INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS. Ángel Ayala Rodrigo

Transcripción

1 INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CPR MÉRIDA FEBRERO 2012 Ángel Ayala Rodrigo

2 Programa: 1. Sistemas fotovoltaicos: Aislados. Conexión a red. Bombeo. 2. Componentes de una instalación: Paneles. Reguladores/Maximizadores. Acumuladores. Inversores. Grupos de apoyo. Automatismos. Bombas y auxiliares. 3. Métodos de cálculo: Personalizado. Programas de cálculo. 4. Realización de diversas prácticas: Montaje de una instalación aislada. Montaje del sistema de apoyo de la misma. Montaje de los automatismos de la instalación. Montaje de un sistema de bombeo con FV. 5. Elaboración de diversos presupuestos de instalaciones reales. 6. Análisis de métodos de mantenimiento de instalaciones solares FV.

3 Potencia y Energía Potencia Energía Energía = Potencia x Tiempo Cuánta energía genera un módulo fotovoltaico de 150wp instalado en Mérida?: Energía generada = Potencia pico x HSP Min: Módulo 150wp en invierno...eg = 150 x 2,5H = 375 wh/día Max: Módulo 150wp en verano...eg = 150 x 6,5H = 975 wh/día

4 Potencia y Energía P=915Mw P=2x980Mw Central hidroeléctrica de Alcántara: P= 915 Mw Energía generada = Potencia x horas de funcionamiento Eg = 915 x 24h x 40d = Mwh/año = 878 Gwh/año Central Nuclear de Almaraz: P= 2 x 980 Mw / Gwh/año Energía generada = Potencia x horas de funcionamiento Eg = 980 x 24h x 300d = Mwh/año = Gwh/año

5 Potencia y Energía 70 Mw 400m 150Ha hogares Tm CO2/año Producción: 70 Mw x 5HSP/d = 350 Mwh /d 128Gwh/año Consumo: Consumo per/día 5Kwh 1,8 Mwh/año Suministro: Mwh/1,8Mwh = per hogares 3,3Kw... 1 hogar 1 Mw hogares personas 70 Mw hogares personas (en P) CO2 de un coche: 100g/Km ( Km/año) 3 Tm/año Tm coches/año

6 TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS I Instalación aislada

7 TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS II Conexión a red

8 TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS III Bombeo FV

9 TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS IV Centros de telecomunicaciones

10 INSTALACIONES AISLADAS

11 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I 1º- DATOS DE LA INSTALACIÓN: - Uso de la vivienda: residencia permanente, de fin de semana o de vacaciones. - Las Coordenadas geográficas, la orientación y el seguimiento determinan las HSP (Irradiancia máxima 1000w/m2 ; Irradiación media anual en Badajoz 1.726kwh/m2 ). - Para Extremadura, con una orientación Sur/45º de inclinación y sin seguimiento solar, tenemos: HSP = 0,2778. K. H K: Coef. De inclinación H: Iradiación solar en kwh/m2 d En Extremadura k 2,5 d = 2,5h β

12 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LA DESORIENTACIÓN DE LOS PANELES I:

13 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LA DESORIENTACIÓN DE LOS PANELES I: *Las pérdidas por desorientación o inclinación inadecuada, por buscar la integración o la superposición, que provocarán unas pérdidas del x%, se puede compensar con el aumento correspondiente de la potencia pico del campo de paneles, aplicando la siguiente regla: Ppreal x% = Ppreal(1 0,x) = Pp Ppreal = Pp/ (1-0,x) *Así por ejemplo, para una instalación de Pp = 800wp, para compensar las pérdidas de una instalación en fachada (30%) tendríamos que aumentar la potencia del campo de paneles de 800wp a: Ppreal 30% = Ppreal(1 0,30) = 800wp Ppreal = 800/ (0,7) = 1143wp *Observar que el aumento es del 42,8% no del 30%, es decir no podemos hacer: 800wp + 30% de 800 = 1040wp, pues al perder el 30% quedaría 728wp.

14 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LA DESORIENTACIÓN DE LOS PANELES II:

15 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LOS SEGUIDORES SOLARES: *El requerimiento de espacio por Kwp instalado es: -Para sistemas fijos aprox. 30m2. -Para sistemas de un eje aprox. 45m2. -Para sistemas de dos ejes aprox. 60m2. *La mejora del rendimiento por el uso de seguidores solares es de aproximadamente el 26% para un eje y del 40% para dos ejes. *Para generar 1Gwh / anual en España, se necesitarían: -666Kwp con una planta fija. -523Kwp con seguimiento a un eje. -480Kwp con seguimiento a los 2 ejes. *El sobrecoste de la estructura de una instalación con seguidor a un eje es de aproximadamente el 66% y con seguidor a dos ejes es de aproximadamente del 73%.

