Instalaciones Solares Fotovoltaicas Diseño de ISFV sin conexión a red

Transcripción

1 Instalaciones Solares Fotovoltaicas Diseño de ISFV sin conexión a red 0

2 1. Consideraciones previas al diseño de una instalación 1.1 Factores que intervienen en la radiación solar recibida en la Tierra 2. Realización de la instalación 2.1 Ubicación de los equipos 2.2 Determinación del consumo de la instalación 2.3 Elección de la tensión de trabajo de la instalación 2.4 Días de autonomía de la instalación 2.5 Decisión de trabajar en continua, alterna o ambas 2.6 Colocación de un generador auxiliar 2.7 Dimensionado de la instalación 3. Elección del inversor 4. Documentación de la instalación 4.1 Elementos que debe incluir la memoria de la instalación 4.2 Planos y esquemas eléctricos de la instalación 4.3 Presupuesto de la instalación 5. Normativa vigente 1

3 1. Consideraciones previas al diseño de una instalación Consideraciones previas Necesidad de la instalación Valorar idoneidad del método frente a otros (generadores eólicos, por combustible, etc.) Consumo eléctrico Tamaño de generador y baterías. Espacio para el montaje Elección de componentes Valorar los diferentes factores, calidad, disponibilidad, precio, etc. Radiación solar recibida número de paneles del generador que necesitaremos 2 Análisis económico Viabilidad económica de la instalación

4 1. Consideraciones previas al diseño de una instalación Consideraciones previas 1º Ubicación de los equipos Paneles solares Orientación 2º Determinar el consumo Baterías del acumulador Radiación solar 3º Tensión en continua Cálculos del regulador Número de paneles 4º Días de autonomía Cálculos del inversor 5º Necesidad de CC o CA 6º Generador auxiliar? 3

5 La elección de los componentes se realizará en función de los siguientes factores: Criterios Técnicos: Los componentes cumplirán los requisitos calculados en el diseño. Criterios económicos: A igualdad de prestaciones técnicas, el precio será el segundo factor por el que nos decantemos. Disponibilidad de los elementos en la zona, si no disponemos de ellos, plantearnos como dispondremos de ellos. Otros criterios: Garantía de los fabricantes, servicios postventa, etc.

6 2. Realización de la instalación 2.1 Ubicación de los equipos Donde colocar las estructuras que soportan los paneles solares Donde ubicar el regulador y el inversor Ubicación de los equipos Donde ubicar las baterías Valoración de obras o modificaciones para colocar los equipos 5

7 2. Realización de la instalación 2.2 Determinación del consumo de la instalación Tenemos que saber los W.h de consumo de toda nuestra instalación a lo largo del día (24 horas) Lo podremos realizar mediante un gráfico o mediante una tabla indicando a su vez si existe simultaneidad de los mismos Estableceremos un perfil del consumo de la instalación por mes y a su vez anual. Consumo Diario Mensual Esquema de cargas Equipos 6

8 2. Realización de la instalación 2.2 Determinación del consumo de la instalación Tipos de instalaciones solares fotovoltaicas sin conexión a red I. 7

9 2. Realización de la instalación 2.2 Determinación del consumo de la instalación Tipos de instalaciones solares fotovoltaicas sin conexión a red II. 8

10 2. Realización de la instalación 2.2 Determinación del consumo de la instalación Tipos de instalaciones solares fotovoltaicas sin conexión a red III. 9

11 2. Realización de la instalación 2.2 Determinación del consumo de la instalación Tipos de instalaciones solares fotovoltaicas sin conexión a red IV. 10

12 2. Realización de la instalación 2.3 Elección de la tensión de trabajo de la instalación Es una decisión del proyectista de la instalación Cuadro de decisión. 11

13 2. Realización de la instalación 2.4 Días de autonomía de la instalación Climatología Días de autonomía Uso de la instalación 12

14 2. Realización de la instalación 2.5 Decisión de trabajar en corriente continua, alterna o ambas Si hay receptores de C.A. necesitaremos INVERSORES Continua Refugio de montaña Señalización de tráfico Uso de la instalación Corriente Bombeo Alterna Vivienda habitual Mixta Repetidores 13

15 2. Realización de la instalación 2.6 Colocación de un generador auxiliar Uso de la instalación Generador auxiliar Generadores eólicos Grupos electrógenos Lo ideal es que el grupo electrógeno entre en funcionamiento automáticamente cuando haya un corte de corriente en la instalación 14

