CAL SISTEMA FOTOVOLTAICOS PARA alumnos [Modo de compatibilidad] Prof Hugo Alarcon.pdf

Sistemas solares fotovoltaicos

Profesor Hugo Alarcón Torres

Montaje de sistema fotovoltaico

Dimensionamiento de una instalación fotovoltaica

Elementos Unidades Potencia (W) Horas (h) Energía (Wh)

Luz living comedor 4 11 6 264

Luz dormitorios y baño 3 11 2 66

Luz cocina 2 18 3 108

Refrigerador (Lynx) 1 - - 300*

Lavadora 1 350 1 350

Televisor 1 85 3 255

Consumo energético teórico ET(Wh) 1.343 Wh

* Consumo medio dado por el fabricante (temperatura exterior 20 °C, interior 5°C)

A partir del dimensionamiento energético teórico ET (W-h), debemos calcular

el consumo energético real, E (W-h).

E = ET / R

Donde R es el parámetro de rendimiento global de la instalación fotovoltaica,

definida como:

R = ( 1 – kb – kc – kv ) * { 1 – ka * N }

pd


Los factores de la ecuación R = ( 1 – kb – kc – kv ) * { 1 – ka * N }

pd

son los siguientes :

ka: Coeficiente de autodescarga diario.

0,002 para baterías de baja autodescarga Ni-Cd

0,005 para baterías estacionarias de Pb – Acido (bat. ciclo profundo)

0,012 para baterías de alta autodescarga (de automóviles)

Kb : Coeficiente de pérdidas por rendimiento del acumulador (Bat.):

0,05 en sistemas que demanden descargas intensas.

0,1 en sistemas con descargas profundas

kc: Coeficientes de pérdidas en el convertidor:

0,05 para convertidores senoidales puros, trabajando en régimen óptimo:

0,1 en otras condiciones de trabajo, lejos de lo óptimo.

kv: Coeficiente de pérdidas varias:

Agrupa pérdidas como rendimiento de redes, efecto Joule, etcétera:

0,05 – 0,15 como valores de referencia. (0,05 + 0,15 / 2 = 0,1)


N: Número de días de autonomía de la instalación:

Serán los días que la instalación deba operar bajo una irradiación mínima (días

nublados continuos), en los cuales se va a consumir más energía de la que el

sistema fotovoltaico va a ser capaz de generar.

4 – 10 días como valores de referencia.

Pd: Profundidad de descarga diaria de la batería:

Esta profundidad de descarga no excederá el 80% (referida a la capacidad nominal

del acumulador), ya que la eficiencia de éste decrece en gran medida con ciclos de

carga – descarga muy profundos.


Para este Ejemplo hemos determinado los siguientes valores en los coeficientes

de pérdida:

Kb = 0,1 (sistemas con descargas profundas)

Kc = 0,05 (convertidores o inversores senoidales puros)

Kv = 0,1 (coeficiente de pérdidas varias, (0,05 + 0,15) / 2 = 0,1)

Ka = 0,005 ( baterías de Pb-ácido)

N = 4 (número de días bajo irradiación mínima)

Pd = 0,7 ( 70% de la profundidad de descarga de la batería)

Calculando R, parámetro de rendimiento global

R = ( 1 – 0,1 – 0,05 – 0,1 ) { 1 – 0,005 * 4 } = 0,728

0,7


Calculando consumo energético real: E (W*h), Banco de Baterías

E = ET / R E = 1.343 = 1.845 W*h

0,728

Una vez calculada la utilidad energética real, se puede obtener la capacidad del banco

de baterías, C (A*h) necesario, del siguiente modo:

C = E * N = 1845 * 4 = 879 A*h

V * Pd 12 * 0,7

Donde V es la tensión del acumulador o batería, 12 Volts


• Nos vamos a una tabla de irradiación solar diaria de la región que nos incumba:

Tabla irradiación solar diaria media , H (kWh/m2 * día)

• Ahora veremos un concepto muy importante que es el de horas punta solar, también

conocido como HPS (h), definido como las horas de luz solar por día equivalentes, pero

definidas en base a una irradiancia I, (kW/m2) constante de 1 kW/m2 , a la cual está siempre

medida la potencia de los paneles solares. Es un modo de estandarizar la curva diaria de

irradiancia solar:

• 7

MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP

H 2,741 3,572 4,997 5,026 5,532 5,903 6,124 5,691 5,560

OCT NOV DIC MEDIA

4,322 2,982 2,257 4,587


1 kW/m2

20 hrs7


Como puede verse en la figura, el área definida por el rectángulo (irradiación en base a las

horas de pico o punta solar) es igual al área definida por la curva horaria de irradiancia real.

La irradiancion H (kWh/m2) es igual al producto de la irradiancia de referencia I (1

kWh/m2) por las horas de punta solar HPS (h) luego los valores numéricos de la irradiación y

horas de punta solar son iguales a:

H (kWh/m2) = I (1kW/m2) * HPS (h)

Según la ecuación anterior los valores numéricos de la tabla mostrada en la presentación

anterior son válidos para las horas de punta solar.


Tabla horas punta solar , HPS (h)

MES ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP

HPS 5,532

OCT NOV DIC MEDIA

4,587

Los paneles solares producen una energía eléctrica todo el día, equivalente solo

a las horas de punta solar operando a su máxima potencia. Esa máxima potencia

es el principal parámetro que define un panel solar.

Para nuestro ejemplo usaremos paneles solares monocristalinos de 100W por 12

Volt (100 watt de potencia máxima de punta).

Calculando número de paneles requeridos:

Para calcular el número de paneles NP necesarios , se procede como sigue:

NP = E Donde WP (W) es la potencia punta de cada panel solar,

0,9 * WP * HPS en este caso es de 100 (W)

Este ejemplo es de Enero solamente, por lo tanto nos quedaría

NP = 1.845 = 3,7 este valor se aproxima a 4

0,9 * 100 * 5,532


Cálculo de regulador de carga:

Multiplicar la intensidad de corto circuito del panel, obtenida del catálogo por el número de

paneles en paralelo necesarios. El resultado es la máxima corriente a la cual puede trabajar el

regulador de carga.

I máx = 6,54 * 4 = 26,16 (A)

Podemos usar dos reguladores de 15 (A) c/u en paralelo, cada uno trabajando en dos paneles. O

uno de 30 (A) para cuatro paneles simultáneos.




Cálculo de inversor:

Para calcular el inversor, debemos recurrir a nuestra primera tabla:

Elementos Unidades Potencia (W) Horas (h) Energía (W)

Luz living comedor 4 11 6 264

Luz dormitorios y baño 3 11 2 66

Luz cocina 2 18 3 108

Refrigerador (Lynx) 1 - 24 300*

Lavadora 1 350 1 350

Televisor 1 85 3 255

4*11 + 3*11 + 2*18 + 150 + 350 + 85 = 698 (W)

se puede redondear en 700 (W)

Dimensionamiento del alambre eléctrico:

Si la potencia máxima de consumo es de 700 (W) y el voltaje nominal es de

220 (VAC), podemos concluir que la corriente requerida es:

P = V * I I = P / V I = 700 / 220 = 3,18 (A)


Y usaremos alambre 1,5 mm2 para alumbrado y 2,5 mm2 en fuerza o AWG 14 ó 12

respectivamente, según la norma chilena.

Documents

CAL SISTEMA FOTOVOLTAICOS PARA alumnos [Modo de compatibilidad] Prof Hugo Alarcon.pdf