TECNOLOGIA AMBIENTAL. Úrsula Aguilar Kuhn. Pablo Bejarano Espinosa. Alberto González Jiménez. José Luis Periañez Olmedo

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1 TECNOLOGIA AMBIENTAL Nave industrial con cubierta fotovoltaica con caso general de placas Úrsula Aguilar Kuhn Pablo Bejarano Espinosa Alberto González Jiménez José Luis Periañez Olmedo

2 INDICE 1. Datos técnicos de los elementos utilizados en el diseño Datos del captador solar fotovoltaico, según hojas de características del mismo Datos del inversor, según hojas de características del mismo Introducción Desarrollo del diseño Lugar de ubicación de la instalación solar fotovoltaica Ámbito de aplicación del código técnico de edificación, cte, documento básico db de ahorro de energía he 5 contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica Potencia eléctrica mínima a instalar, según CTE DB HE Verificación y cumplimiento de CTE DB HE 5 contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica PÉRDIDAS por orientación e inclinación de los captadores solares fotovoltaicos Pérdidas por sombras sobre los captadores solares fotovoltaicos Diseño de la instalación solar fotovoltaica Configuración del generador fotovoltaico y del inversor Potencia eléctrica de pico de la planta solar fotovoltaica Conclusión

3 1. Datos técnicos de los elementos utilizados en el diseño Datos del captador solar fotovoltaico, según hojas de características del mismo. Los siguientes valores son los datos facilitados por el fabricante en las hojas de características de los captadores solares fotovoltaicos, para condiciones estándar de medida CEM (Standard Test Conditions STC en Inglés), para el captador solar utilizado. Características técnicas básicas de los captadores solares fotovoltaicos Marca/modelo: Brisban BS 180 S5 de 180 W p. Dimensiones (vertical x horizontal x ancho): 1580x808x35 mm Peso: 17 Kg. Nº células (serie x paralelo): 12 x 6 = 72 células de Si Potencia nominal de 1 captador: P NOM, 1 CAPTADOR = 180 W p Intensidad de corriente de cortocircuito: I SC = 5,30 A Intensidad de corriente nominal: I NOM PMP = 4,90 A Tensión de circuito abierto: V OC = 44,5 V Tensión nominal: V NOM PMP = 36,55 V Tensión máxima del sistema: V MAX = 1000 V Eficiencia de módulo: ƞ= 14,0 % Coeficiente de temperatura de tensión de circuito abierto: C (Voc ) = 100 mv/c Coeficiente de temperatura de corriente de cortocircuito: C (Isc ) = 0,06 %/C Coeficiente de temperatura de potencia: C (P)= - 0,4 %/C 3

4 1.2. Datos del inversor, según hojas de características del mismo. Al igual que en el modelo de captador solar, las características siguientes asociadas al inversor, se han obtenido de las especificaciones técnicas facilitadas por el fabricante. Características técnicas básicas de los inversores Marca/modelo: Sunways Solar Inverter NT Nº entradas independientes: 3, para 3 configuraciones distintas. ENTRADA AL INVERSOR (Corriente contínua DC): Potencia nominal del inversor, máxima del generador solar: P NOM, GENERADOR = P MAX, DC inv = 9600 W p Intensidad de corriente máxima DC del inversor, por cada entrada PMP: I MAX, DC inv = 8,00 A Tensión de vacío máxima DC del inversor: V MAX, DC inv = 850 V Rango de tensiones de entrada FV, operativas del inversor, VPMP: SALIDA DEL INVERSOR (Corriente alterna AC): V MIN OP INV, PMP = V MAX OP INV, PMP = 350,00 V 750,00 V Potencia nominal de salida AC del inversor: P NOM, AC inv = 8000 W Tensión de red 3ph AC: V AC, inv = 400 V Eficiencia europea: ƞ EUR = 96,30 % Margen de tolerancia de frecuencia: 49.0 Hz a 51.0 Hz 4