16 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LOS SEGUIDORES SOLARES DE UN EJE:

17 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS I -INFLUENCIA DE LOS SEGUIDORES SOLARES DE DOS EJES:

18 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS II 2º- CONSUMOS Y POTENCIAS DE LA INSTALACIÓN: Elemento: Potencia inst.: Horas consumo: Consumo/día: Iluminación: 10w x 8 P = 80w Horas consumo:5h Consumo/día: 400w.h TV: 100w P = 100w Horas consumo:6h Consumo/día: 600w.h Frigorífico: * Pi = 200w Horas consumo:* Consumo/día: 1000w.h Lavadora: 500w P = 500w Horas consumo:1h Consumo/día: 500w.h Microondas: 900w P = 900w Horas consumo:1/2h Consumo/día: 450w.h Vitrocerámica:1500w 1500w.h Peq. Electrodom.:500w P = 1500w Horas consumo:1h P = 500w Horas consumo:1/2h Consumo/día: 250w.h Radiador: 1000w P = 1000w Horas consumo:2h Bomba agua**: 1200w P = 1200w Horas consumo:1/2h Consumo/día: 600w.h Multimedia: 200w P = 200w Horas consumo:3h TOTALES: Pti = 6180w x 0,7(Coef. de simult.) = 4.326w 5Kw Consumo/día: Consumo/día: 2000w.h Consumo/día: 600w.h Consumo/día(Cd): 7.900w.h *Frigorífico: 350L/ A Kwh/año...Inv < 50% / Ver > 300%...Consumo medio = 1Kwh/día

19 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS II IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) Eficiencia Energética en aparatos eléctricos

20 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS II ** Para el cálculo de la bomba tendremos en cuenta los siguientes parámetros: H de hasta 30m con un caudal de 2000 L/h Pmec = 1CV = 736w P = 736/0,8 = 920w o de forma experimental 1CV 5,5A a 220v = 1210w *** Lo correcto es hacer el cálculo para invierno y verano, diferenciados por el uso del frigorífico y del radiador. En nuestro ejemplo lo supondremos compensado (frigorífico con radiador), considerando el consumo de invierno como base del cálculo. **** En cuanto a la calefacción y el ACS se dotará con Energía Solar Térmica ( paneles térmicos y suelo radiante), además de buscar en la construcción una eficiencia energética apropiada. Para ganar en fiabilidad y seguridad de la instalación usaremos una caldera de apoyo. En nuestro ejemplo: Potencia total de la instalación: Pti = 5Kw Consumo/ día: Cd = 7.900wh

21 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS III Egpan/d = Cd Energía generada por el campo de paneles en un día = Consumo diario de la instalación Egpan/d = Ppan x HSP Ppan = Cd /HSP

22 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS III 3º- CAMPO DE PANELES: Ppan = Cd /HSP Ppan INV= Cd INV / 2,5H Ppan VER= Cd VER / 6,5H *El cálculo se debe hacer para INV y VER y se elige un valor intermedio compensando con el grupo electrógeno (GE) en invierno. **Si se trata de una vivienda de fin de semana o vacaciones, el cálculo se hará por semanas o meses en lugar de por días, es decir: Ppan = Cd x Nº días de uso / HSP x Nº días de carga Ej. Fin de semana: Ppan INV = Cd INV x 2 d / 2,5H x 7 Ppan VER = Cd VER x 2 d / 6,5H x 7 En nuestro ejemplo: Suponiendo vivienda de uso permanente Ppan INV= 7.900wh / 2,5H = wp Ppan VER= 7.900wh / 6,5H = wp Ppan > ( )/2 > 2.187wp Ppan = 2.500wp

