Universidad de Costa Rica. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Guía del curso. Energía Solar Fotovoltaica

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica Guía del curso Energía Solar Fotovoltaica Profesor: Ing. José Antonio Conejo Badilla IE-1103 Grupo 003 I-2013

2 Décima Parte PRESENTACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO Descripción de un sistema fotovoltaico Para instalaciones pequeñas, menores de 100 W de potencia instalada, se podría presentar una breve reseña de las características de la instalación, pero para sistemas mayores es recomendable elaborar un documento compuesto de los siguientes apartados: Memoria Cálculos Planos Presupuesto Memoria La memoria contempla las hojas de los datos de toda la información previa referente a la instalación. Debe incluir la ubicación exacta del lugar y el tipo de construcción donde se realizará el montaje, así como sus características de superficie disponible, orientación y posibles sombras, entre otras. También se debe incluir la información geográfica y meteorológica del sitio o zona, según su disponibilidad. En caso de que el proyecto en estudio corresponda a un sistema aislado, debe considerarse la información relacionada con la distancia del sitio de proyecto hasta el punto más cercano a la red eléctrica, los planes de expansión de la empresa distribuidora. En estos casos, también deben quedar definidas las necesidades y características de consumo de las cargas que se conectarán al sistema, de acuerdo a una negociación previa con los futuros propietarios y usuarios del sistema. Para sistemas conectados a la red, sean estos interactivos o no, se deben presentar las condiciones contractuales que establece la empresa distribuidora de

3 energía eléctrica, donde se incluya una descripción detallada del contrato entre ambas partes. Con esta información se prosigue con la exposición de razonada de la conveniencia y viabilidad técnica y financiera de la opción seleccionada y la demostración de la capacidad de dimensionamiento del sistema para cubrir las necesidades del cliente. Cálculos En esta sección se agrupan los cálculos de cada uno de los componentes de la instalación, de acuerdo al orden propuesto en el apartado correspondiente. Además del cálculo de la energía requerida por el sistema, se deben presentar como mínimo los cálculos para el número de paneles y su potencia, para el dimensionamiento del banco de baterías, para el sistema de regulación, para el inversor y para el cableado. Si estos cálculos se realizan utilizando algún programa de computo especializado, entonces se deben incluir las hojas de salida del software utilizado. Planos Es conveniente incluir dentro del documento del proyecto, al menos un plano general de la instalación y otro específico del cableado, en el cual se distinga perfectamente la polaridad de cada conductor. Según la conveniencia, se pueden añadir otros planos de detalles, croquis o información técnica adicional que permita la mejor comprensión de las conexiones del cableado entre los diferentes componentes del sistema. Presupuesto En la confección del presupuesto se deben considerar los precios de mercado de todos los componentes de la instalación, a la fecha de elaboración del mismo. Como es lógico pensar, las partidas más importantes corresponderán a los

4 paneles fotovoltaicos y al banco de baterías, seguido por el inversor, especialmente si este es de tipo de onda senosoidal. El factor de escala es determinante en el precio de los diferentes componentes. Por tanto, en un mercado poco desarrollado, para instalaciones pequeñas los precios que predominan son minoristas. A manera de referencia, el siguiente es el desglose mínimo de los rubros que deben especificarse con el costo de cada uno de estos elementos: Paneles Estructura de soporte de los paneles Obra civil, en caso de que requiera su contratación Banco de Baterías Cableado Regulador Inversor Otros elementos de medición, control y regulación Elementos de consumo o cargas, en caso de que tengan que suministrar Otros elementos auxiliares del circuito de carga (interruptores, tomas, etc.) Materiales consumibles (tornillería, conectores, etc.) Transporte, nacional e internación Mano de obra Impuestos CONSTRUCCION UN SISTEMA FOTOVOLTAICO Montaje de un sistema fotovoltaico Es recomendable que el montaje del sistema fotovoltaico sea realizado por electricistas experimentados, quienes poseen habilidades reconocidas en la interpretación de planos y en la ejecución trabajos de instalación e interconexión

5 de aparatos eléctricos, así como en la atención de las fallas que pudieran presentarse en cualquier proceso de montaje. Para pequeños sistemas fotovoltaicos de uno o dos paneles, algunos fabricantes comercializan kits completos y proporcionan con sus equipos, las instrucciones paso a paso que permiten que cualquier persona pueda ejecutar una pequeña instalación siguiendo unas normas sencillas y utilizando el instrumental adecuado. Esto es aplicable siempre y cuando el montaje de la instalación no presente ningún tipo de dificultad o riesgo eléctrico, por lo que para la mayoría de los casos es aconsejable contar con la participación del personal profesional calificado. Procesos previos al inicio de la instalación En una visita previa al sitio de instalación, el contratista podrá identificar la ubicación de cada uno de los componentes de sistema y constatar si se requiere realizar algún ajuste en los espacios seleccionados y así definir el lugar definitivo y el trazado de las trayectorias del cableado entre los distintos componentes. Una de las decisiones más delicadas es la ubicación del cuarto de baterías, pues estos elementos requieren una adecuada ventilación y una disposición alejada de las zonas de uso habitual del usuario. En este proceso previo se deben identificar todas las partes del sistema que puedan transportarse armadas al sitio, tales como los tableros de conexiones y control, e incluso las estructuras de soporte, esto con el propósito de disminuir los tiempos de ejecución de trabajos especializados en el sitio, así como del trasporte de maquinaría o herramienta pesada. Fases del proceso de montaje El proceso de montaje se puede dividir en las siguientes fases: Montaje de la estructura de soporte y colocación de los paneles Conexión de los paneles