16 2. Realización de la instalación 2.7 Dimensionado de la instalación Panel solar - Potencia de pico - Ajustar tensión en los extremos, mayor que la del sistema. - Pérdidas por efecto de la temperatura - Dimensiones físicas del panel (tamaño, peso, etc.) - Sistemas de sujeción a los soportes - Conectores eléctricos, etc. Dimensionado Baterías -Tensión nominal de la instalación - Días de autonomía Fsb - Capacidad en A h del acumulador - Profundidad de descarga máxima lo decide el proyectista - Potencia que consume la instalación Ldm Regulador - Calcular la corriente de carga - Tensión nominal de la instalación 15

17 3. Elección del inversor Se aconseja una onda sinusoidal, pero para ciertas aplicaciones una onda cuadrada también es válida (luces incandescentes, pequeños motores, etc.) Tipos de onda que suelen proporcionar los inversores. 16

18 4. Documentación de la instalación 4.1 Cálculo del generador fotovoltaico. Parámetros importantes Documentación Memoria Planos y esquema eléctrico Presupuesto Tabla con la estimación de los consumos diarios Dimensionado del generador Tabla del dimensionado final del sistema 17

19 4. Documentación de la instalación Tabla con la estimación de los consumos diarios Ejemplo de tabla como la recomendada en el PTC para estimar los consumos diarios de la instalación fotovoltaica desarrollada en los casos prácticos. 18

20 4. Documentación de la instalación Dimensionado del generador Ejemplo extraído del PTC donde se muestran los valores de una instalación concreta. 19

21 4. Documentación de la instalación Tabla del dimensionado final del sistema 20 Tabla obtenida del PTC que refleja los valores de todos los elementos de la instalación.

22 4. Documentación de la instalación 4.2 Planos y esquemas eléctricos de la instalación Diagramas de bloques Información básica Tipos Plano unifilar Mayor grado de detalle Esquemas eléctricos Información completa 21

23 4. Documentación de la instalación 4.2 Planos y esquemas eléctricos de la instalación Diagramas de bloques Diagrama de bloques 1 Dan información muy básica. No contienen datos sobre las conexiones eléctricas. Diagrama de bloques 2 22

24 4. Documentación de la instalación 4.2 Planos y esquemas eléctricos de la instalación Esquema unifilar Utilizan simbología normalizada o, en su defecto, una leyenda con cada uno de los símbolos 23

25 4. Documentación de la instalación 4.2 Planos y esquemas eléctricos de la instalación Esquema eléctrico de la instalación Muestra las conexiones entre dispositivos 24

26 4. Documentación de la instalación 4.3 Presupuesto de la instalación unitario de cada elemento del material para el cableado de la mano de obra de los soportes y estructuras para el generador fotovoltaico Costes de los elementos de seguridad de los sistemas de seguridad e higiene laboral de la realización de la memoria técnica Impuestos a pagar (IVA) 25 Mantenimiento

27 5. Normativa Pliego de condiciones técnicas del IDAE Reglamento electrotécnico para baja tensión (REBT) Marco legal Real Decreto 2224/1998 Plan Nacional de Energías Renovables (PER) Normas UNE para energía solar fotovoltaica Normas de seguridad e higiene en el trabajo 26

28 CASO PRÁCTICO

29 1º Ubicación de los equipos Tras un pequeño estudio, se decide que los paneles se van a ubicar en el suelo, y todo el resto de elementos irán dentro de una caseta realizada a tal fin. 2º Cálculo de los consumos Elemento Potencia Consumo (Wh) En reposo En uso Total estimado Elementos Luminarias 15W cada una x 15W x 8h 240 Wh de Continua Emisora 500 mw, en reposo 0,5 W x 20h 5 W x 4h = 30 Wh 5 W, en transmisión Total. 270 Wh Elementos Ordenador 80 W 80 W x 6h 480 Wh de Alterna Módem 3 W, en reposo 3 W x 18 h 30 W x 6 h = 234 Wh 30 W, en transmisión Total. El inversor (alterna), tiene un rendimiento del 90% η (%) = P útil x 100 / P necesaria; P necesaria = 714 x 100/ 90 Total Previsto 714 Wh 794 Wh 1064 Wh

30 3º Tensión en continua Como la energía a suministrar por el equipo no es muy grande, decidimos fijar la tensión nominal del equipo en 12 Voltios. Tendremos en cuenta que a menor tensión, para la misma potencia la intensidad será mayor. 4º Días de autonomía Tras conversación mantenida entre el proyectista de la instalación y el dueño de la instalación se ha pensado en que la instalación pueda tener 5 días de autonomía. 5º Necesidad de CC o CA Desde el primer momento, se ve que la instalación tendrá que disponer de corriente alterna y de corriente continua, puesto que los elementos que nos define el dueño de la instalación que tendremos así lo indica. Al necesitar un INVERSOR, tendremos que tener en cuenta el rendimiento de dicho aparato, que en este caso lo consideraremos del 90 %. 6º Generador auxiliar? Puesto que la instalación no se considera de vital interés por parte del dueño, se descarta la posibilidad de añadir un generador auxiliar.

