DIMENSIONADO DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA.
Explicare a manera de ejemplo como se realiza el calculo y dimensionamiento de una instalacion fotovoltaica aislada. Para este caso seleccionamos a la ciudad de medellin colombia con una temperatura que varia de 15 a 25 grados celsius temperatura promedio 22 °C, ubicacion 06°13”N 75°34”O, altitud 1538 msnm.
En primer lugar se deben de estimar los consumos electricos de los equipos que vayan a operar con mayor frecuencia en el sistema ademas de su tiempo de uso en el dia.
Consumo energetico teorico 1414Wh
A partir del consumo energético teórico ET (W h), deberemos calcular el consumo energético real E (Wh), necesario considerando los factores de pérdidas que van a existir en la instalación fotovoltaica, del siguiente modo:
E= ET/R
Donde R es el rendimiento global de la instalación fotovoltaica
R = (1 - kb - kc - kv)(1-(ka*N)/kp)
• kb: Coeficiente de pérdidas por rendimiento del acumulador:
0,05 en sistemas que no demanden descargas intensas. 0,1 en sistemas con descargas profundas.
• kc: Coeficiente de pérdidas en el convertidor:
0,05 para convertidores senoidales puros, trabajando en régimen óptimo. 0,1 en otras condiciones de trabajo, lejos del óptimo.
kv: Coeficiente de pérdidas varias:
Agrupa otras pérdidas como (rendimiento de red, efecto Joule, etc.). 0,05 - 0,15 como valores de referencia.
• ka: Coeficiente de autodescarga diario:
0,002 para baterías de baja autodescarga Ni-Cd.
0,005 para baterías estacionarias de Pb-ácido (las más habituales).
0,012 para baterías de alta autodescarga (arranque de automóviles).
• 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. 2 – 8 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 este decrece en gran medida con ciclos de carga - descarga muy profundos.
Los coeficientes q se seleccionaron para este ejemplo son los siguientes:
kb = 0,1 / kc = 0,05 / kv = 0,1 / ka = 0,005 / N = 4 / pd = 0,7
R = (1 - kb - kc - kv)(1-(ka*N)/Pd)
R = (1 – 0.1 – 0.05 – 0.1)(1-(0.005*4)/kp)= 0.728
En primer lugar se deben de estimar los consumos electricos de los equipos que vayan a operar con mayor frecuencia en el sistema ademas de su tiempo de uso en el dia.
Consumo energetico teorico 1414Wh
A partir del consumo energético teórico ET (W h), deberemos calcular el consumo energético real E (Wh), necesario considerando los factores de pérdidas que van a existir en la instalación fotovoltaica, del siguiente modo:
E= ET/R
Donde R es el rendimiento global de la instalación fotovoltaica
R = (1 - kb - kc - kv)(1-(ka*N)/kp)
• kb: Coeficiente de pérdidas por rendimiento del acumulador:
0,05 en sistemas que no demanden descargas intensas. 0,1 en sistemas con descargas profundas.
• kc: Coeficiente de pérdidas en el convertidor:
0,05 para convertidores senoidales puros, trabajando en régimen óptimo. 0,1 en otras condiciones de trabajo, lejos del óptimo.
kv: Coeficiente de pérdidas varias:
Agrupa otras pérdidas como (rendimiento de red, efecto Joule, etc.). 0,05 - 0,15 como valores de referencia.
• ka: Coeficiente de autodescarga diario:
0,002 para baterías de baja autodescarga Ni-Cd.
0,005 para baterías estacionarias de Pb-ácido (las más habituales).
0,012 para baterías de alta autodescarga (arranque de automóviles).
• 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. 2 – 8 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 este decrece en gran medida con ciclos de carga - descarga muy profundos.
Los coeficientes q se seleccionaron para este ejemplo son los siguientes:
kb = 0,1 / kc = 0,05 / kv = 0,1 / ka = 0,005 / N = 4 / pd = 0,7
R = (1 - kb - kc - kv)(1-(ka*N)/Pd)
R = (1 – 0.1 – 0.05 – 0.1)(1-(0.005*4)/kp)= 0.728
De donde el consumo energético total es: E= ET/R = 1414/0.728 = 1942 Wh
Una vez definida la utilidad energética real E (Wh), se puede obtener la capacidad del banco de bateríasel cual será de un voltaje de 12V C (Ah) necesario, del siguiente modo
C= (E*N)/V*Pd= (1942*4)/(12*0.7) = 925 Ah
Una vez definida la utilidad energética real E (Wh), se puede obtener la capacidad del banco de bateríasel cual será de un voltaje de 12V C (Ah) necesario, del siguiente modo
C= (E*N)/V*Pd= (1942*4)/(12*0.7) = 925 Ah
Para este caso seleccionaremos 4 baterías de gel conectadas en paralelo, Estas baterías no requieren ningún tipo de mantenimiento y se consiguen fácilmente aquí en Medellín a través de la empresa tronex.
Especificaciones de las baterías
Una vez calculado el banco de baterias procemos al calculo de los paneles solares necesarios para la instalacion fotovoltaica. Para ello se deben de conocer los valores historicos de radiacion solar del sitio donde se desea realizar la instalacion. No se consideran perdidas por sombra en este caso.
