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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS SFA

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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS SFA. Índice. 1. Introducción 1.1. Sistema Fotovoltaico Autónomo SFA 1.2. Sistema Fotovoltaico Conectado Red SFCR 1.3. Analogías y Diferencias 1.4. Clasificación de los SFA. 3. Métodos de Dimensionado 3.1. Clasificación 3.2. Métodos Intuitivos - PowerPoint PPT Presentation

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Sin título de diapositivaSISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÓNOMOS
Índice
1.2. Sistema Fotovoltaico Conectado Red SFCR
1.3. Analogías y Diferencias
3. Métodos de Dimensionado
2.2. Capacidad del Sistema de Acumulación CS
2.3. Probabilidad de Pérdida de Carga
2.4. Curvas LLP
4. Dimensionado SFA
1. Introducción
Sistema de Generación
1.1. Sistema Fotovoltaico Autónomo SFA
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
1.1. Sistema Fotovoltaico Autónomo SFA
SFA 2. Consumo en Continua y Alterna
Sistema de Generación
SFCR
Analogías
Diferencias
SFA: Cubrir una demanda de consumo. Fiabilidad en el servicio.
SFCR: Producción de Energía.
1.4. Clasificaciones de los SFA
Según Aplicación:
II. SFA con Batería
2. Definiciones
Sistema de Generación.
Otros Elementos (Estructuras, cableado, cargas,..)
Carga (LCC)
Carga (LCA)
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
2.1. Capacidad del Generador Normalizada al Consumo
Relación entre los valores medios de la energía producida por el generador y la energía consumida por la carga.
2.2. Capacidad del Acumulador Normalizada al Consumo
Máxima energía que puede extraerse de él dividida por el valor medio de la energía consumida por la carga
CS
CA
2.3. Probabilidad de Pérdida de Carga
El mérito de un SFA se mide en términos de la fiabilidad con que suministra energía eléctrica a la carga
¿Cómo se cuantifica la fiabilidad?
Probabilidad de Pérdida de Carga (Loss of Load Probability LLP)
Relación entre el déficit y demanda de energía, en la carga, durante el tiempo de funcionamiento de una instalación
LLP =
2.4. Curvas LLP
* Es posible encontrar diferentes pares de valores CA-CS que conducen al mismo valor de LLP
* A mayor tamaño del sistema fotovoltaico mayor es su coste, mayor su fiabilidad y menor su LLP
(CS,CA) = (8, 0.61)
3. Métodos de Dimensionado
I. Con Seguidor MMP
II. Sin Seguidor MMP
Según Relación CA, CS y LLP
* Métodos Intuitivos
No establecen relación entre CA, CS y LLP
Dimensionar: asegurar que el valor medio de la energía producida en el mes crítico o la energía producida en media anual, exceda a la consumida por la carga en un determinado factor de seguridad
* Métodos Numéricos
* Métodos Analíticos
La forma de las líneas isofiables sugiere la posibilidad de
describirlas analíticamente
3.2. Métodos Intuitivos
No establecen relación entre CA, CS y LLP
Dimensionar: asegurar que el valor medio de la energía producida en el mes peor, exceda a la consumida por la carga en un factor de seguridad
Por Ejemplo CA = FS1 CS = FS2
FS1 y FS2 factores arbitrarios
En España
3.3. Métodos Numéricos
Ventajas
Permiten analizar aspectos adicionales al dimensionado
Inconvenientes
Largo tiempo de cálculo
3.4. Métodos Analíticos
Autores: Barra, Bartoli, Macomber, Gordon, Bucciarelli
Método del Instituto de Energía Solar (IES)
CA = f CS-u
u = exp(u1 + u2 LLP)
4. Pasos en el Dimensionado
