SFV Sistemas de Generación FV: Principios, Generalidades de diseño y Ejemplos. Ing. Carlos Oreamuno F. IME /17/2015

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1 SFV 2015 Sistemas de Generación FV: Principios, Generalidades de diseño y Ejemplos Ing. Carlos Oreamuno F. IME /17/2015 Carlos Oreamuno Digitally signed by Carlos Oreamuno DN: cn=carlos Oreamuno, o, ou, =oreamuno@me.com, c=cr Date: :46:27-06'00'

2 Introducción 1. Principios Meteorología Efecto fotovoltaico Condiciones de prueba Tipos de celda Sistemas aislados Sistemas integrados a la red 2. Generalidades de diseño Inspección Balance de sistema Diseño de sistema Planta solar SoIware 3. Ejemplos CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

3 Principios Meteorología Constante de radiación E0= 1367 W/m2 Radiación a nivel del mar 1000 W/m2 Radiación Global, Difusa y Reflejada Albedo Concepto de Hora Sol Temperatura ambiental CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

4 Principios Efecto fotovoltaico 1884 fabricación de la primer celda solar Semi conductores Silicio Capa P, dopada con Boro Silicio Capa N, dopada con Fósforo Tensión generada CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

5 Principios Definiciones básicas Silicio Waffers Celda Módulo Fotovoltaico Panel Solar Arreglo Solar CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

6 Principios Condiciones de prueba Concepto de pruebas STC y NOCT Pruebas IEC61215 y Otras Inspección Visual Desempeño a dishntas condiciones de operación Condiciones de Laboratorio (STC), 25 C y 1000W/m2 Condiciones de Operación (NOCT), 45 C y 800W/m2 Pruebas a 200W/m2 Pruebas de aislamiento (para sistemas de 1000 VDC y 600 VDC) Medición de los coeficientes de temperatura Prueba de condiciones externas Prueba de resistencia en Hot- Spots Pruebas de ciclos térmicos y UV Condiciones de humedad congelada Condiciones de humedad relahva en condensación Robustez mecánica en terminales Stress mecánico y resistencia a la torsión Resistencia a los granizos CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

7 Principios Tipos de celda Silicio cristalino Amorfo CIS Thin Film CdTe AsGa CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

8 Principios Cristalino y CIS Rendimiento módulo SM55 Rendimiento módulo ST40 CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

9 Principios Temperatura de celda T. Celda Vs T. Ambiental Pérdida de potencia Efectos de la Irradiación CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

10 Principios Sistemas Aislados Más de 50 MM de personas en LATAM sin electricidad Módulo SFV Off- Grid Regulador / Controlador Batería ciclo profundo Lámparas LED / Fluorescente Inversor / Converhdor CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

11 Principios Sistemas On- Grid On- Grid en el Mundo On- Grid en Costa Rica Breves del potencial Módulos SFV para integrar a la red Inversores (centrales, mulh- string, etc) Accesorios y montaje CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

12 Generalidades de diseño Consulta previa Deseo del cliente Descripción general del sistema deseado Consulta de recibos Aclaración entre partes de aspectos generales Propuestas del cliente Facilidades y otros datos CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

13 Generalidades de diseño Inspección al Siho Cinta métrica Cámara fotográfica Brújula Inclinómtero Foco Libreta CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

14 Generalidades de diseño Áreas disponibles Dimensiones Orientación e inclinación Orientación con referencia Diagrama de áreas Tipo de cubierta CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

15 Generalidades de diseño Sombras Sombras cercanas Sombras lejanas Horizonte Ayuda fotográfica Herramientas de medición CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

16 Generalidades de diseño Distancias y ubiación de equipos Cuarto de inversores Canalización DC Canalización AC Centros de carga y puntos de inyección Medidor y acomehda CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

17 Generalidades de diseño BOS Preliminar Inversor Modulos FV Estructura Condiciones spicas de zona Experiencias anteriores CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

18 Generalidades de diseño Análisis de recursos Bases de datos Origen de datos Comparación anual Comparación mensual CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

19 Generalidades de diseño Pérdidas por temperatura Temperatura ambiental Coeficiente térmico FV Montaje Viento CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

20 Generalidades de diseño Pérdidas óhmicas Debe considerar Vmp Preferiblemente por debajo de 1% Se basa en las distancias de levantamiento Debe calcularse para cada tramo CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

21 Generalidades de diseño Recuento de pérdidas Sombras lejanas y cercanas Temperatura Soiling Otros CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

22 Diseño Generalidades de diseño Parámetros del Inversor Parámetros del módulo FV CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

23 Generalidades de diseño Cálculo Vmáx de operación: El voltaje máximo del grupo solar deberá ser menor a Vmáx in del inversor, en este caso, 600vdc Para el cálculo de Vmáx del grupo, se hene que considerar Voc + corrección de voltaje por temperatura, que en el caso del SW175- P sería de 44,2Voc y - 0,34%V/ºC Un criterio de diseño puede suponer un 7% menos de Vmax in del inversor, por seguridad. Caso CR 10 C: Vmáx FV: 0,93*(600)= 558 Vdc STC= 25ºC, o sea, hay que considerar: - 15*- 0,34%=5,1% Por lo tanto: 558*((100-5,1)/100)= Voc Max del arreglo, esto es: 529,54 Voc CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

24 Generalidades de diseño Cálculo de máximo número de módulos por cadena: 529,54/44,2= 11,98 ~ 12 paneles en serie Estos SW175 s en serie, nos sitúan 0,16% arriba de nuestro máximo establecido CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