5 2. Introducción. Partiendo de las condiciones de orientación y ubicación especificadas y las características detalladas anteriormente para cada elemento de la instalación, se procederá a una evaluación de la opción más favorable de colocación para los campos solares fotovoltaicos, siguiendo las directrices del Código Técnico de Edificación, CTE, de su Documento Básico, DB, de Ahorro de Energía, HE 5 Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica, que como se comprobará más adelante no es de obligado cumplimiento en este caso, pero a pesar de esto se seguirán sus directrices, para la colocación de los generadores fotovoltaicos o campos solares, llevando estos asociados a su vez una serie de inversores con tres entradas, es decir, a cada inversor se conectarán tres campos solares con el objetivo de obtener el mayor aprovechamiento y la máxima potencia eléctrica posible, traduciéndose en un mayor beneficio, ya que la instalación será diseñada para su conexión a red. Para nuestro caso estudiaremos dos de las tres disposiciones de placas posibles, el caso general de ubicación de los paneles sobre estructura auxiliar en la cubierta (con inclinación óptima según latitud del lugar), y con los paneles colocados verticalmente. La cubierta tendrá un inclinación del 15% con orientación S, pretendiéndose aprovechar la superficie de la cubierta al máximo, con espacio para mantenimiento, justificándose el tipo de planta solar a instalar, para conseguir en teoría, la máxima potencia eléctrica, el mayor aprovechamiento del espacio y un mejor funcionamiento de los paneles. 3. Desarrollo del diseño Lugar de ubicación de la instalación solar fotovoltaica. Los paneles solares fotovoltaicos que constituyen una planta solar, formada por varios campos o generadores solares, se dispondrán en posición fija, en zona de uso industrial, situada en la población Chipiona (Cádiz), latitud 36 º 44 21, zona climática V según la figura 3.1 Zonas climáticas del Código Técnico de Edificación, CTE, en su Documento Básico de Ahorro de Energía, DB HE 5 Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica. Cabe destacare en este aspecto, que se determina zona climática V ya que por ausencia de esta población en el Código Técnico, las poblaciones colindantes de Sanlucar de Barrameda y Rota si constan en este, como zona climática V y por esta razón, se supone que dicha población estará catalogada también en esta zona. 5

6 Para el estudio de los distintos tipos de plantas solares que se podrían instalar sobre la cubierta de la nave industrial, se va a comprobar que limitaciones impone el CTE DB HE 5 en cuanto a inclinación máxima y mínima de los captadores solares, de acuerdo a las pérdidas máximas que se pueden dar por orientación e inclinación de los captadores, para orientación Sur, que teóricamente es la óptima para captar la radiación solar para cada caso, se justificara el no obligado cumplimiento del CTE DB HE 5, aunque se seguirán dichas consideraciones para el diseño Ámbito de aplicación del código técnico de edificación, cte, documento básico db de ahorro de energía he 5 contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica. Según CTE, cuando se superen los límites establecidos en la tabla 1.1 Ámbito de aplicación del CTE DB HE 5 los edificios con uso tipo Nave de almacenamiento, que es el tipo más parecido a la nave de uso industrial objeto del presente trabajo, es decir, cuando este tipo de naves tenga una superficie construida que supere los m 2 construidos, se deberán incorporar sistemas de captación y transformación de energía solar por procedimientos fotovoltaicos. La nave de tipo industrial objeto del presente trabajo posee una superficie construida de 30 x 60 m 2 = 1800 m 2 > 966 m 2 que marca como límite el CTE, para el uso obligado de sistemas de captación y transformación solar por procedimientos fotovoltaicos. Continuando con la comprobación de su obligación o no, respecto al Código Técnico, se seguirá el procedimiento de comprobación expuesto en el punto 1.2 del CTE-DB-HE5, comenzando por estudiar si para el establecimiento existe una potencia mínima a instalar Potencia eléctrica mínima a instalar, según CTE DB HE 5. Se va a calcular la potencia mínima eléctrica a instalar según especificaciones del CTE, asemejando el establecimiento industrial al caso de una nave de almacenamiento. Según CTE DB HE 5: P Eléctrica Mínima a Instalar [KW p ] = C x ( (A x S) + B) C = 1,4 Siendo este el coeficiente climático obtenido de la tabla 2.2. Coeficiente climático del CTE DB HE 5, para zona climática V (de la nave industrial). A = 0, y B = -7,81, coeficientes de uso definidos en la tabla 2.1 coeficientes de uso del CTE DB HE 5, en función del uso del edificio, en este caso nave de almacenamiento. S = 30 x 60 = 1800 m 2, superficie construida de la nave industrial, suponiendo 6

