Diseño, dimensionado e instalación de sistemas de energías en puntos de monitoreo con seguidor solar

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1 Diseño, dimensionado e instalación de sistemas de energías en puntos de monitoreo con seguidor solar Cristian Orrego Nelson (corregonelson@gmail.com), agosto 2015 Este documento es parte del proyecto Plataforma de prospección solar Región de Coquimbo: Fase I financiado por el Gobierno Regional de la Región de Coquimbo y ejecutado por el Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas, CEAZA Introducción En el contexto de las energías renovables no convencionales existen pocos lugares en donde se pueda ver en la práctica como se diseña, dimensiona y físicamente muestre los componentes de un sistema de energía basado en la radiación proveniente del sol. Dentro del proyecto FIC Solar se instalaron 3 seguidores solares (Solys2) con el fin de medir la radiación directa y la radiación difusa. Este tipo de mediciones es compleja debido a que el equipo que se usa para medirlas es un equipo mecánico que se mueve, esto implica que tiene un mantenimiento mayor que otro tipo de mediciones pero además que requiere más energía que los dispositivos de medición típicos. Esto supone un problema cuando no existe energía desde la red o esta energía no está disponible todo el tiempo ya que implica que se debe diseñar un sistema de generación, almacenamiento y provisión de energía para poder alimentar ininterrumpidamente los equipos. Por otro lado siempre es deseable dentro de un proyecto público de este tipo que se pueda hacer difusión no solo con los datos, sino que también con el hardware. Teniendo estos dos puntos en cuenta (necesidades de energía y oportunidad de hacer difusión con los equipos) se diseñaron e implementaron dos sistemas de energía basados en la energía solar para alimentar los seguidores solares en Vicuña y La Serena. Dimensionamiento del sistema El primer punto a tomar en cuenta en el dimensionamiento de un sistema de energía solar siempre es el tipo de carga que se desea alimentar, en este caso el dispositivo principal que se desea alimentar es un seguidor solar marca Kipp&Zonen modelo Solys 2 (ver imagen a la derecha). Este dispositivo tiene el fin de soportar sobre el todos los sensores de medicion de radiación solar (global, directa y difusa) pero además seguir al sol desde que sale hasta que se esconde.

2 Las características técnicas del seguidor solar son: Ahí se especifica que el consumo es de 21W. Para calcular la potencia de los paneles es necesario saber cuál es la radiación diaria mínima del lugar en donde se hará la instalación. Para eso se pueden usar los datos de medición del proyecto en la estación cercana a la costa El Romeral, los datos se pueden obtener desde (solar.ceaza.cl y En el grafico se puede ver que el día con menos radiación promedio en invierno es de 84.4[W/M^2] lo que producirá que para el dimensionado se deba usar un factor de [84.4/1000] así, para alimentar en el día con menos radiación un dispositivo de 21W se debe tener una potencia en paneles mínima de 248.8Wp (21/0.0844). Este tipo de dimensionamiento hace que incluso en el día más nublado y por consiguiente con menos radiación el sistema debiese poder alimentar el equipo. En términos del diseño en ambos lado se tomo en cuenta el factor de presentación de los equipos de forma que en ambos lados se pudiese mostrar el sistema completo, lo que impuso ciertos factores deseables como que quedaran visibles y manipulables por alguien a quien se le esta mostrando el sistema.

3 Sistema de energía en Vicuña Tomando además en cuenta ciertas holguras y pensando en que se podrían instalar otros equipos se decidió instalar en Vicuña un sistema de 460Wp, en términos de las baterías se decidió instalar un sistema de 4 baterías de 12v/17ah lo que permitiría almacenar en teoría 408Wh lo que daría al sistema una autonomía máxima de 19h sin sol. Debido a que los paneles solares normalmente no los venden con soporte se decidió diseñar un soporte para los 4 paneles que se instalarían en Vicuña, especificando los materiales, angulos y materiales y se enviaron a fabricar a una maestranza El resultado final fue un sistema formado por los siguientes componentes: 1. 3 Paneles solares de 110W conectados en serie formando un sistema de 36V 2. 4 baterías de gel de 12V/17ah conectadas en serie/paralelo para formar un sistema de 24V 3. 1 regulador MPPT Victron 12/24V 100/15Ah Además este lugar sirve de muestra solar para los interesados que les sea mas cómodo visitar la estación meteorológica de Vicuña.

4 Sistema de energía en La Serena En el seguidor de La Serena debido a que existe una mayor cantidad de días consecutivos con alta nubosidad las baterías se dimensionaron con una capacidad más alta y se usaron 2 baterías de 12V/170ah lo que da una capacidad máxima de 4080Wh lo que deja al sistema con una autonomía teórica de 8.09 días (4080/(21*24)), en este caso se sobre estimo más aun el sistema debido a que a futuro todo el sistema de monitoreo de La Serena se debiese alimentar pasando por las baterías de forma que se asegure la continuidad de la medición de todos los parámetros que se miden ahí. Debido a que el seguidor solar tiene un sistema energético de 24 VDC (24V corriente continua) entonces las baterías se conectan una array de 2 en serie con 2 en paralelo. En términos del controlador de carga se selecciono uno del tipo MPPT lo que permite que los paneles se puedan conectar en serie para formar un sistema de 48V/24V, esto permite mantener bajos los amperajes en el cableado. Otra característica adicional de los controladores MPPT es que se optimiza el proceso de carga y descarga de las baterías haciendo que duren más que con un controlador de carga típico. Al igual que en Vicuña, en serena se hizo un sistema diseñado para ser funcional pero además para que se convirtiera en un punto de muestra. Así que se diseño un sistema de soporte de los paneles

5 que permitiera que fueran visibles y accesibles sacrificando un poco la cantidad de radiación que se recibiría en la mañana y atardecer. Este diseño también se envío a una maestranza en donde luego los profesionales del proyecto instalaron. Otro cambio que se produjo en el punto de medicion de La Serena fue el cambio de posición el seguidor solar, que estaba en el techo del edificio desde hace varios meses, esto con el fin de hacer que el seguidor solar con su conjunto de sensores también fuese visible para los visitantes, de esta forma también se diseño una estructura que permitiera satisfacer el objetivo de mantener al seguidor solar en una buena locación para hacer las mediciones pero además permitir verlo.

6 El resultado final fue un sistema formado por los siguientes componentes: 1. 2 Paneles solares de 260W/24V conectados en serie formando un sistema de 48V 2. 2 baterías de gel de 12V/170ah conectadas en serie para formar un sistema de 24V 3. 1 regulador MPPT EP Solar Tracer3215BN (30A, 12/24V) Adicionalmente a estos componentes en este punto se está trabajando en un sistema de medición de los voltajes y amperajes que pasan por el sistema.

7 Conclusiones La implementación de sistemas energía solares requiere de consideraciones de distinto tipo relacionadas con la funcionalidad, tiempo de autonomía, consumos que sostener, etc. Todos se deben tomar en cuenta antes de hacer la implementación. En el caso de la ejecución de estos dos sistemas dentro del contexto del proyecto, todo fue realizado por el equipo del proyecto (meteorólogo, informático, técnicos) lo que permitió aumentar las experiencias y capacidades en la gestión de este tipo de sistemas.