DIMENSIONAMIENTO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

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María Elena Flores Soto
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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA EN ENERGIA TEMAS SELECTOS DE ENERGIA SOLAR DIMENSIONAMIENTO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

2 1. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS (FV) Las celdas individuales se unen entre sí eléctricamente para formar módulos fotovoltaicos de mayor potencia. Estos a su vez se interconectan para formar paneles y arreglos cuyas capacidades se adaptan en términos de corriente y voltaje a las necesidades de la aplicación.

3 2. CONSTITUCION DEL SISTEMA FV Aisladas de la red Este tipo de instalaciones dan suministro eléctrico en regiones donde no se puede disponer de red eléctrica. Sub sistema de almacenamiento Sub sistema de regulación Sub sistema de distribución y consumo

4 INSTALACIÓN BÁSICA CON DOS PANELES PARA CONSUMO A CORRIENTE CONTINUA A 24V Regulador a 24V Interruptor General Consumo a 24V Corriente Continua

5 CONECTADO A LA RED ELECTRICA

6 3. Sistema Híbrido : Eólico-Solar En sitios donde además del recurso solar existe buen viento, es posible también generar electricidad con este recurso. Para ello se utilizan aerogeneradores, las cuales pueden incorporarse a los sistemas fotovoltaicos para integrar lo que se llama un sistema híbrido eólico-solar. Panel fotovoltaico Regulador de carga Radiación Solar Energía Eólica Estos sistemas híbridos ofrecen ventajas económicas sobre los sistemas puramente fotovoltaicos, ya que el costo de la electricidad producida con aerogeneradores es menor que el de la producida con paneles fotovoltaicos. Además, en algunos sitios el viento sopla cuando no hay sol, lo que reduce la necesidad de baterías y abarata el costo del sistema. Acumulador o batería Utilización a 12 o 24 V Utilización a 220 V Aerogenerador Inversor CC/CA

7 4. Métodos de Cálculo de Instalaciones FV Método Simplificado Se establece el balance energético para el periodo más desfavorable y se determina el área de superficie fotovoltaica para la inclinación que la hace mínima de manera que la oferta iguale a la demanda en este periodo, quedando el sistema sobredimensionado durante el resto del año. Es necesario la disposición de capacidad de acumulación para poder suministrar energía durante los días nublados (autonomía). Método de simulación y cálculo de la pérdida de carga El método consiste en determinar para unos valores dados de capacidad de baterías y de área de paneles, la fracción de la demanda energética que es necesario aportar mediante una fuente auxiliar como consecuencia de la pérdida de carga de la batería (LP). Se determinan los valores de área de paneles y capacidad de batería para los que la pérdida de carga quede por debajo de un determinado valor y se elegirá entre ellos la combinación que resulte más económica.

8 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 1. Area geográfica de estudio Se trata de una pequeña casa de campo situada en la provincia del Santa, alejada de la red y que se quiere electrificar con energía solar. Posee un clima caluroso semiseco y está ubicado a 40 m.s.n.m., en las siguientes coordenadas: Latitud : Sur Longitud : Oeste Altitud : 40 m.s.n.m.

9 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada

10 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 2. Análisis del recurso solar La estimación de la media mensual de la radiación solar diaria, ha sido elaborada teniendo en cuenta los días representativos del mes y se ha evaluado de manera teórica para diferentes pendientes o ángulos de inclinación.

11 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 3. Requerimiento

12 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 4. Cálculo del número de módulos fotovoltaicos Cálculo del consumo diario total del receptor: CDR = Pot.Consumida Tensión nominal 2035 Wh/día CDR = = Ah 12 V dia CDR = Ah dia Cálculo de horas sol pico hsp = KJ / m 2 * * hsp = * * = hsp

13 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada Cálculo de la corriente que genera al día un módulo solar hsp I = 4.4x7.1 = Ah dia Cálculo del número de módulos en paralelo Ah Nº de paneles en paralelo = = Ah dia dia Nº de paneles en paralelo = 6 Número de módulos, asumiendo factor de seguridad 10% consumo + 10% = consumo + 10% = Ah dia Ah dia Nº de paneles en paralelo = = Ah dia Nº de paneles en paralelo = 6

14 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 5. Cálculo del número de acumuladores Días de autonomía: 5 Profundidad de descarga: 60% Consumo: Ah/día Ah 5dias Capacidad = dia 0.6 Capacidad = 1552 Ah 1552 Nº baterías = = Nº baterías = 1

15 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 6. Cálculo del número de reguladores Producción máxima de todos los paneles: PMP PMP = 6 * 7.10 = 42.6 A 42.6A Nº de reguladores = = A Nº de reguladores = 3 Observamos que cada regulador tiene la capacidad de soportar la corriente de 2 paneles en paralelo (2x7.1=14.2 A), ya que la corriente que soportan es a lo más 20 A. Por lo tanto para 6 paneles fotovoltaicos es necesario tener 3 reguladores de este tipo.