31 7º Dimensionado de la instalación 1º Realización de un estudio de radiación recibida es esa zona. La instalación se realizará en la Localidad de Retuerta del Bullaque (Ciudad Real), mediante Google Earth podemos obtener la latitud y longitud de dicha localidad. En este caso la latitud será 39º 22 norte y longitud 4º 28 oeste.

32 Base de datos en: 31

33 Con otra página web, tendremos la siguiente base de datos: β = 39º º = 49º22

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35 Estos parámetros son obtenidos sobre superficie horizontal. Por lo que si obtenemos el ángulo de elevación β = Φ + δ, siendo Φ la latitud y δ la declinación solar. De forma práctica podemos usar β = Φ ± 10º, +10º optimizada para el invierno y -10º para el verano. β = 39º º = 49º22 Para ello utilizaremos algún software que realice el cálculo sobre superficie inclinada, estos resultados están en Wh/m 2 /día. De este software resulta la siguiente tabla

36 Tendremos que tener en cuenta el factor de seguridad, por pérdidas. Se suele considerar entre 1,1 y 1,4. En este caso elegimos un factor de seguridad de 1,3. Los datos de este ejercicio son: (β = 39º22 ) implica (β óptimo= 49º22 ), La Irradiancia en condiciones estándar será de 1000W/m 2. La radiación para el peor mes es de El consumo medio estimado es de 1064 Wh. El factor de seguridad es de 1,3. Por tanto con estos datos podemos obtener la potencia del generador fotovoltáico. P nominal G = (1,3 * 1064 )/ (2950/1000) = 468 Wp

37 Con el valor de la potencia nominal, vamos a un catálogo: En estas tablas aparecen datos técnicos, datos constructivos y dimensiones Para saber el número de paneles que necesitamos: Np = Potencia pico necesaria Potencia de pico del panel seleccionado siendo Np el número de paneles necesarios Np = 468 / 220 = 2,16 = 3 paneles

38 8º Configuración del acumulador de la instalación fotovoltaica Recordamos que el consumo medio previsto Ldm = 1064 Wh, la irradiación recibida (mes de diciembre). La radiación para el peor mes es de 2950 Wh/m 2 /día. El número de días de autonomía (F SB )de la batería es 5 días. La tensión de la batería es de 12V. Y la profundidad de la descarga (PD máx.) de la batería es de 80%. CB,nom = L dm * F SB / PD máx => 1064* 5 / 0.8 = 6650 Wh y siendo la potencia P = U* I I = 6650/12= 554 Ah pondremos 6 baterías en serie por tener 2V cada una. 37

39 9º Elección del regulador Para calcular el regulador, tendremos que calcular la corriente de carga necesaria para que funcione correctamente. Necesitaremos saber el valor de Ia corriente de cortocircuito Isc del panel solar elegido. El valor elegido del panel es de Isc = 8 A. Como habrá tres paneles en paralelo, para calcular la corriente de carga del regulador usamos: IG,máx = Np* Isc IG,máx= 3* 8 = 24 A Tendremos que buscar un regulador para 12 V de tensión nominal y que tenga una corriente de carga superior a 24 A. 38

40 9º Elección del regulador IG,máx = Np* Isc IG,máx= 3* 8 = 24 A Tendremos que buscar un regulador para 12 V de tensión nominal y que tenga una corriente de carga superior a 24 A. 39

41 10º Elección del Inversor Necesitaremos saber el consumo que necesitaremos en corriente alterna, en nuestro caso 714 Wh con un rendimiento del inversor del 80%, por lo que necesitaremos que el inversor tenga una potencia como mínimo de 794 Wh. Elemento Potencia Consumo (Wh) En reposo En uso Total estimado Elementos Ordenador 80 W 80 W x 6h 480 Wh de Alterna Módem 3 W, en reposo 18 W x 3 h 30 W x 6 h = 234 Wh 30 W, en transmisión El inversor (alterna), tiene un rendimiento del 90% η (%) = P útil x 100 / P necesaria; P necesaria = 714 x 100/ 90 Total. 714 Wh 794 Wh 40

42 10º Elección del Inversor Necesitaremos saber el consumo que necesitaremos en corriente alterna, en nuestro caso 714 Wh con un rendimiento del inversor del 80%, por lo que necesita remos que el inversor tenga una potencia como mínimo de 794 Wh. 41