Ahora es necesario introducir un concepto muy importante, las horas de pico solar 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 se estandarizar la curva diaria de irradiancia solar:
Como puede verse en la figura, el área definida por el rectángulo (irradiación en base a las horas de pico solar) es igual al área definida por la curva horaria de irradiancia real.
La irradiación H (kWh/m2) es igual al producto de la irradiancia de referencia I (1 kW/m2) por las horas de pico solar HPS (h). Luego entonces los valores numéricos de la irradiación y horas de pico solar son iguales.
H( kWh/m2 ) = I ( 1kW /m2 ) ·HPS ( h )
En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos
Los paneles solares producen una energía eléctrica durante todo el día equivalente a sólo las horas de pico solar operando a su máxima potencia. Esa máxima potencia es el principal parámetro que define un panel solar y es uno de principales parámetros de diseño que el diseñador debe definir.
En el mercado se encuentran paneles solares de diversas potencias máximas: 5, 30, 50, 75, 100, 150, 165 (W), ….; según la demanda de energía que se precise. Así mismo hay paneles de diversas calidades, según las celdas cristalinas de silicio semiconductor de las que están formados sean monocristalinas (las más eficientes y caras), policristalinas (menos eficientes pero más baratas) ó amorfas (poco eficientes pero muy baratas).
Para este caso seleccionaremos paneles de buena calidad y de una potencia pico de 130Wp
Paneles SolarWorld
Especificaciones
Especificaciones de las baterías
Una vez calculado el banco de baterias procemos al calculo de los paneles solares necesarios para la instalacion fotovoltaica. Para ello se deben de conocer los valores historicos de radiacion solar del sitio donde se desea realizar la instalacion. No se consideran perdidas por sombra en este caso.
Ahora es necesario introducir un concepto muy importante, las horas de pico solar 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 se estandarizar la curva diaria de irradiancia solar:
Como puede verse en la figura, el área definida por el rectángulo (irradiación en base a las horas de pico solar) es igual al área definida por la curva horaria de irradiancia real.
La irradiación H (kWh/m2) es igual al producto de la irradiancia de referencia I (1 kW/m2) por las horas de pico solar HPS (h). Luego entonces los valores numéricos de la irradiación y horas de pico solar son iguales.
H( kWh/m2 ) = I ( 1kW /m2 ) ·HPS ( h )
En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos
Los paneles solares producen una energía eléctrica durante todo el día equivalente a sólo las horas de pico solar operando a su máxima potencia. Esa máxima potencia es el principal parámetro que define un panel solar y es uno de principales parámetros de diseño que el diseñador debe definir.
En el mercado se encuentran paneles solares de diversas potencias máximas: 5, 30, 50, 75, 100, 150, 165 (W), ….; según la demanda de energía que se precise. Así mismo hay paneles de diversas calidades, según las celdas cristalinas de silicio semiconductor de las que están formados sean monocristalinas (las más eficientes y caras), policristalinas (menos eficientes pero más baratas) ó amorfas (poco eficientes pero muy baratas).
Para este caso seleccionaremos paneles de buena calidad y de una potencia pico de 130Wp
Paneles SolarWorld
Especificaciones
El número de paneles solares NP necesarios se calcula del siguiente modo:
NP= E/0.9*Wp*HPS
NP= E/0.9*Wp*HPS
Para este caso tomaremos como referencia el caso más desfavorable para el HPS se daría en el mes de mayo.
NP= 1942/0.9*130*4.15 = 3.95 Aprox 4
El número de paneles necesarios seria 4 para cubrir la demanda en el mes de menos radiación.
Los paneles deben estar orientados hacia el sur con una inclinación de 15° recomendado para esta latitud.
Para la selección del regulador de carga, simplemente multiplicaremos la intensidad de cortocircuito de cada panel, obtenida del catálogo, por el número de paneles en paralelo necesarios. Ese producto será la máxima intensidad nominal a la que trabajará el regulador.
Imax = 7.99* 4 = 31,96 A
Seleccionamos para este ejemplo un regulador de carga de la empresa Asteca PR 3030, con este regulador podemos tener hasta 900 Wp dejando un margen superior para una ampliación de carga futura.
Especificaciones
Para la selección del inversor debemos de calcular la potencia instantánea que el sistema pueda demandar para este ejemplo corresponde a 532W. Seleccionamos un inversor de onda seno pura Powersine Series TBS PS600-12 12V | 600W
NP= 1942/0.9*130*4.15 = 3.95 Aprox 4
El número de paneles necesarios seria 4 para cubrir la demanda en el mes de menos radiación.
Los paneles deben estar orientados hacia el sur con una inclinación de 15° recomendado para esta latitud.
Para la selección del regulador de carga, simplemente multiplicaremos la intensidad de cortocircuito de cada panel, obtenida del catálogo, por el número de paneles en paralelo necesarios. Ese producto será la máxima intensidad nominal a la que trabajará el regulador.
Imax = 7.99* 4 = 31,96 A
Seleccionamos para este ejemplo un regulador de carga de la empresa Asteca PR 3030, con este regulador podemos tener hasta 900 Wp dejando un margen superior para una ampliación de carga futura.
Especificaciones
Para la selección del inversor debemos de calcular la potencia instantánea que el sistema pueda demandar para este ejemplo corresponde a 532W. Seleccionamos un inversor de onda seno pura Powersine Series TBS PS600-12 12V | 600W
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