16 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 7. Cálculo del inversor Energía total de consumo: 2035 W-h/día. Máxima potencia (W) : 257 W E. Entrada = E. salida Eficiencia 2035 E. Entrada = = Wh 0.94 día Como la tensión es de 12 V, la corriente absorbida será de: = Ah 12 día El inversor elegido es el correcto porque la corriente del mismo es mayor que la corriente de consumo del receptor (ICRD= A). Además cubre la potencia de arranque de los equipos.

17 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada 8. Cálculo de la sección del conductor Donde: S 2 ρ L I = V a V b S: sección en mm2. L: longitud en m. I: intensidad en Amp. Va Vb: caída de tensión en Volt. (aprox 5% del valor nominal de tensión) ρ: Ωmm2/m (conductor de cobre) Panel Fotovoltaico Regulador (15m) Estimamos que desde la estación de paneles hasta el regulador hay una distancia de 15 m y la corriente como máximo será = 2 módulos x 7.1= 14.2 Amp S = = 12.68mm Regulador Batería (2m) Estimamos que desde la batería hasta el regulador hay una distancia de 2 m y la corriente como máximo será = 2 módulos x 7.1= 14.2 Amp S = = 1.69mm

18 Ejemplo de cálculo de una vivienda aislada Batería Inversor (2m) Para un consumo máximo de 265 W la corriente máxima será: S = = 2.86mm = 24.00A Derivaciones (10m) La corriente será del equipo de mayor consumo (85W) 85 = A S = = mm 2 Conclusión: Según lo calculado y homogenizando las secciones podríamos disponer de un conductor de 16mm 2 de paneles a baterías; y para líneas generales de 6mm 2

19 Esquema de Instalación I max = 20 A R1 R2 R3 I max = 60 A + -

20 CARACTERISTICAS CONDUCTORES ELECTRICOS - INDECO NORMAS DE FABRICACIÓN :ITINTEC (Calibre mm²) :UL-83 (Calibres AWG) :VDE 0250 (Calibres AWG) Tensión del servicio :600 voltios Temperatura de operación :60 C DESCRIPCIÓN Conductores de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado. Aislamiento de PVC USOS Aplicación general en instalaciones fijas; edificaciones, interior de locales con ambiente seco o húmedo, etc. Generalmente se instalan en tubos conduit. CARACTERÍSTICAS Alta resistencia dieléctrica, resistencia a la humedad, productos químicos y grasas, al calor hasta la temperatura de servicio, retardante a la llama. EMBALAJE De 0,5 a 35 mm²: en rollos estándar de 100 metros. De 10 a 500mm² : en carretes de madera COLORES De 0,50 a 4mm²: Blanco, negro, rojo, azul, verde y amarillo Mayores a 4mm²: Solo en color negro CALIBRE : 0,5-500 mm² : 18 AWG -500MCM

21 ESPECIFICACIONES CONDUCTORES TW - mm² CALIBRE CONDUCTOR N HILOS DIAMETRO HILO DIAMETRO CONDUCTOR ESPESOR AISLAMIENTO DIAMETRO EXTERIOR PESO AMPERAJE (*) AIRE DUCTO mm² mm mm mm mm Kg/Km A A ALAMBRES 0,75 1 1,0 1,0 0,75 2, ,1 1,1 0,75 2, ,5 1 1,4 1,4 0,75 2, ,5 1 1,8 1,8 0,75 3, ,3 2,3 0,75 3, ,8 2,8 0,75 4, ,6 3,6 1,15 5, CABLES 2,5 7 0,67 2,0 0,75 3, ,85 2,6 0,75 4, ,04 3,1 0,75 4, ,35 4,1 1,50 6, ,70 5,1 1,50 7, ,14 6,4 1,50 8, ,52 7,6 1,50 9, ,78 8,9 1,50 12, ,14 10,7 2,00 14, ,52 12,6 2,00 16, ,03 14,2 2,40 19, ,25 15,8 2,40 20, ,52 17,6 2,40 22, ,25 20,3 2,40 25, ,52 22,7 2,80 28, ,85 25,7 2,80 31, ,20 28,8 2,80 34,

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