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Pasos en el Dimensionado
1. Estimación del Consumo
3. Dimensionado Sistema de Acumulación (Baterías)
4. Dimensionado Sistema de Regulación (Regulador)
5. Dimensionado Sistema de Acondicionamiento de Corriente (Inversor)
6. Dimensionado del Cableado
Definiciones
Expresiones
Consumo Medio Diario
Símbolo Lmd Unidad Wh / día
Paso 1. Estimación del Consumo
Definiciones
Consumo Total Anual
Producto del Consumo Medio Diario por el número de días de consumo a lo largo de un año
Símbolo LT Unidad Wh
Media anual del anterior
Si el consumo medio diario es constante a lo largo del año, coincidirá con éste
Símbolo Lma Unidad Wh / día
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Consumo DC LmdDC = P(DC)i ·tdi
Consumo AC LmdAC = P(AC)i ·tdi
Lmd,DC : Energía consumida en DC (Wh/dia)
LmdAC : Energía consumida en AC (Wh/dia)
P(D,C)i : Potencia Nominal Elemento DC i (W)
P(AC)i : Potencia Nominal Elemento AC i (W)
tdi :Tiempo diario de uso (h)
Lmd : Consumo Medio Diario(Wh/día)
INV : Rendimiento del inversor
CON : Factor Rendimiento Conductores
Consumo Total Anual [LT (Wh)]
Consumo Medio Anual [Lma (Wh /dia)]
Nd : Número días
Expresiones
Dimensionado Generador
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Posición Óptima Módulos. Criterio Mes Crítico
A. Orientación SUR ( = 0)
B. Cálculo de Radiación Global sobre Superficie Inclinada (Gd (kWh/m2))
Mes
C. Consumo Medio Mensual (= Consumo Diario Medio Lmd)
D. Relación Consumo / Radiación
D1. Tomar el Máximo Cociente para cada ángulo (Mes Crítico)
D2. Seleccionar de todos los máximos el Menor.
Mes
A. Orientación SUR ( = 0)
B. Cálculo de Radiación Global sobre Superficie Inclinada (Gd (kWh/m2))
MEDIA ANUAL
Media Anual
C. Consumo Medio Anual (Lma)
D. Relación Consumo / Radiación
Media Anual
Lma / Gd
Dimensionado Generador
Método 1. Funcionamiento
Definiciones
Expresiones
Método 1. Funcionamiento en Máxima Potencia
Definiciones
NS: Número de módulos en Serie
NP: Número de módulos en Paralelo
NT = NS x NP
Generador FV trabaja en el punto de máxima potencia
Incluir un factor global de funcionamiento (PG o PR)
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Método 1. Funcionamiento en Máxima Potencia
Expresiones
PMPP,STC : Potencia Pico del Módulo (Wp/kW/m2)
Gd : Radiación global sup. inclinada (kWh /m2)
PG : Factor Global de Funcionamiento
NS : Número de paneles serie
VBAT : Tensión Nominal de la Batería (V)
VMPP,STC : Tensión Nominal Módulo (max. potencia (V))
NP : Número de paneles paralelo
NS = VBAT / VMPP,STC
NP = NT / NS
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Definiciones
Expresiones
Método 2. Amperios Hora
IGFV,MPP,STC: Corriente total del generador FV (A)
NT :Número Total de módulos a instalar
NS: Número de módulos en Serie
Np: Número de módulos en Paralelo
Generador FV NO trabaja en el punto de máxima potencia
Generador FV trabaja punto de tensión impuesto por BAT
Corriente de trabajo aprox. corriente ISC
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Método 2. Amperios Hora
VBAT: Tensión Nominal de la Batería (V)
IGFV,MPP,STC = QAh / Gd
NT = NP * NS
QAh = Lmd / VBAT
Definiciones
Expresiones
Método 3. Curvas Isofiables
Probabilidad de Pérdida de Carga (Loss of Load Probability LLP)
Relación entre el déficit y demanda de energía, en la carga, durante el tiempo de funcionamiento de una instalación
Capacidad del Generador
Relación entre los valores medios de la energía producida por el generador y la energía consumida por la carga.