23 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS III Nºpan = Ppan / P1p ***El número de paneles vendrá dado por la tensión del sistema, la cual la fijará la potencia de la instalación: Pti < 1500w Vs = 12v Nº par o impar (Paneles de 12v) 1500w < Pti < 3500w Vs = 24v Nº par (Pan. 12v/24v) o impar (24v) Pti > 3500w Vs = 48v Nº par (Pan. 12v/24v) -Por lo tanto habrá que realizar el cálculo para diferentes potencias de panel unitario, con el fin de elegir la combinación más apropiada, además de tener en cuenta las ofertas del mercado. Nºpan = 2500 / 190 = 13,15 pan En nuestro ejemplo: Suponemos Vpan = 24v 14 pan (7x 2)/170w/24v Nºpan = 2500 / 170 = 14,70 pan Nºpan = Ppan / P1p Nºpan = 2500 / 165 = 15,15 pan Pti = 5Kw Vs = 48v Nºpan = 2500 / 150 = 16,66 pan Nºpan = x 2 *Suponemos este panel por oferta del mercado

24 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS III w/24v

25 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS III Conexionado de los paneles 3 x 24v/5A + 24v/15A 48v/15A 24v/15A 3 x 24v/5A P1p = 24v x 5A = 120w PT = 6 x 120W = 720w ó bien: PT = 48v x 15A = 720w -

26 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV 4º- ACUMULADORES: A - IDAE: Se basa en calcular las baterías a partir de los paneles. - Se contempla la eficiencia energética. - Tendremos una autonomía (N) de aproximadamente 7 días. Cbat = 25 x 1,25 x Incpan.Cbat: Capacidad de las baterías a C100 (descarga lenta) (A.h).Incpan: Intensidad nominal del campo de paneles (A) Incpan = In1p x Nº ramas en paralelo del campo de paneles En nuestro ejemplo: In1p = 4,7 A Incpan = 4,7 x 7 = 32,9A Cbat = 25 x 1,25 x 32,9 = 1.028Ah Habrá que poner 24 vasos de 2v y de 1.028Ah 24 vasos de 1.200Ah/2v

27 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV - Autonomía (N): Cbat = 1200Ah = 1200Ah x 48v = wh Capacidad real con una profundidad de descarga del 80% : Cbat.r= Cbat x pd = wh x 0,8 = wh Días de autonomía = Capacidad real de las baterías / Consumo diario N = Cbat.r / Cd N = wh / 7.900wh = 5,8 días* *Vemos que N<7 debido a que acortamos el nº de paneles de 14,70 a 14 - Vida de las baterías: % profundidad de ciclaje diario = Consumo diario(ah) / Vs = 7.900wh / 48v =164,5Ah 13,7% del total (1.200Ah)...Sobre las tablas de vida de las baterías (diap.sig.) tenemos: ciclos / 365 = 17,8 años

28 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV

29 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV Conexionado de los acumuladores vasos de Cbat = 2v/600Ah VT = 12 x 2v = 24v PT = 24v x 600 A = w IT = 600A ET = wh O bien: E1b = 2v x 600Ah = 1200wh ET = 12 x 1200wh = 14400wh

30 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV B Por la autonomía: Se basa en calcular las baterías a partir de la autonomía deseada y posteriormente calcular el campo de paneles. Especialmente útil para el cálculo de repetidores de telecomunicación. Cbat (wh) = Cd (wh) x N (días) / pd (0,8) Cbat (Ah) = Cbat (wh) / Vs En nuestro ejemplo: -Supongamos una N = 15 días Cbat (wh) = Cd (wh) x N (días) / pd (0,8) = 7.900wh x 15d /0,8 = wh Cbat (Ah) = Cbat (wh) / Vs = wh / 48v = 3.085Ah -De aquí obtendríamos la Incpan: Cbat = 25 x 1,25 x Incpan Incpan = Cbat / 25 x 1,25 = Ah /25 x 1,25 = 98,7A -De donde podemos deducir el nº de paneles necesarios para conformar el campo de paneles: Incpan = In1p x Nº ramas en paralelo Nº ramas = 98,7A / 4,7A = 21ramas Por lo tanto, sabiendo que Vs = 48v (2 x 24v) Nºpan = Nº ramas x 2 = 42 paneles

31 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IV

32 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS V 5º- REGULADOR: Ireg (A) = 1,25 x Icortocpan -O de forma práctica aproximada: 250 Ireg (A) Incpan En nuestro ejemplo: -La Icorto del panel = 5,2A Por tanto: Icortocpan = 5,2 x Nº ramas = 5,2 x 7 = 36,4A Ireg (A) = 1,25 x 36,4 = 45,5A Ireg (A) = 45A ó 50A/48v

33 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS V Conexionado del regulador

34 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS V Conexionado de dos reguladores (Ireg>60A)

35 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS V

36 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VI 6º- INVERSOR: Convierte la cc de la baterías en ca Pinv = Pti / ηinv Pti / 0,8 -El inversor debe reunir dos características fundamentales: 1- Función cargador desde el grupo hacia las baterías. Pcarga ½ Pinv 2- Ha de entregar ca senoidal pura. En nuestro ejemplo: Pinv = 5000w / 0,8 = 6250w Pinv 5.000w de 48v/230v Por oferta comercial

37 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VI 5.000

38 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VII 7º- GRUPO ELECTRÓGENO: Egpan/d = Ppan x HSP = Cd - La energía diaria que debe generar el grupo en invierno (Egg inv/d) para compensar la no generada por los paneles que faltan, será: Egginv/d = Cd - Egpaninv/d En nuestro ejemplo: Egpaninv/d = Ppaninv x 2,5h = 2.500w x 2,5h = 6.250wh Cd = 7.900wh Egginv/d = Cd - Egpaninv/d = 7.900wh wh = 1.650wh - El tiempo diario de funcionamiento del grupo en invierno (Tfg inv/d) será: *Sabemos que la Potencia del grupo es de ½ Pinv Pg = 2.500w Tfginv/d = Egginv / Pg = 1.650wh / 2.500w = 0.66h = 39 Tfginv/d = 39

39 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VII Consumo 1,5L/h

40 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VII 5.000w

41 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VIII 8º- INSTALACIÓN ELÉCTRICA: V = 2PL/CUS S = 2PL/CU V V: Caída de tensión en la línea. V 1% V 3% P: Potencia a soportar por el tramo de línea. L: Longitud del tramo. V 3% C: (1/σ) Conductividad del material (Cu: 58,8 m/mm2.ω). V 1% U: Tensión de trabajo del tramo de línea. S:Sección de la línea.

42 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS VIII En nuestro ejemplo: -Tramo PAN-REG: (L=5m) S = 2PL/CU V S = 2x2.500x5/59x48x(48x0,03) =6,1mm2 -Tramo REG-BAT: (L=2m) S = 2PL/CU V -Tramo BAT-INV: (L=2m) S = 2PL/CU V S = 10mm2 (1 /m-100m) S = 2x2.500x2/59x48x(48x0,01) = 7,4mm2 S = 10mm2 (1 /m-100m) S =2x5000x2/59x48x(48x0,01) = 14,7mm2 S = 16mm2 (1,5 /m-100m) -Tramo INV-CGP-CARGA: (L=2m)/ X m S =2x5000x2/59x230x(230x0,03)=0,21mm2 S = 2PL/CU V S = 1,5mm2(Al..0,3 /m-100m); 2,5mm2(Fu..0,4 /m-100m); 4mm2(Pot..0,5 /m-100m)

43 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IX 9º- PROTECCIONES: -Tramo PAN-REG: Magnetotérmico bipolar (Icorte = Ireg). -Tramo REG-BAT: Opcional: Magnetotérmico bipolar (Icorte = Ireg). -Tramo BAT-INV: Fusible (Icorte = Iinv = Pinv/Vs). -Tramo INV-CARGA: CGP normal (IG + ID + PIAs). -Tramo GE-INV: Magnetotérmico.

44 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IX En nuestro ejemplo: -Tramo PAN-REG: Magnetotérmico bipolar (Icorte = Ireg = 50A) Tramo REG - BAT: Magnetotérmico bipolar (Icorte = Ireg = 50A) Tramo BAT-INV: Fusible (Icorte = Iinv = 104A) * -Tramo INV-CARGA: CGP: IG: 25A DIF: 25A/30mA PIAs (20A/15A/10A) X 3 = 30 -Tramo GE-INV: Magnetotérmico bipolar (Icorte = 50A) Armario CGP...76 TOTAL CGP

45 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IX

46 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IX

47 CÁLCULO DE INSTALACIONES AISLADAS IX 10º- AUTOMATISMOS:

48 PRESUPUESTO DE LA INSTALACIÓN -PANELES: 14 pan de 170w/24v...14 x 700 = ACUMULADORES: 24 vasos de 1.200Ah/2v...24 x 437 = REGULADOR: 50A/12-48v INVERSOR: 5.000w/48V/230v GRUPO ELECTRÓGENO: 2.500w/Diesel/Arranque Eléctrico CABLES: Pan-Reg(5m) + Reg-Bat(2m) + Bat-Inv(2m) + Inv-CGP(2m) + GE-Inv(10m) PROTECCIONES: CONECTORES: ESTRUCTURA: * -MONTAJE: * TOTAL