7 que tiene una sola planta. P Eléctrica Mínima a Instalar [KW p ] = 1,4 x ( (0, x 1800) + (-7,81)) = -7,39KW p P Eléctrica Mínima a Instalar = -7,39 KW p Al salir un valor negativo (-7,39 KWp) se observa que no es de obligado cumplimiento la instalación de una planta solar fotovoltaica en la cubierta de la nave industrial, por parte del CTE-DB-HE Verificación y cumplimiento de CTE DB HE 5 contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica PÉRDIDAS por orientación e inclinación de los captadores solares fotovoltaicos. En el CTE DB HE 5, en la tabla 2.2 del mismo Pérdidas límite, se especifica que la disposición de los captadores será tal que las perdidas por orientación e inclinación y las perdidas por sombras sean inferiores a los valores dados por dicha tabla, los valores para orientación e inclinación a tener en cuenta para cada caso son: Caso general: se considerará cuando la colocación de los módulos se realice sobre estructura soporte auxiliar, para ello en el estudio se consideran los casos, horizontal y vertical, respondiendo a cada uno de ellos como la colocación de los módulos en vertical u horizontal respecto al lado de mayor longitud. Hay que tener en cuenta que la norma especifica que tampoco se superen los límites por sombreado ni que tampoco las pérdidas totales sean superadas, pero esto se realizará en el correspondiente apartado de pérdidas por sombras. Según la figura 3.3 Porcentaje de energía respecto al máximo como consecuencia de las pérdidas por orientación e inclinación del CTE DB HE 5 y siguiendo su procedimiento de cálculo, debemos describir para cada supuesto las siguientes componentes: β = Angulo de inclinación, es el ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal, variando 0< β<90 dependiendo si es horizontal β= 0, o está en posición vertical β=90. α = Angulo de acimut, es el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal 7

8 de la normal a la superficie del módulo y el meridiano del lugar, para todos los casos α =0 al estar en todos los casos los módulos orientados al Sur. Ф = Latitud del lugar. Conocido el acimut para el captador, se calcularán los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las perdidas máximas respecto a las inclinaciones óptimas establecidas usando la figura 3.3 como se detalla. Realizamos la intersección del ángulo de inclinación y el acimut de los captadores obtenemos el porcentaje de pérdidas para los captadores solares según los datos de cálculo utilizando la figura 3.3 obtenida del CTE. 8

9 En casos cercanos al límite y también como instrumento de verificación, la norma también permite el uso de las siguientes expresiones para el cálculo exacto en porcentaje de las pérdidas, indicándose el valor obtenido de pérdidas para cada caso en la tabla resumen, siendo estas menores que las pérdidas límites exigidas por el CTE-DB-SE HE5 para cada caso: Pérdidas (%) = para 15 <β< 90 Pérdidas (%) = para β 15 Los límites de inclinación aceptables se corregirán según se indica, en función de la diferencia entre la latitud del lugar en cuestión y la de 41º, de acuerdo a las siguientes expresiones obtenidas del CTE-DB-HE5: Inclinación máxima (latitud = 36º) = Inclinación máxima (ᶲ=41º) [(ᶲ=41º) - (latitud=36º)] = Inclinación máxima (latitud = 36º) = 60 (41 36) = 55º Inclinación mínima (latitud = 36º) = Inclinación mínima (ᶲ=41º) [(ᶲ=41º) - (latitud=36º)] = Inclinación mínima (latitud = 36º) = 5 (41 36) = 0º Nota: Inclinación mínima (ᶲ=41º) = 5º e inclinación máxima (ᶲ=41º) = 60º Hay que tener en cuenta que para todas las disposiciones que se estudiarán, su latitud es un parámetro dependiente de la ubicación, no de la opción que se elija, por lo cual para todos los casos estos valores serán los mismos, entrando en el rango de inclinación, dentro de los valores máximos y mínimos permisibles por el CTE. como se puede observar en la tabla resumen adjunta: Perdidas por orientación e inclinación, según el CTE DB HE5 Tipo de planta Orientación Captadores (α = Ángulo de acimut respecto al Sur) Caso CTE Pérdidas máximas por Orientación e Inclinación Inclinación (º) Planta Nº 1 0 General vert Planta Nº 2 0 General horiz Perdidas por orientación e inclinación, según el CTE DB HE5 Inclinación Máxima [º] para latitud φ=41º (figura del CTE DB (Ubicación HE 5) industrial) Inclinación Máxima [º] para latitud=36º nave Inclinación Mínima [º] para latitud φ=41º (5º según CTE DB HE 5) Inclinación Mínima [º] para latitud=36º(ubicación naveindustrial)

