Productividad y Sombras en Sistemas Fotovoltaicos de Conexión a Red

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

DE CONEXIÓN A REDPRODUCTIVIDAD Y SOMBRAS

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO

ÍNDICE

1 ENERGÍA PRODUCIDA POR UN SFCRProcedimiento de cálculoProductividad según tipologíasElección entre tipologías

2 SOMBRAS Y OCUPACIÓN DE TERRENOSombras LejanasSombras Cercanas: sistemas estáticosSombras Cercanas: sistemas de seguimientoSeguidores de eje horizontal NSElección de separaciones

ENERGÍA PRODUCIDA POR UN SFCRSOMBRAS Y OCUPACIÓN DE TERRENO

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULOPRODUCTIVIDAD SEGÚN TIPOLOGÍASELECCIÓN ENTRE TIPOLOGÍAS

ENERGÍA PRODUCIDA

Eac = P∗g ·Gef

Gstc· PR · (1− FS)

Eac es la energía producida en un periodo (kWh)Gstc es la irradiancia en condiciones estándar de medida(STC, Gstc = 1 kW/m2, Tc = 25 ◦C)P∗g es la potencia nominal del generador FV (kWp) en STCGef es la irradiación efectiva incidente en el plano delgenerador (kWh/m2)PR es el rendimiento del sistema o performance ratioFS es el factor de sombras

OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO SFCR: PRODUCTIVIDAD Y SOMBRAS



PRODUCTIVIDAD

En algunas ocasiones se habla de productividad del sistema,Yf , que es el cociente entre energía producida y potencianominal del sistema:

Yf =Eac

P∗gkWh/kWp




PERFORMANCE RATIO

Está concebido para incluir todas las pérdidas que notienen dependencia con las condiciones meteorológicas.Este factor “puede” caracterizar el funcionamiento de unsistema independientemente de la localidad.En sentido estricto no es cierto porque sí hay relación conla meteorología del lugar.Sin embargo, dado que estos factores son de segundoorden comparados con la relación entre potencia eirradiancia, suele aceptarse que el PR sirve paracaracterizar la calidad de un sistema fotovoltaico.




PERFORMANCE RATIO

DESGLOSE DE PÉRDIDAS

Dispersión de parámetros entre los módulos quecomponen el generador (2-4 %)Tolerancia de potencia de los módulos respecto a suscaracterísticas nominales (3 %)Temperatura de funcionamiento de los módulos (5-8 %)Conversión DC/AC realizada por el inversor (8-12 %)Efecto Joule en los cables (2-3 %)Conversión BT/MT realizada por el transformador (2-3 %)Disponibilidad del sistema (0,5-1 %)




PERFORMANCE RATIO

VALORES REALES

El análisis de funcionamiento de diversos sistemas FVeuropeos ha mostrado que el rango de valores que toma elperformance ratio es bastante amplio, con mínimos de 0,4 ymáximos de 0,85.Para sistemas instalados desde 1996, el valor promedio hasido de 0,74.




FACTOR DE SOMBRAS

El factor de sombras suele tomar valores alrededor del 2al 4 %, tanto en instalaciones estáticas como deseguimiento.En casos específicos este factor puede ser más alto (porejemplo, debido a la existencia de edificios cercanos, o enaquellas plantas con un nivel de ocupación de terrenosuperior al óptimo).