6 Montaje del banco de baterías Montaje del tablero eléctrico, regulador y accesorios Cableado de la instalación Montaje de los aparatos del circuito de carga (cuando estos están incluidos) Pruebas de verificación y puesta en marcha Conexión de los paneles El cableado de los paneles debe realizarse utilizando materiales y procedimientos de alta calidad, de forma que se asegure la durabilidad y confiabilidad del sistema al estar expuesto a las condiciones de intemperie. No considerar este requerimiento de montaje, será una de las causas más frecuente de avería del sistema, ya sea debido a la falla de la protección de los cables, a la rotura o problemas de contacto eléctrico y a perdida de voltaje en los terminales. Las conexiones, cableados y mecanismos de la instalación que se encuentren montados en intemperie, deben tener el grado mínimo de protección establecido por el código eléctrico. Montaje del banco de baterías El montaje de las baterías presenta dos aspectos relevantes: las características requeridas del lugar de ubicación del banco de baterías y las exigencias del montaje y conexión eléctrica de las baterías. Las baterías debes ubicarse en un local protegido contra la intemperie debido a dos razones, la variación del rendimiento y los agentes de degradación. El rendimiento de las baterías depende significativamente del valor de la temperatura ambiente. La capacidad de la batería se reduce con la disminución de la temperatura, mientras que la vida útil se reduce al incrementarse la temperatura. El rango admisible se establece entre los 15 C y los 30 C.

7 El cuarto de baterías debe ser un espacio seco y ventilado para evitar la acumulación del hidrógeno y el oxígeno desprendido en los procesos de carga de la batería. Debido a que en las instalaciones fotovoltaicas el proceso de carga es lento, la gasificación no es excesiva, sin embargo si debe considerarse, especialmente para instalaciones de gran tamaño. Una consideración importante en la conexión de baterías, es colocar cubiertas aislantes en los bornes de las baterías para evitar posibles cortocircuitos que se pudieran producir por la caída de algún objeto metálico sobre ellos. Montaje del tablero eléctrico, equipos de regulación y control Según la complejidad del sistema fotovoltaico, es preferible agrupar y centralizar los diferentes equipos y mecanismos en un tablero eléctrico. Se debe establecer como especificaciones de montaje, que los equipos o el tablero eléctrico se ubicarán centralizados y lo más cerca posible del banco de baterías. Así mismo, toda la instalación eléctrica cumplirá las especificaciones establecidas en el código eléctrico. ENTREGA DE LA INSTALACION FOTOVOLTAICA Puesta en marcha de la instalación Una vez finalizado el proceso de montaje, se deben realizar algunas comprobaciones finales. En forma resumida; son suficientes las siguientes comprobaciones: Prueba de circuito abierto del arreglo de paneles, antes de conectar la batería. El valor de voltaje en los terminales del arreglo fotovoltaico medido al medio día en un día soleado, debe ser próximo al valor previsto. La batería se debe encontrar en su estado de plena carga, comprobándose además que los valores de voltaje y densidad son los correctos.

8 Verificar que la corriente del circuito de carga (entre los paneles FV y la batería), circula con una intensidad aproximada a la prevista en las horas centrales del día. Comprobar el correcto funcionamiento del regulador de carga. Comprobar el correcto funcionamiento de los aparatos de conectados en la carga del sistema. Entrega de la instalación Después de comprobar el correcto funcionamiento de la instalación, la entrega de la misma se completa con las instrucciones que debe recibir el usuario, para la comprensión de los aspectos básicos de funcionamiento de la instalación. Es preferible que dichas instrucciones queden por escrito en un pequeño manual o guía de usuario de la instalación, el cual debe contener al menos los siguientes aspectos: Datos generales del director del proyecto y del instalador Consumos esperados de los equipos instalados, diarios y mensuales. Características del generador fotovoltaico. Características del banco de baterías. Características del sistema de regulación y control. Características del inversor. Funcionamiento de la instalación. Recomendaciones y consejos. Eventuales fallas y posibles averías y acciones propuestas para el usuario.

9 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Dunlop James P., Photovoltaic Systems, American Technical Publishers, Inc., Oreamuno Carlos, Energías Renovables. Tema Energía Fotovoltaica, Instituto Tecnológico de Costa Rica, Instituto Costarricense de Electricidad, Energía Solar en Costa Rica, Instituto Costarricense de Electricidad, Fuentes de energía no convencionales, Zilles R., Tendencias Tecnológicas y Aplicaciones de Sistemas Fotovoltaicos, OLADE - CURSO CAPEV 08, Jaramillo Salgado Oscar Alfredo, Tecnologías solares de mediana y alta temperatura, Centro de Investigación en Energía. Universidad Nacional Autónoma de México, OLADE - CURSO CAPEV 10, Linsenmeyer Aswin, Taller Techo Solar, SUNSET Energietechnik GmbH, Fernández Díez P., Procesos Termosolares en baja, media y alta temperatura 9. Progensa, Instalaciones de energía solar, Lorenzo E., Electricidad Solar. Ingeniería de los sistemas fotovoltaicos, Editorial Progensa, Sandoval Cervantes E, Bancos de Baterías Plomo Ácido, Instituto Costarricense de Electricidad, Recopilación de artículos técnicos publicados en Era Solar. Avances en Energía Solar, Progensa, 1era edición, El Paso Solar Energy Association - EPSEA, Conversión de la Luz Solar en Energía Eléctrica Que es Biomasa? Bérriz Luis, La transformación de energía solar en electricidad Acosta Rubio, José. Energía solar: utilización y aprovechamiento. Madrid: Editorial Paraninfo, 1983.

10 17. Centro de Estudios de la Energía. El sol, un viejo conocido: introducción a la energía solar. Madrid: Centro de Estudios de la Energía, Centro de Estudios de la Energía Solar. La energía solar: aplicaciones prácticas. Sevilla: Promotora General de Estudios, 1993.

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