10 Teóricamente, lo óptimo sería que la orientación de los captadores solares fotovoltaicos, para la ubicación de la nave industrial, fuese Sur, y la inclinación de los mismos la latitud del lugar de la planta solar (que son 36º) menos 10º, es decir, alrededor de 26º, como se tendrá en cuenta en los cálculos de las plantas 1 y 2, que al ser calculadas con estructuras auxiliares sobre la cubierta, se dispondría de la posibilidad de dar al módulo la inclinación deseada Pérdidas por sombras sobre los captadores solares fotovoltaicos. Siguiendo las directrices del CTE DB HE-5 en su apartado procedimiento el cual consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afectan a la construcción con el diagrama de trayectorias del sol. En dicho diagrama se muestra la elevación que alcanza el sol para cada hora marcada, siendo las de valor negativo antes del medio día y las de valor positivo después del medio día. Las trayectorias superior e inferior corresponden a las trayectorias descritas para el 21 de Diciembre y el 21 de Junio respectivamente, mostrando el Azimut (ángulo de desviación respecto al Sur) en el eje horizontal, siendo el valor positivo orientación hacia el Oeste y los negativos orientación hacia el Este. El procedimiento para el uso de este procedimiento se realiza siguiendo los siguientes pasos: 1- Localización de los elementos para la elaboración del perfil de obstáculos a utilizar en la comparación, se estudiarán los posibles objetos susceptibles de causar sombreado: - Puntos 1 y 2: pertenecen a la primera construcción que existe en el polígono situado frente a la zona de estudio, al estar su altura por debajo de la altura de referencia de la nave industrial, no se les atribuye valor de elevación. - Punto 3 y 9: se considerará que los arboles a colocar en el acerado no superarán en la mayoría de los casos la altura de la nave mas dos metros y de ser el caso, se evitará que estén fuera del rango -50< Azimut <50, que son, en estas zonas cercanas, donde podría existir una mayor perdida por sombreado, pero en ningún caso siendo de gran consideración. - Puntos 4,5,6,7,8 y 10: son obstáculos producidos por edificaciones que aún no existen, pero teniendo en cuenta la altura máxima de edificabilidad, calculamos la mayor sombra en el caso más desfavorable en esa situación. El resto de naves y edificaciones se despreciarán por la lejanía a la cual están situados, despreciándose cualquier sombra que estos pudieran arrojar sobre la instalación. 10

11 Croquis situación de los puntos geodésicos de estudio para el perfil de obstáculos. Punto Geo Elevación ( A) Azimut/ sur ( Z) ,48 0 Punto Geo Elevación ( A) 13 8, Azimut/ sur ( Z) 5,75 27, Situando estos puntos sobre el diagrama de trayectorias del sol, obtenemos el diagrama de obstáculos, superpuesto este, sobre el diagrama de trayectorias solares, se pueden observar los puntos donde se podría dar el caso de que los objetos proyectaran sombra sobre los captadores. 11

12 Como se puede observar los elementos del entorno no producen sombras significativas sobre los captadores solares por lo cual las perdidas en estos como consecuencia de las sombras son despreciables. Cabe destacar que en apartados posteriores se estudiaran las sombras entre captadores, las cuales se calcularán para que la distancia entre ellos, no produzcan sombras durante las dos horas posteriores y anteriores al medio día solar Diseño de la instalación solar fotovoltaica Configuración del generador fotovoltaico y del inversor. Para el cálculo de la distribución de generadores fotovoltaicos, hay que tener en cuenta que se realizará asociando tres campos a cada inversor, ya que estos dispondrán de tres entradas PMP a la cual se asociará un campo solar. Se deberá tener en cuenta las condiciones eléctricas de los paneles y del inversor para el cálculo del numero de paneles a colocar en series y paralelo, ya que las tensiones e intensidades generadas por el campo fotovoltaico deberán ser satisfechas por el inversor en su entrada de corriente continua (DC). paralelo Número máximo de captadores solares fotovoltaicos en serie y Se deben cumplir las dos relaciones entre generador fotovoltaico e inversor siguientes: V OC, generador < V MAX, DC inv V OC, generador = N paneles serie x V OC, 1 captador N paneles serie x V OC, 1 captador < V MAX, DC inv Despejando de esta última ecuación se obtiene el número máximo de paneles asociados a ese inversor por entrada de PMP. N paneles serie < V MAX, DC inv / V OC, 1 captador Donde cada uno de estos valores corresponde a: N paneles serie = número máximo de paneles a colocar en serie. V MAX, DC inv = Tensión máxima que soporta el inversor en corriente continua. V OC, 1 captador = Tensión máxima de un captador en circuito abierto. Además, se debe verificar que la tensión de trabajo habitual del generador se encuentre dentro del rango operativo del inversor, es decir, la tensión producida por el número de paneles series colocado, debe estar dentro del rango de tensiones que es capaz de soportar el inversor elegido, comprobándose mediante las siguientes expresiones: 12

13 V MIN OP INV, PMP < V PMP, generador < V MAX OP INV, PMP V MIN OP INV, PMP < (N paneles serie x V PMP, 1 captador ) < V MAX OP INV, PMP Despejando para el valor máximo y mínimo de tensión de operación se obtienen las expresiones: N paneles serie min > V MIN OP INV, PMP / V PMP, 1captador N paneles serie max < V MAX OP INV, PMP / V PMP, 1captador Se obtienen los siguientes valores para dichas expresiones para las expresiones expuestas anteriormente: N paneles serie < V MAX, DC inv / V OC, 1 captador = 850 V / 44,5 V = 19,10 El valor obtenido debe ser un número entero, siendo el valor máximo de paneles a colocar de 19 paneles serie. N paneles serie min > V MIN OP INV, PMP / V PMP, 1captador = 350 / 36,55 = 9,57 N paneles serie max < V MAX OP INV, PMP / V PMP, 1captador = 750 / 36,55 = 20,51 Por lo cual con 19 paneles serie nos encontramos dentro del rango de tensiones operativas del inversor en su entrada DC. Se debe tener en cuenta que las variaciones de temperatura, producen variaciones en la tensión, para estudiar dicha variación, se realizan las siguientes comprobaciones, para demostrar que a las temperaturas máxima y mínima a la cual están sometidos los generadores fotovoltaicos, producen unas tensiones que están en el rango de valores admitido a la entrada del inversor. Conocidos los valores de temperatura extremas en la ubicación deseada para la instalación y obteniendo los datos de radiación para dichas temperaturas, en el caso de estudio para la localidad de Chipiona T amb max = 43ºC, I = 1000 W/m 2 y T amb min = 2ºC, I = 100 W/m 2, se pueden calculas las temperaturas extremas alcanzadas por los paneles con el valor de TONC el cual se extrae de las características del panel y la siguiente expresión: = 43 + ((45-20)/800) x 1000 = 74,25º C = 2 + ((45-20)/800) x 100 = 5,13º C Una vez obtenido estos valores, evaluamos la potencia pico suministrada por los paneles para estas condiciones reales de temperatura en los paneles, ya que la potencia pico dada por el fabricante es para condiciones CEM (condiciones estándar de medida) para ello se hace uso de la siguiente ecuación, teniendo en cuenta que los valores y son datos facilitados por el fabricante. = 13

14 =144,54 Wp =194,3064 Wp = Una vez evaluada la variación de potencia respecto a la temperatura, se pretende obtener la tensión de cada panel para esa potencia, debiéndose tener en cuenta que la temperatura no solo afecta a la tensión, sino que también afecta a la intensidad, evaluándose la intensidad para cada temperatura como: = 5,45 A. = 5,23 A. = = Con estos valores de intensidad, se calcula la tensión soportada por un módulo mediante la expresión: = = 26,52 V = = 37,15 V Partiendo de estos valores ya se puede evaluar el número de elementos a conectar en serie para formar una rama. Hay que tener en cuenta que al conectar en serie, se aumenta la tensión total de salida de los mismos, por eso el máximo y mínimo de paneles a colocar se realizará teniendo en cuenta los valores máximo y mínimo de tensión de operación, que tiene el inversor en su entrada, por eso el número máximo de paneles se calcula con la tensión máxima soportada por el panel que se produce a la temperatura mínima con la cual trabaja el elemento y viceversa para el número mínimo de paneles a colocar, debiendo estar el valor elegido dentro del rango por razones que se expondrás posteriormente. Nº paneles serie X < 750 V = 28,28 Nº paneles serie X > 350 V = 9,42 Con todas expresiones se ha pretendido acotar cual sería el número máximo de paneles a colocar en serie, pero aún se deben tener en cuenta dos aspectos significativos para acotar dicho valor, para ello se hace necesario estudiar la potencia nominal máxima del inversor ya que proporcionará un valor máximo de paneles que es capaz de soportar el inversor (en términos de potencia) para las condiciones CEM de trabajo de los paneles, debiendo estudiar previamente el numero de ramas que es posible colocar en paralelo de paneles. Por otra parte también se hace necesario calcular el valor de tensión límite generado en la entrada del inversor, siendo el caso ideal colocar el 14

