SISTEMA FOTOVOLTAICO AISLADO

Transcripción

1 Inversor Realiza la conversión de corriente continua (provenientes de los paneles y del banco de baterías) a corriente alterna para alimentar las cargas. Características deseables Proveer una frecuencia estable, potencia reactiva para cargas inductivas, y corrientes de arranque (2-3.5 veces la nominal). Buena eficiencia (incluyendo baja carga). Tolerar sobrecargas por algunos minutos. Limitar la corriente de arranque del lado de continua. Protecciones ante sobrecargas y cortocircuitos del lado de alterna. Onda sinusoidal con baja distorsión armónica (calidad de energía). Bajo nivel de interferencias de alta frecuencia. 1

2 Inversor (cont.) La eficiencia depende de la carga Con carga supera el 90% pero se reduce significativamente con cargas muy bajas. Consumos típicos del inversor ~1-5 W en stand-by ~20 W en funcionamiento (evitar artefactos en reposo). Especificaciones Tensión de entrada (debe coincidir con la del banco de baterías). Tensión de salida en AC (220V o 380V) Potencia de salida en AC (continua y de pico) 2

3 Inversor (cont.) Steca Solarix PLI (5kW-48V) con regulador de carga 3

4 Inversor (cont.) Steca Solarix PLI (5kVA-48V) con regulador de carga 4

5 Dimensionamiento Observaciones En instalaciones residenciales es conveniente utilizar equipos y dispositivos eficientes, y ajustar las formas de consumir la energía eléctrica (racional) para minimizar el consumo. Caso contrario, el arreglo de paneles y el banco de baterías pueden resultar de gran tamaño, aumentando el costo y posiblemente tornándolo inviable. También puede resultar económicamente ventajoso incorporar una fuente de respaldo adicional (generador a combustible, turbina eólica, etc.) para cubrir la demanda en los períodos con baja radiación. El diseño se basa en una combinación de la peor condición de radiación solar, consumo y pérdidas. El desempeño del sistema diseñado depende fuertemente de la precisión en los datos de radiación y del consumo. 5

6 Dimensionamiento Determinación del consumo diario (Wh/día) Se contabilizan todos los dispositivos, su potencia y las horas de uso por día (y el perfil de consumo). Debe incluirse los consumos propios del controlador de carga y del inversor. Se obtiene la energía consumida diariamente, multiplicando la potencia por el tiempo de uso. Conviene incluir los consumos en reposo. Si es un dispositivo que funciona en CA se debe dividir por el rendimiento del inversor para obtener el consumo en DC (λ=1). Si el perfil de consumo de un dispositivo no puede describirse en el lapso de 24hs se toma el consumo promedio diario dentro del período de autonomía de la batería (factor λ). E DCi PDCi ti p/equipo CC PDCi ti / inv p/equipo CA 6

7 Dimensionamiento Determinación del consumo diario (Wh/día) Consumo diario total E D n i1 E DCi Para determinar la carga (Ah) consumida diariamente se divide la energía por la tensión del banco de baterías (V sist ) Q D E V D sist Ah/día Además, a partir del perfil de carga, deben determinarse los valores máximos de potencia en continua y en alterna para dimensionar el inversor, los conductores y las protecciones. 7

8 Dimensionamiento Banco de baterías Se define el período de autonomía, es decir la cantidad (n A ) de días que el banco puede alimentar a la carga en forma autónoma (permite compensar días con baja radiación y eventuales fallos en paneles). Se establece en función de la Aplicación: las aplicaciones críticas requieren mayor cantidad de días. Disponibilidad: tiempo que el sistema fotovoltaico debe proveer la energía a la instalación. Si existe una fuente auxiliar se puede permitir una disponibilidad inferior al 100%, usualmente 95% pero puede ajustarse. Radiación en el lugar: a menor radiación mayor cantidad de días de almacenamiento. Demanda: si es posible, se puede acomodar la demanda, eliminar cargas no esenciales o que pueden alimentarse con otra fuente. La capacidad utilizable (necesaria para el período) resulta Q Q n U D A Ah 8

9 Dimensionamiento Banco de baterías Guías orientativas para la determinación de los días de almacenamiento suponiendo disponibilidad inferior a 100% (aplicaciones no críticas). 9

10 Dimensionamiento Banco de baterías Se establece la profundidad de descarga máxima DOD max (considerar también el límite por congelamiento). Se determinan los factores de corrección de la capacidad en función de la temperatura y de la tasa de descarga para llevarlo a la capacidad del fabricante. Las altas temperaturas disminuyen la vida útil de la batería, y las bajas temperaturas disminuyen la capacidad disponible. Se debe dimensionar para la temp. de operación más baja, resultando una batería sobredimensionada para temp. mayores, esto conduce a un menor DOD en esos períodos y extiende su vida útil. La capacidad nominal requerida es C nom Q DOD u max TD, 10

11 Dimensionamiento Arreglo de paneles Normalmente se dimensiona para aportar diariamente a las baterías los Ah consumidos por la carga y para compensar las pérdidas del sistema y recuperar carga los días de baja radiación (sobredimensionamiento). Q L Q D Ah A: L Ah Relación arreglo/carga (A:L) Para sistemas no críticos suele tomarse entre 1.1 y 1.2. Para sistemas críticos entre 1.3 y 1.4 o mayor. Rendimiento de Coulomb para las baterías ( ) Ronda el 90 95%. Ah 11

12 Dimensionamiento Arreglo de paneles El calculo se basa en un consumo promedio diario y por lo tanto no aplica a cargadores con seguimiento del punto de máxima potencia. Se opera con una tensión más baja que la correspondiente al codo de la característica V-I. No se tiene en cuenta la temperatura del módulo, no afecta a la parte plana de la curva I-V si se opera suficientemente debajo del codo. El peor caso es con temperatura máxima y con máxima tensión en baterías (2.4 Vpc, i.e. 1.2 V sist ) No se considera sombreado (se puede ubicar el arreglo para evitarlo). De ser necesario se puede evaluar el impacto mediante software dedicado. 12

13 Dimensionamiento Arreglo de paneles Se utiliza la idea de horas de sol pleno que se obtienen convirtiendo la radiación solar sobre el plano de captación en la cantidad de horas de sol equivalentes a la radiación STC de 1kW/m2. Permite estimar la salida diaria del arreglo (Ah/día) multiplicando las horas de sol pleno por la corriente de pico del panel en condiciones STC. 13

14 Dimensionamiento Arreglo de paneles Cada rama o string del arreglo estará compuesta por un número N s de paneles dado por (se redondea al entero superior) V N sist s VR y aportará durante el día la carga Q I horas de sol pleno k S R G Factor de corrección del generador solar (k G ), incluye las sig. pérdidas: Por suciedad en paneles Por ángulo de incidencia (reflexión) Por envejecimiento de paneles Por tolerancia de paneles Combinando todas las pérdidas puede superar el 10%. La cantidad de ramas en paralelo N p resulta (se redondea al entero más cercano) Q N D p Q S Ah/día 14

15 Ejemplo de dimensionamiento Mes de diseño: Junio Inclinación de paneles: L+15 Radiación sobre plano de colectores: 3.8 kwh/m2/día Consumo diario: 4.5 kwh/día (150 kwh al mes) 15