construcción y su futura
operación [8].
Figura 1. Esquema de conexión del Sistema Híbrido Fotovoltaico-Diésel
Fuente. Elaboración propia.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
De acuerdo con las metodologías y cálculos realizados para el Sistema Híbrido Fotovoltaico – Diésel se
ubicaron en los techos de los locales en las áreas seleccionadas. Sustituyendo los valores de la ecuación
(1), se calcula la corriente que han de generar los módulos.
Edificio de la Empresa
Aplicando el método de potencia Pico por la ecuación (1).
( )
( )
350
1.1 0.882 5.3
350
5.14
68 68000
W
W
W Kwh Wp
=
=
==
Como la potencia a consumir es de 68000, entonces:
Nmód Total = Pico / Pnom mód
Donde:
✓ Nmód total: Número de módulos total.
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✓ P pico: Potencia Pico.
✓ PNom mód: potencia nominal del módulo.
Sustituyendo la ecuación (1) se obtiene:
Nmód Total: 68000/250 = 272 módulos.
Aplicando la ecuación (1) en área de Taller de Locomotoras y Vagones
( )
( )
330
1.1 0.882 5.3
330
5.14
64 64000
W
W
W KWp Wp
=
=
==
Como la potencia a consumir es de 64000, entonces:
Nmód Total: 64000/250 = 256 módulos.
Aplicando la ecuación (1) en área de Estación Ferroviaria: ¨Senen Casas Regueiro
( )
( )
( )
450
η
450
1.1 0.882 5.3
450
5.14
87 87000
n tot
W
K HSP
W
W
W Kwh Wp
=
=
=
=
=
Como la potencia a consumir es de 87000, entonces:
Nmód Total: 87000/250 = 348 módulos.
A continuación, en las siguientes tablas (1, 2; y 3) se presentan los valores obtenidos de corriente, número
de módulos fotovoltaicos necesarios y la potencia de los inversores en cada área para el sistema híbrido
propuesto en la institución.
Tabla 1. Cálculo de la corriente que generan los módulos
Ubicación
E
Kn
η
𝑡𝑜𝑡
HSP
W
Pnom
mód
Nmód
Nserie
Vmód
Vinv
Pinv
Icc
Edificio Empresa
350
1,1
0,882
5,3
68,07
250
272
68
30
2040
68000
33,3
Taller de Locomotora
330
1,1
0,882
5,3
64,18
250
257
64
30
1920
64000
33,3
Estación Ferroviaria
450
1,1
0,882
5,3
87,51
250
350
87
30
2610
87000
33,3
Fuente. Elaboración propia.
Ahora se verifica el número de módulos que se conectan en paralelo y en serie con el inversor según la
ecuación (2).
Tabla 2. Cálculo del número de módulos fotovoltaicos
Ubicación
Icc
Imódulo
Nparalel
Np
I modulo
Iinst
Edificio Empresa
33
8,22
4
4
8,22
32,88
Taller de Locomotora
33
8,22
4
4
8,22
32,88
Estación Ferroviaria
33
8,22
4
4
8,22
32,88
Fuente. Elaboración propia.
Sustituyendo los valores en la ecuación (3), se calcula la potencia de instalación del inversor para cada
instalación. El programa ha demostrado como resultado la mejor configuración de 4 ramas en paralelo:
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Vol.13 No.2, ISSN 1390-9681, agosto, 2025
En el caso del Edificio de la Empresa, con 68 módulos fotovoltaicos conectados en serie, en el Taller de
Locomotoras con 4 ramas en paralelas con 64 módulos fotovoltaicos conectados en serie y en la Estación
Ferroviaria con 4 ramas conectadas en paralelo con 87 módulos fotovoltaicos conectados en serie.
Tabla 3. Cálculo de la potencia de los inversores
Ubicación
Iins (A)
Vinv (V)
Pinst (kW)
Nmód total
Vnónmod (V)
Pnom (kW)
Edificio Empresa
32,880
2040,00
67,1
272
250
68,0
Taller de Locomotoras
32,880
1920,00
63,1
256
250
64,0
Estación Ferroviaria
32,880
2610,00
85,8
350
250
87,5
Fuente. Elaboración propia.
De acuerdo con la potencia instalada la cual tienen un valor de 68,0 en caso de la Empresa; 64.0
consumidos en el Taller de Locomotoras y 87,5 en la Estación Ferroviaria se propone el Grupo Electrógeno
a utilizar para satisfacer la carga en dichas áreas.
Tabla 4. Valores de grupos electrógenos
Fuente. Elaboración propia.
CONCLUSIONES
De acuerdo con el diagnóstico realizado se corrobora la inexistencia de una fuente de energía alternativa
para alimentar las áreas de la Empresa de Ferrocarriles de Oriente. Se logró el diseño de un Sistema
Híbrido Solar Fotovoltaica combinando la energía solar con la generación diésel para alimentación de la
Entidad para influir de manera positiva en la reducción del consumo y ahorro energético del SEN
contribuyendo a la Eficiencia Energética, así como apoyar a cuidado del medio ambiente con el empleo de
una fuente renovable de energía.
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file:///C:/Users/inve1/Downloads/Datasheet-Inverter-RS-Smart-Solar-ES.pdf
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https://www.todoensolar.com/WebRoot/StoreES/Shops/61987244/505B/120D/FE69/C0FE/0933/
C0A8/28BA/E244/215M_ESP.pdf
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https://www.solarenergy.org/wp-content/uploads/2019/11/Fotovoltaica-Condensed.pdf
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de energía. Obtenido de https://solarbatterymanufacturer.com/es/sistemas-de-almacenamiento-
de-energia/
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trifásico DC-AC acoplado a un panel fotovoltaicO, utilizando el algoritmo de seguimiento del punto
de máxima potencia mediante un microcontrolador. Quito.
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https://portalsolar.com.ar/actualidad/eficiencia-energetica/hibridacion-de-energia-solar-y-
generacion-diesel-eficiencia-y-sostenibilidad-energetica/?utm_source=chatgpt.com
Ubicación
Pinst (KW)
FP
SKVA
Edificio Empresa
68
0,8
54,4
Taller de Locomotora
64
0,8
51,2
Estación ferroviaria
87
0,8
69,6
Diseño del sistema de generación híbrida fotovoltaica-diésel en la Empresa De Ferrocarriles Oriente
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es-el-balance-energetico-de-la-tierra.html
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9. Valladares Aguilera, J., Nieto Martos, O., Martínez Castillo, E., & Santos Fuentefría, A. (2023).
Análisis de la influencia del azimut y ángulo de inclinación en centrales fotovoltaicas de Cuba. Red
de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal, 2.
10. Valladares Aguilera, J., Nieto Martos, O., Martínez Castillo, E., & Santos Fuentefría, A. (2023).
Análisis de la influencia del azimut y ángulo de inclinación en centrales fotovoltaicas de Cuba. Red
de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal, 2.