Capacidad del Acumulador
Máxima energía que puede extraerse de él dividida por el valor medio de la energía consumida por la carga
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Método 3. Curvas Isofiables
QAh : Consumo Medio Anual (Ah /día)
IGEN,MPP : Corriente total del Generador FV (A)
Gd: Radiación Solar Global inclinada (kWh / m2)
C’A : Capacidad del generador (normalizada al consumo
en plano horizontal)
Im,GEN : Corriente total del Generador FV (A)
Gd(0): Radiación Solar Global inclinada (kWh / m2)
Cs : Capacidad del acumulador (normalizada al consumo)
Cn : Capacidad del acumulador
CA = IGEN,MPP· Gd /QAh
CS = Cn· PDmax / Lma
Método 3. Curvas Isofiables


u = u1 + u2 · LLP
* Definiciones
* Expresiones
Profundidad de Descarga Máxima (PD,max)
nivel máximo de descarga que se le permite a la batería
Profundidad de Descarga Máxima Diaria (PD,max,d)
nivel máximo de descarga que se le permite a la batería a lo largo de un ciclo diario
Profundidad de Descarga Máxima Estacional (PD,max,e)
nivel máximo de descarga que se le permite a la batería a lo largo de un ciclo estacional
Días de Autonomía (N)
número de días consecutivos que, en ausencia de sol, el sistema de acumulación es capaz de atender el consumo
Capacidad de la Batería (Wh ó Ah)
cantidad de energía que debe ser capaz de almacenar la batería
Al igual que la Profundidad de Descarga Máxima existen dos capacidades:
diaria y estacional
Cnd : Capacidad nominal de la Batería (Wh ó Ah) (Diaria)
Cne : Capacidad nominal de la Batería (Wh ó Ah) (Diaria)
Lma : Consumo Medio Anual (Wh) (o utilicar Lmd)
N: Número de días de autonomía
PDmax,d : Profundidad de Descarga Máxima Diaria
PDmax,e : Profundidad de Descarga Máxima Estacional
VBAT : Tensión Nominal de la Batería (V)
FCT : Factor de Corrección por Temperatura
Cnd (Wh) = Lma / (PDmax,d·FCT)
Cne (Wh) = (Lma · N) / PDmax,e·FCT)
Paso 3. Dimensionado Sistema de Acumulación. Expresiones
Cnd (Ah) = Cnd (Wh) / VBat
Cne (Ah) = Cne (Wh) / VBat
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
* Definiciones
* Expresiones
Corriente Máxima Circulando por la Instalación
Máxima corriente entre la que
produce el generador y la que consume la carga
Corriente Entrada
(Entra al Regulador)
(Sale del Regulador)
IR = máx (IGFV,SC, IC)
Ientrada = IGFV,SC = 1,25·IMOD,SC · Np
IGFV;SC : Corriente de cortocircuito (SC) del Generador FV (A)
IMOD,SC : Corriente de cortocircuito del módulo (A)
Np : Número de ramas Paralelo del Generador
IC : Corriente que consume la Carga (A)
PDC : Potencia de las cargas en DC (W)
PAC : Potencia de las cargas en AC (W)
VBAT : Tensión nominal de la Batería
Isalida = IC = 1,25·(PDC + PAC / INV) / VBAT
Instalaciones Fotovoltaicas Sistemas Fotovoltaicos Autónomos (Leocadio Hontoria)
Paso 5. Dimensionado
Características de un convertidor DC - AC
Potencia Nominal (kW)
Frecuencia de operación (Hz)
Pérdidas óhmicas
Verificar las normas electrotécnicas de baja tensión
La pérdida de energía debe ser menor que una cantidad prefijada
Pinv 1,2 · PAC
Bibliografía
Dimensionado de Sistemas Fotovoltaicos Autónomos
Publicaciones CIEMAT. 2008.
Ene 1,385 1,514 1,584 1,625 1,636 1,617 1,569
Feb 2,036 2,139 2,176 2,176 2,139 2,066 1,960
Mar 3,062 3,104 3,078 3,004 2,882 2,718 2,516
Abr 4,040 4,041 3,970 3,837 3,647 3,405 3,119
May 4,121 4,109 4,024 3,872 3,658 3,387 3,069
Jun 4,743 4,702 4,587 4,399 4,143 3,828 3,464
Jul 4,558 4,526 4,421 4,244 4,002 3,701 3,352
Ago 4,071 4,075 4,005 3,870 3,674 3,423 3,126
Sep 3,571 3,584 3,530 3,421 3,260 3,053 2,806
Oct 2,374 2,467 2,492 2,474 2,415 2,316 2,180
Nov 1,624 1,744 1,803 1,829 1,823 1,785 1,716
Dic 1,205 1,342 1,422 1,476 1,501 1,499 1,467
CON
BAT
INV
AC
md
DC
md
md
L
L
L
h
h
h
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic