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Carlos Alarcón Navarro
hace 8 años
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1 UNWER~DADNAC~NAL UnnrnnmrUUl ""(Plll. ~141 :J-(QJJ c.. I UNIVER5ID~D,ANDRE5.'ELLO UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE INGENIERíA ESCUELA DE CONSTRUCCiÓN CIVIL VERIFICACiÓN DE CONDICIONES EN SANTIAGO PARA UNA INSTALACiÓN FOTOVOLTAlCA CONECTADA A LA RED ELÉCTRICA Memoria para optar al Título de Ingeniero Constructor HUGO ÁNDRES ROJAS POBLETE Profesor Guía: Sr. Juan Eduardo Sierralta Mella Santiago - Chile Enero, 2011

EN SANTIAGO PARA UNA INSTALACiÓN FOTOVOLTAlCA CONECTADA A LA RED ELÉCTRICA Memoria para optar al Título de

2 Resumen RESUMEN Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica constituyen la aplicación de la energía solar fotovoltaica que mayor expansión ha experimentando en los últimos años. En concreto, los llamados Edificios Fotovoltaicos Conectados a la Red (EFCR en lo sucesivo), han dejado de ser meras experiencias piloto para integrarse en el conjunto urbanístico de numerosas localidades en distintos países y todo parece indicar que continuarán expandiéndose con vigor en el futuro, al amparo de la creciente toma de conciencia sobre los problemas medioambientales que conlleva la estructura actual de la producción de electricidad, fuertemente dependiente de la quema de combustibles fósiles. Obviamente, el objetivo general que persigue la ingeniería de los EFCR es maximizar la generación de energía eléctrica, en el marco de los condicionantes particulares que suponen las características del sistema (tamaños y eficiencias de sus componentes), del lugar (evolución de la radiación solar y la temperatura ambiente) y de la ubicación concreta (orientación y eventuales sombras sobre la superficie del generador). El cálculo preciso de dicha energía es un problema complejo, no sólo por su propia naturaleza, la radiación solar y la temperatura ambiente son funciones del tiempo, cuya descripción matemática dista de ser sencilla, sino también por la dificultad inherente a la adquisición de algunos datos necesarios, por ejemplo; la información relativa al sombreado. Abordando "en detalle" este problema supone trabajar en una escala horaria de tiempos (casi cálculos por año), utilizar modelos anisotrópicos para describir el comportamiento de la radiación difusa y proceder a laboriosos levantamientos topográficos para determinar la duración y efecto de las sombras proyectadas por cualquier obstáculo circundante. El esfuerzo que esto representa, es difícilmente justificable para todas y cada una de las ya, actualmente, numerosas realizaciones concretas que componen esta aplicación de la tecnología fotovoltaica. En su lugar, ha ido tomando carta de costumbre el recurso a estimaciones groseras como, por ejemplo, la mera multiplicación de un valor de irradiación por otro de potencia pico, los cuales, suelen conducir a estimaciones muy alejadas del comportamiento real de los sistemas y por otro, no permiten evaluar el impacto de las características peculiares de cada uno de los elementos del sistema. Verificación de condiciones en Santiago para una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica 1

localidades en distintos países y todo parece indicar que continuarán expandiéndose con vigor en el futuro, al amparo de la creciente toma de conciencia sobre los problemas medioambientales que

3 Resumen Se puede afirmar que la extensión a gran escala de esta aplicación requiere la utilización de métodos de ingeniería específicos que permitan, por un lado, optimizar su diseño y funcionamiento y, por otro, evaluar su impacto en el conjunto del sistema eléctrico. El método presentado aquí, elaborado por el Instituto de Energía Solar de Madrid, responde al primero de los objetivos y representa en opinión de sus autores, un buen compromiso entre precisión en los resultados y simplicidad en su implementación, extendiéndose su ámbito de aplicación al diseño, seguimiento y evaluación de los sistemas fotovoltaicos. El contenido de este capítulo, en primer lugar se recuerda los parámetros característicos comúnmente utilizados en el análisis de sistemas fotovoltaicos, que constituyen la base del procedimiento de caracterización propuesto. Seguidamente se presenta dicho procedimiento, el cual, a partir de un análisis independiente del emplazamiento (irradiación solar disponible, sombras), generador fotovoltaico e inversor, permite estimar la energía esperable de un EFCR. Verificación de condiciones en Santiago para una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica 2

El método presentado aquí, elaborado por el Instituto de Energía Solar de Madrid, responde al primero de los objetivos y representa en opinión de sus autores, un buen compromiso entre precisión en

4 Abstract Abstract One of the fastest growing applications of Solar Photovoltaic Systems in recent years has been the experimental use connecting these technologies to the national electric grid. Named as Pholtovoltaic Buildings Connected to the Grid (PBCG for short), in recent years there have been various pilotprojects involved with the integration of the urban environment in many locations and different countries. Their growing presence indicates that they will continue to expand in size and number further in the future, given that environmental and construction techniques need to consider electricity production without dependency on burning of fossil fuels. The main criteria of engineering PBCG'S is to maximise electrical energy generation. This should occur in conjunction with the conditional characteristics of the system (size & component efficiency), the location (solar radiation and ambient temperature), and building position (orientation, and overhead- shadowing). Precise calculations of given energy outputs is a problem, not just for the exact quantity of energy available but also the aquisition of complementary data sets required to calculate different Iight intensities. For example, incoming solar radiation is a function of tropospheric meteorological conditions and time. The time required to fully assess the effects of shadowing needs to consider approximately 6000 calculations per year, use tropospheric mathematic modeling to describe the patterns of diffuse radiation and the seasonal and diurnal shadowing patterns caused by surrounding buildings and structures. The effort required to perform this properly is significant and not always justifiable by all of the representative planners and partíes involved in the operation of photovoltaic constructions. Instead of full planning there have been gross estimations for example multiplication of an irradiance value against peak potential which leads to estimates very different to the real potential of each system and fails to consider the ndividual Verificación de condiciones en Santiago para una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica 3

5 Abstract characteristics of each system. It is undisputed that the extensive application on a large scale of PBCG's requires utilisation of specific engineering methods which allow design functionality and optimisation as well as an understanding of the full impacts of integration of the electrics. The method described here elaborated by the Solar Energy Institute, responds primarily to the objectives and represents opinions of all relevent authors. There is a good compromise of precision in results, simplicity in implementation, an extending to the ambitions of design, analysis and evaluation of photovoltaic systems. The contents of this chapter firstly consider parametres commonly used in analysis of Photovoltaic systems which form the basis of the following proposa!. Secondly, an independent analysis of incoming available solar radiation, shading, pholtovoltaic generation allows an estimate of usable energy for a PBCG. Verificación de condiciones en Santiago para una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica 4

understanding of the full impacts of integration of the electrics.

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