15 número máximo de paneles, para el cálculo hay que tener en cuenta que la máxima tensión de salida de los paneles es la proporcionada en circuito abierto y que el coeficiente de temperatura para esa tensión (α ) es negativo, indicando que la máxima tensión se proporcionará cuando el valor de temperatura sea mínima, obteniendo el número de módulos a instalar para no superar dicha tensión máxima. = = 850 = N paneles en serie = es el número máximo de paneles debidas a este efecto. Siendo 18 paneles el número máximo de paneles a colocar a causa de superar el límite máximo de tensión soportada a la entrada del inversor. Se debe tener en cuenta la potencia que este es capaz de soportar, para ello se evalúa el número ramales en paralelo que soporta, para ello ha de considerarse el no sobrepasar la Imax del inversor = 8 A para el caso de estudio, teniendo que cumplir: Nº de filas de capadores serie, en paralelo filas. Hay que tener en cuenta que la corriente del generador depende de la irradiancia y aunque las condiciones CEM especifican una corriente elevada de 1000 W/m 2 estos valores podrían superarse en ciertos días, para ello se introduce un factor de seguridad recomendado por la mayoría de las bibliografías pero sin ser de obligado cumplimiento:, por lo cual 6,60 A < 8 A. Donde: = Corresponde al valor de A según tabla de características del generador. Se ha calculado con anterioridad que corresponde al valor de intensidad máximo para las condiciones de funcionamiento a la temperatura máxima de panel de 74,25 ºC siendo este valor A teniendo que ser esta intensidad máxima de cortocircuito de menor valor que la soportada por cada entrada del inversor, es decir 5,45 A < 8 A. Una vez obtenido el número de ramales en paralelo posibles de instalar, se hace necesario evaluar la potencia que es capaz de suministrar el inversor, ya que la cantidad de generadores a colocar depende del valor de potencia nominal máxima del inversor elegido. 1,15 P MAX, DC inv = P NOM, generador = N C x N S x N P x P NOM, 1 captador Donde: 15

16 N C = Número de campos solares que se pueden conectar a un inversor = 3, ya que cada inversor tiene 3 entradas MPP. N P = Número máximo de filas de captadores en paralelo = 1, tal y como se justificó anteriormente en función de la intensidad de corriente máxima en DC que admite el inversor a su entrada. N s = Número de captadores en serie. Despejando: N s = 1,15 P MAX, DC inv / (N C x N P x P NOM, 1 captador ) N s = / (3 x 1 x 180 ), N s = 20,44 captadores por fila se podrían instalar. Se debe tener en cuenta que en el dimensionado de la potencia de los captadores solares, se ha sobredimensionado la potencia que se debe instalar por inversor, ya que la potencia pico o potencia nominal de los módulos se define como la potencia que son capaces de generar en condiciones CEM ó en condiciones de temperatura TONC (Temperatura de Operación Nominal de la Célula) siendo estas condiciones especiales de funcionamiento y siendo lo habitual que trabajen por debajo de su potencia pico. Por otro lado, cabe mencionar las pérdidas producidas en el cableado, el inversor y módulos, que son pérdidas necesarias de compensar para obtener la máxima potencia y el mayor rendimiento del equipo instalado. En el caso que el generador trabajara en condiciones similares a las CEM o las TONC (caso muy poco habituales), no existiría problema alguno, ya que los inversores suelen estar diseñados para soportar sobrecargas de un 15% o un 20% de su valor nominal. Una vez evaluado las condiciones de trabajo de todos los elementos y teniendo en cuenta las consideraciones calculadas, se obtiene que el número máximo de paneles fotovoltaicos (generadores) que se pueden conectar en serie es de 19 paneles serie, dispuestos en una sola rama paralelo para cada entrada de MPP del inversor Número de generadores fotovoltaicos o campos solares asociados a cada inversor. Como cada inversor tiene 3 entradas PMP, cada una de las cuales soporta una I MAX, DC inv = 8 A, se pueden conectar a cada una de las tres entradas MPP de cada inversor, 3 generadores fotovoltaicos, o campos solares, de 19 paneles serie cada uno Número de captadores solares fotovoltaicos de la planta solar, configuración de la planta solar y ubicación de los paneles en la cubierta de la nave industrial. Teniendo en cuenta que la cubierta de la nave industrial mide 30 m. en el lado N-S, y 60 m. en el lado E-W (donde se encuentra inclinada 8,5º, con la parte más alta en el lado Norte), siendo por tanto la superficie de esta cubierta 30 m. x 60 m. = 1800 m 2, por lo cual se calcula el máximo número de captadores solares que se podrían instalar sobre dicha cubierta, sabiendo, 16

17 según hojas de características de los captadores, que estos tienen unas dimensiones, en su lado vertical de 1580 mm., y en su lado horizontal de 808 mm., es decir, que cada captador solar ocupa una superficie de 1,58 m. x 0,808 m. = 1,28 m 2, por tanto, el número máximo de captadores solares que se pueden instalar en la cubierta de la nave industrial, dependerá para cada una de las tres disposiciones de estudio, siendo nuestro caso la disposición del caso general. En el estudio del número de paneles que se pueden introducir en cada disposición, hay que tener en cuenta una serie de premisas comunes: -Hay que prever un espacio mínimo para operaciones de mantenimiento. -Se tendrá en cuenta una zona perimetral de al menos un metro de acho alrededor del perímetro de la cubierta. -Se considerarán las zonas de colocación para los inversores de tal forma que la distancia de cableado a usar sea la mínima posible -Se debe tener en cuenta la zona de acceso a la cubierta, indicándose en el caso de ser necesario la zona en la cual no se podrán colocar los paneles para el acceso y el tamaño de dicha zona. -Dejar una separación mínima entre paneles para evitar que los efectos adversos producidos por la temperatura puedan ser transmitidos a la estructura, considerándose 50mm una separación entre placa suficientemente grande. Modelo de planta 1: Para este caso, además de tener las consideraciones anteriores, se debe tener en cuenta que los generadores fotovoltaicos cuando se disponen en filas sobre una cubierta, deben guardar una distancia mínima entre ellas para evitar el sombreado de unas sobre otras. La estimación de esta distancia se esquematiza en el croquis que se adjunta, para ello conocidas la inclinación β = 36, φ min = 30º, inclinación de la cubierta = 8,5 y la longitud de la placa en el caso elegido (su lado de menor longitud), por reglas trigonométricas se puede determinar la distancia entre paneles d2, que garantiza que al medio día del año con el Sol más bajo (solsticio de invierno), la sombra de una fila no alcanza a la siguiente. Donde para la localización seleccionada, la elevación mínima corresponde a 30º, valor extraído del diagrama de trayectorias solares para el valor correspondiente de latitud, para la población de Chipiona, tal como se observa en el croquis. Croquis para deducción trigonométrica de la distancia mínima entre placas para que no se 17

18 produzca sombreado entre filas contiguas. Partimos de la longitud de la placa, en este caso de 1580 mm, a partir de esto con las reglas trigonométricas se comienza a operar:., Usando estas relaciones y la equivalencia de triángulos, se pueden obtener las distancias mínimas entre paneles.. Obteniéndose, Obteniéndose junto con la última ecuación, al despejar, que la distancia mínima entre placa y placa para no producir sombra sería de valor d 2 = 1,02 m. Se debe tener en cuenta que como distancia entre correas se tomará d 3 = 1,28 m al ser mayor que la distancia mínima y siendo necesario colocar todas las correas a la misma distancia. Para el cálculo del número máximo de paneles a colocar en la cubierta, se tendrán en cuenta las consideraciones iniciales obteniéndose: Número de captadores por fila: cada placa tiene una longitud en base de 808 mm + 50 mm de separación entre placas y aproximando se obtiene una distancia de 0,9m. Restándole a los 60 m de longitud de la nave un metro perimetral, se obtiene el nº de módulos que se podrían colocar, placas por fila. Número de filas de captadores: al ser necesario el espaciado filahueco a causa del sombreado entre paneles y conocida la distancia entre correas de 1,3 m. obtenemos que la distancia entre inicios de panel será de 1.3x 2 = 2,6 metros debiéndose tener en cuenta que la última fila no necesitara guardar distancias, por lo cual se obtiene 30 / 2,6 = 11,54 filas, eliminando 1,3 metros de distancia para sombreado en la última fila, se obtienen 12 filas de captadores como máximo para esta disposición. Nº total de módulos = Nº captadores por fila / Nº de filas de captadores = 64 x 12 = 768 captadores como máximo. 18