25 Generalidades de diseño Cálculo de máxima canhdad de cadenas (Imáx): Cada módulo SW175 hene una Immp de 4,87Adc, por lo tanto, el máximo de paralelos admisibles seria de: 36/4,87= 7,39 Esto quiere decir que el máximo de paralelos admisibles para este arreglo solar es 7 El coeficiente de corriente se altera en un 0,034%/ºC, localmente la Tamb es 35ºC, por lo tanto se puede esperar unos 60ºC en las celdas y afectar este coeficiente de la siguiente manera: 0,034%/ C *(60-25) C = 1,19% Por lo tanto, consideramos despreciable esta variable y mantenemos los 7 paralelos anteriormente calculados CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

26 Generalidades de diseño Cálculo de mínimo número de módulos por cadena: Para calcular la canhdad mínima de módulos en serie, se uhliza la Tamb más elevada. - 0,34%/ C*(60-25) C= 11,9% El voltaje menor se puede calcular de igual forma 7% por encima del mínimo de operación. Esto se calcularía mulhplicando 250 * 1,07 = 268 VDC Mínima canhdad de módulos en serie sería igual a: 268 / ( %)= 9,5 ~ 10 módulos Nota: el valor de tensión uhlizado de 32Vdc corresponde al voltaje MPP en condiciones NOCT. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

27 Generalidades de diseño Matriz de potencia: Se realiza una matriz de potencia para facilitar la toma de decisión con respecto al número correcto de módulos y la configuración idónea para la operación conjunta con el inversor. En esta pequeña matriz, se puede observar que existen cuatro casillas que están en un rango de operación apto para el inversor, se hace énfasis en el resultado de 4x10 que sobrepasa la capacidad del inversor en 16%, y la casilla 3x12 que sobrepasa la potencia del inversor en 5%. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

28 Generalidades de diseño Ejemplo de planhlla XLS para el cálculo de parámetros de diseño Datos módulo Datos inversor Modelo Pmax (STC) Pnom (NOCT) Voc (STC) Voc (NOCT) Vmp (STC) Vmp (NOCT) TC Voc (%/K) TC Pmp (%/K) NOCT (temp) SW250- P ,4 37,6 34,2 30,5 27,8-0,37% - 0,45% 46 Series Vdc mín Vdc máx Vmp T C mín 259,0 38,7 34,7 31,4 25,2 8, Matriz de Potencia T C máx 227,5 31,3 28,0 25,4 19, Modelo Potencia (W) Rango +/- (%) V mín (Vdc) V máx (Vdc) V mp mín (Vdc) V mp máx (Vdc) Amps DC máx P mín recom P máx recom SB10000TL- US , Datos ambientales T Amb mín T Amb máx T Cel mín T Cel máx Ver: CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

29 Generalidades de diseño Parámetros de planta: kwh/kwp año Sobre el cálculo energéhco, se puede eshmar de manera gruesa de la siguiente manera: (Potencia de módulos)*(pérdidas eshmadas globales)*(horas sol año)*(1- (Otras perdidas)) Para efectos práchcos se puede calcular con la base de instalación equivalente a 1kWp (1000)*(0,78)*(1875)*(0,95)= 1389kWh Por lo tanto se eshma que en este caso parhcular, por cada 1kWp instalado, se puede generar un promedio de 1389kWh para un siho con 1875 horas sol año, que puede ser San José. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

30 Generalidades de diseño Planta Solar: Factor de Planta El factor de planta es un valor a- dimensional, que se muestra como porcentaje. Este valor es el resultado de la relación entre el número de horas equivalentes de operación al 100% dividido entre el número de horas año. Dicho de otra forma, para el caso de este ejemplo: 1389/8760 = 15,86% Este porcentaje equivale al hempo que requeriría la planta solar trabajando seguido, con una eficiencia del 100%, a plena carga; para obtener el valor energéhco logrado durante el año. Como referencia, un parque eólico puede lograr un factor de parque cercano al 40%, en algunos casos. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

31 Generalidades de diseño Planta Solar: Relación de Desempeño PR El PR de una planta puede oscilar entre 0,75 y 0,8 para un buen diseño. En algunos casos parhculares, puede haber PR fuera de este rango, que en el caso de valores menores, debe ser causa de un análisis más detallado. El PR se mide a parhr del valor energéhco generado en el campo dividido entre el teórico sin pérdidas de producción. Para el mismo caso que se analiza como ejemplo, este valor sería: 1389/(1875*0,95) = 0,78 En este caso, el PR de 0,78 se obhene a parhr de la radiación equivalente anual menos las sombras lejanas y otras pérdidas asociadas con esta fuente. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

32 SoIware Generalidades de diseño Hoy existe una gran variedad de programas para la simulación de proyectos. Algunos son en línea, otros deben estar instalados en su máquina. Los algoritmos de cálculo son variados entre ellos. Se destacan algunos como: Solar Pro, PVDesigner, PVSyst, BlueSolPV, Polysun, PVSol, EasySolar, Archelios, SAM. CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

33 Monitoreo Ejemplos CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

34 Monitoreo Ejemplos PR de una planta SFV CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

35 Monitoreo Ejemplos Meteorología en una planta SFV CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

36 Ejemplos Planta Solar con Baterías CIEMI - COIEM - SISTEMAS DE GENERACION FV: PRINCIPIOS, GENERALIDADES DE DISEÑO Y EJEMPLOS

37 Gracias Ing. Carlos Oreamuno IME