PRODUCTIVIDAD DE SISTEMA ESTÁTICO

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

9501000

1000

10501050

1050

1050

11001100

1100

1100

11001100

1100

1100

1150

1150

1150

1200

1200

1250

1250

1250

1250

1250

1300

1300

1300

1300

1300

1300

1300

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1350

1400

1400

1400

1400

1450

1450

1450

1450

1450

1450

1450

1450

1450

1500

15001500

1500

1500

1550

1550

1550

1550

1550

1600

1600

1600

1600

1600

1600

1650

1650

1650

1700

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

PRODUCTIVIDAD EJE HORIZONTAL

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

10001100

1100

1100

1100

1100

12001200

1200

1200

12001200

1200

1300

1300

1300

1400

1400

1400

1400

1400

1500

1500

1500 1500

1500

1500

1500

1500

1600

1600

1600

1600

1600

1600

1600

1600

1600

1700

1700

1700

1700

1700

1700

1700

1700

1800

1800

1800

1800

1800

1800

1800

1800

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900

2000

2000

2000

2000

2100

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

PRODUCTIVIDAD DOBLE EJE

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

1300

1400

1400

1400

1400

1400

1500 1500 1500

1500

15001500

1500

1600

1600

1600

1700

1700

1700

1700

1800

1800

1800

1800

1900

1900

1900

1900

1900

1900

1900 1

900

1900

1900

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2000

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2100

2200

2200

2200

2200

2200

2200

2200

2200

2300

2300

2300

2300

2300

2300

2300

2300

2300

2400

2400

2400

2400

2400

2400

2400

2400

2500

2500

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600



COMPARATIVA DOBLE EJE-ESTÁTICA

30 al 50 %Mejor para bajaslatitudes y altaradiación

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

1.321.341.36

1.36

1.36

1.3

8

1.38 1.38

1.38

1.38

1.40

1.40

1.401.40

1.4

0

1.42

1.42

1.42

1.421.42

1.42

1.42

1.42

1.42

1.44

1.44

1.4

4

1.44

1.44

1.44

1.44

1.4

4

1.4

4

1.44

1.44

1.44

1.4

6

1.4

6

1.4

6

1.4

6

1.4

6 1.46

1.4

6

1.46

1.46

1.4

6

1.4

6

1.46

1.46

1.4

6

1.4

6

1.46

1.46

1.4

81.48

1.4

8

1.4

8

1.4

8 1.48

1.48

1.4

81.48

1.4

81.4

8

1.48

1.48

1.48 1.48

1.48

1.4

8

1.5

0

1.50

1.5

0

1.50

1.5

0

1.50

1.5

0

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50




COMPARATIVA DOBLE EJE - HORIZONTAL

25 al 30 %Mejor para altaslatitudes y bajaradiación.

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

1.22

1.23

1.2

4

1.2

4

1.2

4

1.24

1.25

1.2

5

1.25

1.2

5

1.26 1.26

1.2

6

1.26

1.261.26

1.26

1.2

7

1.2

7

1.27

1.27

1.28

1.2

8

1.28

1.28

1.28

1.29

1.2

9 1.29

1.29

1.29

1.3

0

1.20

1.22

1.24

1.26

1.28

1.30

1.32




COMPARATIVA EJE HORIZONTAL - ESTÁTICA

5 al 20 %Mejor para bajaslatitudes y altaradiación.

Lon

Lat

35

40

−5 0 5

1.041.06

1.0

6

1.0

6

1.0

8

1.081.08

1.0

8

1.08

1.08

1.081.08

1.08

1.10

1.10

1.10

1.10

1.1

0

1.12

1.12

1.12

1.1

2

1.12

1.12

1.14

1.14

1.14

1.14

1.14

1.14

1.1

6

1.16

1.1

6

1.16

1.1

61.1

6

1.18

1.1

8

1.18

1.1

8

1.1

8

1.1

8

1.18

1.1

8

1.18

1.18

1.18

1.18

1.18

1.1

8

1.18

1.1

81.1

8

1.2

0

1.20

1.2

0

1.20

1.2

0

1.2

0

1.20

1.20

1.20 1.20

1.20

1.2

0

1.20

1.22

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20


ÍNDICE

1 ENERGÍA PRODUCIDA POR UN SFCRProcedimiento de cálculoProductividad según tipologíasElección entre tipologías

2 SOMBRAS Y OCUPACIÓN DE TERRENOSombras LejanasSombras Cercanas: sistemas estáticosSombras Cercanas: sistemas de seguimientoSeguidores de eje horizontal NSElección de separaciones

MÉTODO CTE


SOMBRAS LEJANASSOMBRAS CERCANAS: SISTEMAS ESTÁTICOSSOMBRAS CERCANAS: SISTEMAS DE SEGUIMIENTOSEGUIDORES DE EJE HORIZONTAL NSELECCIÓN DE SEPARACIONES

SOMBRAS ENTRE FILAS




SOMBRAS ENTRE FILAS

Suele establecerse un objetivo de 4 horas de sol en torno almediodía del solsticio de invierno libres de sombra.La longitud de la sombra de un obstáculo se mide con:

d =h

tan γs

En el mediodía del solsticio de invierno

γs = 90− 23,45− φ ' 67− φ

Para 2 horas antes y después:

dmin =h

tan(61◦ − φ)




SEPARACIÓN DE SEGUIDORES DOBLE EJE

~µc

~µh

~µ⊥

β

α

Leo

Lns

~µ2x

b

bb

bβ

s1 = b · cos(β)s2 =b·sin(β)tan(γs)

L

W

b =LW

ROT =Lns · Leo

b

Eac = f (ROT)??OSCAR PERPIÑÁN LAMIGUEIRO SFCR: PRODUCTIVIDAD Y SOMBRAS

SEPARACIÓN DE SEGUIDORES DOBLE EJE

b =LW

= 0,475 ROT =Lns · Leo

b

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

1−FS

30 35 40 45 50

20

25

30

35

40

45

50

0.921 0.928 0.932 0.936 0.939 0.943 0.947 0.95

0.954 0.958 0.961

0.965 0.969

0.973 0.976

0.98

0.984

0.987

3 4

5

6

7

8

9

10

Leo

Lns

OCUPACIÓN DE TERRENOROT PARA DIFERENTES VALORES DE LEO

b =LW


b

ROT

Yf

1800

1850

1900

4 6 8 10

30

35

4045

50

OCUPACIÓN DE TERRENOROT PARA DIFERENTES VALORES DE LNS

b =LW


b

ROT

Yf

1800

1850

1900

4 6 8 10

20

2530 35 40 45 50



SEPARACIÓN DE SEGUIDORES EJE HORIZONTAL

~µc

~µh

~µ⊥

Leo

L

W

W = ∞

ROT = Leo/L




SEPARACIÓN DE SEGUIDORES HORIZONTAL N-SSOMBRA

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

ROT

1 −

FS




BACKTRACKING

El sombreado en un generador puede producir problemaspor el efecto de punto caliente.En seguidores de eje horizontal se puede evitar laincidencia de sombras en cualquier instante mediante el“backtracking”:

Al amanecer el seguidor está en posición horizontal.Según avanza el día el seguidor gira en sentido contrario almovimiento solar para evitar las sombras.En un determinado momento se cruza con el sol y puedecontinuar el movimiento “convencional”.En un instante de la tarde debe volver a cambiar el sentidohasta la horizontal en la noche.




BACKTRACKING

ω(h)

β(°)

0

10

20

30

40

50

60

−15 −10 −5 0 5 10 15




SEPARACIÓN DE SEGUIDORES HORIZONTAL N-SBACKTRACKING

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

ROT

1 −

FS




ELECCIÓN DE SEPARACIONES


La separación óptima entre elementos (seguidores oestructuras estáticas) es aquella que conduce al mínimo valordel coste de la energía producida por el sistema:

Con mayor separación disminuyen las pérdidas porsombreado mutuo, aumenta la productividad del sistema.Con mayor separación aumentan los costes relacionadoscon el area ocupada por unidad de potencia.Con mayor separación aumentan los costes relacionadoscon los elementos de unión entre estructuras (cableado,canalizaciones, zanjas).





Esta separación óptima depende de las estructuraselegidas y de las condiciones económicas de loselementos.La separación finalmente elegida debe tomar enconsideración las condiciones del terreno (fronteras,irregularidades, vaguadas, etc.)




OCUPACIÓN DE TERRENO Y PRODUCTIVIDAD

SFCR ROT Productividad

Estático 2 1

Eje Horizontal NS 4 1,05-1,2

Doble Eje 6 1,3-1,5


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