19 Modelo de planta 2: Para este caso, también se deben tener las consideraciones anteriores, los generadores fotovoltaicos cuando se disponen en filas sobre una cubierta, deben guardar una distancia mínima entre ellas para evitar el sombreado de unas sobre otras, para ello conocidas la inclinación β = 36, φ min = 30º, inclinación de la cubierta = 8,5 y la longitud de la placa en el caso elegido (su lado de mayor longitud), se puede determinar la distancia entre paneles d2, que garantiza que al medio día del año con el Sol más bajo (solsticio de invierno), la sombra de una fila no alcanza a la siguiente. Donde para la localización seleccionada, la elevación mínima corresponde a 30º, valor extraído del diagrama de trayectorias solares para el valor correspondiente de latitud, para la población de Chipiona, tal como se observa en el croquis. Croquis para deducción trigonométrica de la distancia mínima entre placas para que no se produzca sombreado entre filas contiguas. Partimos de la longitud de la placa, en este caso de 808 mm, a partir de esto con las reglas trigonométricas se comienza a operar:., Usando estas relaciones y la equivalencia de triángulos, se pueden obtener las distancias mínimas entre paneles.. Obteniéndose, 0,82 Obteniéndose junto con la última ecuación, al despejar, que la distancia mínima entre placa y placa para no producir sombra sería de valor d 2 = 0,51 m. Se debe tener en cuenta que como distancia entre correas se tomará d 3 = 0,65 m para esta disposición, al ser mayor que la distancia mínima y siendo necesario colocar todas las correas a la misma distancia. Para el cálculo del número máximo de paneles a colocar en la cubierta, se tendrán en cuenta las consideraciones iniciales obteniéndose: 19

20 Número de captadores por fila: cada placa tiene una longitud en base de 1580 mm + 50 mm de separación entre placas y aproximando se obtiene una distancia de 1,7m. Restándole a los 60 m de longitud de la nave un metro perimetral, se obtiene el nº de módulos que se podrían colocar, por fila, con la posibilidad de colocar un pasillo central de un metro. placas Número de filas de captadores: al ser necesario el espaciado fila-hueco a causa del sombreado entre paneles y conocida la distancia entre correas de 0,65 m. obtenemos que la distancia entre inicios de panel será de 0,65 x 2 = 1,3 metros debiéndose tener en cuenta que la última fila no necesitara guardar distancias, por lo cual se obtiene 30 / 1,3 = 23,08 filas, eliminando 0,65 metros de distancia para sombreado en la última fila, se obtienen 23 filas de captadores como máximo para esta disposición. Nº total de módulos = Nº captadores por fila / Nº de filas de captadores = 34 x 23 = 782 captadores como máximo. Por tanto, como conclusión de estos cálculos podemos decir que la orientación que más captadores podríamos incluir en la cubierta seria la horizontal, con un total de 782 captadores como máximo Inversores asociados a cada campo solar o generador fotovoltaico. Tenemos los siguientes campos solares asociados a los siguientes inversores: 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 Salida en corriente alterna AC del inversor de campo. A la salida de cada inversor se suministrarán señales trifásicas en alterna, a 400 V, y frecuencia de red 50 Hz Potencia eléctrica de pico de la planta solar fotovoltaica. A cada campo solar se va a asociar un generador fotovoltaico, y la potencia total de la planta solar fotovoltaica será la suma de las potencias de todos los generadores fotovoltaicos de cada campo de la planta: P NOM, generador = N S x N P x P NOM, 1 captador = 19 x 1 x 180 = 3420 W Por tanto, el resumen de las características eléctricas asociadas a cada generador solar, es el indicado en las siguientes tablas: 25

26 26

27 27

28 4. Conclusión. Para la realización de una cubierta fotovoltaica con caso general de placas (es decir las placas tendrán de inclinación el angulo optimo, 26º) con los siguientes datos: - Nave industrial con latitud 36º Superficie de 30 ancho x 60 largo, cubierta a un agua. - Los pórticos distarán entre si 6 metros de longitud. - Pendiente de un 15% ó 8,5º de inclinación. - Correas de cubierta colocadas cada 1,6 metros. - Orientación Sur ( es decir angulo azimutal 0º). Y según todos los cálculos y condiciones a tener en cuenta, podemos concluir que se instalaran 782 paneles colocados en serie con una separación de 1,3 entre paneles. Para ellos se colocaran inversores de 3 entradas PMP con las características indicadas en la tabla del principio. 28

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